多端线路电流差动保护实现故障定位及测距的新方法_熊军.pdf

多端线路电流差动保护实现故障定位及测距的新方法熊 军,赵志宏,杨卉卉,伍叶凯,杜兆强,张 钊(北京四方继保自动化股份有限公司,北京1 0 0 0 8 5)摘 要:多端线路具有多个T节点及分支的复杂性,已有的故障定位和测距方法不能直接应用到保护装置中。为此,提出通过故障类型选择故障定位和测距的序分量,以提高测距精度,即相间故障和三相故障时采用正序分量,而单相接地故障,多端线路所有节点的正序电压差小于预设阈值时采用零序分量,否则采用正序分量。为解决多端线路测距计算量大的问题,结合二分搜索法,通过评估T节点不同侧序分量电压的差异,实现多端线路的故障定位;将故障点两侧的电气量节点等效为双端系统,按选择的序分量进行双端故障测距。该方法经R T D S入网试验,可以满足现场要求,对比固定采用正序分量的测距方法,在高阻接地故障时具有明显的优势。关键词:多端线路;电流差动保护;故障定位;测距;高阻接地故障中图分类号:TM 7 2 6 D O I:1 0.1 9 7 6 8/j.c n k i.d g j s.2 0 2 3.0 2.0 2 4N o v e lM e t h o do fM u l t i-T e r m i n a lL i n eC u r r e n tD i f f e r e n t i a lP r o t e c t i o nf o rF a u l tL o c a t i o na n dL o c a t i o nX I ON GJ u n,Z HAOZ h i h o n g,YAN G H u i h u i,WUY e k a i,DUZ h a o q i a n g,Z HAN GZ h a o(B e i j i n gS i f a n gA u t o m a t i o nC o.,L t d.,B e i j i n g1 0 0 0 8 5,C h i n a)A b s t r a c t:T h em u l t i-t e r m i n a l l i n eh a s t h e c o m p l e x i t yo fm u l t i p l eTn o d e s a n db r a n c h e s,a n d t h e e x i s t i n g f a u l t l o c a t i o na n dd i s t a n c em e a s u r e m e n tm e t h o d s c a n n o tb ed i r e c t l ya p p l i e d t o t h ep r o t e c t i o nd e v i c e.F o r t h i s r e a s o n,i t i sp r o p o s e d t os e l e c tt h e s e q u e n c e c o m p o n e n t o f f a u l t l o c a t i o na n dd i s t a n c em e a s u r e m e n t b y f a u l t t y p e t o i m p r o v e t h e a c c u r a c yo f d i s t a n c em e a s-u r e m e n t,t h a t i s,p o s i t i v es e q u e n c ec o m p o n e n t i su s e df o rp h a s e-t o-p h a s ef a u l ta n dt h r e e-p h a s ef a u l t.F o rs i n g l e-p h a s eg r o u n d i n gf a u l t,w h e nt h ep o s i t i v e s e q u e n c ev o l t a g ed i f f e r e n c eo f a l l n o d e s o f t h em u l t i t e r m i n a l l i n e i s l e s s t h a n t h ep r e s e tt h r e s h o l dv a l u e,t h ez e r os e q u e n c ec o m p o n e n t i su s e d,o t h e r w i s et h ep o s i t i v es e q u e n c ec o m p o n e n t i su s e d.T h ee l e c t r i c a lq u a n t i t yn o d e so nb o t hs i d e so f t h e f a u l tp o i n ta r ee q u i v a l e n t t oat w o-e n d e ds y s t e m,a n dt h ed o u b l e-e n d e df a u l td i s t a n c em e a s u r e m e n t i sp e r f o r m e da c c o r d i n g t o t h e s e l e c t e ds e q u e n t i a l c o m p o n e n t.T h i sm e t h o dh a sb e e n t e s t e db yR T D Sn e t w o r ka n dc a nm e e t t h er e q u i r e m e n t so f t h e f i e l d.C o m p a r e dw i t ht h e f i x e dr a n g i n gm e t h o du s i n gp