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同桿并架雙回線繼電保護工程應(yīng)用實踐
摘要：同桿并架雙回輸電線路由于其良好的經(jīng)濟性，在220 kV輸電線路上得到了廣泛的推廣，但由于其結(jié)構(gòu)上的特殊性，故障情況十分復(fù)雜，現(xiàn)有的繼電保護功不能很好地適應(yīng)其發(fā)展。在洛陽牡一馬同桿并架雙回輸電線路工程實踐中，通過對雙回輸電線路進行深入研究，采用基于故障分量方向的綜合選相元件、基于六相序阻抗的距離保護原理、自適應(yīng)重合閘判據(jù)及順序重合策略、橫聯(lián)差動保護，并能夠?qū)崿F(xiàn)五相運行、 “準(zhǔn)三相”及其運行情況下各項后備保護功能。
關(guān)鍵詞：同桿并架; 準(zhǔn)三相;五相運行;六相序阻抗;應(yīng)用實踐
0、引言
經(jīng)濟的發(fā)展對電力的需求日益增加，電網(wǎng)的建設(shè)已向著超高壓、大容量、長距離發(fā)展，但由于征地費用的目益昂貴，輸電線路走廊費用所占的比重越來越大，為減少投資，節(jié)約土地資源，提高單位線路走廊的輸送容量，同時考慮城市及山區(qū)地理環(huán)境的限制，同桿并架雙回線在220 kV及以上電壓等級線路中已得到積極應(yīng)用。同桿雙回線發(fā)生各種故障時繼電保護的動作正確性及可靠性將極大地影響電力系統(tǒng)的供電可靠和穩(wěn)定運行。
同桿并架雙回線路的故障非常復(fù)雜(據(jù)統(tǒng)計共120種)，早期應(yīng)用較多的無通道保護(如橫聯(lián)差動保護、電流平衡保護等)的性能不能充分滿足高壓輸電系統(tǒng)的要求。利用數(shù)字通道傳輸線路兩側(cè)電流信息的分相式電流差動保護因其結(jié)構(gòu)簡單，具有天然選相跳閘能力而成為同桿雙回線保護的首選，但同桿雙回線路對保護的要求不同于單回線路，如跨線故障下不能全切雙回線而需考慮將剩下的健全相構(gòu)成“準(zhǔn)三相”運行方式;雙回線之間還存在著零序互感的影響，甚至還有可能存在正序間和負序問的耦合影響，這樣有可能會造成接地距離保護的保護范圍縮短或超越;雙回線發(fā)生故障時非故障相可能流過鄰近故障相電流;這些都使同桿雙回線的故障特征與單回線故障特征不一樣，因此，需要對同桿并架雙回線路的故障特征及故障下的保護動作特性進行深入的研究。
1、洛陽500 kV牡馬I/II回線工程應(yīng)用
1.1洛陽500 kV牡馬I/1I回線工程簡介
洛陽500 kV牡馬I/II回線連接洛陽500 kV馬寺開關(guān)站和洛陽500 kv牡丹變電站。本次工程是對該同桿并架雙回輸電線路二次繼電保護進行改造，提高二次保護的性能，更加適應(yīng)雙回線特殊接線形式。工程建設(shè)中主要開展了雙回線發(fā)生跨線故障時僅切除故障相，實現(xiàn)按相順序重合及永久故障識別功能，對于跨線永久性故障，跳開故障相同時檢查兩回線剩下的健全相能否構(gòu)成“準(zhǔn)三相”運行，最大化保證輸電線路兩端變電站的電氣聯(lián)系，保證雙回線路的輸送能力，同時考慮“準(zhǔn)三相”運行情況下后備保護、三相不一致等問題，提供有效解決方案。工程實踐過程中考慮到縱聯(lián)差動保護對于縱聯(lián)光纖通道質(zhì)量等因素的過度依賴，提出了在主保護異常不能正常工作時，將鄰線信息通過光纖通信實現(xiàn)互通，采用基于六相信息的橫差保護。同時開展雙回線光纖通信技術(shù)、同步手段、功能配置、保護裝置功能調(diào)試、工程設(shè)計、現(xiàn)場安裝調(diào)試、運行維護等方面內(nèi)容的研究和探討。工程的成功實施提高了洛陽500 kV牡馬I/II回線二次系統(tǒng)整體技術(shù)水平，最大化保證了500 kV牡丹和馬寺變電站之問的聯(lián)系，保證了供電的可靠和連續(xù)。
1.2同桿并架雙回線的保護功能
同桿并架雙回線保護裝置差動元件針對線路保護區(qū)內(nèi)各種故障類型配置了分相穩(wěn)態(tài)量差動、分相故障分量差動及零序電流差動。穩(wěn)態(tài)量差動元件設(shè)置快速區(qū)元件及靈敏區(qū)元件，快速區(qū)元件采用短窗相量自適應(yīng)算法實現(xiàn)快速動作，靈敏區(qū)采用全周傅氏向量算法作為快速區(qū)的補充;故障分量差動不受負荷影響，對于區(qū)內(nèi)高阻故障及振蕩中故障性能優(yōu)越，元件本身采用全周傅氏向量算法并略帶延時保證其可靠性;零序電流差動作為穩(wěn)態(tài)量差動及故障分量差動的后備，延時100 ms動作，主要針對緩慢爬升的高阻故障。
配置基于橫聯(lián)通道數(shù)據(jù)的橫差保護，主要對雙回線的電流量進行橫向比較，判斷該相是否為區(qū)內(nèi)故障以及選擇故障線路。該保護主要用于判斷異名相的跨線故障，由于此時兩回線路的電氣條件已經(jīng)不一致，總有一相在一回線是故障相而在另一回線是非故障相。一般來說，兩同名相中故障相電流大于非故障相電流，若同名相中兩相均為非故障相，則其相電流小于故障相電流。對于同名相跨線故障，由于此時流過兩回線的電流相等，橫差保護無法進行故障識別。
