基于纵联阻抗幅值的输电线路纵联保护

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

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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。

(a) 区外故障

(b) 区内故障

图1 单相故障附加网络

Fig.1 Single-phase super-imposed network for fault

图1中： Zm，Zn为两端区外等效系统阻抗；z为单位长度线路阻抗；D为线路全长；d为故障距离（距m端）；线路两端电压、电流故障分量分别示于图

,I ,R为故障附加电压、故障电流、故障1中；U

F

F

F

′为故障点等效附加电压。 电阻；UF

1.1 纵联阻抗的定义

基于图1所示故障附加网络，定义纵联阻抗为：

/ΔI （1） Zop=ΔUopop

=ΔU ΔU ;ΔI =ΔI +ΔI 。 其中：ΔUopmnopmn

下面在忽略故障电阻阻值的情况下，定性分析

线路上发生区外、区内故障时，纵联阻抗所呈现的数值特性。 1.2 区外故障

如图1（a）所示，在区外故障时线路两端的电

）可表示为： 压故障分量差（式（1）中的ΔUop

=ΔI zD= ΔI zD=(ΔI ΔI )zD/2ΔUopmnmn

（2）

由式（2）可知，区外故障时线路两端的电压

故障分量差就是线路全长电压故障分量的压降，这个数值因和线路全长阻抗成正比，并且其本身也具备清晰的物理意义。根据图1（a）所示，电流故障

）可表示为： 分量的相量和（式（1）中的ΔIop

=0 （3） ΔIop

因此区外故障时纵联阻抗的幅值计算结果为：

ΔUΔUΔUopopop

（4） Zop==∞>zD==

ΔIopΔImΔIn小结如下：当线路发生区外故障时，纵联阻抗

的幅值明显大于线路阻抗的幅值，具有明显的区外故障特征。 1.3 区内故障

如图1（b）所示，在区内故障时线路两端的电压故障分量差可表示为：

1 单相线路下的纵联阻抗

图1为基于R-L线路集中参数模型下，单相故障附加网络。

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夏经德，等 基于纵联阻抗幅值的输电线路纵联保护 - 45 -

=ΔI zd ΔI z(D d) （5） ΔUopmn

argZm=argZn=argz=90o （13）

而电流故障分量的相量和表示为：

=I （6） ΔIopF

线路两侧的电压故障分量可分别表示为：

Zn

= U ′Zm，ΔU = U ′ΔUmFnF

Zm+zdZn+z(D d)

（7）

同时，故障点的故障电流可以表示为：

Zm+zD+Zn

= U ′I （8） FF

(Zm+zd)(Zn+z(D d))

将式（5）~（8）代入式（1），因此在区内故障时，纵联阻抗的幅值可表示为：

ΔU(Z(D d) Znd)op

Zop==z×m<zD （9）

Z+zD+ZΔImnop

将式（10）和（11）代入式（1），得：

Zop=KCzD （14）

′+zD)。 其中：KC=ZC/(2Zm

根据式（14）表示形式可知，只有当KC>1，比值的幅值数值才能确保和在区内故障时的明确可

分，这个条件必须得到满足。以本文EMTP仿真用1 000 kV 500 km线路为例说明，可分别计算得到：

o

ZC=2/jωcD≈ j909Ω，zD=129.63∠88（15） 将式（15）代入式 （14）和（12

），只要系统的等效阻抗满足：

Zm<272Ω （16） 就可满足式（14）所设条件。通过这个阻抗可以反映出系统的短路容量，按照系统运行方式的要求，系统的短路容量不得小于（实际短路容量将远大于）输电线路传输的自然功率。输电线路传输的自然功率受制于线路的特征阻抗，由上述线路正序参数可得该线路的特征阻抗ZT为：

