基于零序補償系數變化的同塔四回輸電線路接地距離保護研究

邵昱 拜姝羽 王超 李豐克

摘 要：對于同塔架設的包含有不同電壓等級的四回線路，線路間的電磁聯系愈加緊密，線路間的零序互感對保護的影響也不容忽視。零序電流補償系數不僅與本線路的正序、零序阻抗有關，還與線路間的零序互感以及相鄰互感線路的參數和運行方式有關。本文主要研究同塔架設包含有不同電壓等級的四回線路之間的零序互感對接地距離保護的影響，對整定零序電流補償系數、提高電網的保護動作性能具有重要的意義。

關鍵詞：同塔多回線路;零序互感;接地距離保護

中圖分類號：TM774文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2019）16-0140-03

Abstract： For the four-circuit line with different voltage levels set up in the same tower， the electromagnetic connection between the lines is more and more tight， and the influence of the zero-sequence mutual inductance between the lines on the protection can not be ignored. The zero-sequence current compensation coefficient is not only positive with the line. The sequence and zero-sequence impedance are related to the zero-sequence mutual inductance between the lines and the parameters and operation modes of the adjacent mutual inductance lines. In this paper， the influence of the zero-sequence mutual inductance between the four towers with different voltage levels on the grounding distance protection was studied. It is of great significance to adjust the zero-sequence current compensation coefficient and improve the protection performance of the power grid.

Keywords： same-circuit multi-circuit line; zero-sequence mutual inductance;grounding distance protection

為了提高土地利用效率和降低電力建設成本，相鄰線路日益增多，線路走廊日趨緊密，而多條線路的存在，必然導致線路間的電磁聯系愈加緊密，且線路間的零序互感對保護的影響也不容忽視。同一電壓等級同塔四回輸電線路和不同電壓等級同塔四回輸電線路的運行方式有較大的區別，零序互感對接地距離保護的影響也不盡相同[1]。因此，探討多條線路不同運行方式下的零序電流補償系數尤為重要。

1 跨電壓等級零序電流補償系數整定方式

非故障線路上的零序電流通過線間零序互感的作用，在故障線路上產生零序電壓，影響保護安裝處的電壓。

線路間零序互感對接地距離保護的影響主要體現在零序電流補償系數增量[Δk]上，通過合理地調整接地距離保護測量裝置的零序電流補償系數k來減小測量誤差。

因此，有兩種方法對接地距離保護進行改進，以減小接地距離繼電器阻抗測量的誤差[2]。

1.1 直接消除線間零序互感的影響

由式（1）可以看出，為了準確距離測量，接地距離保護繼電器中除引入故障相電流、線路零序電流外，還同時引入非故障線路的零序電流，從源頭上消除線間零序互感的影響。

1.2 間接消除線間零序互感的影響

在整定保護裝置的零序電流補償系數k時，計及線間互感的影響（即零序電流補償系數增量[Δk]）。零序電流補償系數增量[Δk]與線路連接方式、運行方式、故障點位置以及系統和線路參數有關。因此，應該正確整定保護裝置的零序電流補償系數k，使各種情況下的接地距離保護都能正確反映故障點至保護安裝處的阻抗值[3]。

針對不同運行方式采用相對應的零序電流補償系數，可以極大地改善接地距離保護的性能。但是，不同電壓等級同塔四回線的接線方式、運行方式較多，在實際工程中，運行方式隨時可能發生變化，而故障點位置更是隨機的，會使得定值區切換操作較復雜。因此，可以分析不同運行方式下的零序電流補償系數增量[Δk]，設置少數幾個定值區，這既能保證保護的良好性能，又能簡化定值區切換操作。

為防止接地距離I段發生超越，可以采用最小零序電流補償系數，即I回線正常運行時，通過II、III、IV回線3回檢修接地時的零序電流補償系數來進行整定。

然而，從保證接地距離II、III段靈敏度考慮，需要利用所有運行方式中對應的最大零序電流補償系數，即I、II回線正常進行III、IV回線開關斷開且兩側接地刀閘不接地時的零序電流補償系數來進行整定[4]。