同時配置六相序阻抗保護、具備切換“準(zhǔn)三相”運行功能及其運行條件下的整套主、后備保護功能;由三段式相間和接地距離保護及四段零序保護構(gòu)成的全套后備保護;配置自動重合閘、按相自動重合閘及三相不一致保護等。
2、同桿并架保護研究的關(guān)鍵技術(shù)
2.1基于故障分量方向的綜合選相元件
分析了同桿并架輸電線路在發(fā)生跨線故障時相電流、相電壓突變量的方向與區(qū)內(nèi)、外故障相別的關(guān)系，綜合利用電壓選相元件，提出了一種跨線故障選相元件。利用該元件可以可靠地選出跨線故障時區(qū)內(nèi)和區(qū)外的故障相別， 同時采用電壓量選相元件比電流量選相元件在出口故障和弱饋端故障時更加可靠、準(zhǔn)確，因為弱饋端故障時，電流量元件靈敏度不足，而電壓元件不受影響，同時大容量出口短路時，可能會導(dǎo)致CT飽和，電流波形發(fā)生畸變，從而影響選相準(zhǔn)確度，而在此情況下，電壓選相元件正好最靈敏。
2.2同桿并架雙回線互感對后備保護的影響
同桿并架雙回線間不僅有電氣聯(lián)系，也存在磁聯(lián)系。由于雙回線完全換位難以實現(xiàn)、導(dǎo)線間幾何電氣距離不可能完全對稱，兩回線電壓電流通過互感作用，使得母線上的殘壓不僅取決于本線的電流，還受另一回線的影響，這些影響會導(dǎo)致健全線的距離保護超越、零序方向元件誤動作等。本工程通過理論分析和大量的仿真試驗，發(fā)現(xiàn)雙回線異名相跨線接地故障時縱聯(lián)零序方向保護有可能誤判、拒動;接地距離保護由于零序互感的影響，可能出現(xiàn)誤動;在雙回線發(fā)生兩回線跨線不接地故障時，距離保護幾乎不可用。因此提出了基于六相序阻抗的距離保護，避免雙回線互感對保護性能的影響。
2.3基于六相序阻抗的距離保護
基于六相序阻抗的距離保護就是把同桿并架的兩回線作為一個整體來設(shè)計距離保護功能，利用雙回線中六個電流和保護安裝處的電壓來計算測量阻抗或者是計算距離而構(gòu)成的保護，從而使保護動作性能不受雙回線線間互感的影響。考慮到五相運行和“準(zhǔn)三相”的特殊性，在此期間保護自動退出，保留常規(guī)距離保護。基于六相序的距離保護在故障線路中能正確地反應(yīng)故障距離，準(zhǔn)確地測量跨線不接地故障距離， 同時也解決了線間互感對距離保護的影響問題。
2.4橫差保護在同桿并架雙回線中的應(yīng)用
利用相鄰線保護裝置間的光纖通信，互傳相鄰線信息，采用正序電壓極化的橫聯(lián)差動電流方向保護，從而可以解決因雙回線通道故障失去光纖電流差動主保護的問題，同時該保護功能還具有方向角固定，不隨故障點位置和雙側(cè)電源功角差變化而變化的特點。
2.5自適應(yīng)重合閘判據(jù)及重合策略
將同桿雙回線綜合成一回線，根據(jù)線路故障的性質(zhì)，實現(xiàn)無故障或非嚴重故障按相順序重合，從而在故障期間最大限度地保持兩端系統(tǒng)聯(lián)系，具有最多的可以啟動重合閘的機會和恢復(fù)雙回線運行的可能性，并利用雙回線斷開相端電壓的特征，構(gòu)造了永久性故障識別判據(jù)，從而提高了重合閘的成功率。
2.6 “準(zhǔn)三相”及五相運行策略
雙回線的一個重要特點就是能夠提高輸電線路的輸電能力，但如果發(fā)生跨線故障，尤其是永久性跨線故障，傳統(tǒng)的做法是將雙回線都跳開，這樣就不能充分發(fā)揮雙回線的特點。本工程研究“準(zhǔn)三相”
及五相運行的條件及可行性，當(dāng)線路發(fā)生故障時，雙回線采用“準(zhǔn)三相”或五相運行方式，可以繼續(xù)保持兩端系統(tǒng)的電氣聯(lián)系，最大限度地保證輸送功率。
3、結(jié)束語
同桿雙回輸電線路采用先進的同桿并架雙回線六相式保護系統(tǒng)，克服現(xiàn)有雙回線常規(guī)保護單獨配置、無法配合、常規(guī)重合閘對系統(tǒng)沖擊大等缺點，能夠適應(yīng)雙回線路要求快速切除區(qū)內(nèi)故障并能最大化保證兩端系統(tǒng)電氣聯(lián)系，保證供電的連續(xù)性。“五相運行”、“準(zhǔn)三相運行”、“六相序的橫聯(lián)保護”、“永久故障識別”等多項技術(shù)的應(yīng)用，使同桿雙回輸電線路二次系統(tǒng)設(shè)備功能優(yōu)化、操作簡捷、維護簡便，大大提高了二次系統(tǒng)的安全運行水平。改造后的洛陽500 kV牡馬I/II回線技術(shù)水平和運行可靠性得到顯著提高，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟效益和安全效益，為我國同桿雙回輸電線路繼電保護建設(shè)提供了寶貴的工程應(yīng)用實踐經(jīng)驗。
參考文獻
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