基于纵联阻抗幅值的输电线路纵联保护
第39卷 第4期 电力系统保护与控制 Vol.39 No.4 2011年2月16日 Power System Protection and Control Feb.16, 2011
基于纵联阻抗幅值的输电线路纵联保护
夏经德，索南加乐，王 莉，何世恩，刘 凯，邓旭阳
（西安交通大学电气工程学院，陕西 西安 710049）
摘要：提出了一种基于纵联阻抗幅值的输电线路纵联保护。该纵联阻抗是由线路两端各相电压故障分量差与电流故障分量和的比值计算而来的，利用这个阻抗的幅值判断故障是否发生在区内。区外故障时，上述阻抗的幅值明显大于全线串联正序阻抗的幅值；区内故障时，该阻抗的幅值明显小于上述定值。该保护不仅易整定、具有自选相功能，性能稳定、动作灵敏、适应性强，而且能有效抵御由线路电容电流和CT饱和所带来的影响。在EMTP数字仿真和动模试验中，建立一条1 000 kV、 500 km和一条500 kV 50 km输电线路的模型，后者还考虑了CT饱和，使用兰州东至咸阳750 kV的动模数据，进行了各种故障下仿真，结果表明所述纵联保护都能正确标示各种故障状态。
关键词：输电线路；故障分量；纵联保护；两端电气量；纵联阻抗；阻抗幅值
A transmission line pilot protection based on the amplitude of the pilot impedance
XIA Jing-de，SUONAN Jia-le，WANG Li，HE Shi-en，LIU Kai，DENG Xu-yang （School of Electrical Engineering，Xi’an Jiaotong University，Xi’an 710049，China）
Abstract：A pilot protection of transmission line based on the amplitude of the pilot impedance is proposed．The pilot impedance is computed by using the ratio of the difference of the fault-superimposed components of voltage to the summation of the fault-superimposed component of current at each phase of the both terminals of the line，and according to the amplitude of this impedance, whether the fault occurres at the line can be judged．When the fault occurres outside of the protected zone，the amplitude of the aforesaid impedance is significantly greater than the amplitude of series positive sequence impedance of the fully line，while it is obviously smaller than the determined value when the fault occurred inside of the protected zone．The proposed pilot protection not only has the characteristics of easy protective coordination，independent phase selection，stable function，sensitive operation and strong adaptation，but also possesses identity of the effective resistance of the influence brought by the line capacitor current and CT saturation．In EMTP simulation and the dynamic model experiment，the transmission line models of a 1000 kV 500 km and a 500 kV 50 km are established，and the latter considers CT saturation, uses the dynamic model data of Lanzhou-Xianyang 750 kV line，and executes the simulations under each fault．The simulation results indicate that the mentioned pilot pretection can all correctly mark each fault state．
This work is supported by National Natural Science Foundation of China (No. 50677051 and No. 50877061).
Key words：transmission line；fault component；pilot protection；two-terminal electrical quanities；pilot impedance；impedance amplitude
中图分类号： TM77 文献标识码：A 文章编号： 1674-3415(2011)04-0043-09
0 引言
在过去的十多年里，由于现代数字光纤的普及，大容量高速实时同步远距离进行数据传输已经开始成形，在此基础上，纵联保护也在悄然发生着变化，
基金项目：国家自然科学基金项目（50677051，50877061）；高等学校博士学科点专项科研基金项目（20070698057）
其中以线路两端电气量为状态量，具有对称的计算
结构，其计算结果为阻抗量纲的纵联保护正在悄然兴起[1-2]。
此外，在纵联保护中，近年来，输电线路方向保护仍是研究的热点和重点之一。其中，文献[3-4]针对纵联零序方向保护在实际应用中所出现的典型问题，提出了多种改进方案，提高了其保护的性能；文献[5]根据复杂环网方向保护的特点，提出了相应
基于纵联阻抗幅值的输电线路纵联保护
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的计算方法和整定原则，可满足其在上述使用环境中的具体要求；文献[6]利用故障电流与负荷电流在相位上所反映的差值，构成了一种新的方向保护元件，具有一定的实用性和借鉴性；文献[7-8]分析了多回输电线路的运行特性，针对存在的线间耦合问题，提出了多种改进措施，可有效地消除多回线间耦合影响；文献[9]在零（负）序电压幅值达不到方向元件启动的门槛值时，以正序电压作为零序电流的参考方向，有效地解决了上述问题；文献[10]介绍了基于光纤通信下微机纵联零序方向保护的配置形式及方案；文献[11]基于R-L 模型的基础上，构架出相应的参数甄别方向保护原理，实用意义明显；此外，文献[12-13]将小波和数学形态学技术运用于输电线路的方向保护，并取得一定成果。尽管如此，仍然有许多工作值得进行深入的研究。
尽管基于故障分量的电流向量差动保护具有许多优异的性能，但其应用于输电线路时仍然还面临着下列几个问题有待进一步解决：①区外故障时电流互感器（CT）饱和[14-15]的影响；②超高压长线分布电容电流的影响[16]；③暂态信号的影响[17-18]。上述问题严重地影响着其保护的快速性和灵敏性。
本文根据输电线路故障附加网络和零序网络的电气特性，以线路两端经零序电压补偿后各相电压故障分量差所呈现的特性，引入了纵联阻抗，这个纵联阻抗是由线路两端各相电压故障分量相量差与电流故障分量相量和的比值计算而来的，按照这纵联阻抗的幅值在线路故障时的特性，构建了输电线路纵联保护。在区外故障时该阻抗的幅值显著大于全线串联正序阻抗的幅值，在区内故障时该阻抗的幅值明显小于上述定值，因此具有明显的故障特征。该保护的主要成果来源于分相复合阻抗输电线路纵联保护原理[19-20]。经理论分析及仿真验证，这种保护算法彻底地消除了在原分相阻抗计算中所出现的死区问题，并具备较强的抵御并联电容电流的能力，可不经补偿，直接运用于绝大多数输电线路的纵联保护中；同时可有效抵御区外故障时电流互感器（CT）饱和所带来的影响。EMTP数字仿真和动模仿真结果验证了它的正确性和准确性，可成为未来输电线路纵联保护的一种新形式。