同塔雙回線縱聯零序方向保護特性仿真分析

邵昱 拜姝羽 董銳

摘 要：本文針對零序互感對保護的影響進行研究。通過分析故障期間故障線路零序電氣量特性和不同運行方式下的內外部故障時互感線路零序電氣量特性，提出了附加動作條件來提高保護動作的準確性的方法，并對該方法進行驗證。

關鍵詞：同塔互感線路；縱聯零序方向保護；仿真

中圖分類號：TM774 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）23-0064-03

Simulation Analysis of Zero-sequence Direction Protection

Characteristics of Double-circuit Lines on the Same Tower

SHAO Yu BAI Shuyu DONG Rui

（State Grid Henan Electric Power Supply Company Zhengzhou Power Supply Company，Zhengzhou Henan 450000）

Abstract： This paper studied the effects of zero-sequence mutual inductance on protection. By analyzing the zero-sequence electric quantity characteristics of the fault line during the fault period and the zero-sequence electric quantity characteristics of the mutual inductance line under different operating modes， an additional action condition was proposed to improve the accuracy of the protection action， and the method was verified.

Keywords： mutual tower mutual inductance line；longitudinal zero sequence protection；simulation

1 雙回線接地故障互感線路分析

本文只考慮強電強磁和弱電強磁的平行運行線路，將同塔雙回線路分為：雙回線獨立運行、雙端共母和單端共母。連接方式不同，當故障線路發生區內、區外故障時，互感線路零序電氣量也不同，以此來分析各種故障下的互感線路縱聯零序方向保護動作情況[1]。假設線路參數一致，[ZⅠ0=ZⅡ0=ZⅢ0]；區內故障時，h表示故障發生處到線路首端的距離占線路全長的百分比。規定故障線路皆為線路Ⅰ，金屬性接地故障。

1.1 雙回線獨立運行模型

PQ發生區內單相接地故障時（見圖1），由于零序互感存在，將在非故障MN上出現零序電壓，相當于疊加一個零序電動勢[UE0]。

此時，PQ上零序電壓分布與零序方向繼電器中電壓電流矢量如圖2和圖3所示。

對于母線M，[IⅠ0]與MN首端規定的零序電流方向一致，與末端規定的方向相反。所以：

[UM0=IⅡ0×ZM0] （1）

[UN0=-IⅡ0×ZN0] （2）

圖1 線路PQ發生區內接地故障

[UM0=-ZM0IM0，UN0=ZN0IⅡ0]，無論故障點在何處，[UM0]和[UN0]同向，[IMⅡ0=IⅡ0]和[INⅡ0=-IⅡ0]，可知Ⅱ回線路只有一端的零序方向繼電器滿足條件，其縱聯零序方向保護不會動作。各種方式下繼電器動作情況見表1。

表1 各種方式下繼電器動作情況

[線路名稱 方式1 方式2 方式3 區內

故障 區外

故障 區內

故障 區外

故障 區內

故障 區外

故障 故障線路 正確 正確 正確 正確 正確 正確 互感線路 誤動 誤動 正確 正確 正確 正確 ]

綜上可知：同塔雙回線在弱電強磁聯系下，若一線路發生不對稱接地故障，互感線路的縱聯零序方向保護可能由于零序互感影響而誤動。對于雙回線獨立運行的情況，互感線路即使沒有發生故障，也可能發生零序方向保護誤動的情況，無法保證保護的選擇性，需要對此進行改進，保證其選擇性。

2 改進措施

2.1 零序方向保護的改進

為了使保護能保證選擇性，需找出線路非故障態和故障態的不同之處。改進保護判據，既以零序功率方向為判據，又以零序電壓方向為判據，依據為：零序功率方向滿足[argU0I0-110°～-95°]，零序電壓為同向。同時滿足兩者才能判斷為故障。

2.2 零序方向保護的仿真

為驗證上述分析，利用PSCAD軟件，建立220kV電壓等級的互感輸電線路模型。線路全長L=200km，電源正序阻抗均為j107Ω，零序阻抗均為0.7+j56Ω。線路正序阻抗為0.028+j0.29Ω/km，零序阻抗為0.32+j0.93Ω/km。零序互感j0.54Ω/km。整定范圍為線路全長的80%，每周期采樣點數為80。電源功角為[θP=0°，θQ=0.1°，θN=-24.9°]。運行時間0.5s，故障時間0.2～0.4s。故障線路首端電壓電流波形和末端電壓電流波形如圖7和圖8所示。

[電壓/V/電流/A][時間/ms]

圖7 故障線路首端零序電壓電流