基于虚拟零序电流的双回线接地距离保护原理.pdf

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基于虚拟零序电流的双回线接地距离保护原理1 基于虚拟零序电流的双回线接地距离保护原理2 基于虚拟零序电流的双回线接地距离保护原理3 基于虚拟零序电流的双回线接地距离保护原理4 基于虚拟零序电流的双回线接地距离保护原理5
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第39卷第2l期2011年11月1日电力系统保护与控制PowerSystemProtectionandControlV_0l-39N0.21NOV.1,2011基于虚拟零序电流的双回线接地距离保护原理张洋,王伟,樊占峰。(1.华北水利水电学院,河南郑州450011;3.许继电气股份有限公司,2.许继日立公司,河南许昌461000;河南许昌461000)摘要:提出了一种采用虚拟零序电流方法,解决平行双回线、同杆并架双回线,一回线上发生接地故障时母线电压受两回线零序电流影响,接地距离继电器测量不正确的问题。该方法不引入相邻线零序电流,不增加交流输入及连线,比引入相邻线零序电流补偿的方法,在不同故障点具有更好的自适应性的优点。数字仿真结果表明:该方法可适用于具有相邻线互感的平行双回线、同杆并架双回线的高压输电线路。关键词:虚拟零序电流;平行双回线;同杆并架双回线;互感Anovelschemeofgrounddistanceprotectionfordoublecircuitlinebasedon、rirtualzerosequencecurrentZHANGYang.WANGWei,FANZhan-feng(1.NorthChinaUnive ̄ityofWaterResourcesandElectricPower,Zhengzhou450011,China;2.XJHitachi,Xuchang461000,China;3.XJElectricCO.,LTD,Xuchang461000,China)Abstract:Inthispaper,anewschemeusingvir—tualzerosequencecurrentofnonfaultlineispresented.ThisschemeCansolvetheproblemthatthegrounddistancerelaycarlnotmeasuretheaccuratefaultdistance.Becausebusbarvoltageisinfluencedbyzerocurrentofneighborhoodlinewhengroundfaulthappenedinonelineofparalleldoublecircuitlineordoublecircuitlineonthesametower.UndertheconditionofnousingneighborhoodcurrentandextraACinputandconnectline,thepaperanalyzesthatthisschemeismoreadaptiveindifferentfaultsthantheneighboringzerocurrentcompensationscheme.Thedigitalsimulationresultindicatesthattheschemecai1becorrectlyusedinhighvoltagetransmissionlinesofparalleldoublecircuitlineanddoublecircuitlineonthesametower.Keywords:virtualzerosequencecurrent;two・paralleltransmissionline;doublecircuitlineonthesametower;mutualinductance中图分类号:TM773文献标识码:A文章编号:1674.3415(2011)21.0055.050引言随着电力系统的发展,越来越多的采用双回线。在双回线的继电保护方面,电力工作者进行了大量的研究【l引。文献【1]给出了双回线的故障分析。文献[2】研究了双回线的故障特征及其继电保护。文献[3】分析了双回线零序方向误判的原因。文献【4]根据同杆双回线的特点,用六序故障分量理论分析了不同故障下六序故障分量的特征,为进一步研制新型同杆双回线保护提供了理论依据。文献[5.11】研究了双回线的故障定位问题。文献[12] ̄lJ用不同线路发生单向接地短路时,故障线路与非故障线路零序电流相位差值和故障位置的数学关系作为识别依据,提出适应与平行双回线的零序距离保护。