林富洪，曾惠敏

(1. 國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司 莆田供電公司，福建 莆田　351100；2. 國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司 檢修分公司，福州　350013)

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基于沿線電壓降幅值特性輸電線路距離保護(hù)方法

林富洪1，曾惠敏2

(1. 國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司 莆田供電公司，福建 莆田351100；2. 國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司 檢修分公司，福州350013)

摘要：基于長(zhǎng)線方程實(shí)時(shí)計(jì)算故障點(diǎn)電壓，故障后沿線電壓降落幅值呈現(xiàn)物理分布特性?；诖颂匦?，提出一種輸電線路距離保護(hù)新方法。該方法與方向元件配合使用，適用于單相接地故障和相間故障的整個(gè)故障過(guò)程的I段保護(hù)，原理上消除了故障點(diǎn)電壓的影響，具有良好的耐高阻和抗負(fù)荷電流影響的能力。PSCAD仿真分析和500 kV線路錄波數(shù)據(jù)測(cè)試結(jié)果表明，該方法動(dòng)作性能優(yōu)于傳統(tǒng)距離保護(hù)，具有良好現(xiàn)場(chǎng)實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：輸電線路；故障電壓；單相接地故障；相間故障

輸電線路即使經(jīng)桿塔直接接地，在土壤電阻率較低的地區(qū)過(guò)渡電阻也在10 Ω左右，在電阻率較高的地方過(guò)渡電阻可達(dá)30 Ω，或甚至更高[1-2]。過(guò)渡電阻產(chǎn)生的附加阻抗呈阻感性或呈阻容性容易造成阻抗距離保護(hù)拒動(dòng)或超越，保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)，會(huì)給電力系統(tǒng)安全運(yùn)行帶來(lái)重大損失，甚至有可能會(huì)威脅到電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性[1-6]。文獻(xiàn)[7-11]研究表明，采用分布參數(shù)建模，測(cè)量阻抗與故障距離呈雙曲正切函數(shù)關(guān)系，雙曲正切函數(shù)特性使得過(guò)渡電阻對(duì)阻抗距離保護(hù)的影響更為嚴(yán)重。

本文基于分布參數(shù)模型實(shí)時(shí)計(jì)算故障點(diǎn)電壓。經(jīng)分析，保護(hù)區(qū)內(nèi)故障時(shí)，保護(hù)安裝處到故障點(diǎn)的電壓降落幅值小于保護(hù)安裝處到保護(hù)整定范圍處的電壓降落幅值；保護(hù)區(qū)外故障時(shí)，保護(hù)安裝處到故障點(diǎn)的電壓降落幅值大于保護(hù)安裝處到保護(hù)整定范圍處的電壓降落幅值?；诖颂匦裕岢鲆环N輸電線路距離保護(hù)新方法。

1基于分布參數(shù)模型線路距離保護(hù)原理

1.1基于分布參數(shù)模型單相接地故障推導(dǎo)

φ相接地故障時(shí)，φ處相電壓為

(1)

其中，零序電流補(bǔ)償系數(shù)為

(2)

于是，φ相操作電壓為

(3)

1.2基于分布參數(shù)模型相間故障推導(dǎo)

m處φφ相間電壓為

由相間故障復(fù)合序網(wǎng)可得故障處電流為[1]

于是，φφ相間操作電壓為

(4)

式中φφ=AB、BC、CA，對(duì)應(yīng)φ=C、A、B。

1.3基于分布參數(shù)模型故障點(diǎn)電壓計(jì)算

圖1　單相接地故障電壓電流矢量關(guān)系圖

圖2　相間短路故障電壓電流矢量關(guān)系圖

由圖1可得，接地故障點(diǎn)電壓計(jì)算式為

(5)

由圖2可得，相間故障點(diǎn)電壓計(jì)算式為

(6)

1.4基于分布參數(shù)模型輸電線路距離保護(hù)判據(jù)

