基于零序补偿系数变化的同塔四回输电线路接地距离保护研究

邵昱 拜姝羽 王超 李丰克

摘 要：对于同塔架设的包含有不同电压等级的四回线路，线路间的电磁联系愈加紧密，线路间的零序互感对保护的影响也不容忽视。零序电流补偿系数不仅与本线路的正序、零序阻抗有关，还与线路间的零序互感以及相邻互感线路的参数和运行方式有关。本文主要研究同塔架设包含有不同电压等级的四回線路之间的零序互感对接地距离保护的影响，对整定零序电流补偿系数、提高电网的保护动作性能具有重要的意义。

关键词：同塔多回线路;零序互感;接地距离保护

中图分类号：TM774文献标识码：A文章编号：1003-5168（2019）16-0140-03

Abstract： For the four-circuit line with different voltage levels set up in the same tower， the electromagnetic connection between the lines is more and more tight， and the influence of the zero-sequence mutual inductance between the lines on the protection can not be ignored. The zero-sequence current compensation coefficient is not only positive with the line. The sequence and zero-sequence impedance are related to the zero-sequence mutual inductance between the lines and the parameters and operation modes of the adjacent mutual inductance lines. In this paper， the influence of the zero-sequence mutual inductance between the four towers with different voltage levels on the grounding distance protection was studied. It is of great significance to adjust the zero-sequence current compensation coefficient and improve the protection performance of the power grid.

Keywords： same-circuit multi-circuit line; zero-sequence mutual inductance;grounding distance protection

为了提高土地利用效率和降低电力建设成本，相邻线路日益增多，线路走廊日趋紧密，而多条线路的存在，必然导致线路间的电磁联系愈加紧密，且线路间的零序互感对保护的影响也不容忽视。同一电压等级同塔四回输电线路和不同电压等级同塔四回输电线路的运行方式有较大的区别，零序互感对接地距离保护的影响也不尽相同[1]。因此，探讨多条线路不同运行方式下的零序电流补偿系数尤为重要。

1 跨电压等级零序电流补偿系数整定方式

非故障线路上的零序电流通过线间零序互感的作用，在故障线路上产生零序电压，影响保护安装处的电压。

线路间零序互感对接地距离保护的影响主要体现在零序电流补偿系数增量[Δk]上，通过合理地调整接地距离保护测量装置的零序电流补偿系数k来减小测量误差。

因此，有两种方法对接地距离保护进行改进，以减小接地距离继电器阻抗测量的误差[2]。

1.1 直接消除线间零序互感的影响

由式（1）可以看出，为了准确距离测量，接地距离保护继电器中除引入故障相电流、线路零序电流外，还同时引入非故障线路的零序电流，从源头上消除线间零序互感的影响。

1.2 间接消除线间零序互感的影响

在整定保护装置的零序电流补偿系数k时，计及线间互感的影响（即零序电流补偿系数增量[Δk]）。零序电流补偿系数增量[Δk]与线路连接方式、运行方式、故障点位置以及系统和线路参数有关。因此，应该正确整定保护装置的零序电流补偿系数k，使各种情况下的接地距离保护都能正确反映故障点至保护安装处的阻抗值[3]。

针对不同运行方式采用相对应的零序电流补偿系数，可以极大地改善接地距离保护的性能。但是，不同电压等级同塔四回线的接线方式、运行方式较多，在实际工程中，运行方式随时可能发生变化，而故障点位置更是随机的，会使得定值区切换操作较复杂。因此，可以分析不同运行方式下的零序电流补偿系数增量[Δk]，设置少数几个定值区，这既能保证保护的良好性能，又能简化定值区切换操作。

为防止接地距离I段发生超越，可以采用最小零序电流补偿系数，即I回线正常运行时，通过II、III、IV回线3回检修接地时的零序电流补偿系数来进行整定。

然而，从保证接地距离II、III段灵敏度考虑，需要利用所有运行方式中对应的最大零序电流补偿系数，即I、II回线正常进行III、IV回线开关断开且两侧接地刀闸不接地时的零序电流补偿系数来进行整定[4]。