文献[13】“”提出一种利用软件,采用测量法概念进行整定的方法,保证了保护的选择性,但测距不准确。文献[14]分析了广东电网发生由线路零序互感影响而导致的纵联零序保护误动的事件。总结了误动的原因和特点,分析了可能发生误动的典型电网结构,并提出了解决由线路零序互感影响导致纵联零序保护误动的方案。文献[15】通过分析比较几种距离继电器在双回线的动作特性,提出一种通过比较双回线零序电流模值的方案。在有零序互感存在的平行双回线、同杆并架双回线线路中,一回线上发生接地故障时,母线电压受两回线零序电流影响。非故障线零序电流在本线上的感应电压引起接地距离继电器测量阻抗不正确。若引入相邻线零序电流补偿,不仅增加交流输.56.电力系统保护与控制入及连线,在功率倒方向或另一回线检修且区外故障时,接地距离继电器失去方向性或测量阻抗减小。因此,对于有零序互感存在的双回线而言,其接地距离保护一直没有得到很好的解决。1双回线互感对接地距离的影响平行双回线、同杆并架双回线,在双回线有互感的情况下,一回线上发生接地故障时,母线电压将受两回线零序电流的影响n]。如图1所示故障,M侧故障相母线残压为:=喝(I+k/Oi)+m0101I(1)保护1的测量阻抗为Z:喝+o(2)』棚十K/OI式中:、为线路I的故障相电流及零序电流;oII为线路三II的零序电流;Z1、Zo为单回线路的正序阻抗及两回线间的零序互阻抗;为短路点距离占全线长度的比例。由式(2)可见,相邻线零序电流影响继电器的Ⅱ测量阻抗,若。、方向相同,则继电器的测量阻抗增大,保护区缩短,一般距离I段保护区末端故障时joI、j0Il方向相同,因此保护I段的范围将缩短。为了正确测量距离,在接地距离继电器中引入相邻线零序电流补偿,继电器测量阻抗为—Z:。一(3)i缸+艇o+耗Io式(3)中:0、・为本线和邻线零序电流;k、为本线和邻线零序电流补偿系数,k=二、1/e=。Z1图1双回线一回接地故障示意图Fig.1Diagramthatonelineofdouble-circuitlinehavegroundfault2双回线零序电流分析—文献【23]采用六相序分量法分析了两回线零序电流的关系,如图2所示双回线零序网络,可以采用如图3、4所示的六相序故障分量的零序网络,两回线上零序电流为,toI=CoTT+FF(4)—IoII=CoTloITCOFIoF(5)式中:厶T、为故障点流出的零序同相、反相分量电流,对单相接地故障=。CoT、Co为零序同相、反相序网本侧的分配系数,若仅考虑各阻抗的电抗分量,均为一实数值。如图1所示,m侧分配系数为—CoT:2Z—s—n0—+—(—1—-—t ̄—)(—Z—0—+—3—Z_"M)(6)‘2Zsn0+2Zsno+O+3ZMCoF=1一(7)由式(4)、(5)可知故障线路厶零序电流T由母线指向线路;非故障线路。零序电流厶。I在ⅡCoT>CoF时由母线指向线路,在CoT<CoF时由Ⅱ线路指向母线,厶在coT=coF时为平衡点P,零序电流为零,此时故障点=Zso/(Zsm0+Zso)。图2零序网络Fig.2Zerosequencenetwork=:图3T0同相序零序网Fig.3Tosame-phasezerosequencenetwork=:图4Fo反相序零序网—Fig.4Foreversephasezerosequencenetwork3采用相邻线零序电流补偿带来的问题引入相邻线零序电流补偿,故障线路接地距离继电器可以正确测量,但同时也带来相应问题:1)非故障线接地距离继电器失去方向性L末端故障,对于保护4,反相序网本侧的分ⅡⅡ配系数最大,COF>CoT,厶为反方向,I与方向相反,为正向补偿,且数值很大,可能使”ⅡI/oIl>I+I,保护4失去方向性。2)故障线路跳闸不同时,非故障线接地距离继电器超越张洋,等基于虚拟零序电流的双回线接地距离保护原理.57.厶末端故障,对于保护4,故障时为反向,保Ⅱ护2快速跳闸后功率导方向,CoF=0,I。o变为正方Ⅱ向,厶I与方向相反,保护4由于保护2跳开后失去邻线补偿(1o由于保护2跳开引入补偿电流为‘ⅡⅡ”0),l ̄II+/do>I0II+墙+七loi,保护4测量距离缩短,引起超越。3)另一回线检修且两端接地,运行线路外部故障接地距离继电器超越在另一回线检修且两端接地的情况下,检修线路。零序电流为反向电流,=一cloF。外部故障Ⅱ时,与I方向相反,为反向补偿,保护l由于’失去邻线补偿,厶I+I>厶I+I+后II'保护1测量距离缩短,引起超越。4虚拟零序电流补偿Ⅱ双回线接地故障,非故障线路与故障线路零序电流之比由式(4)~(7)可以推导得出:一Iou:Q二!二±Q2(8)’10Iz宴n0+(1一(zsm0+zsn0+z0+3zM)由式(8)可知,末端母线故障,=l,故障线路零序电流与非故障线路零序电流相等,即丁101I=1。