输电线路自适应单相重合闸的应用分析

● 湖南·国网新宁县供电公司 李 斐

根据对我国电网线路保护的重合闸动作成功率统计，有10%故障为永久性故障。如果在单相故障被切除后，能够判别是永久性的还是瞬时性的，并且在永久性故障时闭锁重合闸，就可以避免重合于永久性故障时的不利影响。这种能自动识别故障性质，在永久性故障时不重合的重合闸称为自适应重合闸。

在单相故障被单相切除后，断开相由于运行的两相电容耦合和电磁感应的作用，仍然有一定的电压，其电压的大小除与电容的大小和感应的强弱有关外，还与断开相是否存在接地点直接相关。永久性故障时接地点长期存在，断开相两端电压持续较低；瞬时性故障当电弧熄灭后，接地点消失，断开相两端电压持续较高；据此可以构成电压判据的永久与瞬时故障识别元件，根据永久与瞬时故障的其他差别，还可以构成电压补偿、组合补偿等识别元件。

1 单相重合闸期间断开相工频电压分布

单相故障单相切除后的三相线路等值电路如图1所示，三相间有相间耦合电容Cm和相地耦合电容C0以及相间互感Lm。

图1 （a）单相断开后的耦合电路图 (b)单相断开后电压分布图

根据电路的基本知识，可求得线路断开相上的电容耦合电压为

式中，CM、C0分别为单位长度线路的相间、相对地的电容。

单位长度上的非故障相的感应电压为

式中，zm为单位长度线路的相间互感抗。

如果将长度为L的线路等值为图1（a）电路，则断开相电压分布如图1（b）所示，其中电容耦合电压与线路长度无关，并与线路感应电压相位差约90°，感应电压与线路长度、零序电流成正比，两端感应电压各为线路全长感应电压的一半。对于瞬时性故障，断开相两端电压分别为：

式中，θ为功率因数角，电压超前电流时为正。

2 瞬时性与永久性故障的区分

当线路发生永久性金属接地短路时，线路对地电容经短路点放电，电容耦合电压被短接，此时在线路两端只有感应电压，由短路点的位置决定。设接地点距M端得距离为L1，则两端电压为：

应该保证在线路上任意点发生永久性故障时两端都不重合，如果使用电压判据，允许任意端合闸的电压可以表示为：

此式保证了永久性故障时不重合，在瞬时性故障时是否会出现电压低于整定值而不重合呢？考虑瞬时性故障在两端的最小电压，即线路空载时只有电容耦合电压时，要重合必须满足：

Uφ为相电压，Uox为单位长度线路零序互感电压；Krel为可靠系数，取1.2。

将我国常用的线路参数、传送自然功率条件代人，算出两端都可靠识别永久性与瞬时性故障的线路最大长度。当线路长度L更长、考虑过渡电阻影响等因素时，还可采用电压补偿重合判据，它的区分线路长度是电压法的2倍。

输电线路侧电压一般是可以抽取的，利用断开相电压可以实现永久性和瞬时性故障的区分，当线路电压高于整定值是过电压继电器触点闭合允许重合闸重合，当电压低于整定值时闭锁重合闸。

3 结束语

单相自适应重合闸能够识别永久性和瞬时性故障，对于提高输电线路稳定性、重合闸成功率具有非常重要意义。随着对单相自适应重合闸研究的不断深入，其优越性能将会不断凸显，对提高电力系统的稳定性将产生重要的推动作用。