同塔線路故障分析及其對繼電保護(hù)影響研究

云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司昆明供電局 馬成鵬

隨著近些年我國電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模的不斷擴大，不同類型電氣設(shè)備在不斷增加，這也一定程度的提升了電氣系統(tǒng)的故障發(fā)生風(fēng)險。為了更好的保障電氣系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性，繼電保護(hù)屬于電氣系統(tǒng)無法正常運行下的一種保護(hù)性措施，繼電保護(hù)安全技術(shù)可有效消除不正常運行風(fēng)險問題，同時對于故障具備較高的防控效果，可及時發(fā)出安全報警信號，從而實現(xiàn)安全危害風(fēng)險問題的最大程度控制。

1 繼電保護(hù)與同塔線路故障

電氣系統(tǒng)中繼電保護(hù)系統(tǒng)屬于電力系統(tǒng)運行期間應(yīng)用保護(hù)性措施實現(xiàn)故障問題防控的有效方式，在電力系統(tǒng)發(fā)生故障后，可借助繼電保護(hù)系統(tǒng)明確具體的故障原因及具體位置，并快速發(fā)出報警的相關(guān)信息，借助跳閘的處理方式實現(xiàn)一定程度的設(shè)備與線路保護(hù)的效果[1]。在跳閘后電力系統(tǒng)會快速停止工作，并規(guī)避大范圍的故障發(fā)生風(fēng)險。與此同時，在報警和保護(hù)信號發(fā)出后，可借助有效方式明確故障的具體范圍，并警告工作人員的故障位置與發(fā)生原因，從而規(guī)避風(fēng)險操作現(xiàn)象。在報警行為期間，可及時提高工作人員的重視度，促使其可快速實現(xiàn)對電力系統(tǒng)故障的檢查與維修。

在繼電保護(hù)正常運行情況下，可最大程度降低電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)損失，可保障整個系統(tǒng)運行的穩(wěn)定與安全性。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，繼電保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用重視度也在不斷提升，這也間接促使電力系統(tǒng)中的繼電保護(hù)系統(tǒng)向著智能化方向發(fā)展。目前來看，影響繼電保護(hù)系統(tǒng)的因素仍較多，在同塔輸電建設(shè)模式當(dāng)中，線路故障也會直接影響繼電保護(hù)，及時明確其具體的影響表現(xiàn)以及應(yīng)對措施具備較高的實踐性價值。

同塔線路的搭設(shè)主要是為電力系統(tǒng)故障分析以及繼電保護(hù)呈現(xiàn)出直接要求與挑戰(zhàn)，具體表現(xiàn)為：同塔線路在輸電回路方面存在距離較近的表現(xiàn)，在線路故障時會發(fā)生強磁耦合的特征，對于零序量為主要判斷方式會對接地保護(hù)形成直接影響，尤其是零序電流、接地距離保護(hù)超范圍動作等方面的行為表現(xiàn)比較突出。同時對于不同電壓等級的電網(wǎng)建設(shè)中，強磁弱電的影響下還會導(dǎo)致零序功率發(fā)生波動，此時會導(dǎo)致事故范圍擴大；同塔線路間跨線故障對于繼電保護(hù)會呈現(xiàn)出直接影響，強磁耦合的特征也會對可解耦關(guān)系形成影響，從而對繼電保護(hù)的選相、故障距離的判斷形成直接影響；因分區(qū)供電及線路檢修等方面的影響，同時系統(tǒng)的不確定性表現(xiàn)也會比較明顯，且同塔線路也存在不同類型的組合方式，對于繼電保護(hù)而言，可能會導(dǎo)致靈活與選擇性的改變，此時不僅會導(dǎo)致保護(hù)整定的難以選擇，同時還會導(dǎo)致故障方向辨別不靈活與不穩(wěn)定，此時會對繼電保護(hù)形成直接影響。另外，同塔線路所具備的電源、電壓等級等基礎(chǔ)類型故障建模中，也可直接且準(zhǔn)確的體現(xiàn)出同塔線路的電磁強弱關(guān)系。

2 同塔線路故障對繼電保護(hù)影響

2.1 搭設(shè)形式的復(fù)雜性

因為電網(wǎng)建設(shè)、規(guī)劃及變電站會發(fā)生走廊限制的表現(xiàn)，此時同塔線路搭設(shè)的因素影響，同塔線路搭設(shè)在具體的表現(xiàn)形式存在多樣化的特征：起始點不同。因同塔搭設(shè)的方式在起終點、長度方面存在明顯的地理信息差異，在部分線路方面會涉及到全程同塔搭設(shè)的表現(xiàn)，同時也有分段同塔的搭設(shè)方式，小部分項目存在多處局部搭設(shè)的表現(xiàn)[2]；回路數(shù)不同。因為輸送功率方面的差異及對輸電走廊的要求考慮，同塔搭設(shè)線路在桿塔方面可能會存在兩回路線，部分還會涉及到四、六回線路；橫向距離。同塔搭設(shè)的線路方式在橫向方面的距離并不相同，往往以緊湊的原則布置在同一個輸電走廊線路當(dāng)中，此時橫向距離差異可能會比較高；接地情況的差異。因雷電波的感應(yīng)區(qū)域存在約束，再加上接地電阻的要求并不相同，所以輸電線路在避雷線方面的接地情況可能存在較大差異，其中最為典型的表現(xiàn)在于分段與逐點接地表現(xiàn)。

