CN1588729A - 一种输电线路的重合闸方法 - Google Patents

Abstract

一种输电线路的重合闸方法，对同杆并架双回线路继电保护：同杆并架双回线的每回线路应单独配置保护，同杆并架双回线路的主保护采用分相电流差动保护或具有分相命令的纵联保护，对于区内各种形式的单回线故障及跨线故障，均应选跳故障相来，实现自适应重合闸：在输电线路发生故障时应用于高压及超高压输电线路的一种自适应重合闸，线路保护在准确选跳故障相的基础上，结合无严重永久故障判据进行按相顺序重合；即按顺序，先后分相重合跳开相；同杆并架双回线发生故障后，双回线中至少有两异名相健全时才允许重合，否则，两回线必须全部跳开；在最小化重合于永久故障对系统造成冲击的基础上，最大限度的提高系统重合的机会和重合成功的概率。

Description

一种输电线路的重合闸方法

                          技术领域

本发明涉及一种输电线路的重合闸方法，尤其是同杆并架双回线继电保护方法及利用新型重合闸保护的方法。

                          背景技术

随着电力市场发展、电网建设要求充分发挥线路传输电力的能力；.同杆并架双回线路与两个单回线路相比，工程造价低、出线走廊宽度小、建设周期短，经济效益明显。因此，在征地费用高、出线走廊紧张的情况下，常常采用同杆并架双回线路。

国外的超高压输电线路在这方面有成功的运行经验，如日本、欧洲诸国的电网，其高压、超高压线路大部分采用同杆并架双回(甚至多回)线路，所带来的经济效益十分明显。在我国，随着三峡配套送出输变电工程的建设及全国超高压跨大区互联电网的发展，输电走廊日趋紧张，500KV同杆并架双回线将会不断增多，必将凸现其潜在的巨大技术经济效益，与此同时，也给电网运行带来一些特殊的技术问题。

从继电保护专业的角度来看，同杆并架双回线与普通单回线相比，其故障的主要特点是有跨线故障。单回线的简单故障有11种，而同杆并架双回线的故障则多达120种。在120种同杆并架双回线故障中，接地故障63种，不接地故障57种；单回线故障22种，跨线故障98种。我国原有统计资料表明跨线故障很少，仅占同杆并架双回线总故障的2％～3％。而国外的统计数字要大得多，据日本东京电力公司统计，从1973年至1999年27年间，500KV电压等级的同杆并架双回线发生跨线25次，占统计期间全部故障的8.9％；而同样在日本，根据中部电力公司对近五年来275KV及以上电网的统计，跨线故障占全部故障的比率则高达20％。随着我国同杆并架输电线路的增加，跨线故障的几率也肯定会增加。在故障期间，如何最大限度地保持系统的电气联系，减少同时失去双回线的可能性，维持电网的稳定运行，正是我们开展工作的出发点，也是问题的关键所在。因此，对同杆并架双回线继电保护及重合闸的特殊技术问题进行研究，确定同杆并架双回线的继电保护及重合闸的技术要求，既有重要的理论价值，也是生产实际的迫切需要。

同杆并架双回输电线路对继电保护的特殊要求

1.选相问题

仅反应线路一侧电气量的选相方法无法区分同杆并架双回线路末端的单回线故障、跨线故障和双回线外部故障。目前国内流行的电流突变选相原理，在同杆并架双回线上已失去正确选相能力，不适用于同杆并架双回线。阻抗及其他选相方法，虽大部分能正确选相，但在线路两终端附近发生同杆并架双回线异名相跨线故障时，远离故障侧的选相元件将误判为相间故障，从而使双回路均误判为多相故障，致使双回线全部跳闸，严重威胁系统安全稳定运行。

2.零序互感问题

同杆并架双回线的零序互感系数较大，使得接地故障时母线残压不仅决定于本线电流，而且还受邻线零序电流的影响，影响两侧接地距离保护的动作范围；同时在故障线路靠近故障点开关先跳闸的情况下，由于零序互感的影响，故障线路邻线的零序电流保护范围也将发生变化，可能造成保护误动或拒动。

