1、47 电工电气电工电气 (2023 No.3)基金项目：国网江苏省电力有限公司科技项目(5210011600Z6)作者简介：张帅(1988)，男，工程师，硕士，从事电力系统保护及分析等工作。张帅，李澄，严栋(国网江苏省电力有限公司无锡供电分公司,江苏 无锡 214000)摘 要：为解决带并联电抗器输电线路两侧电流变化和线路参数不固定产生的故障测距误差问题，提出了一种双回输电线路故障测距新方法。采用集中参数线路模型分析正序、负序、零序故障网络，推导出与线路单位长度阻抗、导纳以及并联电抗器电抗值均无关的故障距离表达式。由线路分相电流差动保护装置纵向通道和横向通道获取四侧同步的模拟量数据，通过调整保
2、护装置的插件功能模块研制出故障测距装置。装置试验结果表明，新方法的测距精度高于装置原有的方法，能解决线路两侧带并联电抗器和线路参数变化引起的测距误差问题，且经过渡电阻故障时仍具有较高的测距精度。关键词：并联电抗器；线路参数；横向通道；故障测距中图分类号：TM472；TM773 文献标识码：A 文章编号：1007-3175(2023)03-0047-08 Abstract:In order to deal with fault location caused by current changes occurring to both sides of transmission lines with
3、 parallel reac-tors and unfixed line parameters,a new fault location method of double-circuit transmission lines is put forward.The paper adopts the lump parameter circuit model to analyze positive sequence,negative sequence and zero sequence fault networks,and generates the fault location expressio
4、n which is irrelevant to line impedance and admittance per unit and the reactance value of parallel reactors.Then,after achieving four-side synchronized analog data from longitudinal and horizontal channels of the phase segregated current differential protection device,the authors invent the fault l
5、ocation device through adjusting the plug-in function module of this protection device.Test results show that this new method of fault location is more accurate than the old one.It not only can solve the problem of location error caused by changes of par-allel reactors and line parameters,but also c
6、an have higher ranging accuracy when passing transition resistance faults.Key words:parallel reactor;line parameter;horizontal channel;fault location deviceZHANG Shuai,LI Cheng,YAN Dong（Wuxi Power Supply Company of State Grid Jiangsu Electric Power Co.,Ltd,Wuxi 214000,China）A New Fault Location Meth
7、od of Double-Circuit TransmissionLines with Parallel Reactors带并联电抗器的双回输电线路故障测距新方法0 引言现今，输电线路结构越来越复杂，呈现出双回1(多回)、多系列补偿装置2-5、多分支6、HVDC(高压直流)7-9等模型。当输电线路带并联电抗器后，会直接影响利用线路两侧电流数据计算的故障分析方法，传统行波差动保护1和自动重合闸永久性故障判别10-11原理失效，包括基于最小二乘法的波形相关性法12、基于分布参数模型的过渡电阻连续计算法13、故障相电流特性识别法14以及利用电流差动保护原理的电流法15等。此外，利用线路两侧电流计算的
8、故障测距结果会产生较大误差。参考文献 16 基于测距函数特性提出了超高压带并联电抗器线路的故障测距算法。参考文献 17基于反序网提出了能消去并联电抗器支路电流影响的双端量故障测距算法，这两个方法都没有考虑线路参数变化的影响。参考文献 18 提出了一种将线路参数、不同步角及故障距离作为未知量的带多个并联电抗器超高压长输电线路故障测距算法，但该方法是一个非线性最优方程求解的问题，存在初值选取和收敛性问题。本文提出了带并联电抗器的双回输电线路故带并联电抗器的双回输电线路故障测距新方法48电工电气电工电气 (2023 No.3)障测距新方法，并基于线路分相电流差动保护研制了测距装置。通过装置的动模试验