考虑距离I段保护范围末端85%,即10I=0.85,由式(8)可以推导得出:一lo1i:Q二:!Q±!(9)’zno+0.15(Zsm0+zsIl0+z0+3zM).Ioii.<:!鲤<0.739(10)Ioi1.15Z蚰0不实际引入相邻线零序电流,虚拟一个相邻线Ⅱ零序电流,取近似值Jo=O.TJoI作为相邻线零序电流进行补偿。虚拟补偿的阻抗继电器为z:…)0I+砒Q七.7/(Io一该继电器动作行为分析:1)末端故障接地距离继电器保护缩短问题末端母线故障,=1,实际电流Joi=Jo。虚Ⅱ‘拟io=0.710I,小于实际补偿电流,测量阻抗变大,接地距离继电器更可靠不动作:=0.85,虚拟补偿电流与实际电流近似一致,不会大于实际电流,不会超越,接地距离继电器基本可以正确测量;Or<0.85,虚拟补偿电流比实际电流大,尤其故障点不超过平衡点P,虚拟补偿电流与实际电流方向相反,接地距离继电器测量阻抗比实际距离的小,更可靠动作;也就是说,采用虚拟电流补偿的接地距离继电器,具有天然的反时限特性。2)非故障线接地距离继电器失去方向问题厶末端故障,对于保护4。虚拟补偿电流为ⅡⅡ0.7k・io,与方向相同,保护4更可靠不动作,不会失去方向性。3)故障线路跳闸不同时,非故障线接地距离继电器超越问题三末端故障,对于保护4,故障时为反向;保Ⅱ护2快速跳闸后功率导方向,与方向相反。ⅡⅡ虚拟电流补偿后+/do+0.7eJo>+/doII+尼・I,保护4测量距离缩短,同样引起超越问题。4)另一回线检修且两端接地,运行线路外部故障接地距离继电器超越问题在另一回线检修且两端接地的情况下,外部故Ⅱ障时,厶与方向相反,保护1虚拟电流补偿后,’+/doI+0.7砜I>+/doI+Ji}JoII,保护1测量距离缩短,同样引起超越。可见,采用虚拟电流补偿后,与采用电流补偿及不采用电流补偿一样,同样存在故障线路跳闸不同时,非故障线接地距离继电器超越问题;另一回线检修且两端接地,运行线路外部故障接地距离继电器超越问题。为解决此问题,可采用引入相邻线跳闸位置接点及功率倒方向元件,在相邻线处于跳闸位置及零序方向由反方向变为正方向时,虚拟补偿电流改为反向补偿,如采用式(12)可以解决超越问题,补偿阻抗为:z=c12klo——————Z=。一()1十一Q-ln5仿真试验基于EMTP仿真,对图1所示的双回线模型,线路长度为300km,系统模型参数:===500kVZm=5.0Q,Zn=3.1QZ1:0.258+j0.28447f ̄/kmZo=0.286311+jo.913682f ̄/krnCl=0.0129/kmCO=0.00912v.F/kmz=O.0901+jo.2764 ̄/krn采用带记忆的正序电压作为极化电压的欧姆继电器,其工作原理:rr90。<<270o(13)p式中:为极化电压,以带记忆正序电压作为极化量;。为工作电压,张洋,等基于虚拟零序电流的双回线接地距离保护原理.59.杆双回线中的故障特征[J].电力系统自动化,1989,13(4):44.51.—SUONANJia-le,GEYao-zhong,TAOHuiliang.Six-sequencefaultcomponentsanditscharacteristicsondoublecircuitlineonthesamePole[J].AutomationofElectricPowerSystems,1989,13(4):44・51.[5]李红巍.一种实用的双回线测距方法[J].电力系统自—动化,1995,19(9):3033.LIHong-wei.Ausefulalgorithmforfaultlocationofparalleltransmissionlines[J].AutomationofElectricPowerSystems,1995,19(9):30-33.[6]宋国兵,索南加乐,许庆强,等.基于单端电流量的同杆双回线故障定位方法[J].继电器,2004,32(7):l一6.SONGGuo-bing,SUONANJia-le,XUQing-qiang,eta1.Faultlocationforparalleltransmissionlinesonthesametowerbasedononeterminalcurrent[J].Relay,2004,32(7):1-6.[7]索南加乐,吴亚萍,宋国兵,等.基于分布参数的同杆双回线单线故障准确测距原理【J].中国电机工程学报,2003,32(5):39.43.SUONANJia-le,WUYa-ping,SONGGuo・bing,eta1.NewaccuratefaultlocationalgorithmforparallellinesonthesalTletowerbasedondistributeparameter[J].ProceedingsoftheCSEE,2003,32(5):39-43.