3.重合闸问题

目前已有重合闸装置即使保护能正确选相，但在三相跨线故障时不能最大限度地维持系统的电气联系，从而影响系统的稳定运行。如：发生L1线A相接地故障，L2线BC相故障，L1线进行单相重合闸，L2线跳三相而不重合，重合闸期间两站之间由6线降为2线联系；当发生L1线AB相接地故障，L2线BC相故障，L1、L2均三相跳闸不重合。对系统稳定影响较大。

另外，现代大型发电机不允许在发生多相故障时立即自动重合闸，以防止重合于永久故障时损坏发电机。在同杆并架双回线上发生两相两导线跨线永久故障时，对每回线来说是单相故障，而对发电机来说已经经受了一次多相故障的冲击，因此两回线的重合闸应采取措施，避免发电机经受多相故障的冲击。国内外研究状况

同杆并架双回线的保护问题提出的比较早，长期以来国内外继电保护专家对相关课题有过一定的理论研究，取得了一些阶段性的成果。日本500KV线路绝大部分是同杆并架双回线，有丰富的运行经验。随着同杆并架双回线的增多和对相关问题的逐步重视，国内一些网省局、科研院校也在进行研究，取得了一些运行的实际经验和理论研究成果。

(一)、同杆并架双回线继电保护实现方案

目前国内外主要有如下几种保护方案：

1、依靠纵续动作实现跨线故障正确选相。多相故障下等待对侧断路器跳闸后，达到本侧正确选相跳闸目的。高频保护动作，选相元件判为多相故障时，有可能是同杆并架双回线跨线异名相故障，为防止远故障点侧误选相跳闸，设置了延时跳闸回路，此延时应大于对侧(近故障点)另一回线保护正确选相及跳闸时间。这样才能解决同杆并架双回线跨线故障误选相问题。此方案有如下缺点：

a.若一回线上的保护或断路器拒动时，本线路远故障端将认为多相故障，经一定延时后将该线三相跳闸。另一回线路也因邻线近故障端保护或断路器拒动而误跳三相，因此造成双回线全部停电。

b.当本线路发生多相故障时，两侧保护均带延时跳闸，对系统稳定不利。

c.同杆并架双回线发生异名相跨线故障，远故障点侧保护延时跳闸。对系统稳定运行不利。

2、分相信号传输的高频距离保护

同杆并架双回线异名相跨线故障时，近故障点侧的阻抗选相元件总能正确选相。采用分相信号传输的高频距离保护，在故障后线路两侧保护交换选相结果，进而正确选出故障相，实现快速正确的选相跳闸功能。保护不需设置多相故障的等待时间，能够快速切除多相故障两侧开关，对提高电力系统安全稳定性起着关键性作用。但这种方案对通道有较高要求，必须要有多通道才能实现传输分相选相信号。采用多频道FSK多命令信号系统可满足要求，但当出现线路加工相短路或线路出口处三相短路时，高频保护将拒动或延时动作。目前国内复用载波通道使用最多，光纤通道正在逐步增多，微波通道使用很少。美国、日本以光纤和数字微波通道为主。此类型的主要保护及其通道数量要求如下表1所示：

表1

型  号	制造厂	通道数量
			LFP-902C	南瑞公司	双工的三通道或四通道
RCS-902C	南瑞公司	双工的三通道或四通道
			REL531	ABB	双工的三通道或四通道
ALPS	GE	双工的二通道或四通道

但此方案在线路末端三相三导线跨线故障时多切除一相，在末端三相四导线跨线故障且有两健全相分属于两回线时要切除两回线，对系统稳定运行不利。

3、分相电流差动保护

分相电流差动保护原理简单可靠，对常规故障及跨线故障具有天然的选相能力，对同杆并架双回线跨线异名相故障均能正确、快速选相跳闸。日本超高压线路主保护全部是采用的分相电流差动保护。但它对通道要求很高，要求有6个独立的信号通道，通道投资费用高。同时保护对通道误码率、传输延时等均有较高要求。国内主要使用专用光纤通道，OPGW正在得到更多地应用；美国、日本以64kbit/s的复接通讯链路(PCM)方式为主。