o s i t i v es e q u e n c ec o m p o n e n t,t h i sm e t h o dh a so b v i o u sa d v a n t a g e s i nh i g h-i m p e d a n c eg r o u n df a u l t s.K e yw o r d s:m u l t i-t e r m i n a l l i n e;c u r r e n td i f f e r e n t i a lp r o t e c t i o n;f a u l tl o c a t i o n;d i s t a n c em e a s u r e m e n t;h i g hr e s i s t a n c eg r o u n df a u l t收稿日期:2 0 2 2-0 6-0 4作者简介:熊军(1 9 7 5-),硕士,高级工程师,研究方向为继电保护及自动化;赵志宏(1 9 6 7-),高级工程师,研究方向为继电保护;杨卉卉(1 9 8 1-),硕士,高级工程师,研究方向为继电保护及自动化;伍叶凯(1 9 6 6-),硕士,教授级高级工程师,研究方向为继电保护及自动化;杜兆强(1 9 7 5-),硕士,高级工程师,研究方向为继电保护及自动化;张钊(1 9 7 9-),研究方向为继电保护及自动化。0引言我国正 在 加 快 构 建 以 新 能 源 为 主 体 的 新 型 电 力 系统1。随着新能源的占比逐渐增加,风电和光伏呈现出集中并网的趋势2。基于节省设备投资和减少征地面积等方面的考虑,多点T接线路越来越多地出现在高压输电线路中3,迫切需要多端线路电流差动保护。输电线路是电力系统中发生故障最多的地方,实现精确故障定位及测距有着重要意义4,可以减轻巡线压力,有利于快速消除故障及恢复送电。多端线路具有多分支的特殊性,已普遍应用的测距方法均不能直接应用到保护装置中。单端的阻抗测距方法用于分支线路时误差较大5,只在未配置电流差动保护或电流差动保护失效时使用。电流差动保护双端测距方法6-7,也不能直接用于多端线路,但故障点电压两侧相同的基本原理,仍适用于多端线路。文献8 提出了将健康支路的电压和电流折算得到T节点,故障支路按两侧故障量测距法实现三端线路测距,但该方法不具备通用性,无法拓展到四端及以上的多端线路。基于线路均匀参数的行波 故 障 测 距 法,因 在 连 接 处 会 形 成 多 次 行 波 反射9,也不能直接应用于多端线路。08电工技术 电力自动化 对于四端及以上多端高压线路的故障定位及测距,目前研究的文献较少。文献1 0 提出在线路上安装多个测点完成行波测距;文献1 1 提出一种适用于多分支线路的节点电流不平衡量指标,利用该指标仅在故障所在支路节点出现非零元素的特性,按正序分量推导故障定位;文献1 2 提出一种基于正序基波分量的多端线路故障定位算法,采用双端方程有解和无解两种对立状态作为故障支路判别依据。以上方法,目前还未见在现场应用。适用于三端T接线路的电流差动保护装置已在现场广泛使用,但四端及以上多端线路的电流差动保护则刚开始在现场使用。文献1 3 介绍了适用于多点T接的新型电流差动保护的实现方法,但未涉及故障定位及测距的方法。在试验中发现,单相高阻接地故障中,各电气量节点正序电压故障分量小,且远小于负荷分量时,故障点两侧线路各点正序电压会呈现非单调变换趋势,因此利用T节点各侧正序电压的差异性进行故障定位会误选故障支路,使用正序分量进行双端测距误差较大。而零序分量均为故障分量,故障点零序电压最高,故障点两侧线路各点零序电压呈单调递减。为此,本文提出通过故障类型选择故障定位和测距的序分量,根据T节点不同侧推导出的序分量电压差异性,结合二分搜索法判断故障点位置,并按选择的序分量进行故障测距,以满足现场使用要求。1多端电流差动保护的架构为满足新能源多端线路快速切除故障的需要,开发了电流差动保护装置,目前最多可支持八端线路。四端线路的电流差动保护连接示意图如图1所示,每个线路节点处均配置1台多端电流差动保护装置。采用主-从通信方式,主机分别与各从机通过光纤连接通信,接收各从机采集的模拟量和开关量信息,完成电流差动保护逻辑判别。差动保护动作后主机跳本侧开关并联跳从机侧开关,同时定位故障及测距。图1四端电流差动保护的连接示意图2多端电流差动保护实现故障定位的方法多端线路具有多分支的复杂性,需要在完成故障定位后再进行故障测距。根据等值电路原理,线路故障时,由T节点连接的两个非故障分支推导的T节点序电压相等,且与故障分支推导的T节点序电压不同。电流差动保护动作后,根据故障选相结果,结合各电气量节点的序电压差异性,选择出合适的序分量,识别T节点三侧序电压的不同,进行故障定位。2.1推导T节点处不同侧的各序电压将多端系统电气量节点分为两类:第一类是线路节点;第二类是T节点。保护装置同步采集线路节点的三相电压和电流。多端线路电气量示意图如图2所示。其中,有N个T节点,顺序编号为T1、T2、TN;每2个T节点间的线路长度分别为L e n T1、L e n T2、L e n TN-1;有N+2个线路节点,顺序编号为L1、L2、LN+2,每段线路长度分别为L e n L1、L e n L2、L e n TN+2;共有2N+2个电气量节点。每个T节点连接3个电气量节点。图2多端线路电气量示意图相间和三相故障时,计算线路节点的正序电压和电流,推算出T节点的正序电压和电流。单相接地故障时,计算线路节点的正序电压和电流、零序电压和电流,推算出T节点的正序电压和电流、零序电压和电流。在图2中,N+2个线路节点正序电压顺序编号为U1 L 1、U1 L 2、U1 L(N+2),正 序 电 流 顺 序 编 号 为I1 L 1、I1 L 2、I1 L(N+2),零序电压顺序编号为U0 L 1、U0 L 2、U0 L(N+2),零序电流顺序编号为I0 L 1、I0 L 2、I0 L(N+2)。第i个