110 kV并列運行雙回路輸電線路單相斷線OCS告警策略研究

摘要：首先，分析了110 kV并列運行雙回路輸電線路發生單相斷線故障時零序電流與負荷電流大小的關系;然后，在零序電流保護未動作的情況下，利用故障線路三相負荷電流不平衡的特征，提出在OCS（電網運行監控系統）主站構建不平衡率計算點，利用越限告警的方式提醒調度員的可能;最后，通過PSCAD建模仿真驗證三相負荷電流不平衡率越限告警的有效性。

關鍵詞：雙回路輸電線路;單相斷線;三相不平衡率;OCS;PSCAD

0 引言

目前，為了提高用戶供電可靠性，越來越多的110 kV輸電線路采用雙回路方式建設。江門電力系統實際電網規模表明，309回110 kV輸電線路中37.5%是雙回路的，而27.5%的雙回路輸電線路在年度運行方式中要求并列運行。當并列運行雙回路輸電線路單相斷線時，線路兩端變電站的電壓基本維持不變，而線路輕載時故障零序電流可能未達到保護整定值，保護無法動作切除故障線路。為盡快隔離斷線線路，避免故障不斷發展及其影響的擴大，危害斷線點附近人身和財產安全，研究并應用OCS三相電流不平衡率告警策略有著重要的理論和現實意義。

1 單相斷線電氣量分析

假設中性點接地系統中XY處C相斷線，如圖1所示。

可見，當負荷電流較小時，零序電流也較小，可能達不到零序保護的動作電流值，零序保護不會動作切除故障線路;同時，由于故障線路兩側差動電流平衡沒有被破壞，電流差動保護也不會動作。此時，由于兩端變電站仍有另一回正常線路連接，電壓維持不變，OCS主站的電壓越限不會因此越限告警。而斷線相別原帶負荷將全部轉移至另一回正常線路同名相，當負荷較小未到達線路載流值時，OCS主站的電流越限不會因此越限告警。此時，故障將無任何告警提示且維持在斷線狀態。

2 三相電流不平衡率研究

為了盡快隔離斷線故障，在OCS主站中利用單相斷線時三相電流有效值計算三相電流不平衡率，當不平衡率達到上限時，OCS主站將發出告警提示調度員進行故障隔離。目前，計算三相不平衡率的算法較多，但大多數是針對電壓，本文參考IEEE Std 936—1987定義的相電壓不平衡率[2]，提出三相電流不平衡率為：

當PIUR大于OCS主站設定的上限告警值時，即達到告警的動作值。

江門電網目前有32回110 kV雙回路輸電線路并列運行，所帶負荷電流范圍在65～187 A，因負荷電流越高，越有可能導致單相斷線時零序電流達到零序保護動作值，故取最低值65 A為驗證三相不平衡率的負荷電流。在理想情況下，當IC=0，IA=IB時，PIUR=1.5，但江門電網實際運行數據表明，正常情況下相與相之間已有10 A以內的數值差別，計及其影響，三相電流不平衡率計算結果如表1所示。

根據表1的計算結果，在OCS中制訂以下單相斷線告警策略：

（1）分別為每一回并列運行輸電線路新建三相電流不平衡率計算點，其上限告警值為1。

（2）判斷線路開關、母聯開關（刀閘）、分段開關（刀閘）狀態，當確定輸電線路在并列運行狀態時，PIUR按（3）計算，否則PIUR=0.5，即輸電線路不在并列運行狀態時，無論線路是否在故障狀態，該計算點均不告警。

（3）按本文提出的三相不平衡率公式計算。

3 基于PSCAD的三相不平衡率仿真驗證

本文采用PSCAD作為電力系統電磁暫態仿真軟件驗證三相不平衡率公式。輸電線路采用集中參數，使用C相開關斷開模擬輸電線路單相斷線，開關在0.25 s斷開，如圖2所示，邏輯計算部分如圖3所示，三相電流不平衡率仿真結果如圖4所示。

由仿真曲線可以看出，在發生單相斷線故障前，三相電流不平衡率維持在0.2附近，當在0.25 s發生單相斷線故障后，三相電流不平衡率在0.027 5 s上升至告警動作值1附近，在0.3 s后上升并維持在1.5附近，與計算結果吻合。因此，本文提出的三相電流不平衡率告警策略有效。

4 結語

本文首先對110 kV并列運行雙回路輸電線路單相斷線時，線路零序保護未達到動作值同時兩端變電站電壓基本不變，故障不能被感知和隔離的現象做出了詳細描述;然后提出了一個利用OCS主站的三相電流數值計算不平衡率的公式，制訂了OCS主站告警策略;最后通過PSCAD軟件仿真驗證了單相斷線時三相電流不平衡率將達到告警值的有效性，對有效處理110 kV并列運行雙回路輸電線路單相斷線故障有著重要的理論及現實意義。

[參考文獻]

[1] 張加貝，陳汝昌，王幫燦.220 kV線路單相斷線故障分析與處理[J].云南電力技術，2014，42（6）：117-120.

[2] The Institute of Electrical and Electronics Engineers：ANSI/IEEE Std 936—1987-IEEE guide for self-commutated converters[S].

收稿日期：2021-08-09

作者簡介：黃定威（1988—），男，廣東江門人，工程師，主要從事電網調度運行管理工作。