ZT≈

≈243Ω （17）

小结如下：当线路发生区内故障时，纵联阻抗的幅值明显小于线路阻抗的幅值，具有明显的损坏/故障特征，并且区内绝对没有死区。

2 性能分析

2.1 抵御电容电流的能力

在长距离输电线路继电保护的整定都需考虑并联电容电流及其影响，图2为区外故障时带并联电容的单相故障附加网络：

在考虑电容电流的情况下，电流故障分量的相量和为[1]：

=ΔI +ΔI =(ΔU +ΔU )/Z （10） ΔIopmCnCmnC

其中：ZC=2/jωcD。

为参考量，ΔU 可表为：如图2所示，以ΔU nm

=ΔU Z′/(zD+Z′) （11） ΔUmnmm

′=ZmZC/(Zm+ZC) （12）

其中：Zm

图2 区外故障时带并联电容的单相故障附加网络 Fig.2 Single-phase super-imposed network taken shunt

capacitors when external fault occurs

为了定性分析电容电流对于纵联阻抗的影响，假设两侧系统阻抗和单位长度线路阻抗的相角相等并都设定其数值为90°：

由于在式（16）中阻抗的限制值大于式（17）线路的特征阻抗，因此在满足线路各种运行方式的条件下系统等效阻抗满足式（16）条件。短距离线路由于Zc幅值与线路长度反比增大，zD幅值与线路长度线性缩小，对区外等效阻抗的要求可进一步放宽，因此上述条件更容易满足。上述推算过程在此省略。

当系统阻抗不能满足式（16）数值条件时，说明该侧的系统状态不能满足系统最小运行方式要求，即通常称之为弱电系统。当另一侧的强系统发生区外故障时，弱电系统经过长距离的线路全长后所能提供的短路电流必然非常小，因此可以设置合适的纵联保护启动门槛屏蔽之，也就是式（33）的第一项。

2.2 抵御CT饱和的能力

在区外故障时，经常会造成电源侧CT饱和，对于纵联阻抗的幅值可能产生如下影响：

CT饱和使得在饱和侧CT二次绕组上所获得的实测电流故障分量较理论估算值有所减少，增加了电流差动的不平衡量。随着CT饱和程度的加重，电流差动的不平衡量也将增加，由此纵联阻抗的幅值也同步减少，也使其纵联保护状态识别的分辨余量同步缩小。本文在理论分析和仿真验证时只涉及线路单端CT出现饱和的情况。

为了便于定性地分析CT饱和对电流工频故障

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分量的影响，针对在稳态饱和[21]和暂态饱和[22]状态下电流故障分量的特性，电流在过零点后不是马上进入饱和而需要达到一定数值/角度后才反映出饱和的特性，因此可以将电流过零点到饱和点间的相角之差定义为导通/非间断角 x。电流在导通角内的数值和不发生饱和时相同，而过了导通角后由于饱和电流呈衰减状态并且其幅值明显小于正常数值。随着饱和程度的增加，不仅可表示为导通角的减少，而且还反映为饱和后衰减量幅值的变小，因此可反映为电流数量上的减小。为了定性分析饱和对电流数值的影响，将CT饱和所造成电流故障分量的衰减损耗，只单纯反映在导通角的数值上，将饱和后残存的衰减电流工频故障分量忽略不计或等效地换算为对导通/非间断角的修正和补充，见图3显示故障和CT饱和后电流故障分量状态示意图。

其中：t′=ωt+ 0；ω为系统角频率； 0为时域电流故障分量的初始角。

可根据傅立叶变换求得CT饱和后电流故障分量的相量表达，在图3（c）中CT饱和后电流工频故障分量在实轴和虚轴的投影分别表示为：

m xImsin2 x

′′′ （20）

i(t)sintdt()= xm

π∫0π2m xIm1 cos2 x

′=′′′ ()cosd()（21）=Imyitttm

π∫0π2

以导通/不间断角的变化范围和方式设定为： x:π→0，式（20）的值随导通/不间断角的减少而单调减少，式（21）的值在导通/不间断角变化范围内为有限值，其中绝对值最大在： x=π/2处，此角度下可得电流故障分量在实轴和虚轴的投影值分别为：

II′=m,Imy′=m （22） Imx

2π

导通角在该角度下可综合定性地反映为电流因饱和衰减为原来的一半，在此基础上分析单端CT饱和对电流差动保护和纵联阻抗幅值的影响，因此可得到此导通角度下电流工频故障分量的相量表达形式为：

′=I′+jI′≈0.59I∠32o （23） ΔImmxmym′=Imx

衰减后成由于CT发生饱和，式（3）中的ΔIm

′，将式（23）代入式（3）为式（23）的ΔI，可得

m

电流工频故障分量的相量和在此状态下所呈现的不

平衡量为： =ΔI ′+ΔI =ΔI ′ ΔI ≈0.59I （24） ΔIopmnmmm将式（24）代入式（4），可得区外故障CT饱和下纵联阻抗的幅值为：

Zop≈1.68zD （25）

图3 CT饱和后故障和电流故障分量状态示意图 Fig.3 Schematic diagram of the state of the fault and the current

