智能變電站同桿雙回線保護功能優化的探討

申 泉，高 云

(國電南京自動化股份有限公司，江蘇南京210032)

出線走廊的限制使得同桿并架雙回線路日益增多。與單回線路相比，同桿雙回線路結構具有特殊性,不僅可能發生單回線對地故障或者單回線相間故障，還可能發生兩回線線間的跨線故障。跨線故障情況復雜，給基于單回線信息的繼電保護原理帶來了許多新問題，例如故障選相困難，測距不準等。另外，雙回線間的零序互感也給常用的縱聯零序方向保護、接地距離保護等帶來很大的影響。常規變電站中，為簡化二次回路，方便調試和維護，雙回線繼電保護都是按單回線獨立配置的，兩回線路的繼電保護裝置之間沒有任何聯系，一回線的保護裝置也不能獲取相鄰線任何電氣量信息。應該說這種配置方案在傳統變電站是發揮了積極作用的，降低了因二次回路問題導致保護不正確動作的幾率，但由于保護獲得的信息有限，限制了雙回線路繼電保護性能的改進。如今智能變電站建設正如火如荼的展開，站內信息數字化、網絡化的特點為信息共享提供了方便，為進一步提高雙回線保護性能提供了條件。文中主要在選相元件、距離保護、縱聯零序保護和差動保護方面展開探討。

1 基于電流平衡原理的選相方法

常規的選相原理均是基于單回線路故障特征所提出的，在同桿雙回線路發生跨線故障時其選擇性和可靠性難以保證[1，2]。雙回線故障選相是雙回線路保護的一大難題，文中提出在智能變電站雙回線保護中采用基于電流平衡原理的選相方法。

對稱雙回線區內無故障時兩回線對應相電流完全相等，區內故障時兩線對應故障相電流不平衡。電流平衡選相原理就基于此特征，判據如下：

若故障后兩回線Φ相電流之間滿足式（1）所示關系，則選Φ為故障相。

對于單線故障或異名相跨線故障（IA_IIB等）均能可靠選出故障相別，但是對于含同名相的故障，如IA_IIAB這樣的故障，A相可能選不出來，還需要進一步甄別。另外，對于選出的相別也需要通過電流方向、幅值等進一步判別故障線。以A相故障為例，初步選相邏輯如圖 1 所示。 圖中I˙AI和I˙AII分別為 I線和 II線的 A相電流。

圖1 電流平衡選相邏輯

2 自適應距離保護

2.1 距離I段定值自適應

雙回線上接地距離保護受零序互感影響容易造成保護拒動或者誤動[3]。最嚴重的情況在于相鄰線路兩側掛地運行，本線路末端母線故障，受零序互感影響，遠端距離I段保護可能超越動作。為保證距離保護的選擇性和安全性，雙回線路距離I段保護范圍整定的都比普通線路要小，這樣就影響了雙回線正常運行時候距離保護的靈敏度。文中在基于智能變電站雙回線路信息充分共享的基礎上提出了距離I段定值自適應方案。

保護通過GOOSE網絡不僅采集線路開關的位置接點，同時采集相應接地刀閘位置接點。通過線路開關及接地刀閘位置可以實時判別兩回線路運行狀況。相鄰線路空掛運行或者正常運行時，對本線路影響很小，本線路距離I段保護定值可以按單回線運行考慮，保證其靈敏度；相鄰線路兩側掛地運行時，保護自動縮小距離I段保護范圍，以保證其安全性。

2.2 阻抗繼電器自適應

常規的基于單回線電氣量的阻抗繼電器在雙回線發生跨線故障時無法準確反應故障點位置和故障回路阻抗[4]。智能變電站雙回線路保護由于引入了相鄰線路的交流量，可以計算基于線間的故障回路阻抗。

線路發生單回線相間故障則采用常規的相間阻抗繼電器；若發生異名相跨線故障，則采用基于線間故障回路的阻抗繼電器。以IA_IIB的故障為例，可以根據式（2）計算故障回路阻抗，并判別是否發生區內故障。

式中：U˙A，U˙B分別為線路 A、B 兩相電壓；I˙AI和I˙BII分別為線路I的A相和線路II的B相電流。其他類型跨線故障類似。該方法解決了基于單回線信息的阻抗繼電器在發生跨線不接地故障時失去保護范圍的問題。

3 縱聯零序方向保護

縱聯零序方向保護對于線路高阻故障的快速、可靠切除具有重要意義。但受平行雙回線間零序互感的影響，在一回線故障時可能造成另一回非故障線路的縱聯零序方向保護不正確動作，這是縱聯零序保護最難解決的問題[5-8]。

智能變電站中雙回線保護新的配置方案下，兩回線路的交流量及開關量信息都是共享的，很容易實現單回線故障時對另一回線縱聯零序保護的關聯閉鎖。主要考慮如下幾種情況：（1）相鄰線保護有跳閘；（2）相鄰線開關單相跳開；（3）相鄰線零序電流遠大于本線零序電流。在滿足上述任何一條的情況下短時閉鎖線路縱聯零序保護，可有效防止相鄰線路故障情況下非故障線路縱聯零序保護誤動。

4 差動保護電容電流補償方法

長距離、高壓輸電線路電容電流不能被忽略，對分相電流差動影響很大，尤其是線路單側合閘容易造成差動保護誤動，必須采用電容電流補償技術[9，10]。電容電流補償原理眾多，但均需考慮線路高抗的分流，而高抗電流實時估算是個迭代算法，初值問題解決不好會引起很大誤差。

智能變電站在采樣值組網傳輸的情況下，線路保護可以在不增加任何接線和設備的情況下通過站內采樣值網絡引入對應的高抗電流值，無需再用繁瑣的迭代算法求取該電流，既簡化了保護算法還提高了保護的可靠性。

差動保護需要線路兩側交換信息，可以考慮2種方案。其一，各側均將電感電流和線路電流一并傳給對側，在對側完成所有算法，需要多傳3路交流量；其二，各側都將自身線路電流和電感電流綜合后送給對側。

5 線路故障性質判別

高電壓等級輸電線路重合于永久性故障可能對機組造成嚴重損害，甚至威脅系統的穩定運行。近年來許多專家學者提出了多種各樣的線路故障性質判別方法，但大多是基于斷開相恢復電壓特征的[11，12]，算法的適應性有待提高。文獻[13]提出利用高壓線路并聯電抗電流幅值判別線路故障性質，該方法簡單有效。但傳統變電站中線路保護無法引入高抗電流，算法需在電抗器保護中實現，然后通過接點與線路保護（或斷路器保護）的重合閘配合，使得二次接線復雜。

智能變電站采樣值組網傳輸的方式下，線路保護可以通過站內采樣值網絡方便的采集對應高抗的電流量，利用高抗電流實現線路故障性質的判別。方案簡單易行，無需復雜的二次回路，為實現自適應重合閘提供了新的解決思路。

6 結束語

智能變電站全站信息的數字化和信息共享標準化，為改善線路保護性能的新技術提供了可能性。文中所列幾點僅為拋磚引玉，線路保護在共享信息的條件下還有許多功能可以優化，智能變電站的發展，必將給保護的功能和原理帶來新的變革契機。

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