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同桿并架雙回線繼電保護(hù)工程應(yīng)用實(shí)踐
摘要：同桿并架雙回輸電線路由于其良好的經(jīng)濟(jì)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(hù)功不能很好地適應(yīng)其發(fā)展。在洛陽(yáng)牡一馬同桿并架雙回輸電線路工程實(shí)踐中，通過(guò)對(duì)雙回輸電線路進(jìn)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(hù)原理、自適應(yīng)重合閘判據(jù)及順序重合策略、橫聯(lián)差動(dòng)保護(hù)，并能夠?qū)崿F(xiàn)五相運(yùn)行、 “準(zhǔn)三相”及其運(yùn)行情況下各項(xiàng)后備保護(hù)功能。
關(guān)鍵詞：同桿并架; 準(zhǔn)三相;五相運(yùn)行;六相序阻抗;應(yīng)用實(shí)踐
0、引言
經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對(duì)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(zhǎng)距離發(fā)展，但由于征地費(fèi)用的目益昂貴，輸電線路走廊費(fèi)用所占的比重越來(lái)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(shí)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(jí)線路中已得到積極應(yīng)用。同桿雙回線發(fā)生各種故障時(shí)繼電保護(hù)的動(dòng)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(yùn)行。
同桿并架雙回線路的故障非常復(fù)雜(據(jù)統(tǒng)計(jì)共120種)，早期應(yīng)用較多的無(wú)通道保護(hù)(如橫聯(lián)差動(dòng)保護(hù)、電流平衡保護(hù)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(dòng)保護(hù)因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有天然選相跳閘能力而成為同桿雙回線保護(hù)的首選，但同桿雙回線路對(duì)保護(hù)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(yùn)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(fù)序問(wèn)的耦合影響，這樣有可能會(huì)造成接地距離保護(hù)的保護(hù)范圍縮短或超越;雙回線發(fā)生故障時(shí)非故障相可能流過(guò)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(duì)同桿并架雙回線路的故障特征及故障下的保護(hù)動(dòng)作特性進(jìn)行深入的研究。
1、洛陽(yáng)500 kV牡馬I/II回線工程應(yīng)用
1.1洛陽(yáng)500 kV牡馬I/1I回線工程簡(jiǎn)介
洛陽(yáng)500 kV牡馬I/II回線連接洛陽(yáng)500 kV馬寺開關(guān)站和洛陽(yáng)500 kv牡丹變電站。本次工程是對(duì)該同桿并架雙回輸電線路二次繼電保護(hù)進(jìn)行改造，提高二次保護(hù)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(shí)僅切除故障相，實(shí)現(xiàn)按相順序重合及永久故障識(shí)別功能，對(duì)于跨線永久性故障，跳開故障相同時(shí)檢查兩回線剩下的健全相能否構(gòu)成“準(zhǔn)三相”運(yùn)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(shí)考慮“準(zhǔn)三相”運(yùn)行情況下后備保護(hù)、三相不一致等問(wèn)題，提供有效解決方案。工程實(shí)踐過(guò)程中考慮到縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)對(duì)于縱聯(lián)光纖通道質(zhì)量等因素的過(guò)度依賴，提出了在主保護(hù)異常不能正常工作時(shí)，將鄰線信息通過(guò)光纖通信實(shí)現(xiàn)互通，采用基于六相信息的橫差保護(hù)。同時(shí)開展雙回線光纖通信技術(shù)、同步手段、功能配置、保護(hù)裝置功能調(diào)試、工程設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試、運(yùn)行維護(hù)等方面內(nèi)容的研究和探討。工程的成功實(shí)施提高了洛陽(yáng)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(wèn)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(hù)功能
同桿并架雙回線保護(hù)裝置差動(dòng)元件針對(duì)線路保護(hù)區(qū)內(nèi)各種故障類型配置了分相穩(wěn)態(tài)量差動(dòng)、分相故障分量差動(dòng)及零序電流差動(dòng)。穩(wěn)態(tài)量差動(dòng)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(shí)現(xiàn)快速動(dòng)作，靈敏區(qū)采用全周傅氏向量算法作為快速區(qū)的補(bǔ)充;故障分量差動(dòng)不受負(fù)荷影響，對(duì)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(shí)保證其可靠性;零序電流差動(dòng)作為穩(wěn)態(tài)量差動(dòng)及故障分量差動(dòng)的后備，延時(shí)100 ms動(dòng)作，主要針對(duì)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(hù)，主要對(duì)雙回線的電流量進(jìn)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(hù)主要用于判斷異名相的跨線故障，由于此時(shí)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(lái)說(shuō)，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(duì)于同名相跨線故障，由于此時(shí)流過(guò)兩回線的電流相等，橫差保護(hù)無(wú)法進(jìn)行故障識(shí)別。