fault component after CT saturation

式（25）和式（9）的计算结果之间仍能留有充分可分辨的差值。在极端状态下，设CT饱和达到极限：

′→0 （26） ΔI

m

在图3中，线路在n端区外发生故障，使电源

侧m端CT发生饱和，可以假设在不考虑CT饱和的情况下m端CT二次绕组获得的理想电流故障分量的时域和相量表达形式分别为：

将式（26）代入式（24），此时的不平衡量为： =ΔI ′+ΔI → ΔI ≈I （27） ΔI

op

m

n

m

m

根据式（2）结论，因此在极端的情况下纵联阻

抗的幅值还可表示为：

Zop≥zD （28）

im(t′)=msint′ （18）

=I∠0o （19） ΔImm

纵联阻抗的幅值仍然未小于线路阻抗的幅值，

由此可知，无论CT饱和程度如何，也丝毫不会影响纵联阻抗对各类故障进行准确判断和灵敏分辨。

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3 三相线路下的纵联阻抗及其纵联保护

针对三相线路模型，可以得到相同的结论。图4为基于R-L线路集中参数模型下，a相区内单相接地故障时的三相线路故障附加网络。图5为系统零序网络。

图5中， Z1m，Z1n为两端区外等效系统正序阻抗；Zs，Zm，Z1，Z0为单位长度线路自、互、正序、

,I ,R为故障点零序电压、电流及零序电抗；U

F0

F0

F0

针对在三相电路中遇到不平衡接地故障时所产

生的相间耦合，将式（29）中的零序电流用式（30）中的零序电压代替，整理后的式（29）可表示为： ΔU=ΔU ΔU=ΔI m zd ΔI n z(D d)（31） op Σm Σn Σ

1

1

3ZU /Z； ΔU =ΔU 其中：ΔU=ΔUm Σm mm00n Σn /Z。 3ZmUn00

针对健全相（b相），式（31）可表示为： ΔUopbΣ=(ΔImb ΔImb)

z1D/2 （32） 这样，基于三相线路模型下健全相的电压故障分量差和基于单相线路模型下区外故障时的电压故障分量差一样，都具有完全同样的表达形式。

在三相线路中，由于存在相间耦合关系，当发生不平衡的接地故障时，在各相电路中形成由零序电流产生的相间耦合。根据式（31）可构建基于图4消除相间耦合后的由线路正序参数组成的通用相故障附加电路，并且上述单位长度线路的阻抗就是单位长度线路的正序阻抗，见图6。

故障电阻。

)

图4 a相单相接地时的三相故障附加网络 Fig.4 Three-phase super-imposed network for

single-phase-ground fault

D

·Um0·Z)·

图6 通用故障相电路模型

Fig.6 General circuit model of fault phase

图5 系统的零序网络

Fig.5 System’s zero-sequence network

三相线路中各相线路两端电压故障分量差可表为：

=ΔU ΔU =ΔI zd ΔI z(D d)ΔUop m n m Σ1n Σ1其中：ΔI =ΔI +K×3I

m Σ

m

m0

） （29

；ΔI =ΔI +3KI ；

n Σ

n

n0

=a,b,c；K=(z0 z1)/3z1。

由图5的零序网络可得零序电压和零序电流的关系为： =U U =I zd I z(D d) （30） Uop0m0n0m00n00

据此可得出以下结论：由于在式（31）中使用

零序电压补偿并消除了相间耦合的影响，在1.2和1.3节中基于单相线路模型下所描述纵联阻抗的幅值特征完全准确无误地反映出基于三相线路模型下纵联阻抗的实际性能特征。

总之，当区外故障时，纵联阻抗的幅值明显大于线路串联正序阻抗；区内故障时，纵联阻抗的幅值显著小于上述定值；上述算法严格地建立在三相电路模型基础上，因此可适用于各种故障状态下的健全相和故障相。

根据1.2和1.3节的内容，提出了基于纵联阻抗幅值的输电线路分相纵联保护。该纵联保护由两个计算项组成，分别是各相的电流故障分量相量和的模数计算项和各相的纵联阻抗内部故障判别的幅值计算项，这两个计算项通过逻辑与运算联合，表示为：

