摘要：特高压交流输电示范工程中采用双回线同杆并架工程方案。同杆并架双回线由于存在线间互感，导致线路保护中阶段式距离保护在阻抗测量方面存在问题，实际应用中可采用缩短保护范围的定值整定方法。但基于单回线测量阻抗原理的常规输电线路故障测距同样受互感的影响，特高压输电线路在故障时非常严重的暂态过程会给故障测距带来较大误差。建模仿真分析了线间互感及特高压输电线路的暂态过程对常规故障测距的影响，提出采用基于负序故障分量的分布参数双端测距原理的总体实现方案，从工程应用的角度出发测距方案采用单回线的信息，方案考虑特高压输电线路故障特征及满足故障测距原理的需要，提出基于“海明窗”级联式数字滤波器的故障测距算法，通过 RTDS/Matlab 建立皖电东送特高压输电线路仿真模型。仿真结果表明，所提出的测距方案不受同杆互感的影响、不受过渡电阻的影响，有效克服了特高压输电线路故障时暂态过程对测距算法的影响。
关键词：特高压；负序故障分量；故障测距；数字滤波器
随着同杆并架双回线被广泛采用，对这种输电结构的故障测距研究变得日益重要。目前许多已有的故障测距产品大多针对单回线，用阻抗测距进行定位，而其对于双回线发生故障时的复杂电气特性则暴露出了许多弊端。
随着电力通信技术的发展，利用两端信息测距的算法有所发展，这类测距算法主要有两种，一种是利用本端电压电流和对端电流工频量，另一种是利用两侧电压电流工频量中，对两侧采样数据没有同步要求的测距算法将更具应用前景。
本文从实际工程应用的角度提出了基于单回线信息的分布参数双端测距方法，为消除同杆线间互感及负序不平衡的影响，基于负序（对于三相对称故障采用故障附加正序）故障分量等效网，分别由两端电气量迭代产生两条单增的沿线路全程的负序电压模值变化曲线，利用两曲线的交点求出故障距离，此方法不要求两端数据同步采样。另考虑该方案用于特高压输电线路，而其故障时非常严重的暂态过程会给基于工频量的故障测距带来较大误差。
1．基于负序故障分量的分布参数双端测距原理
基于双端不同步数据的输电线路测距是依据电压电流的测量值，通过故障分析构造各种原理（如阻抗与距离成正比，用两端数据计算到的故障点电压相等，过渡电阻的纯阻性等）的测距方程，实现故障定位。确定输电线路模型并计算沿线路电压电流是该方法的前提和基础。计算沿线电压电流可分为分布参数和集中参数两种，当线路较长时，集中参数线路模型误差比较大，考虑特高压交流输电线路的分布电容较大，采用分布参数计算沿线电压电流的方法。
本为提出采用的测距方法在实际应用中，受微机保护硬件条件的限制，很多高精度的算法无法推广应用，因此提出了实用化的简化方法，尽可能在满足工程需要的基础上减少计算量，降低对硬件资源的要求。对于测距公式，在工程上求解非常困难。有文献以公里为步长在全线范围内进行搜索，也有文献采用折半查找法进行搜索，直到两侧计算的故障点电压幅值之差小于给定的小正数为止。上述方法的测距精度受步长和给定门槛的影响，且要想获得较高的精度，必须进行大量计算。本文采用搜索迭代法求解故障距离。算法需要的数据为：线路总长度，线路的波阻抗及传播系数，本侧及对侧故障后的工频电压电流的相量。本算法简明且容易实现，无需求解复杂的长线方程，即使任意选择初始值，通过简单的迭代搜索就可以找到故障点的真实位置，避免了伪根的判别问题。
2.适用于特高压线路测距的滤波算法研究
由于特高压输电线路输电距离较长，同时线路分布电感和分布电容较大，使得电压、电流的传送呈现出明显的波特性，从而导致故障电压与电流信号中存在着较多的暂态噪声。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆暂态噪声的频率分量及各频率分量的参数对电力系统滤波算法的性能有很大影响，完整准确地认识特高压输电线路的暂态过程是研究快速、准确滤波算法的基础。
