同塔双回线纵联零序方向保护特性仿真分析

邵昱 拜姝羽 董锐

摘 要：本文针对零序互感对保护的影响进行研究。通过分析故障期间故障线路零序电气量特性和不同运行方式下的内外部故障时互感线路零序电气量特性，提出了附加动作条件来提高保护动作的准确性的方法，并对该方法进行验证。

关键词：同塔互感线路；纵联零序方向保护；仿真

中图分类号：TM774 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2018）23-0064-03

Simulation Analysis of Zero-sequence Direction Protection

Characteristics of Double-circuit Lines on the Same Tower

SHAO Yu BAI Shuyu DONG Rui

（State Grid Henan Electric Power Supply Company Zhengzhou Power Supply Company，Zhengzhou Henan 450000）

Abstract： This paper studied the effects of zero-sequence mutual inductance on protection. By analyzing the zero-sequence electric quantity characteristics of the fault line during the fault period and the zero-sequence electric quantity characteristics of the mutual inductance line under different operating modes， an additional action condition was proposed to improve the accuracy of the protection action， and the method was verified.

Keywords： mutual tower mutual inductance line；longitudinal zero sequence protection；simulation

1 雙回线接地故障互感线路分析

本文只考虑强电强磁和弱电强磁的平行运行线路，将同塔双回线路分为：双回线独立运行、双端共母和单端共母。连接方式不同，当故障线路发生区内、区外故障时，互感线路零序电气量也不同，以此来分析各种故障下的互感线路纵联零序方向保护动作情况[1]。假设线路参数一致，[ZⅠ0=ZⅡ0=ZⅢ0]；区内故障时，h表示故障发生处到线路首端的距离占线路全长的百分比。规定故障线路皆为线路Ⅰ，金属性接地故障。

1.1 双回线独立运行模型

PQ发生区内单相接地故障时（见图1），由于零序互感存在，将在非故障MN上出现零序电压，相当于叠加一个零序电动势[UE0]。

此时，PQ上零序电压分布与零序方向继电器中电压电流矢量如图2和图3所示。

对于母线M，[IⅠ0]与MN首端规定的零序电流方向一致，与末端规定的方向相反。所以：

[UM0=IⅡ0×ZM0] （1）

[UN0=-IⅡ0×ZN0] （2）

图1 线路PQ发生区内接地故障

[UM0=-ZM0IM0，UN0=ZN0IⅡ0]，无论故障点在何处，[UM0]和[UN0]同向，[IMⅡ0=IⅡ0]和[INⅡ0=-IⅡ0]，可知Ⅱ回线路只有一端的零序方向继电器满足条件，其纵联零序方向保护不会动作。各种方式下继电器动作情况见表1。

表1 各种方式下继电器动作情况

[线路名称 方式1 方式2 方式3 区内

故障 区外

故障 区内

故障 区外

故障 区内

故障 区外

故障 故障线路 正确 正确 正确 正确 正确 正确 互感线路 误动 误动 正确 正确 正确 正确 ]

综上可知：同塔双回线在弱电强磁联系下，若一线路发生不对称接地故障，互感线路的纵联零序方向保护可能由于零序互感影响而误动。对于双回线独立运行的情况，互感线路即使没有发生故障，也可能发生零序方向保护误动的情况，无法保证保护的选择性，需要对此进行改进，保证其选择性。

2 改进措施

2.1 零序方向保护的改进

为了使保护能保证选择性，需找出线路非故障态和故障态的不同之处。改进保护判据，既以零序功率方向为判据，又以零序电压方向为判据，依据为：零序功率方向满足[argU0I0-110°～-95°]，零序电压为同向。同时满足两者才能判断为故障。

2.2 零序方向保护的仿真

为验证上述分析，利用PSCAD软件，建立220kV电压等级的互感输电线路模型。线路全长L=200km，电源正序阻抗均为j107Ω，零序阻抗均为0.7+j56Ω。线路正序阻抗为0.028+j0.29Ω/km，零序阻抗为0.32+j0.93Ω/km。零序互感j0.54Ω/km。整定范围为线路全长的80%，每周期采样点数为80。电源功角为[θP=0°，θQ=0.1°，θN=-24.9°]。运行时间0.5s，故障时间0.2～0.4s。故障线路首端电压电流波形和末端电压电流波形如图7和图8所示。

[电压/V/电流/A][时间/ms]

图7 故障线路首端零序电压电流