9、结果可知，提出的测距方法精度高，不受线路两侧带并联电抗器及电抗器阻抗变化影响，无需已知线路基本参数。1 故障测距原理1.1 已有原理220 kV 双回线、连接于厂站 M 和 N 之间，每回线路两侧均装有三相并联电抗器 XL，并经中性点小电抗 Xn接地，见图 1 a)。用XG表示并联电抗器的电抗，采用单线形式表示 A、B、C 三相输电系统，见图 1 b)。带并联电抗器后，线路模型发生变化，导致测距计算中所需的各侧电流数据不准确，引起测距误差。对此，需要将电抗器安装处的线路侧电流进行矫正：其中：UM是 M 端母线电压；UN是 N 端母线电压；IM是回线 M 端电抗器的母线侧电流；IM是回线 M 端
10、电抗器的线路侧电流；IN是回线 N 端电抗器的母线侧电流；IN是回线 N 端电抗器的线路侧电流；IM是回线 M 端电抗器的母线侧电流；IM是回线 M 端电抗器的线路侧电流；IN是回线 N 端电抗器的母线侧电流；IN是回线 N 端电抗器的线路侧电流。用矫正后的电流代替原线路各侧的电流，由已有算法可以实现带并联电抗器线路故障测距。1.2 新原理推导双回线短路故障的正序、负序及零序等值网见图 2。该线全长为l，故障点 F 距离 M 端的距离为d。分别对故障线路的正序、负序及零序等值网进行分析。(1)IM=IM-(UM/XG)IN=IN-(UN/XG)IM=IM-(UM/XG)IN=IN-(UN/XG
11、)图1 带并联电抗器的三相输电线路a)三相输电线AABBCCMNXnXnXLXnXLXnXLXLb)等值模型XGUMUNXGXGXGIMINIMINIMINIMINMNa)正序XG1XG1UM1UN1XG1XG1IM 1IM 1IN 1IN 1MNdY12dY12(l-d)Y12(l-d)Y12dY12dY12(l-d)Y12(l-d)Y12dZ1(l-d)Z1dZ1dl-d(l-d)Z1UF 1UF 1Fb)负序XG2XG2UM2UN2XG2XG2IM 2IM 2IN 2IN 2MNdY22dY22(l-d)Y22(l-d)Y22dY22dY22(l-d)Y22(l-d)Y22dZ2(l-d
12、)Z2dZ2dl-d(l-d)Z2UF 2UF 2F图2 各序分量等值网c)零序XG0XG0UM0UN0XG0XG0IM 0IM 0IN 0IN 0MNdY02dY02(l-d)Y02(l-d)Y02dY02dY02(l-d)Y02(l-d)Y02dZ0(l-d)Z0dZ0dl-d(l-d)Z0UF 0UF 0FdYm2dYm2(l-d)Ym2(l-d)Ym2dZm0(l-d)Zm0带并联电抗器的双回输电线路故障测距新方法49 电工电气电工电气 (2023 No.3)在正序网中，并联电抗器正序电抗为XG1，线路单位长度阻抗和导纳分别为Z1和Y1。对、回线从 M 端至 N 端分别计算压降：其中：
13、UM1是 M 端母线正序电压；UN1是 N 端母线正序电压；IM 1是 M 端回线正序电流；IN 1是N 端回线正序电流；IM1是 M 端回线正序电流；IN1是 N 端回线正序电流。经整理式(2)后得：(IM 1-IM1+IN 1-IN1)dZ1-(IN 1-IN1)lZ1=0 (3)在负序网中，同理有：(IM 2-IM2+IN 2-IN2)dZ2-(IN 2-IN2)lZ2=0 (4)其中：IM 2是 M 端回线负序电流；IN 2是 N 端回线负序电流；IM2是 M 端回线负序电流；IN2是 N 端回线负序电流。在零序网络中，并联电抗器零序电抗为XG0，线路单位长度零序阻抗和零序导纳分别为Z
14、0和Y0，在回线中：其中：UM0是 M 端母线零序电压；UN0是 N 端母线零序电压；IM 0是 M 端回线零序电流；IN 0是N 端回线零序电流；IM0是 M 端回线零序电流；IN0是 N 端回线零序电流；Zm0是回线与回线之间的单位长度零序互阻抗；Ym是回线与回线之间的单位长度零序互导纳。在回线中：由式(5)、式(6)整理得：(IM 0-IM0+IN 0-IN0)d-(IN 0-IN0)l(Z0-Zm0)=0(7)综合式(3)、式(4)、式(7)，可知：(IMi-IMi+INi-INi)d-(INi-INi)l=0 (8)其中i=1、2、0 表示正序、负序、零序，即有：从式(9)可以看出，
15、d仅与线路两侧电流数据有关，而与线路参数XG、Z、Y无关。2 功能实现与试验结果2.1 数据通信在双回线路保护装置中实现新原理的测距功能。每回线路的线路保护装置均需要获取两回线路四侧的模拟量信息，且同杆双回线路四侧模拟量信息需要取故障同时刻来进行测距计算，即每回每侧线路保护装置需要与另外三侧线路保护装置完成同步。线路保护装置需要根据横向通道与纵向通道的具体情况以决策横向通道与纵向通道传输的信息。在现有的保护配置原则下，光纤差动保护通过光纤纵向通道能够与本线的对侧线路保护装置完成同步，即现有的同杆双回线路仅能够交互本线路的信息，但是不能够获取另外一回线路的任何信息，所以为了将该测距原理应用到线路
16、保护装置中并进行工程推广，目前的线路保护需要具备与相邻的线路保护装置交互信息的功能，在线路保护装置的 CPU 插件上增加一个横向通道，同一侧的双回线路保护装置通过横向通道来交互信息，线路保护装置通过纵向通道与横向通道获取四侧模拟量来完成精确故障测距。由于有横向通道与纵向通道共两路通道来将另外三侧线路保护装置的信息送达，对于纵向通道来说，如果采用的是专用光纤方式，传输延时跟线路UM0-UN0=(IM 0-+)dZ0+UM0XG0dY0UM02dYmUM02dYmUM02(IM0-+)dZm0-IN 0-UM0XG0dY0UM02dYmUM02dYmUM02UN0XG0 -+(l-d)Z0-IN0-(l-d)Y0UN02(l-d)YmUN02(l-d)YmUN02(5)-+(l-d)Zm0UN0XG0(l-d)Y0UN02(l-d)YmUN02(l-d)YmUN02UM0-UN0=(IM0-+)dZ0+UM0XG0dY0UM02dYmUM02dYmUM02(IM 0-+)dZm0-IN0-UM0XG0dY0UM02dYmUM02dYmUM02UN0XG0 -+(l-d)Z0-IN 0-(l