同塔線路故障分析及其對繼電保護影響

陳丹

（國網福建省電力有限公司檢修分公司 福建福州 350003）

同塔線路故障分析及其對繼電保護影響

陳丹

（國網福建省電力有限公司檢修分公司 福建福州 350003）

本文從零序互感、跨線故障兩方面針對同塔線路故障分析及其對繼電保護的影響展開了分析，希望可以為同行的研究提供一些參考。

同塔線路；故障分析；繼電保護；影響

我國人口眾多，城市化進程不斷加快，這種情況下如何提升土地利用率已經成為大家關注的問題。同塔輸電模式在電力系統中的應用，不僅可以提升土地利用率，同時還能有效降低電力建設成本，進而幫助企業獲得巨大的經濟效益。這種線路模式和普通線路相比，對繼電保護提出了更高的要求，跨線故障與零序互感都會對同塔線路繼電保護是否會正確動作造成影響，下面本文以這兩方面為中心，從故障分析的角度針對不同動作行為對繼電保護造成的影響進行分析和評估。

1 同塔線路故障分析及繼電保護的挑戰

線路同塔搭設為電力系統故障分析及繼電保護帶來了巨大的挑戰，具體表現在以下幾方面：①同塔搭設線路時輸電回路間的距離被拉近，在線路發生故障時其強磁耦合特征顯現出來，對于以零序量為主要判斷依據的接地保護帶來了影響，特別是零序電流、接地距離保護超范圍動作，以及縱聯零序方向元件發生的動作行為。此外，不同電壓等級電網中的同塔線路，在強磁弱電影響下也會出現零序功率方向舞動，進而擴大事故范圍；②同塔線路間跨線故障對繼電保護模式造成了沖擊，強磁耦合特征也會對可解耦關系造成破壞，進而對繼電保護正確選相及故障距離的正確判斷造成影響等等；③因為受到分區供電、線路檢修等因素的影響，當前的系統方式逐漸顯示出一定的不確定性，同時同塔線路也存在不同的組合方式。對于繼電保護來說，可能會難以協調靈敏性和選擇性，不僅會造成保護整定的難以取舍，同時還可能會造成故障方向辨別時的不靈敏或者保護運行時保護范圍不穩定等等，進而對繼電保護造成威脅。同塔線路所處電源大小、電壓等級等基本類型故障分析建模，可以有效反應出同塔線路電磁聯系強弱，圖1供分析。

2 同塔線路特殊性及其對繼電保護的影響途徑

2.1 同塔線路搭設型式的復雜性

因為電網建設、規劃及變電站出現走廊限制等因素的影響，同塔線路搭設在型式上體現出了多樣化的特征，具體表現在以下幾方面：①起始點不同。由于同塔起點終點、長度等相關地理信息都不同，因此一些線路需要全程同塔并行搭設，還有一些需要分段同塔搭設，小部分線路需要多處局部同塔搭設；②回路數不同。由于輸送功率需要的不同以及出于對輸電走廊的考慮，同塔搭設線路在桿塔上可能會掛兩回線路，甚至可能會掛四回或者六回線路；③橫向距離不一。同塔線路之間線、回路橫向距離不一，緊湊的布置在同一輸電走廊的線路之間存在較大的橫向距離差異，具體來說線路之間距離主要包括導線高度與導線之間水平間距和回路之間的距離；④接地情況不同。由于受到雷電波感應區域的限制，加上接地電阻的要求不同，因此輸電線路避雷線的接地情況存在差異，一些需要分段接地，一些需要逐點接地。

2.2 同塔線路運行的特殊性

同塔線路運行特殊性需要從以下幾方面展開分析：①回路間的強磁耦合。導線間的水平間距和導線高度均會影響線路靜電耦合及磁耦合，主要表現為導線電容耦合越強，其水平間距就會越小，導線之間磁耦合越強，其回路之間水平距離就會越小，這時零序磁耦合也會越強；②跨線故障的出現。同塔線路和單回輸電線路相比，其中主要問題之一就是跨線故障成為了可能，雖然運行統計跨線故障發生的幾率尚不到20%，然而這種故障可能會涉及到兩回以上輸電線路，如果同時切除雙回，將會對系統穩定運行造成嚴重影響；③線路組運行方式變化。由于受到限制局部短路電流、電網調度等因素的影響，同塔線路組在運行過程中可能會出現同時投運、部分停運及部分接地掛檢等組合運行方式，線路運行方式不同，回路間零序互感阻抗在發生故障時就會在故障特征貢獻上出現不同表現，因此直接造成了線路在線改變以及繼電保護整定之間矛盾的出現。

