同杆弱馈线路对差动保护的影响分析

摘要:同杆并架带弱馈线路逐步在电力系统中出现,这种系统中故障特征较之常规系统有所区别。文章提出新的跨线故障模型,采用六序分量法分析同杆并架带弱馈线路在发生跨线故障时过渡电阻对差动保护的影响,得出:在靠近弱馈侧发生跨线故障,跨线相之间的过渡电阻会影响差动保护的动作行为,甚至有可能导致差动保护拒动,从而使得该线失去速动保护。综合双回线考虑,继电保护可实现纵续动作。文章并建立了RTDS试验模型,仿真结果与理论一致。

Abstract: Double-cuicuit transmission line with weak infeed is used in power system. The fault characteristics are different from the comventional line. This paper presents new cross-line fault model, analyses the character of the fault between two same lines on double-cuicuit transmission line and the influence on differential protection with six-sequence component. Cross-line fault occurs in the near weak feed-side , the transition resitance between fault phase will affect the behavior of differential protection, and even may lead to differential protection refusing. Relay of the double-cuicuit transmission line can fastly act successively. RTDS simulation shows that the result accords with the theory.

关键词: 同杆并架;弱馈;线路保护

Key words: double-curcuit transmission line;weak infeed;transmission protection

中图分类号:TM75文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)16-0114-02

0引言

随着电力技术的发展,电网容量的不断增大,输电线路走廊越来越紧张,特别在大中城市及其郊区,问题尤为突出。而同杆并架双回线由于两回线共用一个杆塔,具有所需出线走廊窄、占用良田少、节省投资和建设速度快等特点。出于综合性考虑,目前在220～500kV的电网中有积极采用同杆并架双回线的趋势。广东电网的统计数据表明,220kV和500kV同杆并架线路约占该网的60%。既有同杆并架双回线,又有更为复杂的同杆四回线路。目前国内220kV电网基本是环网双电源的运行方式,传统的同杆并架线路继电保护配置的前提是认为两侧均为大系统,同杆并架线路保护采用差动保护最为理想,考虑到保护的双重化,主保护也采用传输分相命令的纵联保护。而随着电网发展,开环运行的单电源线路增多,同杆并架线路一侧为弱馈的运行方式出现了,在这种工况下存在过渡电阻的跨线故障与常规线路呈现不同的特征,保护在此工况下的动作行为也受到影响。常规的跨线故障模型不能完全反映故障实际情况,本文提出了新的跨线故障模型,并采用六序分量法分析同杆并架带弱馈线路在发生跨线故障时过渡电阻对继电保护的影响,分析得出如下结论:在靠近弱馈侧发生跨线故障,跨线相之间的过渡电阻会影响差动保护的动作行为,甚至有可能导致差动保护拒动,从而使得该线失去速动保护。RTDS仿真试验结果表明结论的正确性。

1差动保护判据及跨线故障分析方法

常规的稳态比率差动保护判据如下:

+>I+>kr-(1)

式中:Id?准=+为分相差流,IR?准=-为制动电流。kr为小于1的制动系数,国内主要厂家一般选取0.6以上。发生故障时,只有式(1)中两个判据同时满足,差动保护才能出口。

2弱馈系统下发生跨线故障差动判据分析

2.1 同杆并架带弱馈线路模型220KV及以上系统一般采用中性点接地方式,因此典型的同杆并架带弱馈线路模型如图1所示。

N侧系统等效正负序阻抗无穷大,零序阻抗为变压器阻抗,因此区内发生故障时,只有零序电流可以通过N侧母线流出,等效网络为图2(a),这些电流由强电源经过健全相供给再通过变压器变换产生,幅值远小于强电源侧流向故障点的电流,不足以对差动保护造成影响。因此以下分析忽略此电流,即故障时从弱馈侧系统流向故障点的电流近似按零,等效电路图如图2(b)。关于跨线故障时的建模,目前的文献[1,2]均基于相间跨线电阻R1=R2为前提进行分析,并得出差动保护完全不受跨线电阻影响的结论。但实际发生故障时,短路点是随机的,不可能保证R1=R2。当两侧系统均强时,跨线电阻差异导致的两侧电流差异可忽略不计,基于此前提分析并无影响。但当一侧为弱系统时如图2(b)的I线,由于R1≠R2的存在,将使电流的分布不对称,I线的故障电流会产生分流,一部分电流R1经流入地,另一部分电流经N侧母线再流入地。对线路差动保护,差流和制动电流比值将受跨线电阻R1、R2的影响而有可能拒动,下文将进行详细分析。