(二)、重合闸方式

与同杆并架双回线继电保护相适应的重合闸功能也是电网安全稳定运行所必需的。一些制造厂家在常规单相/三相/综合重合闸的基础上，进行了进一步的研究和应用。如：ABB公司生产的REL500系列的2.0版本，其重合闸方式是单相/两相/三相重合闸。即当单相故障时进行单相重合闸，当两相接地或两相故障时，跳开两故障相，再进行两相重合闸。当三相故障时，可按条件进行三相或不重合闸。此外还可以实现多次重合闸。在前面提到的当发生L1线A相故障，L2线B、C相故障时，采用REL500系列的重合闸后，L1线跳开A相，L2线跳开B、C相，此时两站之间保持了有ABC完整三相的3条导线联系，提高了电力系统的稳定性能，但在重合时可能使系统受到相间故障的再次冲击。

在国外，同杆双回线继电保护装置的跳、合闸方式也不相同。

1、在法国电力公司(EDF)，其同杆双回线继电保护一般配置原理相同的两套分相纵差保护，当发生单相故障时，单相跳闸，再单相重合，若重合不成功就跳三相；相间故障直接跳三相，不重合。同杆的两回线之间不进行保护信息的交换。本侧也不收集本线路和相邻线路对侧的开关位置信息。与目前我国采用的跳合闸方式基本相同。

2、在采用同杆双回线最多的国家日本，其同杆双回线继电保护一般配置原理相同的两套分相式纵差保护，用光纤或微波传输两侧的保护信息和开关位置信息。同杆相邻的双回线之间要进行保护信息的交换。同杆双回线发生故障后只跳故障相。对于多相重合闸方式，各电力公司考虑不同。如东京电力公司，重合闸的使用方式与电压等级及输电线的结构密切相关。对于275kV、500kV的骨干网络，由于输电线都为同杆并架双回线，为了避免同时损失两回线的严重事故，一般采用多相重合闸；对于154kV线路，在同杆并架双回线上采用多相重合闸，单回线路采用单相重合闸，也有的地方直接采用三相重合闸；对于66kV、22kV、6.6kV则统一采用三相重合闸。其具体方式与重合闸时间如表2所示。

表2、东京(Tokyo)电力公司各种电压等级线路重合闸方式与断路器动作时间

                           对比表

电压等级	重合闸方式	重合闸时间	断路器动作时间
				500kV	多相重合闸	1s	40ms
275kV	多相重合闸	0.8s	40ms
				154kV	多相重合闸或单相重合闸	1-2s	60ms
三相重合闸	3-8s
		66kV	三相重合闸		10s	100ms
22kV，6.6kV	三相重合闸			60s			100ms

日本中部电力公司：对各种故障类型，实行只对故障相进行分相跳闸，在进行跳闸及重合闸判别时，基于以下考虑：

A、对于275KV及以上的同杆双回线路，不论发生何种类型的故障，保护动作后均只跳开故障相。此时，若一回线发生三相故障，另一回线完好，则在通过PCM通信确认对侧及相邻线信息后，采用中速重合闸方式(10秒左右)进行重合。首先，系统侧进行重合，当系统侧重合成功后，电源侧通过PCM通信收集本线对侧及邻线及对侧信息，约3秒后进行重合。

B、对于同杆双回线发生的IBIIC这样的故障，保护动作后，只跳故障相IBIIC，然后对II线进行高速的单相重合闸(重合时间为0.35-0.835秒)，对I线则采用中速重合闸(重合时间为10秒左右)。以避免两回线同时重合于永久性故障给发电机带来的冲击。由于这时只有一回线采用高速重合，故线路两侧是同时重合。