2 跨电压等级零序互感对接地距离保护的数字仿真

2.1 线路模型

采用同塔四回线路杆塔模型和跨电压等级四回线路导线排列方式。线路长度l=200km，最低的导线距地面的高度是30m。同一电压等级的两侧电源阻抗相同。

2.2 仿真参数

采样频率4kHz，运行时间1s;在0.2s时，220kV电压等级的Ⅰ回线A相末端发生金属性接地短路故障，0.7s时故障被清除。

2.2.1 運行方式1。图1中，Ⅲ、Ⅳ回线感应的首端零序电流方向一致，显示为重合。Ⅰ、Ⅱ回线零序电流方向一致，Ⅲ、Ⅳ回线与Ⅰ、Ⅱ回线的方向相反。

2.2.2 运行方式2。图2中，Ⅲ、Ⅳ回线感应的首端零序电流一致，在图中显示为重合。Ⅰ、Ⅱ回线零序电流方向一致，Ⅲ、Ⅳ回线与Ⅰ、Ⅱ回线方向相反。

2.2.3 运行方式3。图3中，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ回线被感应的零序电流一致，在图中显示为重合。Ⅰ回线与Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ回线方向相反。此时，互感的零序电流对零序电流补偿系数都是负的，零序电流补偿系数最小。

2.2.4 运行方式4。图4中Ⅲ、Ⅳ回线感应的首端零序电流一致，在此图中显示为重合，大小值几乎为0。Ⅰ、Ⅱ回线零序电流方向一致，此时互感的零序电流对零序电流补偿系数都是正的，零序电流补偿系数最大。

2.2.5 运行方式5。图5中，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ回线被感应的零序电流一致，在图中显示为重合，大小值都几乎为0，此时对零序电流补偿系数几乎没有影响。

2.3 补偿后，分析各种运行方式下保护性能

跨电压等级输电线路对电网的安全运行有着重要影响。直接消除线间零序互感的影响的整定方式虽然可以很好地补偿线路，准确测量故障位置，但由于四回线并非是一个整体的单元，四回线的运行方式多变，常常会因为无法取到邻线的零序电流而失去补偿，故不采用，且对于间接消除线间的设置多个定值区也不适用，因此，可采用设置少数几个定值区的方式进行补偿。不同点故障时，计算各运行方式下的测量误差可知：采用最原始的零序电流补偿系数整定误差小，且变化范围小，使得测量阻抗准确，能保证继电器正确动作。当三种补偿方式（过补偿、欠补偿、全补偿）都成下降趋势时，线路的保护能否具有可靠性，主要考虑线路末端故障时继电器是否会发生误动或者拒动的情况，这时采用最小的零序电流补偿系数整定，误差百分数最小，测量阻抗最准确，且能保证继电器正确动作;当三种补偿方式都成上升趋势时，线路的保护能否具有可靠性，主要考虑线路末端故障时继电器是否会发生误动或者拒动的情况，这时采用最大的零序电流补偿系数整定，误差百分数最小，测量阻抗最准确，最能保证继电器的正确动作[5]。

3 结语

同塔四回线路，电压等级不同，Ⅰ、Ⅱ回线同一电压等级，Ⅲ、Ⅳ回线同一电压等级，Ⅰ回线发生单相接地故障，其他三回线有正常运行状态、停运状态和检修状态。当状态不同时，受其他几回线路对故障线路接地距离保护的影响也不同。

本文分析了5种典型的运行方式，对于方式1是采用原始补偿系数[k0]，方式4和方式5是极端运行方式，分别采用最小补偿系数[kmin]和最大补偿系数[kmax]来整定，都可以保证继电器的正确动作，这样也可以保证其他运行方式在这三种补偿方式下继电器也能正确动作。

参考文献：

[1]索南加乐，钟应，王增超，等.基于频域参数识别的距离保护算法[J].电力系统自动化，2012（19）：73-77.

[2]柳焕章，周泽昕，周春霞，等.继电保护振荡闭锁的改进措施[J].中国电机工程学报，2012（19）：125-133.

[3]刘凯，索南加乐.一种新的高压线路保护振荡闭锁实现方法[J].电力自动化设备，2011（4）：7-12.

[4]张华中，王维庆，朱玲玲，等.双回输电线路自适应距离保护[J].电网技术，2009（18）：209-213.

[5]程文君，郑玉平，张哲，等.一种新的双回线单端相继速动保护的实现[J].电力系统自动化，2008（17）：61-65.