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+ΔI >I ΔIm n set

（33） ΔU op Σ

<z1D Zop =Kk

IΔop

其中：Kk为灵敏度选择系数，可根据具体线路情况

设置，通常可供选择的取值范围为：1~1.3；在纵联保护中利用各相电流故障分量相量和的模数作为启动单元，Iset作为保护动作的最小启动量门槛，应保证能躲过在区外故障时所产生的不平衡电流及其影响，Iset可固定地取为0.1 A（二次侧电流）；阻抗幅值的单位为欧姆（ ），当其数值小于线路串联正序阻抗的幅值时，必为区内故障，线路两侧保护同时动作；否则为区外故障，保护可靠不动。纵联保护内部故障判别流程如图7所示。

克服上述问题，具有较高的灵敏度，可在任何环境下检测出各种高阻故障。本文正是利用故障分量电流差动保护的高灵敏性作为该纵联保护式（33）的启动元件。另外由于本文所述的纵联阻抗是基于故障分量的，因此在式（34）中也使用故障分量电流差动保护，便于在相同条件下作性能对比。

4 仿真验证

在EMTP仿真系统中，线路均采用的是分布参数模型，长距离线路电压等级为1 000 kV，短距离

在动模仿真中系统的额定线路电压等级为500 kV。

电压为750 kV。 4.1 EMTP仿真验证

（1）在EMTP仿真中的长距离线路参数和故障电阻数值参见文献[19]。

（2）在EMTP仿真中的短距离线路参数和故障电阻数值参见文献[20]。另外：

z1D=15.22∠85o，Esm：525 kV，f：50 Hz，θm：0°，Esn：500 kV，f：50 Hz，θn：－10°。

图8为EMTP仿真中故障位置设置示意图，其中：k1为m端出口区外，k2为m端出口区内，k3为区内中点，k4

为n端出口区内，k5为n端出口区外。

图7 纵联保护内部故障判别流程图

Fig.7 Flow chart of internal fault differentiating of pilot

protection

尽管电流差动保护具有简单可靠、动作速度快且不受系统振荡影响的特性[23]，但在实际运用中还是存在下列问题：①高压长距离输电线路的电容电流相对较大，对其灵敏度影响较大，②系统负荷对制动电流的影响，特别针对重载线路；在上述情况下当遇到高阻故障都将使制动量大于动作量，造成保护拒动。而基于故障分量的电流差动保护可有效

图8 故障位置示意图

Fig.8 Schematic diagram of fault location

表1为长距离线路a相单相接地和三相短路时纵联阻抗的幅值，表2为长距离线路a-b相间短路和a-b相间接地时纵联阻抗的幅值，阻抗幅值的单

。 位为欧姆（ ）

表1 EMTP仿真中长距离线路a相单相接地和三相短路时纵联阻抗的幅值(z1D=130Ω,

Kk=1.3)

Tab.1 Pilot impedance amplitudes when A single-phase-ground fault and 3-phases fault of long distant line on

故障类型 故障电阻 故障位置

AG AG RF=0

RF=500

ABC RF=0

Zopa

保护动作

Zopa

275.82 16.95 12.03 35.56 420.84

保护动作× √ √ √ ×

Zopa Zopb Zopc

保护动作

k1 300.54 × k2 17.49 √ k3 11.46 √ k4 41.08 √ k5 481.58 ×

305.07 290.87 355.35 × 25.26 25.24 27.26 √ 13.82 15.11 13.85 √ 45.54 45.58 52.04 √ 532.64 467.25 508.06 ×

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表2 EMTP仿真中长距离线路a-b相间短路和a-b相间接地时纵联阻抗的幅值(z1D=130Ω,Kk=1.3)

Tab.2 Pilot impedance amplitudes when a-b double-phases fault and a-b double-phases ground fault of long distant line on

故障类型 故障电阻 故障位置

AB AB ABG ABG RF=0

RF=100

保护动作 × √ √ √ ×

RF=0

RF=100

保护动作 × √ √ √ ×

Zopa Zopb Zopa

296.7452.3920.3354.06439.52

Zopb

296.7452.3919.6554.06439.52

保护动作× √ √ √ ×

Zopa

316.9220.6516.3942.72480.07

Zopb

320.1319.0612.8836.97518.87

Zopa Zopb

保护动作× √ √ √ ×

k1 322.45 322.45 k2 59.25 59.25 k3 20.27 19.59 k4 56.89 56.89 k5 453.26 453.26

296.65 291.1821.76 19.5716.52 13.0240.43 38.57434.02 441.41

表3为单端CT饱和时短距离线路纵联阻抗的

。表3中的对照幅值，阻抗幅值的单位为欧姆（ ）

数据为电流故障分量差动量与比例制动量的比值，

具体计算公式为[24]：

+ΔI )/0.5×(ΔI K=(ΔI

I

m

n

m

) （34） +ΔIn

表3 EMTP仿真中a单相接地故障时m单端CT饱和时短距离线路纵联阻抗的幅值(z1D=15Ω,Kk=1.3)