線路故障后沿線電壓降落情況如圖3所示。

圖3　線路故障后沿線電壓降落情況

基于分析可得適用于單相接地和相間故障的輸電線路距離保護(hù)判據(jù)分別如下：

(7)

(8)

該距離保護(hù)方法適用于單相接地故障和相間故障的整個(gè)故障過(guò)程的I段保護(hù)。當(dāng)方向元件判別為正方向故障時(shí)，若式(7)和式(8)判據(jù)成立，則判斷對(duì)應(yīng)故障點(diǎn)位于保護(hù)區(qū)內(nèi)。

2PSCAD/EMTDC仿真分析

以華北電網(wǎng)500 kV線路參數(shù)建立PSCAD /EMTDC測(cè)試模型如圖4所示。

圖4　兩端供電系統(tǒng)單相測(cè)試模型

m、n兩側(cè)系統(tǒng)參數(shù)和輸電線路正序、零序參數(shù)見(jiàn)文獻(xiàn)[17]。保護(hù)整定范lset=0.85×300=255(km)；采樣頻率6 kHz。

圖5(a)、5(b)分別為δ=15°時(shí)，距m端120 km處A相經(jīng)25 Ω接地后360個(gè)采樣點(diǎn)內(nèi)，120 km處實(shí)際接地故障點(diǎn)電壓與計(jì)算得到120 km處接地故障點(diǎn)電壓幅值相角比較曲線。圖6(a)、圖6(b)分別為δ=10°時(shí)，距m端150 km處BC相經(jīng)65 Ω短路后360個(gè)采樣點(diǎn)內(nèi)，150 km處實(shí)際相間故障點(diǎn)電壓與計(jì)算得到150 km處相間故障點(diǎn)電壓幅值相角比較曲線。

圖5　距m端120 km處A相經(jīng)25 Ω接地時(shí)實(shí)際故障點(diǎn)電壓與計(jì)算得到接地故障點(diǎn)電壓的幅相比較曲線

圖6　距m端150 km處BC相經(jīng)65 Ω短路時(shí)實(shí)際故障點(diǎn)電壓與計(jì)算得到相間故障點(diǎn)電壓的幅相比較曲線

圖5、圖6中分別在故障后第140個(gè)、第123個(gè)采樣點(diǎn)開(kāi)始實(shí)際故障點(diǎn)電壓與計(jì)算得到故障點(diǎn)電壓幅相皆吻合，從而驗(yàn)證故障點(diǎn)電壓計(jì)算方法的正確性。

圖7為δ=5°時(shí)，距m端205 km處A相經(jīng)300 Ω接地后180個(gè)采樣點(diǎn)內(nèi)沿線電壓降落變化情況。

圖7　距m端205 km處A相經(jīng)300 Ω接地時(shí)沿線電壓降落幅值變化曲線

由圖7可知，近保護(hù)整定范圍處，無(wú)論輕負(fù)荷高阻接地還是重負(fù)荷高阻接地，沿線電壓降落滿足判據(jù)式(7)，新方法可靠正確動(dòng)作。

表1給出δ=30°時(shí)，距m端不同位置發(fā)生A相經(jīng)500 Ω高電阻接地時(shí)的新方法動(dòng)作情況。表2給出δ=30°時(shí)，距m端不同位置發(fā)生BC相間經(jīng)135 Ω電阻短路時(shí)的新方法動(dòng)作情況。

由表1和表2知，無(wú)論單相高阻接地還是相間高阻短路，故障點(diǎn)位于保護(hù)區(qū)內(nèi)時(shí)，m端到故障點(diǎn)的電壓降落幅值小于m端到保護(hù)整定范圍處的電壓降落幅值，新方法正確動(dòng)作；故障點(diǎn)位于保護(hù)區(qū)外時(shí)，m端到故障點(diǎn)的電壓降落幅值則大于m端到保護(hù)整定范圍處的電壓降落幅值，新方法可靠不動(dòng)作。

表1　不同位置發(fā)生A相經(jīng)500 Ω接地時(shí)新方法

表2　不同位置發(fā)生BC相間經(jīng)135 Ω短路時(shí)