2.2跨线故障时的差动保护动作判据分析以F点发生A相同名相跨线接地故障I AGII G为例介绍跨线电阻对差动保护的的影响,模型如图3。设故障点F离M侧的距离为全长的p,0

FIB=FIC=FIIB=FIIC=0(2)

FIA=(Rg+RI)FIA+RgFIIA(3)

FIIA=RgFIA+(Rg+RII)FIIA(4)

根据六序分量的关系,有:

FIA=A-(SFIA+PFIIA)(5)

FIIA=A-(PFIA+SFIIA)(6)

由式(2)~(6)可算出故障点的电流FIA和FIIA,这两个电流分别为I线和II线差动电流。

FIA==+(7)

FIIA==+(8)

其中:A1=6Rg+6R1+S,A2=6Rg+P,A4=6Rg+6R2+S。计算出故障相电流,参考边界条件,可算出保护安装处的电压和电流。由图4可知:

NIIA=-NIA(9)

•p•Z1L•2•NIIA=(R1-R2)(10)

其中,k及k′分别为线路的零序补偿系数及零序互感系数,一般零序互感阻抗约为零序阻抗的0.6~0.8,因此k′=(0.6~0.8)k。由式(10)可知当R1=R2时,流过N侧两回线保护的电流为零,两回线均满足差动电流与制动电流相等即制动条件满足,只要差流大于门槛,则差动保护可以动作。

当R1≠R2时,流过N侧两回线保护的电流INIIA不为零,在系统参数一定的前提下决定此电流的因素有两个,一是短路位置p,另外是跨线电阻之差R1-R2的绝对大小。当R1-R2越大,INIIA越大。相间跨线电阻为弧光电阻[1],在通过线路的短路电流水平不过低的条件下,相间跨线电阻不大于30Ω,也即(R1+R2)?燮30,显然当R1=0或R2=0时,R1-R2最大。不妨以R2=0来进行分析。因略大于1,为分析方便,设该值为1,则式(10)变为:2•INIIA=

同时,I线制动电流为:RIA=FIA-2NIA=FIA

因220KV及以上系统序阻抗接近90°,为分析起见不妨设线路正序阻抗角度为90°,从而可推出I线差流与制动电流的比值:

k==

在跨线电阻R1一定的情况下总能存在p小于某一数值时,kr将小于制动系数定值如0.6,因此式(1)将无法满足,I线差动保护不能动作。

3RTDS数字仿真

为了验证分析的正确性,本文进行了RTDS仿真。试验模型采用100km,220kV同杆并架线路模型,系统架构参加图1。试验模型参数:单回线正序阻抗ZL1=0.02+j0.28(Ω/kM),单回线零序阻抗ZL0=0.172+j0.84(Ω/kM),单回线正序容抗C1=0.013(μF/kM),单回线零序序容抗C0=0.0092(μF/kM),双回线零序互感ZM=0.102+j0.504(Ω/kM)。M侧系统参数:电源正序电阻为2.2Ω,电感为0.04H;零序电阻为5Ω,电感为0.08H。N侧系统参数:变压器容量1800MVA,短路电压比10%;等效负载为0.1111Ω,电感为0.001H。TA变比取1250/1A。开关电阻取0.1Ω。

选择故障点在N侧出口。模拟同名相A相跨线故障。短路方式选择以下3种方式模拟。(1)I线A相经Rg=5Ω直接接地,II线A相经Rg=1Ω接地;(2)I线A相与II线A相短接经Rg=5Ω接地;(3)I线A相与II线A相经R=5Ω短接经Rg=5Ω接地。

采用全周付氏算法计算故障后20ms时刻的试验获得的数据,计算结果参见表1。

从表1看出,短路方式1和短路方式3方式下,差动保护会拒动。RTDS仿真结果跟理论是一致的。

4结论

综合以上分析:

(1)同杆并架带弱馈线路,在靠近弱馈侧区内发生跨线接地故障时,存在一回线差动保护拒动的可能。

(2)综合两回线考虑,当线路采用差动保护时,发生跨线接地故障时,最坏的结果是差动纵序动作。一回线的差动保护动作切除一回线故障切除后,另一回线的差动纵序动作。

(3)在靠近强电源发生跨线接地故障时,差动保护不会发生拒动。距离保护也有较好的性能。

参考文献:

[1]朱声石.高压电网继电保护原理与技术[M]第3版.北京:中国电力出版社,2005.

[2]俞波.超高压同杆并架双回线路微机保护的研究[D].华北电力大学,2003.