500kV同杆双回线自适应重合闸方案

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电&力&设&备

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67(8%978$ ,**-.同杆双回线自适应重合闸方案

沈!军"!张!哲"!郑玉平"!李九虎"!孟国凯#

!南京南瑞继保电气有限公司"江苏省南京市&!!!%%#&"浙江临安市供电局"浙江省临安市(!!(%%$

摘要!-$$%&同杆双回线在电力系统中具有举足轻重的作用!该项目通过综合两回线信息!将非严重永久故障判据#辅助判据以及按相顺序重合原则完美地结合起来!实现了同杆双回线的自适应重合闸功能!从而最大限度地提高了电力系统的稳定性"目前该项目成套保护装置已通过鉴定!并已推广应用"文章着重介绍了该项目的自适应重合闸的原理及保护配置!并对带并联电抗器的电压判据作了改进"

关键词!同杆双回线$非严重永久故障判据$辅助判据$按相顺序重合$电力系统稳定性$自适应重合闸

中图分类号!)*++6

"&引言

随着电力系统的发展!由于同杆双回线占用线路走廊窄!具有较高的经济价值!因此-$$%&输变电线路采用同杆双回线已成为必然的选择"由于-$$%&电压等级的同杆双回线担负着系统大容量潮流输送的任务!因此它的正常运行对电力系统的稳定有着重要意义"

同杆双回线装设在同一杆塔上!线间的距离较近!可能会出现跨线故障!当发生跨线故障时!常规的重合闸会合于跨线永久故障!虽然对于各回线路!仍然体现为单相故障!但对于整个电力系统来说!则与重合于多相故障无异!这对系统的冲击很大!并且重合后两回线路均跳开!可能造成一个地区电网潮流严重的不足!从而对系统的稳定以及设备运行造成严重的影响!极端情况下可能导致系统失稳以及损坏电力设备"

-$$%&同杆双回线均采用单相重合闸方式!当发生单相接地故障!故障相跳闸后!由于同杆双回线的静电耦合和电磁耦合作用较强!故障相恢复电压较高!使得潜供电弧熄灭时间较短!当潜供电弧还未熄灭或者熄灭的时间较短!还不足以使得故障点绝缘强度恢复!由于常规重合闸无法识别此现象!当重合闸动作时!会使得故障点重新被击穿!导致瞬时性故障重合失败"另外!常规重合闸不能识别故障的严重程度!可能会重合于出口严重故障!这对系统以及电力运行设备也会产生很大的影响"

针对此现状!国电公司调度中心%四川省电力公司及南瑞继保电气有限公司申报了国电公司重点科技项目/-$$%&同塔双回输电线路保护研究0!该项目的成套保护及自适应重合闸装置C>均已顺利通过验收!目前已经在四川洪龙双回线以及福建福州变可门电厂等双回线上投入运行"本文详细介绍了自适应重合闸的工作原理及保护配置和通道连接等!并对有并联电抗器时的电压判据进行了改进"$&自适应重合闸原理

当同杆双回线发生故障!故障相跳闸后!健全相

对故障相会产生恢复电压!恢复电压包括电容耦合电压以及电磁耦合电压"电容耦合电压包括相间电容耦合电压以及线间电容耦合电压!其幅值不受线路长度的影响$电磁耦合电压由线间以及相间的互感产生"由于恢复电压的影响!使得故障点潜供电弧的熄灭比较困难!为了加快潜供电弧的自熄!目前比较常用的方法是在三相并联电抗器的中性点加小电抗的方法!该方法可以部分或全部补偿相间的静电耦合电压"自适应重合闸主要包括无严重故障判据以及按相顺序重合原则"

$8$&无并联电抗器电压判据

当线路无并联电抗器投入时!自适应重合闸判别公式如下(")

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分别为线路故障跳开相两侧的实测端电压基波幅值%三次谐波以及五次谐波电压幅值$

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为额定电压幅值$)

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为健全相对故障相的感应电压!可根据两回线的互感%故障距离以及健全相电流算出!计算公式如下

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为相间每千米的互感阻抗$1l

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为该回线零序电流$#l

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为另一回线零序电流$2为故障距离"

式*"+左边计算结果为双回线健全相对故障相的静电耦合电压!对于永久性故障!由于电容对地很快放电!因此式*"+左边为零!可见该电压判据不受负荷电流以及相间互感的影响!具有很高的可靠性!并且接地电阻的大小对式*"+的影响也很小(")"

实际采用时对式*"+作了简化!未对互感电压进

行补偿!即令式*"+中的)

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继电保护专题沈!军等#-$$%&同杆双回线自适应重合闸方案#"