同時(shí)配置六相序阻抗保護(hù)、具備切換“準(zhǔn)三相”運(yùn)行功能及其運(yùn)行條件下的整套主、后備保護(hù)功能;由三段式相間和接地距離保護(hù)及四段零序保護(hù)構(gòu)成的全套后備保護(hù);配置自動(dòng)重合閘、按相自動(dòng)重合閘及三相不一致保護(hù)等。
2、同桿并架保護(hù)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(shí)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(shí)區(qū)內(nèi)和區(qū)外的故障相別， 同時(shí)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(shí)更加可靠、準(zhǔn)確，因?yàn)槿躔伓斯收蠒r(shí)，電流量元件靈敏度不足，而電壓元件不受影響，同時(shí)大容量出口短路時(shí)，可能會(huì)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(duì)后備保護(hù)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(shí)現(xiàn)、導(dǎo)線間幾何電氣距離不可能完全對(duì)稱，兩回線電壓電流通過(guò)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(huì)導(dǎo)致健全線的距離保護(hù)超越、零序方向元件誤動(dòng)作等。本工程通過(guò)理論分析和大量的仿真試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)雙回線異名相跨線接地故障時(shí)縱聯(lián)零序方向保護(hù)有可能誤判、拒動(dòng);接地距離保護(hù)由于零序互感的影響，可能出現(xiàn)誤動(dòng);在雙回線發(fā)生兩回線跨線不接地故障時(shí)，距離保護(hù)幾乎不可用。因此提出了基于六相序阻抗的距離保護(hù)，避免雙回線互感對(duì)保護(hù)性能的影響。
2.3基于六相序阻抗的距離保護(hù)
基于六相序阻抗的距離保護(hù)就是把同桿并架的兩回線作為一個(gè)整體來(lái)設(shè)計(jì)距離保護(hù)功能，利用雙回線中六個(gè)電流和保護(hù)安裝處的電壓來(lái)計(jì)算測(cè)量阻抗或者是計(jì)算距離而構(gòu)成的保護(hù)，從而使保護(hù)動(dòng)作性能不受雙回線線間互感的影響。考慮到五相運(yùn)行和“準(zhǔn)三相”的特殊性，在此期間保護(hù)自動(dòng)退出，保留常規(guī)距離保護(hù)。基于六相序的距離保護(hù)在故障線路中能正確地反應(yīng)故障距離，準(zhǔn)確地測(cè)量跨線不接地故障距離， 同時(shí)也解決了線間互感對(duì)距離保護(hù)的影響問(wèn)題。
2.4橫差保護(hù)在同桿并架雙回線中的應(yīng)用
利用相鄰線保護(hù)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(dòng)電流方向保護(hù)，從而可以解決因雙回線通道故障失去光纖電流差動(dòng)主保護(hù)的問(wèn)題，同時(shí)該保護(hù)功能還具有方向角固定，不隨故障點(diǎn)位置和雙側(cè)電源功角差變化而變化的特點(diǎn)。
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(shí)現(xiàn)無(wú)故障或非嚴(yán)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(dòng)重合閘的機(jī)會(huì)和恢復(fù)雙回線運(yùn)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(shí)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(yùn)行策略
雙回線的一個(gè)重要特點(diǎn)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(diǎn)。本工程研究“準(zhǔn)三相”
及五相運(yùn)行的條件及可行性，當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)，雙回線采用“準(zhǔn)三相”或五相運(yùn)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(yǔ)
同桿雙回輸電線路采用先進(jìn)的同桿并架雙回線六相式保護(hù)系統(tǒng)，克服現(xiàn)有雙回線常規(guī)保護(hù)單獨(dú)配置、無(wú)法配合、常規(guī)重合閘對(duì)系統(tǒng)沖擊大等缺點(diǎn)，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(yùn)行”、“準(zhǔn)三相運(yùn)行”、“六相序的橫聯(lián)保護(hù)”、“永久故障識(shí)別”等多項(xiàng)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(jiǎn)捷、維護(hù)簡(jiǎn)便，大大提高了二次系統(tǒng)的安全運(yùn)行水平。改造后的洛陽(yáng)500 kV牡馬I/II回線技術(shù)水平和運(yùn)行可靠性得到顯著提高，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和安全效益，為我國(guó)同桿雙回輸電線路繼電保護(hù)建設(shè)提供了寶貴的工程應(yīng)用實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
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