C、对于同杆双回线发生的IBCIIC这样的故障，保护动作后，只跳故障相IBCIIC，跳闸后，还剩IAIIAB运行。由于此时II线还有A、B两相，首先对II线进行高速的单相重合闸。重合时间为0.35-0.835秒。若IIC重合成功，I线在检测到II线完全恢复后，跳开I线的健全相A相，然后再对I线进行中速重合闸(时间约为10秒左右)。

日本中部电力公司对500KV及275KV电网发生各种故障时允许采用的重合闸方式及重合闸时间见表3

表3  各电压等级重合闸时间表

单位：秒	500KV	275KV	154KV	77KV及以下
					0.350		H-REC(S)
0.500			H-REC
					0.835	H-REC(S)
10	M-REC	M-REC		L-REC
					60	L-REC	L-REC	L-REC

注：H-REC(S)表示高速分相重合闸；H-REC表示高速三相重合闸；

    M-REC表示中速三相重合闸；L′-REC表示低速三相重合闸。

目前，继电保护技术有了长足的发展，性能优越的微机线路保护也获得普遍的应用。同杆并架双回线发生跨线故障时若能仅切除故障线，实现多相重合闸，对保持系统稳定无疑是有益的。或者说在保持相同系统稳定水平下，可以提高输电线的传输功率，发挥经济效益。跨线故障的几率虽小，但不能排除其可能。正如单回线发生三相故障而且是三相在同一时刻短路的可能性也是极小的，但还是发生过，所以在这种情况下，保护也应快速有选择性的动作。因此，开发完善的有选相能力的适用于同杆并架双回线的微机线路保护和重合闸具有普遍重要的意义，也是完全可以实现的。

                            发明内容

本发明目的是：提供一种新型输电电路的保护方法，尤其是同杆并架双回线路的继电保护方法，提高同杆并架双回线重合率，减少发生跨线故障时同时切除两回线的可能性；减轻重合于永久故障情况对系统的冲击；为开发和应用适应于同杆并架双回线的继电保护及重合闸装置提供技术依据。并且同杆双回线的继电保护应满足下列要求：

a)在发生跨线故障时，保护应仅跳开本线路的故障相，即对继电保护提出了正确选择故障相和故障线的严格要求。

b)在同杆双回线只有一回线运行的方式下，同杆双回线的继电保护应能正确工作。

c)同杆双回线发生故障保护跳闸后，在非全相运行方式下，继电保护应能正确工作。

本发明目的是这样实现的：一种输电线路的重合闸方法，尤其是对同杆并架双回线路继电保护的方法：同杆并架双回线的每回线路应单独配置保护，同杆并架双回线路的主保护采用分相电流差动保护或具有分相命令的纵联保护，对于区内各种形式的单回线故障及跨线故障，均应可靠选跳故障相来，实现自适应重合闸：

在输电线路发生故障时应用于高压及超高压输电线路的一种自适应重合闸，这是一种特殊的多相重合闸方式，线路保护在准确选跳故障相的基础上，结合无严重永久故障判据进行按相顺序重合；即按顺序，先后分相重合跳开相；同杆并架双回线发生故障后，双回线中至少有两异名相健全时才允许重合，否则，两回线必须全部跳开；在最小化重合于永久故障对系统造成冲击的基础上，最大限度的提高系统重合的机会和重合成功的概率，  提高输电线路在故障后恢复供电的能力。

本发明以保护准确选跳故障相为基础；本输电线路单相故障时、两相故障及三相故障时，均只选跳故障相，而不是两相故障三跳。

本发明保护装置综合两回线的运行信息按一定的规则顺序重合。重合顺序确定如下：同名相优先重合且可以同时重合；两相故障线路的超前相优先重合；超前相优先重合；

分相顺序重合的方式，解决了可能重合于多相永久故障问题，同时解决了端电压判据不能判别相间永久故障和三相对称永久故障的问题。

对于相间不接地永久故障，以分相顺序重合为基础，由下面电压判据确定是否发生了永久性不接地故障：

                    |_P+_Y|＞k₁*|_P-_Y|

                          k₁可取4-6；

当任一相合闸后，如果系统满足上式条件，则判为相间不接地永久故障，不再继续发分相重合闸令。

如果线路完全换位，健全的对称三相对跳开相的电容耦合电压和互感电压将很小，不能满足电压判据，两侧均认为是发生了严重永久性故障而不重合，为弥补采用端电压判据的不足，利用线路保护内部信息。如满足下列任一条件认为没有发生近处的严重故障，可以给予重合：

