王澤洋

（廣東電網(wǎng)有限責任公司佛山南海供電局，廣東 佛山 528200）

0 引 言

橫差保護原理就是利用保護安裝處兩回線同名相電流進行比較，這種保護不依靠通信通道。簡單比較兩回線電流差值的保護稱為電流平衡保護；而在保護中除了比較電流差值以外，還引入功率方向元件的橫差保護稱為橫聯(lián)差動方向保護。其中，只比較保護安裝側(cè)的兩回線電流幅值的電流平衡保護，只適用于單側(cè)電源供電的同桿雙回線系統(tǒng)的電源側(cè)，而不能安裝在非電源側(cè)，如果應(yīng)用于雙電源供電系統(tǒng)，其保護的可靠性和靈敏性都將大大下降。此外，當發(fā)生同名相跨線故障時，兩個同名故障相中流入的故障電流相等，而橫差保護的判據(jù)是判斷兩回線同名相電流差，因此保護會拒動[1]。

橫聯(lián)差動保護按照保護功能的不同，還可以分為相間差動和零序差動兩種保護形式。相間橫差保護就是利用雙回線中兩個同名相之間的差電流作為啟動判據(jù)的保護方式。零序差動保護是指選取兩回線的零序電流和或差，利用設(shè)定好的整定值作為動作量的判據(jù)。

本文提出了基于六序故障分量的橫差方向保護方法，并從理論上分析了新方法的可靠性及實用性，為橫差方向保護能夠應(yīng)用于高壓同桿雙回線路打下了基礎(chǔ)。同時，分析了保護的相繼動作區(qū)和死區(qū)，并給出了相應(yīng)的解決方案。

1 同桿雙回線的六序分量法

同桿雙回線的最大特點是兩回線之間既有相間互感影響，又有線間互感影響，可寫出矩陣[2]：

同桿雙回線的矩陣是滿陣，不利于計算，六序分量變換的實質(zhì)就是消去互感，將式（1）轉(zhuǎn)化成如下對稱的六序分量形式：

將式（1）的滿陣轉(zhuǎn)化為式（2）的對角陣的六序變換陣為：

式（3）可簡寫為：

根據(jù)分析可知，將六相故障量轉(zhuǎn)化為六序故障分量后，將實現(xiàn)故障量的解耦，六序網(wǎng)絡(luò)中僅正序同序網(wǎng)為有源網(wǎng)絡(luò)，當電壓、電流為故障點k 的電壓和電流時，設(shè)流向短路點的各序電流為正方向，各序網(wǎng)k點的入端阻抗為ZKTF，有如下關(guān)系式：

簡寫為：

運用疊加原理可以求出同桿雙回線六序故障的附加分量，并且所有的六序故障分量網(wǎng)絡(luò)均為無源網(wǎng)絡(luò)。圖1 為同桿雙回線同、反雙回線的正、負、零序阻抗網(wǎng)絡(luò)圖[3]。

圖1 六序故障分量序網(wǎng)圖

圖中，m=0，1，2，分別表示零、正、負三序量，ZMSTm、ZNSTm分別為M 側(cè)和N 側(cè)同序三序系統(tǒng)阻抗，ZMTm、ZNTm分別為M 側(cè)和N 側(cè)同序三序阻抗，ZMFm、ZNFm分別為M 側(cè)和N 側(cè)反序三序阻抗，、UKTm分別為短路點同序電流和電壓，分別為短路點反序電流和電壓。

六序網(wǎng)與正、負、零網(wǎng)之間存在一定的關(guān)系。在雙回線以外的系統(tǒng)中同序電流是線路電流的2 倍，因而在各同序網(wǎng)絡(luò)中，系統(tǒng)各阻抗要增加1 倍。反序電流在雙回線中環(huán)流，在雙回線以外的系統(tǒng)中，反序電流為零，在兩側(cè)母線上的反序電壓為零。由于兩回線之間僅存在零序互感，因此線路中零序同序阻抗等于零序阻抗加上3 倍的互阻抗，而零序反序阻抗等于零序阻抗減去3 倍的互阻抗[4]。

根據(jù)圖1 的六序網(wǎng)絡(luò)圖可知M 側(cè)保護安裝處的同序反序電流分別為：

其中，正序電流分配系數(shù)為：

反序電流分配系數(shù)為：

由于系統(tǒng)的線路正序和負序阻抗都相等，所以有如下關(guān)系：

由于反序電流分配系數(shù)只與故障點距離有關(guān)，本文假設(shè)：

則利用故障點的六序電流量和M 側(cè)的六序電流分配系數(shù)，可得到M 側(cè)保護安裝處的故障電流與電壓之間的相位關(guān)系[5]。

2 基于六序故障分量的選線判據(jù)

由六序分量法的分析可知，反序電流與兩回線差電流具有如下關(guān)系式：

在章節(jié)1 中給出了傳統(tǒng)橫差方向保護選線元件的動作分析，根據(jù)分析結(jié)果可知，傳統(tǒng)的橫差方向保護受故障點位置與兩側(cè)電源相角差的影響較為嚴重，特別是在發(fā)生兩相相間短路故障時，保護受的影響尤為嚴重，甚至可能發(fā)生誤動。因此可以利用六序故障分量中的同序電壓與反序電流分別代替非故障相相間電壓與兩回線差電流，同序電壓與反序電流之間的相位關(guān)系只與雙回線參數(shù)有關(guān)，不受故障點位置及兩側(cè)電源相角差影響，可以有效提高橫差保護的可靠性。

基于六序故障分量的橫差保護選線元件的動作判據(jù)為：

3 相繼動作區(qū)分析

雙側(cè)電源供電的同桿雙回線系統(tǒng)中，線路兩側(cè)的橫差保護都存在相繼動作區(qū)。在相繼動作區(qū)內(nèi)發(fā)生故障時，切除故障的時間將有所增長（通常約為0.2 s）。相繼動作區(qū)長度的計算方法如下?，F(xiàn)以M 側(cè)保護為例，為簡化計算，假設(shè)相繼動作區(qū)的臨界點d 的短路電流與N 側(cè)母線上的短路時的短路電流相等，有如下等式關(guān)系：

M 側(cè)保護中啟動元件的一次動作電流為：

相繼動作區(qū)的長度用百分數(shù)表示為：

采用反序電流作為參考相量后可以變?yōu)槿缦碌仁剑?/p>

而根據(jù)六序分量法的分析可知，反序電流與兩回線之間的差電流又有如下關(guān)系：

因此采用反序電流作為參考相量后，橫聯(lián)差動方向保護的相繼動作區(qū)將縮短為原來的50%。

4 結(jié) 論

提出了基于六序故障分量的橫差方向保護，通過分析可知，六序變換分解出的同序電壓與反序電流之間的相位恒定，只與系統(tǒng)參數(shù)有關(guān)，不受故障點位置及兩側(cè)電源相角差影響，同時反序電流的相位與兩回線差電流相同，可以相互替換。