Tab.3 Pilot impedance amplitudes of short distant line based on CT saturation of m single terminal

故障类型

故障电阻

故障位置

序号

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 2660.063330.04

1960.083010.05

83 57 46 40 36 33 30 29 27 26 0.202720.06

0.322480.07

0.402270.08

0.462090.08

0.541930.09

0.60 0.66 0.72 0.76180 167 157 1470.10 0.10 0.11 0.12

0.801390.13

RF=0 k5

AG

RF =300 k5

Zopa

KIa*

Zopa

KIa*

注：表中第二行和第四行中带*号的数据KIa来源于式(34)。

4.2 动模仿真验证

在动模仿真中的线路模型参数和各发电机的主要参数参见文献[20]。表4为动模仿真中纵联阻。图9为兰抗的幅值，阻抗幅值的单位为欧姆（ ）

州东—咸阳750 kV长距离输电系统模拟接线图，故障位置见图9。

表4动模仿真中纵联阻抗的幅值(z1D=133Ω,Kk=

1.3)

故障位置 故障类型 故障电阻RF 故障相别

k6 k7 BG ABC

k7 AG

k7 BC

k8 AG

k9 BCG

k9 BC

400 0 400 0 0 0 0 A B C A BC A B C A B87* 2 72* 23 23 23 10 796* 601*× √ × √ √ √ √

×

×

720*×

22√

C22√

A17√

B C A B C A B C 3 776×

7 481×

4 000×

3 781 3 580 2 163* 4 280×

×

×

×

3 741×

Zop

保护动作

注：在动模仿真数据中，凡幅值数据右上角带“*”的，由于其相电流故障分量相量和的模数小于最小启动量门槛，因此保护不动。

4.3 结果分析

由计算结果可得出： （1）在区外故障时，各纵联阻抗的幅值都明显大于线路串联正序阻抗，处在保护判据式（33）的动作选择区域外，保护可靠不动。

（2）在区内任何位置故障时，各纵联阻抗的幅值都显著小于线路串联正序阻抗，落在保护判据式

（33）的动作选择区域内，保护可靠并正确动作。

（3）该保护不受分布电容电流影响，因此在不进行电容电流补偿的情况下，幅值基本稳定可靠，说明该保护在理论证明的基础上可应用在中长距离以下的各输电线路上。

基于纵联阻抗幅值的输电线路纵联保护

- 50 - 电力系统保护与控制

图9 兰州东—咸阳750 kV长距离输电系统模拟接线图

Fig.9 Lanzhoudong-Xianyang 750 kV simulation wiring

diagram of long-distance transmission system

（4）由于CT饱和造成的电流故障分量相量和的不平衡量只能有限地降低纵联阻抗的幅值，因此其抵抗CT饱和的能力相对较强。

5 结论

本文提出了一种基于纵联阻抗幅值的输电线路纵联保护，并进行了理论证明、EMTP仿真和动模仿真验证。理论分析和仿真结果表明，在区外故障时，纵联阻抗的幅值都明显大于线路正序阻抗的幅值，从而保证上述分相纵联保护的可靠性；在区内故障时，纵联阻抗的幅值都显著小于上述定值，故障特征明显，保证上述纵联保护的灵敏性。该保护数值稳定、结构简单、整定容易，区内全线无死区，由于采用分相保护原理，具有自选相功能，动作灵敏，抗故障电阻、分布电容和CT饱和能力强，适合各种复杂运行环境。在EMTP数字仿真和动模仿真中，建立两条输电线路的模型，并考虑了CT饱和，使用了电科院验证的动模数据，进行了各种条件下仿真，结果表明本文所述纵联保护都能正确标示各种故障状态。 参考文献

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电力出版社，2005: 146-158. 收稿日期：2010-02-05； 修回日期：2010-05-27 作者简介：

夏经德（1961-），男，高级工程师，博士研究生，主要研究方向为电力系统继电保护；E-mail：xia.jingde@

索南加乐（1960-），男，博士，教授，博士生导师，主要研究方向为电力系统继电保护；

王 莉（1975-），女，工程师，博士研究生，主要研究方向为电力系统继电保护。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/vk2q.html