2 跨電壓等級零序互感對接地距離保護的數字仿真

2.1 線路模型

采用同塔四回線路桿塔模型和跨電壓等級四回線路導線排列方式。線路長度l=200km，最低的導線距地面的高度是30m。同一電壓等級的兩側電源阻抗相同。

2.2 仿真參數

采樣頻率4kHz，運行時間1s;在0.2s時，220kV電壓等級的Ⅰ回線A相末端發生金屬性接地短路故障，0.7s時故障被清除。

2.2.1 運行方式1。圖1中，Ⅲ、Ⅳ回線感應的首端零序電流方向一致，顯示為重合。Ⅰ、Ⅱ回線零序電流方向一致，Ⅲ、Ⅳ回線與Ⅰ、Ⅱ回線的方向相反。

2.2.2 運行方式2。圖2中，Ⅲ、Ⅳ回線感應的首端零序電流一致，在圖中顯示為重合。Ⅰ、Ⅱ回線零序電流方向一致，Ⅲ、Ⅳ回線與Ⅰ、Ⅱ回線方向相反。

2.2.3 運行方式3。圖3中，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ回線被感應的零序電流一致，在圖中顯示為重合。Ⅰ回線與Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ回線方向相反。此時，互感的零序電流對零序電流補償系數都是負的，零序電流補償系數最小。

2.2.4 運行方式4。圖4中Ⅲ、Ⅳ回線感應的首端零序電流一致，在此圖中顯示為重合，大小值幾乎為0。Ⅰ、Ⅱ回線零序電流方向一致，此時互感的零序電流對零序電流補償系數都是正的，零序電流補償系數最大。

2.2.5 運行方式5。圖5中，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ回線被感應的零序電流一致，在圖中顯示為重合，大小值都幾乎為0，此時對零序電流補償系數幾乎沒有影響。

2.3 補償后，分析各種運行方式下保護性能

跨電壓等級輸電線路對電網的安全運行有著重要影響。直接消除線間零序互感的影響的整定方式雖然可以很好地補償線路，準確測量故障位置，但由于四回線并非是一個整體的單元，四回線的運行方式多變，常常會因為無法取到鄰線的零序電流而失去補償，故不采用，且對于間接消除線間的設置多個定值區也不適用，因此，可采用設置少數幾個定值區的方式進行補償。不同點故障時，計算各運行方式下的測量誤差可知：采用最原始的零序電流補償系數整定誤差小，且變化范圍小，使得測量阻抗準確，能保證繼電器正確動作。當三種補償方式（過補償、欠補償、全補償）都成下降趨勢時，線路的保護能否具有可靠性，主要考慮線路末端故障時繼電器是否會發生誤動或者拒動的情況，這時采用最小的零序電流補償系數整定，誤差百分數最小，測量阻抗最準確，且能保證繼電器正確動作;當三種補償方式都成上升趨勢時，線路的保護能否具有可靠性，主要考慮線路末端故障時繼電器是否會發生誤動或者拒動的情況，這時采用最大的零序電流補償系數整定，誤差百分數最小，測量阻抗最準確，最能保證繼電器的正確動作[5]。

3 結語

同塔四回線路，電壓等級不同，Ⅰ、Ⅱ回線同一電壓等級，Ⅲ、Ⅳ回線同一電壓等級，Ⅰ回線發生單相接地故障，其他三回線有正常運行狀態、停運狀態和檢修狀態。當狀態不同時，受其他幾回線路對故障線路接地距離保護的影響也不同。

本文分析了5種典型的運行方式，對于方式1是采用原始補償系數[k0]，方式4和方式5是極端運行方式，分別采用最小補償系數[kmin]和最大補償系數[kmax]來整定，都可以保證繼電器的正確動作，這樣也可以保證其他運行方式在這三種補償方式下繼電器也能正確動作。

參考文獻：

[1]索南加樂，鐘應，王增超，等.基于頻域參數識別的距離保護算法[J].電力系統自動化，2012（19）：73-77.

[2]柳煥章，周澤昕，周春霞，等.繼電保護振蕩閉鎖的改進措施[J].中國電機工程學報，2012（19）：125-133.

[3]劉凱，索南加樂.一種新的高壓線路保護振蕩閉鎖實現方法[J].電力自動化設備，2011（4）：7-12.

[4]張華中，王維慶，朱玲玲，等.雙回輸電線路自適應距離保護[J].電網技術，2009（18）：209-213.

[5]程文君，鄭玉平，張哲，等.一種新的雙回線單端相繼速動保護的實現[J].電力系統自動化，2008（17）：61-65.