a)故障时相电压、相间电压较大；

b)不依赖于通道的阻抗I段、工频变化量阻抗等快速保护没有动作；

c)测距结果较大。

当瞬时性故障情况下故障点尚未熄弧时自动延长重合闸时间，直至故障点熄弧，以提高重合成功几率。对于无并联电抗器线路，自适应重合期间引入基于电压幅值结合电压高次谐波含量的故障点熄弧判据。熄弧判据为：

           

k₂可取0.1-0.2，如0.1；k₃可取0.2-0.4，如0.2；

U_fd1、U_fd3、U_fd5分别为跳开相电压的基波、三次和五次谐波的幅值。

对于带有并联电抗器线路，故障点熄弧后出现了自由振荡电压，因此断开相电压幅值会有较大波动，熄弧判据为：

                    U_{fd1_ave}≥k₄*U_N

k₄可取0.2-0.4，如0.2；U_{fd1_ave}为基波电压的平均值

本发明重合闸宜按线路配置，保持双回线保护及重合闸的相对独立性及完整性，当自适应重合运行条件不满足时自动转为常规重合闸，此时保护的跳闸方式应自动更改为常规方式即两相故障三跳。

本发明按相顺序重合闸需要综合两回线的运行信息，以判别是否满足两异名相健全的条件；线路保护中含有本线的运行状况，为取得另一回线的信息，同侧双回线保护之间通过光纤连接进行信息交互。保护通道采用光纤、微波等数字通道传输保护信息。

本发明熄弧判据、无严重永久故障判据同样适用于单回线路。

本发明同杆并架双回线的每回线路应单独配置保护，允许两回线之间交换信息，任何情况下两回线间的信息交换异常，都不允许影响各自保护的基本功能；同杆并架双回线路的主保护采用分相电流保护或具有分相命令的纵联保护，保护通道采用光纤或微波通道，或多个快速命令的载波通道传输保护信息；

定值整定时，对同杆双回线路的超范围距离元件，双回线同时运行时末端短路有足够的灵敏度；对欠范围距离元件，保证单回线运行相邻线挂地检修时，末端短路不超越。

重合闸应能根据一次系统的要求，适应多种不同的重合方式，即单相重合闸、三相重合闸、综合重合闸、按相顺序重合闸；

同杆双回线保护的特点

同杆双回线故障的主要特点是有跨线故障。单回线的简单故障有11种，而同杆双回线故障则多达120种。在120种同杆双回线故障中，接地故障63种，不接地故障57种；单回线故障22种，跨线故障98种。通常又将跨线故障分为非同名相和同名相跨线故障。

虽然跨线故障在故障分类中占有压倒优势，但单回线故障的比例仍在80％以上，我国统计资料表明跨线故障很少，仅占同杆双回线总故障的2％～3％，远小于国外统计的数据，这就要求我们全面考虑故障时的保护问题，即不仅要考虑跨线故障时的保护问题，也要考虑单回线故障时的保护问题。

同杆双回线的另一个特点是需要考虑双回线间的互感，影响最大的是双回线的接地保护，即零序电流保护和接地距离保护。

同杆双回线保护配置的基本原则

目前采用单命令的纵联方向和纵联距离保护对单回线故障能正确选相跳闸，单相故障单跳并重合，为防止合于多相永久故障对系统的严重冲击造成系统稳定破坏，多相故障三跳不重。当发生同杆跨线故障时，一般来说总有一侧的保护认为是多相故障而三跳，造成双回线均三跳不重。众所周知，实际大多数故障为瞬时性故障。