[8]宋国兵,索南加乐,许庆强,等.基于双回线环流的时域法故障定位[J].中国电机工程学报,2004,24(3):24.29.—SONGGuobing,SUONANJia-le,XUQing-qiang,eta1.—Anoveltimedomainalgorithmforlocatingfaultsonparalleltransmissionlinesbycirculatingcircuit[J].ProceedingsoftheCSSE,2004,24(3):24-29.[9]束洪春,高峰,葛耀中.耦合双回线故障测距研究[J].工技术学报,1999,14(6):59.64.——SUHongchun,GAOFeng,GEYaozhong.Apracticalfaultlocationalgorithmforcoupleddoublecircuitline[J].TransactionofChinaElectrotechnicalSociety,1999,14(6):59.64.[10]赵永娴,曹小拐,刘万顺.同杆并架双回线准确参数未知时的故障测距新算法[J].电力系统自动化,2005,29(4):72.76.ZHAOYong-xian,CAOXiao-guai,LIUWan-shun.Newfaultlocationalgorithmfordoubletransmissionlinesonasametower[J].AutomationofElectricPowerSystems,2005,29(4):72.76.[11]胡卫东,刘万顺,肖仕武,等.一种同杆并架双回线路精确故障定位算法的研究[J].现代电力,2007,24(1):l2.16.—HUWei.dong,LIUWan.shun,XIA0Shiwu,eta1.Researchonaccuratefaultlocationalgorithmfordoubletransmissionlineonthesanletower[J].ModemElectricPower,2007,24(1):12.16.[12]郑军,邓妍,邰能灵.适用于同杆并架双回线路的零序距离保护研究[J].水电能源科学,2006,24(1):15.18.—ZHENGJun,DENGYah,TAINengling.Studyondoublelinesdistancerelaybasedonzerosequencecomponents[J].WaterResourcesandPower,2006,24(1):15.18.[13]余鲲.存在零序互感的同杆并架多回线路保护整定计算的研究[J].电力科学与工程,2007,23(1):45.48.YUKun.Studyonprotectionsettingcomputationofparallelmulti-circuittransmissionlineswithzerosequencetransformer[J].ElectricPowerScienceandEngineering,2007,23(1):45-48.[14]曾耿辉,黄明辉,刘之尧,等.同杆线路纵联零序保护误动分析及措施[J】.电力系统自动化,2006,30(2O):1O3.107.—ZENGGeng-hui,HUANGMing-hui,LIUZhiyao,eta1.AutomationofElectricPowerSystems,2006,30(20):103.1O7.[15]文明浩,陈德树,尹项根,等.平行线对接地距离保‘护的影响[J].继电器,2000,28(4):53.56.—WENMinghao,CHENDe-shu,YINxiang-gen,eta1.Analysisofsomeprotectionschemesondoubletransmissionlinesonthegroundfaultconditions[J].Relay,2000,28(4):53.56.收稿日期:2010-11-30;修回日期:201卜O4-O9作者简介:张洋(1978-),女,讲师,主要从事电力系统分析和新能源发电的教学研究工作;E.mail:woshikuaile@tom.tom王伟(1978-),女,工程师,主要从事电力系统继电保护研究工作;樊占峰(1974-),男,高级工程师,从事继电保护方面的研究。E・mail:zhanfengf@xjgc.com
清华君
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