3現(xiàn)場(chǎng)錄波數(shù)據(jù)測(cè)試

福建電網(wǎng)與華東電網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)線為500 kV寧雙線和500 kV德龍線，其中500 kV德龍線全長(zhǎng)256.11 km。采用500 kV德龍線A相高阻接地故障錄波數(shù)據(jù)對(duì)本文方法動(dòng)作性能進(jìn)行測(cè)試。圖8為2011年3月份福建電網(wǎng)500 kV德龍線上距500 kV寧德變95.9 km處(位于南瑞RCS-931裝置II段距離保護(hù)區(qū)內(nèi))A相發(fā)生接地短路時(shí)500 kV寧德變電站的故障錄波波形。圖9為500 kV德龍線A相高阻接地故障后本文方法測(cè)量到的德龍線A相沿線電壓降落幅值的變化曲線。由圖9知，500 kV德龍線A相接地故障后第12個(gè)采樣點(diǎn)開(kāi)始滿足判據(jù)式(1)，保護(hù)可靠動(dòng)作于發(fā)跳閘信號(hào)。此次500 kV德龍線A相高阻接地整個(gè)故障過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)安裝的南瑞RCS-931裝置距離保護(hù)一直拒動(dòng)。因此，故障錄波數(shù)據(jù)測(cè)試表明，本文方法具有良好耐高阻和抗負(fù)荷電流影響的能力，動(dòng)作性能優(yōu)于傳統(tǒng)距離保護(hù)。

圖8　500 kV德龍線A相接地故障錄波波形

圖9　500 kV德龍線A相沿線電壓降落幅值變化曲線

4結(jié)語(yǔ)

經(jīng)分析，線路故障后沿線電壓降落幅值呈分布特性：保護(hù)區(qū)內(nèi)故障時(shí)，保護(hù)安裝處到故障點(diǎn)的電壓降落幅值小于保護(hù)安裝處到保護(hù)整定范圍處的電壓降落幅值；保護(hù)區(qū)外故障時(shí)，保護(hù)安裝處到故障點(diǎn)的電壓降落幅值則大于保護(hù)安裝處到保護(hù)整定范圍處的電壓降落幅值。基于此特性，提出一種輸電線路距離保護(hù)新方法。該方法與方向元件配合使用，適用于超/特高壓線路單相接地和相間故障的整個(gè)故障過(guò)程的I段保護(hù)，具有良好耐高阻和抗負(fù)荷電流影響的能力。軟件分析和500 kV線路現(xiàn)場(chǎng)錄波數(shù)據(jù)測(cè)試驗(yàn)證了本文方法正確性和實(shí)用性。

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(本文編輯：趙艷粉)

Transmission Line Distance Protection Method Based on Line Voltage Reduction Characteristics

LIN Fu-hong1, ZENG Hui-min2

(1. Putian Electric Power Supply Company, Fujian Electric Power Co., Ltd., Putian 351100, China；2. Maintenance Company, Fujian Electric Power Co., Ltd., Fuzhou 3500130, China)

Abstract:The real-time calculation of fault point voltage by the long-distance line equation indicates that the line voltage reduction presents physical distribution characteristics after failures. Thereupon this paper puts forward a new method of transmission line distance protection. This method, used together with direction components, is suitable for the whole-process fault protection with the single-phase grounding fault and interphase fault. In principle, it eliminates the affects of the fault point voltage, and has good resistance to high resistance and load current. PSCAD simulation analysis and 500 kV line wave record data test results show that the preformace of this method is superior to the traditional distance protection and has good practical value.

Key words:transmission line; breakdown voltage; single-phase grounding fault; interphase fault

DOI：10.11973/dlyny201602025

作者簡(jiǎn)介：林富洪(1986)，男，碩士，工程師，研究方向?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)保護(hù)技術(shù)。

中圖分類號(hào)：TM773

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：2095-1256(2016)02-0258-05

收稿日期：2015-12-15