同杆并架双回线路纵联保护与选相技术研究

摘要

同杆并架双回输电线路以其输电容量大、占用输电走廊少，杆塔建设投资低等技术经济优势，在我国电网中得到了广泛采用。由于同杆并架线路导线数目多、双回线之间距离近，其故障类型和故障暂态特性远较普通单回线或平行双回线复杂，传统的线路保护难以满足快速、可靠地切除同杆并架线路故障的应用要求。此外，同杆双回线路输送功率大，在发生跨线故障时，应尽量避免双回线同时切除，以提高系统运行的稳定性，从而对故障选相和自动重合闸方式提出了新的更高要求。迄今，虽然同杆并架线路继电保护的研究和应用已取得了长足进步，但由于同杆并架线路故障的复杂性，仍存在许多问题有待进一步的研究和探讨。因此，深入开展同杆并架线路继电保护技术的研究，对提高保护的性能和应用水平，保证电网的安全稳定运行，具有非常重要的理论和现实意义。
　　 同杆并架线路保护的研究涉及诸多方面，其中距离纵联保护、方向纵联保护以及故障选相元件在实际应用中面临的问题较为突出，也是同杆并架线路保护研究的重点。本文将主要围绕上述问题展开课题研究工作。
　　 论文首先对同杆并架双回输电线路保护的研究和应用现状进行了分析，重点针对同杆并架线路保护中的距离元件、方向元件以及故障选相元件在实用中面临的问题进行了评述和总结，在此基础上，阐述了论文工作的重点和主要内容。
　　 鉴于同杆并架线路故障时电气量的变化特性复杂，理论分析难度大，因此，构建模拟实际线路的仿真分析平台是进行线路保护原理研究的重要手段。由于同杆并架线路六相线之间的互感参数存在明显差异，传统的基于序分量法构建的输电线路模型不再适用。本文以湖北省恩施～水布垭ⅠⅡ回500kV 输电线路为原型，从杆塔和线路的结构参数入手，建立了同杆并架双回输电线路的数字仿真模型。该模型可以完整计及线路参数不对称性的影响，更准确地模拟同杆并架线路发生故障后的电气暂态过程。
　　 此外，根据线路保护特性研究的需要，在仿真平台构建中，配置了故障点与故障类型控制模块以及暂态仿真数据输出模块，以进行各种故障情况下电气量的处理和保护原理的分析。论文系统介绍了同杆并架线路仿真分析平台的构建方法和设计要点。
　　 故障选相元件的性能对保护的动作行为和自动重合闸装置的正确工作有着重要影响。同杆并架线路发生跨线故障时，由于保护装置只能利用本线的三相电流和电压信号，传统的基于电流突变量、序电流分区加阻抗判断的单回线故障选相方法不再适用，需采用新的选相方法。本文在对典型同杆并架故障选相元件的动作特性进行分析研究的基础上，提出了一种新的故障选相方案。该方案首先根据故障电压突变量信号和稳态量信号确定故障类型，然后根据所选出的故障类型，利用故障相电流大小和相位差以及阻抗方向等辅助判据综合确定本线实际故障相别。仿真结果验证了所提出的选相方案的有效性。
　　 距离保护应用于同杆并架线路时面临的一个突出问题是，当发生跨线故障时，阻抗测量元件的计算结果与实际短路阻抗可能存在较大误差，从而可能导致保护误动或拒动。此外，由于两回线之间间距小，零序互感较大，将对距离保护的性能造成很大影响。本文从同杆并架双回线的故障特点入手，结合两回线零序电流的相位情况，分析了零序互感对接地距离保护的影响。同时针对跨线不接地故障这一同杆并架双回线路特有的故障类型，分析了相间距离保护测量阻抗的变化点、存在的问题以及相应的解决方法。
　　 在纵联方向保护中，传统的零序和负序方向元件在简单故障情况下可保证动作的正确性，但同杆并架双回线的跨线故障属复故障类型，因此，有必要对方向元件在跨线故障情况下的动作行为进行研究和分析。本文结合六序分量法和电流、电压相量图法，对零序方向元件和负序方向元件在跨线故障情况下可能存在的主要问题进行了分析，并通过仿真计算对分析结果进行了验证。
　　 论文的最后对全文进行了总结，指出了下一步需要进行的工作。