针对长线补偿算法采用传统距离保护测距方程后在发生接地故障时其耐过渡电阻能力仍然不强的问题，提出了一种新的基于参数识别的时域长线接地距离保护算法。故障发生后，利用保护安装处测得的电流电压来直接计算线路末端的电流电压，在线路末端应用本文推导出的适用于长输电线路的具有个系数的时域解微分方程距离保护算法来计算故障距离。理论分析和仿真实验证明，该算法不受长输电线路分布电容和故障暂态的影响，动作速度快，耐过渡电阻能力强，可有效防止长输电线路高阻接地故障时距离保护超越的问题，在300ｋｍ长线路、300Ω过渡电阻条件下，保护可靠动作。
特高压同塔双回输电线路由于电压等级高，输送距离长，以及双回线间的互感作用和存在跨线故障等因素，导致特高压同塔双回线路故障后的电气特征发生了一定变化，传统的双回线故障定位方法不适用于特高压同塔双回线路，故提出一种基于双曲余弦函数幅值特性的特高压同塔双回线路故障定位新方法。提取特高压同塔双回线路两端电气基波分量后，利用六序分量法对其进行解耦，在同正序基波分量基础上构造一双曲余弦定位函数，利用所取参考点与故障点相匹配时定位函数幅值最大这一特征进行故障定位。从双曲余弦定位函数的构造过程中受到启发，在特高压同塔双回线路反（同）正序故障分量序网图基础上，分别用欧姆定律和长线电报方程两种方法推导出故障点两侧电流之比，求取两侧电流比之差的绝对值作为故障定位函数。当且仅当所取参考点与故障点匹配时，定位函数的取值最小。理论分析和仿真测试表明，所提两种方法不受系统阻抗、故障点过渡电阻和线路分布电容电流等因素影响，定位精度高，计算速度快，能够满足现场应用的要求。
特高压同塔双回输电线路具有传输距离远、传输容量大、损耗低、效率高等优势，已成为我国坚强智能电网的骨架，其准确的故障定位，对于保证特高压电网安全可靠运行具有重要意义。特高压交流输电由于电压等级高，输送距离长，导线及杆塔结构的变化，使得特高压电网的分布电容电流变大，分布电容在暂态过程中将引起各种高频自由振荡分量，幅值最大的高频分量其频率比超高压系统产生的高频分量更加接近工频，且其频率通常是非整次谐波；线路时间常数大导致非周期分量衰减缓慢；以及双回线间的互感作用和存在跨线故障等因素，导致特高压故障电气特征发生了一定变化，给特高压同塔双回线路的故障定位带来了一定难度。
现在大多数特高压同塔双回线路故障定位算法都是针对单一故障下的故障定位，然而特高压同塔双回线路由于线路邻近易发生多点故障。目前较少研究多点故障下的故障定位。虽然多点故障出现的概率很小，但却是有可能发生的。所以今后进一步的研究重点将会是既能应用于多点故障又能应用于一点故障的特高压同塔双回线路故障定位方法。
3.结论
本文针对特高压交流线路保护测距功能的问题，提出了一种适用于特高压同杆双回线故障测距实用化的方案和算法，该测距算法不受邻线互感的影响，基于故障分量的负序量可消除正常的不平衡负序，针对特高压输电线路故障时电压电流的特征及频谱，提出了基于海明窗的级联式滤波算法，采用分布参数法可有效减小特高压长线电容电流的影响。从实用化角度出发，方案仅需要单回线信息，为能在继电保护装置实现，对运算参数进行了优化和简化。
进行了 RTDS/Matlab 建模及仿真，并且仿真数据采用保护装置实际采样的数据，仿真结果表明：单回线的接地故障测距结果不受过渡电阻的影响，不受邻线互感的影响，对相间故障不受故障类型、故障位置、故障初始角的影响。
参考文献：
[1]宋国兵 基于 RL 模型的双回线单端时域法故障定位[J]. 电力系统保护与控制，2010，
[2]南加乐 基于R-L 模型误差的自适应距离保护[J]. 电力系统自动化，2012.
论文作者:张伟,王江朋
论文发表刊物:《电力设备》2017年第21期
论文发表时间:2017/11/29
标签：故障论文; 线路论文; 特高压论文; 算法论文; 电流论文; 电压论文; 分量论文; 《电力设备》2017年第21期论文;