平行线零序互感对零序电流保护的影响分析.doc

平行线零序互感对零序电流保护的影响分析张红霞（宁夏银南供电局保护自动化所，宁夏 吴忠 751100）摘要：同杆架设的两回三相线路，或平行架设但距离很近的两条三相线路，当他们流过零序电流时，两条线路间互感磁通相当大，致使各线路的零序阻抗发生很大的变化。本文通过对零序互感的分析，结合定值整定过程中经常采用的经验数据，详细分析了双回线零序互感对零序电流保护的影响。 关键词：平行线，零序互感，零序电流1 引言中性点直接接地系统发生接地短路，将产生很大的零序分量，利用零序电流量构成保护，是一种主要的接地短路保护。因为它不反映三相和两相短路，在正常运行和系统发生振荡时也没有零序分量产生，所以有较好的灵敏度。另一方面，零序电流保护受系统运行方式变化的影响较大，特别是短距离线路以及复杂的环网中，由于速动段的保护范围太小或没有，致使零序电流保护效果不能满足电力系统要求。2 平行架设双回线零序互感的分析平行架设的两回三相线路，或平行架设但距离很近的两条三相线路，当他们流过零序电流时，两条线路间互感磁通相当大，致使各线路的零序阻抗发生很大的变化。设两条线路都有整循环换位，可以写出一回线路中任一相“导线地”回路与另一回线路中任一相“导线地”回路之间的互阻抗1： /km （1）式中 大地电阻，当f=50hz时，0.05/km 假想地线的等值深度，一般计算可取平均值：=1000 m。 d-两条线路间的几何均距，按图一有： 图一：两回线路间的距离当两条线路流过零序电流时，一条线路三相对另一线路中任一相间的零序互阻抗zm0 应等于zm 的三倍，即： /km （2）图二为两回线路的零序电路示意图，忽略电阻，每回线的零序电 图二 两回线路零序电流示意图压降为： （3） （4）在上式中右边引入和，则可得： （5） （6）由式（5）、（6）可得双回线零序等效电路，如图三所示：图三 平行架空线路零序等效电路如果把每一回线路看成是一个绕组，则双回线零序等效电路和双绕组变压器相似，和可以与变压器中两个绕组的漏抗相对应。将图三中的p、q两点连接，可构成双回线并列运行时的零序等效电路。若双回线参数完全相同，即，则双回线路的综合零序阻抗为： （7）单回线零序阻抗为： （8）3 零序互感对零序电流保护的影响3.1 并列运行双回线末端故障由公式（8）可知，在线路末端发生接地故障，由于双回线路中电流、同方向而产生助磁作用，使零序电抗增大，零序电流减小。这时的零序等值电路如图四所示，它表明：两回平行架设、完全相同、并联运行的架空线路，可以用两回之间没有零序耦合的并联线路代替，每回路的为计及回路间零序互感时每回路的零序电抗。图四 完全相同双回线并联时零序等值电路为保证系统稳定运行，双回线并联运行线路越来越多。而110kv线路参数大多数采用设计参数，零序互感采用计算数值，设计参数、计算数值与实测参数存在一定误差，因此理论计算与实际运行情况存在一定误差，给设备的安全稳定运行带来隐患。表11列出架空线路零序电抗的约值，可用于规划设计及近似计算使用。表中双回线路的零序电抗是指两回完全相同并联运行的线路。表1 架空线路零序电抗单回线路双回线路无避雷线3.55.5有铁磁导体避雷线3. 04.7有良导体避雷线2.03.0表中：为架空线路正序电抗；为单回线架空线路零序电抗；为双回架空线每回路的零序电抗。在单回线整定过程中，通常取 ，即按有铁磁导体避雷线的方式取值；对于双回线则可取，即，与公式（8）对比，可得。3.2 双回线中的一回线接地运行情况图五 双回线中一回线接地运行示意图如图五所示并联运行的双回线，其中一回线运行，另一回线停用并两端接地。如果说双回线相对于一个双绕组变压器，那么一回线两侧接地就相当于变压器的二次绕组处于短路状态，双回线间的零序互感与变压器一、二次间的漏抗相对应。双回线中一回线两端接地运行零序等效图如图六所示。 图六 一回线接地运行零序等效阻抗图若双回线参数完全相同，则从运行中一回线看线路的零序电抗为： （9）取：，则上式可转化为： （10）取、，则 （11）由此可知，双回线路中一回线运行，另一回线停用并两端接地时，零序互感有去磁的作用，零序电抗减小，导致零序电流增大。所以在定值整定过程中，一般在选择流过保护最大零序电流的运行方式时，应考虑相邻线路停用并两端接地的情况。3.3 双回线并列运行在一回线上发生故障 图七 双回线并列运行在一回线上发生故障示意图如图七所示，在a点发生接地短路故障，a点距母线m的距离 (0a1)，为作等效电路图，在另一回线上找出相应的b点，于是a、b将双回线分成两部分，由此可得出零序等效回路如图八所示。图八 双回线并列运行在一回线上发生故障零序等值图图中、分别为平行线零序电抗，为平行线间零序互感抗。如果平行线线路参数完全相同，取，则由零序等值图可以计算出母线m到故障点a的综合零序电抗为： （12）根据母线m到故障点a的综合零序电抗，可以计算出a点接地故障零序电流，再根据阻抗分流原理计算出、。需要说明的是，当故障点越靠近母线a，流经线路的电流就越小，在线路始端近母线m处故障时，理论上流经线路的电流为零。所以负荷侧零序电流保护应考虑对侧断路器先断开，本侧零序电流保护有相继动作的可能，零序电流可以整定的较小，但无法满足对线末灵敏度的要求。4 结束语平行架设双回线之间存在零序互感，在计算接地故障时必须计及其影响。有以上分析可知，双回线并列运行，在对侧母线上发生接地故障时，由于两回线路中电流同方向而产生助磁作用，使零序电抗增大，零序电流减小。而双回线中一回线停电检修并两端接地时，当线末发生接地故障，在检修线路中感应的零序电流与运行线路中零序电流方向相反，产生取磁作用，使得运行线路零序电抗减小，零序电流增大。计算零序电流大小和分布的运行方式选择，是零序电流保护整定计算的第一步。选择合理的运行方式，可以有效的改善零序保护效果，充分发挥零序保护的作用。比如对有零序互感的平行线路，在选择流过保护最大零序电流的运行方式时，应考虑相邻线路停用并两端接地的方式；在选择流过保护最小零序电流时，应考虑双回线并列运行时流过每一回线路的电流。以上对有零序互感的双回线零序保护分析，只是本人在整定计算工作中积累的一些经验方法，有不足的地方，请给予多多的帮助和指正。参考文献1 韩祯祥，吴国炎.电力