关于线路电流横差保护死区的讨论

关于线路电流横差保护死区的讨论

李伟

李伟

（国网天津市电力公司调度控制中心天津300010）

摘要：线路电流横差保护主要用于双回并列运行的线路，保护原理及接线简单，但当线路末端发生短路接地、电压接近于零时，线路电流横差保护存在“死区”，保护存在无法正确动作的情况。本文结合一次母线范围内故障造成简易母差、线路横差保护同时动作的电网事故，分析电流横差保护的“死区”问题，提出一些改进措施。

关键词：电流横差保护；死区；选择元件

1背景介绍

近年来，电力规划部门为节约走廊，降低投资，线路愈来愈多的采用同杆并架方式[1]。分相电流差动保护是目前双回线的首选主保护，它借助光纤通道传送输电线路两端的信息，原理本身具有天然的选相能力，不受串补电容影响，受过渡电阻影响小，不受电压问题影响，可以反映各种类型的故障。但分相电流差动保护依赖于可靠的通道，一旦因为某些原因失去通道时将失去保护。

横差保护相对于分相电流差动保护具有自己的优点。首先，横差保护不依赖于通道，从物理角度说了可靠性；其次，保护引入相邻的线路电流，方法简单可行，操作简便。电流横差保护被广泛应用，但由于横差保护原理简单，也存在一些缺点需要改进[2]。

2电流横差保护原理

一般电流方向横差保护由两个主要判据元件组成，一个为电流比率制动差动元件（简称为差动元件），其作用是判别双回线的内部及外部短路；另一个为差电流方向元件（又称为选择元件）其作用是双回线范围内发生短路时选出故障线路。

式中：—制动系（）；—线路1的电流；—线路2的电流；—差动的最小电流整定值

2.2选择元件

选择元件为功率方向继电器，以正序电压作为元件的极化电压，动作方程为：

（3）

式中：—线路1同名相电流；—线路2同名相电流；—正序电压；测量角满足方程则选本线，否则选为邻线。差动元件、选择元件同时动作时，横差保护才动作将该线路跳开。

3事故分析

以下针对一次恶劣天气造成35kV母线故障，造成该母线简易母差及本条母线所接出线对侧电流横差同时动作跳闸的故障进行分析，讨论线路电流横差的“死区”问题。

2013年X月XX日，雷雨天气造成110kV静海站静杨317开关遭雷击三相套管破碎，静海站35kV-4母线简易母差保护动作，切301、345、静厂一311开关，静海电厂静厂一311开关横差保护动作跳闸。

3.1事故前运行方式

35kV厂静一、二线并列运行。

图2

3.2保护配置

1）静海站

35kV母线配置简易母差保护，301、345、

311电流回路接入母差保护装置。定值为1100安培，0.2S跳345，0.7S跳301、311。

静厂一、二线配置一套DF3225保护，含低电压闭锁方向横差保护，定值为70V，900安培，和电流后备保护停用，重合闸停用。

静厂一线配置一套SEL351后备保护装置，电流一段2880安培，0.7S跳311，电流二段900安培，2S跳311。电流鉴定重合闸0.5安培，1S。

静厂二线配置同上。

2）静海电厂

静厂一、二线配置一套DF3322横差保护装置，定值为840安培。

静厂一线配置解列保护。低电压闭锁方向电流解列，大定值360安培，2S，小定值360安培，2S，电流鉴定重合闸停用。

静厂二线配置同上。

3.3保护动作分析

静海站317为备用开关，其CT故障，在35kV简易母差保护范围内，A相电流7154安培，C相电流6549安培，但在横差保护范围外，故母差保护0.2S跳345，此时横差保护不动作。

当静海站345跳开后，静厂一、二线流过故障电流，电厂侧横差保护判为正方向，瞬时动作跳开311，重合闸停用故不重合。静海站侧母线故障导致电压接近于0，方向元件无法判断方向，横差保护不动作。因故障点还存在，再经0.5S（故障开始计时为0.7S）简易母差跳301、311。

图3

3.4存在问题

1）35kV简易母差动作，静海电厂侧静厂一线横差同时动作

35kV母差范围内故障，简易母差动作，切除故障。在简易母差启动、跳开345开关后，静海电厂侧静厂一311开关横差保护动作跳闸，保护按既定逻辑动作正确。但存在线路电流横差保护区外故障，横差保护仍动作问题。此种运行方式及保护配置下，当简易母差保护范围内发生故障，简易母差动作跳开母联开关后，线路对侧横差保护均会动作。

2）横差保护存在死区，造成静海站311开关未动作

由于线路横差保护功率方向继电器的电压线圈接到所在母线电压互感器二次侧，当故障发生在靠近母线附近时，因母线残压趋近于零，致使横差保护中的功率方向继电器无法正常工作，该侧横差保护失效。

4改进措施

4.1针对简易母差、横差保护同时动作的改进办法

1）通过调整保护定值的方法避免简易母差、横差保护同时动作问题的发生。

将此种运行方式下简易母差定值调整成同时跳故障母线母联、电源开关；或者调整开关跳闸顺序，首先跳开故障母线上电源开关。这样线路对侧横差保护不会动作，避免了线路区外故障造成横差保护动作。

2）在此种方式下，简易母差启动后，跳开母联开关后，已不满足线路横差保护要求两条线路并列运行的投入条件，区外故障时线路距故障点远端侧的横差保护仍会动作。

此时，可采取简易母差动作后，短时闭锁线路两侧的电流横差保护的方法避免简易母差、横差保护同时动作问题的发生。

4.2针对横差保护死区的处理办法

1）将线路电流横差保护中功率方向继电器的电压取自变压器高压侧电压互感器。

2）将保护改造为带有电压记忆功能的横差保护。

利用微机的记忆功能，当线路故障发生在靠近母线时，令微机保护提取故障发生前的瞬间电压作为参考，使功率方向继电器能正常工作，因而消除了传统的线路横差保护存在的死区问题。

在微机横差保护中，方向元件和电流元件接成90°接线，方向元件采用正序电压极化，在极化电压回路中采用“记忆回路”的接线，将电压回路做成是一个对50Hz工频交流的串联谐振回路。

图4

当外加电压突然由正常运行时的数值降低到零时，该回路的电流不是突然消失而是按50Hz工频振荡，经几个周波的时间后，逐渐衰减至零。由于这个电流和故障以前的电压Up基本为同相位，同时在衰减过程中维持其相位不变，因此，该电流在“记忆回路”中产生的UR相当于“记住”了故障以前的电压。

5结论

本文结合一次电网事故中线路电流横差保护动作情况，对线路电流横差保护的“死区”及简易母差、线路电流横差保护同时动作问题进行分析讨论，提出了解决问题的措施。

本文对于线路电流横差保护在具体运行中能正确保护电网一次设备、确保电网安全、稳定运行具有指导意义。

参考文献：

[1]李夏阳，罗建，张太升，等.横差保护在500kV同杆并架双回线路中的应用研究与仿真实验[J].继电器，2008，36（9）：1-4．

[2]张太升，赵一，李瑞生.同杆双回线的新型继电器保护方案研究[J].继电器，2008，36（8）：16-19．

[3]贺家李，宋从矩.电力系统继电保护原理[M].北京：中国电力出版社，2004.