2.2 同塔線路的特殊性

同塔線路的運行本身存在典型特殊性，其主要在于：回路之間的強磁耦合、導(dǎo)線之間的水平距離差異與導(dǎo)線高度均可能會導(dǎo)致線路靜電耦合和磁耦合表現(xiàn)，其主要的表現(xiàn)在于導(dǎo)線電容的耦合比較強，同時水平距離比較小，這一種零序磁耦合表現(xiàn)會隨回路水平距離的縮小而不斷提高[3]；跨線路故障的發(fā)生。同塔線路與單回輸電線路相比，其核心問題在于跨線故障的發(fā)生，雖然從統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看跨線故障的發(fā)生率一般在20%左右，但這一種故障可能會涉及兩個或更多的回路，假設(shè)發(fā)生切除雙回，此時系統(tǒng)穩(wěn)定性會遭受嚴(yán)重影響；線路組的運行方式存在變化表現(xiàn)。因為局限局部短路電流以及電網(wǎng)調(diào)度等方面的影響，同塔線路在具體運行過程中可能會發(fā)生投運、停運和部分接地掛檢等組合運行模式，此時在運行中回路間零序互感阻抗發(fā)生故障時便會在故障特征共享上呈現(xiàn)出不同的表現(xiàn)，此時會直接導(dǎo)致線路線路在線改變和繼電保護(hù)整定的矛盾問題。

2.3 繼電保護(hù)相關(guān)問題

選相元件。在同塔輸電方面線路保護(hù)選相元件的應(yīng)用主要是通過突變量選相、穩(wěn)態(tài)量選相的結(jié)合方式為主，突變量選相主要是應(yīng)用相電流差突變量元件為主，穩(wěn)態(tài)量的選相主要是應(yīng)用序分量分區(qū)結(jié)合阻抗的方式進(jìn)行識別，這一種表現(xiàn)主要是體現(xiàn)在簡單故障方面，在復(fù)雜故障當(dāng)中并不能保障故障相的正確選擇；零序過流元件。一回輸電線路發(fā)生短路故障期間，同塔其他輸電線路也會發(fā)生感應(yīng)零序故障分量，零序電流的分配可能會發(fā)生改變，從而導(dǎo)致相鄰線路的零序電流，對于零序過流元件的判斷也會呈現(xiàn)出直接影響。

零序方向元件。互感線路的流過零序電流期間，相鄰線路均會出現(xiàn)零序電壓沖擊，此時零序電流的電壓相角可能會發(fā)生與線路內(nèi)部接地故障的一致性，這也會一定程度的影響零序方向的繼電器判斷；接地距離元件。因為運行方式的差異導(dǎo)致同塔線路對于另需補償系數(shù)的影響比較突出，此時線路接地距離的保護(hù)另需補償系數(shù)往往會應(yīng)用固定取值的方式實現(xiàn)對阻抗偏差的控制，從而導(dǎo)致距離保護(hù)發(fā)生改變，呈現(xiàn)出超范圍或欠范圍表現(xiàn)[4]。在整定接地距離被保護(hù)零序補償系數(shù)期間，應(yīng)有意識的規(guī)避因零序補償系數(shù)而導(dǎo)致的整體接地距離偏大表現(xiàn)，此時在區(qū)外故障發(fā)生同時，需及時預(yù)防另需補償系數(shù)偏小的表現(xiàn)，從而縮短接地距離的保護(hù)范圍。

2.4 多種故障對繼電保護(hù)的影響

同塔線路零序互感的影響。同塔線路外部的接地故障發(fā)生時，同塔線路具備一般性，所以在線路之間零序電流方向也會相同，借助零序互感可能會導(dǎo)致零序助磁的表現(xiàn)，零序等值阻抗也會隨之提升，從而導(dǎo)致同塔線路不同零序電流下降的表現(xiàn)，促使零序過流保護(hù)靈敏度遭受影響[5]；同塔線路跨線故障的影響。跨線故障會對所有的元件形成一定程度的影響，從保護(hù)層面來看，故障屬于正反方向以及遠(yuǎn)近多點的發(fā)生表現(xiàn)，回路間可能會發(fā)生強零序互感的表現(xiàn)，此時會對相關(guān)元件形成實質(zhì)性的影響，具體表現(xiàn)便是電流突變量，零序負(fù)序等選相元件也會發(fā)生改變。

綜上，出于減少線路走廊以及提高土地利用率目的，目前我國已普遍應(yīng)用同塔多回輸電線路建設(shè)模式，同時也獲得許多經(jīng)濟(jì)效益。