因此为提高输电的可靠性，要求继电保护在跨线故障时能选相跳闸，如发生IAIIBG故障，I回线两侧跳A相，II回线两侧跳B相，跳开后还有四相在运行仍能输送较大的功率，之后重合闸动作，一般为瞬时性故障重合成功，恢复正常双回线运行。即使只有一回线重合成功也能保留一回线运行。

分相电流差动保护应作为同杆双回线的首选保护。分相电流差动保护有一系列的优点，如对外部故障有绝对选择性，不反应负荷，不受系统振荡影响，有天然的选相能力，在非全相运行时，仍有良好的性能，既适应长线也适应短线，又不受串联补偿电容器的影响，即使在单回线上也是值得采用的良好的保护，在日本分相电流差动应用的比较普遍。在同杆并架双回线上很自然的获得应用，也没有特殊需要改动的地方。分相电流差动保护是按线路配置的，在同杆双回线上每回线设一套保护，相互独立，每一保护只采集本线三相电流，向本线断路器发跳闸命令，纵然发生误动作也不会同时误切两回线。这一点完全符合1991年无锡会议的要求。采用分相电流差动保护可使同杆并架双回线保护的问题圆满地得到解决。

因此对同杆并架双回线每回线宜配置两套分相电流差动保护，当条件不具备时为了实现主保护的双重化，一套分相电流差动保护和一套纵联距离保护构成双重化主保护不失为一种选择。纵联距离保护的主要问题是跨线故障时要能正确选跳本线的故障相，仅反应线路一侧的电气量的选相方法无法区分线路末端的单回线故障、跨线故障和双回线外部故障。因为在线路始端看必然是两回线发生相同类型的故障。如当发生靠近线路一侧的跨线故障如I回线A相、II回线为B相的跨线接地故障(记为IAIIBG)时，仅近故障侧的保护能够选出本线的故障相，而线路的另一侧每一回线的保护看到的都将是两相故障(如同4相故障)。远故障侧的正确选相不能不依靠近故障侧发来的按相闭锁或允许信号，这就是说每一回线应占用3个命令通道，以便按相发出闭锁或允许信号。不应当采取用1或2个命令通道来模拟3个闭锁或允许命令信号的解决方案，实践已证明那样会降低快速性和安全性。

总之每回线的保护应独立配置，以防止一套装置误动造成双回线都被切除，另外单回线运行、检修都不会影响另一回线的正常运行。对纵联距离保护，应具有3个独立通道以传输分相命令。除主保护外每套保护都应配有不依赖于通道的快速切除近处严重故障的速断保护(如工频变化量阻抗继电器、阻抗I段)和带时限的距离保护及零序电流保护。

同杆并架双回线的零序互感对接地距离的保护范围影响较大，这应从整定上予以考虑。纵联距离和阻抗II段的定值应保证双回线都运行时末端故障有灵敏度，阻抗I段的定值应保证在邻线检修两侧挂地线时末端故障不超越。不宜采用邻线零序电流对本线接地距离进行补偿的方法，主要原因是：a)引入邻线的电气量，对运行维护不利；b)在本侧邻线开关打开时，由于得不到邻线的零序电流补偿，可能造成不依赖于通道的保护超越；c)邻线近处单相接地故障时，由于引入邻线零序电流补偿，本线同名相接地距离继电器易超越误动。

在非全相运行期间或重合时再发生故障，往往是永久性故障或在原故障点附近发生本线其它相故障，因此保护中设有非全相运行再故障加速阻抗II段、重合闸后加速阻抗II段和零序电流保护，这些保护不依赖于通道且对全线有灵敏度，虽然似乎有失去选择性的可能，但经实践证明是完全成功的。但对于同杆双回线考虑跨线故障的情况，应考虑本线非全相时邻线发生故障不误动、或两回线均非全相时一回线重合于故障另一回线不误动的措施。可以采用重合闸只加速本线的跳开相，非全相运行再故障加速阻抗II段带短延时如120ms延时以保证选择性。

