中国能源建设集团湖南省电力设计院有限公司 湖南省长沙市 410007
摘要：结合同塔四回输电线路的构造特色，关于同一电压等级的有电气联络和无电气联络的同塔四回线路，研讨剖析了同塔四回线路发作单回线纵向毛病时线间互感对零序方向维护的影响，使用网络拓扑的等效变换，核算出了各回线路上零序电压、零序电流的幅值和相角特征。剖析标明同塔四回线路单回线路纵向毛病时，关于两边均无电气联络的同塔线路，零序方向维护存在误动的危险，关于两边均有电气联络的线路，零序方向不会误动。最后经过 PSCAD 树立同塔四回线路的模型，对单相断线纵向毛病进行了仿真，仿真成果验证了理论剖析的正确性。
关键词：同塔四回线路；纵向故障；零序方向；影响研究
1导言
同塔四回线路在我国电力建设中的比重越来越大，与单回线路相比，同塔四回线路输电容量大，可靠性高，但是由于其线路多，线路间存在互感，增加了故障的种类及复杂程度，同时运行方式的多样性和耦合关系的复杂性，也增加了其故障特征分析的难度，进而影响了继电保护对故障的甄别能力。同塔线路的一般故障分为横向故障和纵向故障，即短路和断线。目前国内外对横向短路故障的分析较多，但较少对同塔四回线路的纵向故障进行系统的研究。本文首先分析了同塔四回输电线路的结构特点和运行方式，针对同一电压等级的有电气联系和无电气联系的同塔四回线路，分别研究了完全同塔四回线路发生单回线纵向故障时零序网络的特点，利用网络拓扑的等效变换，计算出了各回线路上零序电压、零序电流的幅值和相角特征，分析表明了同塔四回线路单回线路断线故障时，对于两侧均无电气联系的同塔线路，零序方向保护一定会误动，对于两侧均有电气联系的线路，零序方向不会误动。利用 PSCAD 建立 500 kV 同塔四回线路的模型，仿真验证了理论分析的正确性。
2 纵向故障的故障电气特征
同塔四回线路的纵向故障为线路的断线故障，同塔四回线中一回线发生不对称断线故障时，从零序网络的角度看，故障端口会叠加一零序电压源，在该电压源的激励作用下，故障线上会产生零序电流。对于健全线（非故障线）而言，虽然本回线没有故障，但回线间的零序互感作用会在非故障线上产生一附加零序电源，从而产生零序电流。因此，同塔四回线断线故障的故障特征不仅由同塔四回线的拓扑结构、故障线端口的零序电压源决定，还会受到回线间零序互感的影响。由于存在零序互感的影响，非故障线的零序方向保护可能不正确动作。在分析同塔四回线路的一回线路断线故障时，将其余三回健全线路的线间互感等效为一个感应电压进行零序网络的故障分析。下面具体分析不同拓扑结构情况下完全换位同塔线路发生不对称断线故障时，故障线和健全线的零序电压和零序电流特征。
2.1双端电气连接
对于图 1 所示的同一电压等级双端电气连接的同塔四回线，当回线 I 上发生不对称断线故障时，系统的零序网络如图 3 所示。
3纵向故障对零序方向元件的影响分析
纵向故障对零序方向元件的影响分析同塔四回线发生纵向故障后，故障线和健全线表现为不同的故障特征。对于纵联零序方向保护而言，当线路两端的零序电压和零序电流均满足正方向判据时，判定故障发生在区内。以许继公WXH-803 高压线路保护的纵联零序方向元件为例，零序正方向元件的范围如式（6）所述。
-190 Arg（3 /3）30 U-（6）
下面具体分析同一电压等级的同塔四回线发生不对称断线故障后零序方向保护的动作行为。定义电流正方向为母线指向线路。
3.1 双端电气连接
故障线（回线Ⅰ）和健全线（回线Ⅱ）两端的零序电压和零序电流的相位关系，回线Ⅲ和回线Ⅳ的零序电压和零序电流与回线 II 相同，因此式（7）仅列出Ⅰ回线路和Ⅱ回线路的零序方向比相方程。
线路零序阻抗角一般比正序阻抗角偏小，500 kV 线路一般为 80° 左右，由式（7）可以看出，故障线两端的零序方向元件均满足正方向判据，零序方向保护判为区内故障。健全线两端的零序方向元件均不满足正方向判据，零序方向保护判为区外故障。因此，同一电压等级双端电气连接的同塔四回线发生不对称断线故障后，故障线和健全线的零序方向保护均能可靠识别区内、区外故障，不存在保护误动的情况。
3.2双端无电气连接
故障线（回线Ⅰ）和健全线（回线Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ）两端的零序电压和零序电流的相位关系，故障线两端的零序方向元件均满足正方向判据，零序方向保护判为区内故障。健全线两端的零序方向元件均满足正方向判据，零序方向保护判为区内故障。引起零序方向误判正方向的主要原因是由于电气联系弱，而健全线路的零序电压完全由零序互感引起，会造成故障线和健全线路对应侧的零序电压反相，因此，同一电压等级无电气连接的同塔四回线发生不对称断线故障后，健全线的零序方向保护均误识别为区内故障，存在保护误动的情况。
综合以上分析结果可知，同塔四回线发生纵向故障时，零序方向保护可能出现误动情况，且误动出现在无电气连接的同塔四回线中。
结语
本文针对同一电压等级的有电气联系和无电气联系的同塔四回线路，分别研究了完全同塔四回线路发生单回线纵向故障时零序网络的特点，推导出各回线路上零序电压、零序电流的幅值和相角特征，并使用 PSCAD 搭建了仿真模型进行了验证。通过理论分析和仿真得到如下结论：
1）同塔四回线路纵向故障健全线的零序方向保护误动原因主要与线路的电气连接关系有关。同一电压等级双端电气连接情况下，同塔四回线发生单回线路纵向不对称断线故障后，故障线和健全线的零序方向保护均能可靠识别区内、区外故障，不存在保护误动的情况。在同塔四回线两端无电气连接的情况下，发生单回线路纵向不对称断线故障后，健全线路零序方向保护一定会误动。
2）对不同电气连接下的零序保护动作情况进行分析发现，健全线零序方向保护是否会误动主要与同塔线路之间的电磁联系强弱有关，电气联系越强，磁联系越弱，保护误动的可能性越小。反之，电气联系越弱，磁联系越强，保护误动的可能性越大。此外，仿真也表明健全线两端零序电压和零序电流的大小与负荷电流大小和零序网络参数有关。避免零序方向元件误动作的方法国内较多文献均有研究，一般采用负序方向进行把关，效果良好。
参考文献
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论文作者:邱文婷
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第18期
论文发表时间:2017/12/7
标签：故障论文; 线路论文; 方向论文; 纵向论文; 电压论文; 四回论文; 电气论文; 《建筑学研究前沿》2017年第18期论文;