2.3 同塔線路繼電保護面臨的問題

①保護選相元件。線路保護選相元件利用突變量選相、穩態量選相之間結合的方式，其中突變量選相主要應用相電流差突變量元件，穩態量選相主要利用序分量分區加阻抗識別的方式。這兩種原理在簡單故障中適用，在復雜故障中均不能保證選出正確故障相；②零序過流元件。一回輸電線路出現短路故障，同塔其他輸電線路也會出現感應零序故障分量，零序電流分配會發生改變，進而增加相鄰線路零序電流，對零序過流元件的判斷造成影響；③零序方向元件。互感線路流過零序電流時，其相鄰線路都會感受到零序電壓，進而使零序電流電壓相角出現和本線路內部接地故障相一致的特征，對零序方向繼電器的正確判斷造成了阻礙；④接地距離元件。由于不同運行方式下同塔線路組對零序補償系數的影響是非常大的，線路接地距離保護的零序補償系數選用固定取值必然會造成測量阻抗的偏差，進而使距離保護超范圍或者欠范圍動作。因此在整定接地距離保護零序補償系數時，應該避免由于零序補償系數整定偏大而造成的接地距離Ⅰ段偏大，在區外故障發生時防止零序補償系數整定偏小，進而縮短接地距離Ⅱ段的保護范圍。接地測量阻抗為：

3 幾種同塔線路故障對繼電保護的影響

3.1 同塔線路零序互感對繼電保護的影響

①同塔線路外部接地故障時的影響。因為同塔線路具有相同的一般極性，因此在線路之間流過的零序電流其方向也是相同的，進而通過零序互感造成“零序助磁”效應，這時零序等值阻抗會增加，直接造成同塔線路中不同回路“零序電流降低”的現象，大大影響了零序過流保護的靈敏性；②同塔線路內部接地故障時的影響。零序電流可能會出現和故障距離不成比例變化的情況，通常可能會出現距離越遠零序電流不減反增的情形；③一回線路接地掛檢時助增零序電流。

3.2 同塔線路跨線故障對繼電保護的影響

跨線故障幾乎對所有保護元件都存在不同程度影響，從保護層面上來看，該故障是正反方向、遠近地點均會同時發生的故障，同時回路之間還會出現強零序互感，所以會對相關元件構成實質性影響，具體來說涉及到電流突變量，零序負序等選相元件。例如，從2008年一直到2102年，某省的主網共發生了1889次線路故障，其中同塔跨線故障發生的次數為151次。當前一般線路保護配置可以將同名跨線故障正確切除，但是異名跨線故障，尙無法在任何情況下做到100%正確選相，可能會同時切除兩條線路。

3.3 某省電網同塔線路特征對繼電保護的影響評估

該電網2014年有效零序互感參數共有25對，互感線路共有174組，其中共有多回路同塔線路29組，分段89組，雙回甲乙線路161組。

3.3.1 同塔線路繼電保護受影響程度

全程同塔線路零序互阻抗可以達到零序自阻抗的50～70%，零序電流、接地距離保護變化量可以達到30～40%；在不完全同塔線路組中，在同塔長度達不到全長的30%的情況下，一旦現場出現同幾級塔的情緒，零序互感對接地保護測量的影響還不到10%；對于同輸電走廊不同塔線路中，如果線路之間零序互阻抗會達到了某條線路零序自阻抗的20以上，這種情況下就需要考慮該線路的零序電流、零序方向等方面影響。

3.3.2 接地保護的超越

平行線路之間零序電流反向將會提升線路零序電流，這種情況下幾乎會涉及到所有同塔線路，共有兩種選擇，其一為退出零序Ⅰ段保護，其二為零序Ⅰ段整定計算時應綜合考慮多種情緒可靠躲過，否則可能會造成非故障線路零序電流Ⅰ段超越，進而縮短保護區。

4 結語

綜上所述，為了能夠減少線路走廊，促進土地利用效率的提升，當前我國已經普遍使用同塔多回輸電線路，并獲得了巨大的經濟效益。零序互感及跨線故障是同塔線路繼電保護動作行為的兩個主要影響因素，由于篇幅限制，本文僅以這兩方面為核心，針對同塔線路復雜故障及其對繼電保護的影響進行了深入細致的研究和分析，希望可以為同塔線路繼電保護運行的可靠性及安全性提供理論上的支持。

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1004-7344（2016）13-0069-02

2016-4-8