110 kV并列运行双回路输电线路单相断线OCS告警策略研究

摘要：首先，分析了110 kV并列运行双回路输电线路发生单相断线故障时零序电流与负荷电流大小的关系;然后，在零序电流保护未动作的情况下，利用故障线路三相负荷电流不平衡的特征，提出在OCS（电网运行监控系统）主站构建不平衡率计算点，利用越限告警的方式提醒调度员的可能;最后，通过PSCAD建模仿真验证三相负荷电流不平衡率越限告警的有效性。

关键词：双回路输电线路;单相断线;三相不平衡率;OCS;PSCAD

0 引言

目前，为了提高用户供电可靠性，越来越多的110 kV输电线路采用双回路方式建设。江门电力系统实际电网规模表明，309回110 kV输电线路中37.5%是双回路的，而27.5%的双回路输电线路在年度运行方式中要求并列运行。当并列运行双回路输电线路单相断线时，线路两端变电站的电压基本维持不变，而线路轻载时故障零序电流可能未达到保护整定值，保护无法动作切除故障线路。为尽快隔离断线线路，避免故障不断发展及其影响的扩大，危害断线点附近人身和财产安全，研究并应用OCS三相电流不平衡率告警策略有着重要的理论和现实意义。

1 单相断线电气量分析

假设中性点接地系统中XY处C相断线，如图1所示。

可见，当负荷电流较小时，零序电流也较小，可能达不到零序保护的动作电流值，零序保护不会动作切除故障线路;同时，由于故障线路两侧差动电流平衡没有被破坏，电流差动保护也不会动作。此时，由于两端变电站仍有另一回正常线路连接，电压维持不变，OCS主站的电压越限不会因此越限告警。而断线相别原带负荷将全部转移至另一回正常线路同名相，当负荷较小未到达线路载流值时，OCS主站的电流越限不会因此越限告警。此时，故障将无任何告警提示且维持在断线状态。

2 三相电流不平衡率研究

为了尽快隔离断线故障，在OCS主站中利用单相断线时三相电流有效值计算三相电流不平衡率，当不平衡率达到上限时，OCS主站将发出告警提示调度员进行故障隔离。目前，计算三相不平衡率的算法较多，但大多数是针对电压，本文参考IEEE Std 936—1987定义的相电压不平衡率[2]，提出三相电流不平衡率为：

当PIUR大于OCS主站设定的上限告警值时，即达到告警的动作值。

江门电网目前有32回110 kV双回路输电线路并列运行，所带负荷电流范围在65～187 A，因负荷电流越高，越有可能导致单相断线时零序电流达到零序保护动作值，故取最低值65 A为验证三相不平衡率的负荷电流。在理想情况下，当IC=0，IA=IB时，PIUR=1.5，但江门电网实际运行数据表明，正常情况下相与相之间已有10 A以内的数值差别，计及其影响，三相电流不平衡率计算结果如表1所示。

根据表1的计算结果，在OCS中制订以下单相断线告警策略：

（1）分别为每一回并列运行输电线路新建三相电流不平衡率计算点，其上限告警值为1。

（2）判断线路开关、母联开关（刀闸）、分段开关（刀闸）状态，当确定输电线路在并列运行状态时，PIUR按（3）计算，否则PIUR=0.5，即输电线路不在并列运行状态时，无论线路是否在故障状态，该计算点均不告警。

（3）按本文提出的三相不平衡率公式计算。

3 基于PSCAD的三相不平衡率仿真验证

本文采用PSCAD作为电力系统电磁暂态仿真软件验证三相不平衡率公式。输电线路采用集中参数，使用C相开关断开模拟输电线路单相断线，开关在0.25 s断开，如图2所示，逻辑计算部分如图3所示，三相电流不平衡率仿真结果如图4所示。

由仿真曲线可以看出，在发生单相断线故障前，三相电流不平衡率维持在0.2附近，当在0.25 s发生单相断线故障后，三相电流不平衡率在0.027 5 s上升至告警动作值1附近，在0.3 s后上升并维持在1.5附近，与计算结果吻合。因此，本文提出的三相电流不平衡率告警策略有效。

4 结语

本文首先对110 kV并列运行双回路輸电线路单相断线时，线路零序保护未达到动作值同时两端变电站电压基本不变，故障不能被感知和隔离的现象做出了详细描述;然后提出了一个利用OCS主站的三相电流数值计算不平衡率的公式，制订了OCS主站告警策略;最后通过PSCAD软件仿真验证了单相断线时三相电流不平衡率将达到告警值的有效性，对有效处理110 kV并列运行双回路输电线路单相断线故障有着重要的理论及现实意义。

[参考文献]

[1] 张加贝，陈汝昌，王帮灿.220 kV线路单相断线故障分析与处理[J].云南电力技术，2014，42（6）：117-120.

[2] The Institute of Electrical and Electronics Engineers：ANSI/IEEE Std 936—1987-IEEE guide for self-commutated converters[S].

收稿日期：2021-08-09

作者简介：黄定威（1988—），男，广东江门人，工程师，主要从事电网调度运行管理工作。