本发明的特点是：解决了500kV及以下的同杆并架双回线任何工况下任何故障的正确选相并快速跳闸问题。而且充分考虑了与现有保护、安控等设备的接口以及施工的安全性和便利性，因此兼备了技术的先进性和实际应用的可行性。

1.提出的自适应重合闸方案充分吸收了已有的科研成果，并进一步进行创新。有坚实的理论依据，并且进行了大量的仿真计算、动模试验以及RTDS数字实时仿真验证。与国内外其他重合方案相比，本方案具有如下特点：

1)重合闸功能合理分配在线路保护和断路器保护中，充分利用线路保护的信息实现无严重故障判别和分相顺序重合策略，由断路器保护根据本身的状态和相邻开关的配合关系实现重合出口；

2)采用只跳故障相的方式，即本线两相故障时只跳两相，而非三跳，使得故障期间最大限度地保持系统两端的联系，有最多的可以起动重合闸的机会，恢复双回线正常运行的可能；

3)将两回线的重合闸看作一个整体，采用分相顺序合闸，两回线路同时只有一相重合，避免了重合于永久性多相故障对系统造成的冲击；

4)重合方案中首次采用无严重永久故障判据，进一步降低了重合于永久故障对系统的冲击，后合侧在对侧合于故障后不再重合。

因此，本方案最大限度地维持了故障期间系统间的联系，在避免了对系统严重冲击的前提下，大大增加了重合的机会和重合成功的几率，具有国内外其他方案所无法比拟的优越性。

2.基于双回线的重要性，为保证系统安全运行，减低运行风险，保留现有保护装置，根据需要仍可随时完整、可靠投入运行。新保护充分考虑了与现有保护的接口，避免了对现有保护装置的影响。

3.新保护的投入运行，在定值及运行使用上与原有保护基本一致，使调度管理部门和运行维护部门易于维护管理。

现场完成了CT二次负载的测算、操作箱及断路器控制回路的改造，为新保护的投入运行创造了条件；对断路器保护改造使之适应各种运行工况下同杆并架线路及常规单回线路的正常运行。

                           附图说明

图1是按相顺序重合闸保护逻辑图

图2是同名相优先重合闸保护逻辑图

图3是超前相优先重合闸保护逻辑图

图4是两相故障线路的超前相优先重合闸保护逻辑图

图5是单相接地瞬时及永久故障的故障跳开相电压波形对比

图6是本发明瞬时故障故障相端电压图(无并联电抗器)

图7是本发明瞬时故障故障相端电压图(带并联电抗器)

图8是本发明人工单相接地试验故障相电压、电流波形图(带并联电抗器)

                        具体实施方式

同杆双回线保护跳闸方式的选择

常规的跳闸方式是单相故障单跳多相故障三跳。这个方案的缺点是在三导线及以上跨线故障时未能最大限度地保持系统两端的联系。例如在IAIIBCG三相三导线故障时在重合闸周期内只有IBC两相在运行，未能有IIA相参加形成准三相运行。又如在IABIIBCG三相四导线跨线故障时切除双回线，未能保留ICIIA两相运行并重合闸。

因此对于两侧系统主要依靠双回线联系时，理想的跳闸方式是在故障时只切除故障相，与常规不同的是两相故障跳两相而非三相，即将非故障相保留下来继续运行，并进行重合闸。如前所述，这种跳闸方式可最大限度地保持系统两端在重合闸周期内的联系，并有更多的起动重合的机会。

重合于故障常规方式是三跳，而不管是重合于单相或多相故障。理想的方式是重合于故障仍只跳故障相，再检查两回线剩下的健全相能否构成准三相运行。例如当发生IAIIBCG时若仅切除故障相，则电力还可以经健全的三相(IBCIIA)传输。如果是永久性故障，也就这样运行(称为”准三相”运行)。如果是永久性IAIIBG故障，则有IBCIIAC四相是健全相，为了保持三相对称还要从两回线的C相中切除一相，达到准三相运行。显然这种方式对大部分永久跨线故障仍能保留一回线(对两端系统而言)运行。