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此判据在远端故障时可能会误判!设故障距离为

2!当2满足下式时上式成立

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设同塔双回线输送潮流为"#$$*.!线路参数1

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5$1$/$#d m$1#+,:!当发生!F"E a接地永久故障!故障相均跳开后!如果负荷电流不变!则通过上式可算得当2大于+"1,%0时会误判为瞬时性故障!但重合于这种非严重性故障!对系统的冲击很小!因此从实用的角度来说!该方法比较简单可靠!能有效地避免重合于近处的严重永久性接地故障"

对于瞬时性故障!由式*"+得到的电压值虽然不能完全反映电容耦合电压!但计算结果总有一侧会大于电容耦合电压!因而提高了判据的灵敏度"另外!在电弧熄灭后!由于故障相恢复电压均为工频分量!无谐波分量!因此根据式*#+可以判别故障点电弧是否熄灭" $8!&有并联电抗器电压判据

一般在超高压长线路并联电抗器中性点加装小电抗器!以限制潜供电流和恢复电压的幅值"在确定补偿用小电抗器的参数时!以能将潜供电流的工频分量降低至"#F*有效值+以下为佳!最好不超过"$F!此时在风速为"1-G#1-03T时!据试验实测!此时自灭时间不超过$1"-T(#)!由于电弧熄灭时间短!因此对有并联电抗器系统不必判别熄弧时刻"

对于有并联电抗器线路!当发生瞬时性故障!故障相跳开后!线路电容%电感元件回路将产生自由振荡分量!该分量与静电耦合分量以及电磁感应分量叠加在一起!从而形成拍频电压"自由振荡分量的频率与并联电抗器的补偿度有关!一般在6$G:$;^左右(6)!拍频振荡周期一般为$1#T以下"

对于永久性故障!端电压仅为电磁感应电压幅值!相对较小$对于瞬时性故障!拍频电压最大值为静电耦合电压%电磁感应电压以及自由振荡电压幅值的和!而最小值为静电耦合电压%电磁感应电压与自由振荡电压幅值的差"由于拍频特性显著!因此有一些文章(:!-)采用了电压的最大值与最小值的关系来确定故障性质!非常有效!但这仍然离不开端电压幅值的判别"比如永久性故障时由于环境恶劣!装置采样相对误差可能较大$另外!如果故障时间较长!或者补偿度很高且负荷电流很小时!可能会导致拍频现象不太明显"以上这些原因都可能会误判故障性质"

恢复电压中自由分量的幅值一般接近或高于工频分量的幅值(6)!由于低频自由振荡电压的影响!傅氏算法得到的电压幅值可能会有较大的波动!该方案原来采用一定数据窗数据的平均值来解决此问题!但这也降低了判据的灵敏度!并且数据窗较长"这里通过采用半波积分%采样值以及延时展宽等方法可以比较完善地解决此问题"

当线路有并联电抗器投入时!自适应重合闸采用如下判别公式

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式中!3为半波积分系数$8

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为第5点电压瞬时采样值"当式*6+%式*:+均满足条件时!经短延时展宽$1#-T"考虑到拍频振荡周期一般为$1#T以下!因此上式可以弥补拍频振荡电压的影响"而对于永久故障!特别是严重永久故障!上式*6+不成立"

$8;&按相顺序重合闸

由于两回线有两异名相时仍然能保持两侧系统的较强联系!能够输送相当大的功率!对提高系统的稳定性非常有利"这种重合闸方式要求对任何故障保护只切除故障相!如两相故障只跳两相"自适应重合闸启动的条件是两回线综合起来有两异名相健全即可!缺相相优先重合!其本质相当于把两回线当一回线来实现单相重合闸"

按相顺序重合闸(,)是在多相重合闸方式(+!()的基础上为防止重合于多相不接地故障而提出的!因为对于相同类型的相间不接地永久故障!故障跳开相的电容耦合电压幅值大小相等!仅根据式*"+%式*#+或式*6+%式*:+可能会误重合于相间永久故障"为解决以上问题!本文提出了按相顺序重合闸逻辑以及相间不接地非永久故障判据(/!"$)"

按相顺序重合闸逻辑要求两回线同时只有一相重合!并遵循如下重合顺序#%同名相优先重合且可以同时重合$&超前相优先重合$’多相故障线路的超前相优先重合"

同名相优先重合可以减少整个的重合时间!尽快恢复缺相相的运行!另外!即使同名相重合于永久故障!对系统而言仍然是重合于单相故障"不管是一回线故障还是跨线故障均按超前相优先重合的顺序!超前相优先重合可以让各相优先重合的几率相同"

对于如!F"E>故障!如果先合!F于永久故障!则!回线三相跳开!将使双回线只有"F在运行!破坏了实现单相重合闸的原则!导致"回线不能启动重合"而如果先合"回线!即使合于故障!则仍保留!回线重合的机会"因此多相故障线路的超前相应优先重合"

对于相间不接地永久性故障!当合上一相时对系统而言并未发生故障!此时另一跳开相的电压将与已合的那一相的电压幅值以及相位基本相同!据此提出相间不接地非永久性故障判据

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