目前国内外都没有采用“准三相”运行的方式，因为准三相运行将带来许多问题：a)如线路上有并联电抗器，则中性点小电抗将长期通过电流；b)调度人员将如何从准三相运行方式恢复到正常运行方式；c)如保护按每回线单独配置，则在准三相运行方式下将大大恶化保护的性能如失去零序后备保护；d)开关长期三相不一致运行等，除非将双回线的信号都引入，即需要把两回线作为一个整体配置一套保护。

总之，跳闸方式可以采用单相故障单跳多相故障三跳的方式，而对重要的同杆双回线应采用只跳故障相的方式即两相故障跳两相以尽可能提高输电的可靠性。但重合于故障则总是三跳，不应采用整合成”准三相”运行的方式。

同杆双回线重合闸方式的选择

我国在220kv以上电压等级的输电线路上常采用单相重合闸，即单相跳开允许重合三相跳开不允许重合。主要是考虑到单相跳开后仍有两相在运行，两侧系统联系较为紧密，可以不检定同期无条件重合，另外重合于故障也仅是重合于单相永久故障，避免了重合于多相故障对系统的严重冲击。但在同杆双回线上应用时考虑跨线故障的情况，则即使采用单重方式，仍不能避免重合于两相永久故障。如发生了IAIIB永久故障，两回线都是单跳单重，同时重合的话则对系统而言是重合于AB两相故障。当然这种方式避免了重合于三相故障。

在同杆双回线上如果把两回线当做一回线看待实现单重方式，则只要求六导线中有两异名导线是健全的，即可允许重合。这种重合方式即所谓的多相重合闸方式，在日本应用较为广泛。这种方式配合只跳故障相(两相故障跳两相)的跳闸方式则有更多的重合机会，但可能重合于两相甚至三相永久故障。

在多相重合闸方式的基础上，为避免重合于多相故障，提出按相顺序重合的方案。基本的思路是把两回线的重合闸看作是一个整体，两回线同时只有一相在重合，重合成功再合另一相。重合不成功则三跳该线路，之后检查另一回线如具备单重条件则继续重合，否则三跳。

多相重合闸和按相顺序重合闸都是建立在保护只跳故障相的基础上，因此具有故障期间最大限度地保持系统两端的联系，有最多的可以起动重合闸的机会，恢复双回线正常运行的可能，参见表4的比较。而采用按相顺序重合闸则完全避免了重合于多相永久故障，更有优越性。对于一回线的三相故障，三跳后就不应再重合，主要原因是三相故障的几率很少且多为人为造成的永久性故障。

表4  单相重合闸和多相重合闸重合机会的比较

注：阴影为故障相，“φ”：重合，“-”：不需重合，“*”为与常规单重相比增加的可以起动重合的情况。表中多相重合闸或按相顺序重合闸是考虑两回线中有两异名相健全允许重合(准单重)，但对一回线中三相均跳开则该线不重合。

重合闸宜按线路配置，对于多相重合闸和按相顺序重合闸需要综合两回线的运行信息，以判别是否满足两异名相健全的条件。线路保护中含有本线的运行状况，为取得另一回线的信息，增加两回线保护之间的数字通信就可实现，其优点是不增加装置的接线，两回线的二次回路不交叉，便于运行维护。当由于某种原因不能得到邻线的信息时，应能自动转为常规的单相重合闸，此时保护的跳闸方式应自动更改为常规方式即两相故障三跳。同时，应当避免同时重合于两相永久故障。

重合闸按线路配置另一个优点是当采用线路TV时可以充分利用线路保护的信息，实现无故障重合或无严重故障侧先重合，避免重合于故障或重合于出口的永久故障。

同杆双回线按相结合无严重故障顺序重合

1 按相顺序重合的策略

为避免重合于多相永久故障，要求两回线路同时只有一相重合。因此保护装置要综合两回线的运行信息按一定的规则顺序重合。重合顺序确定如下：

1)同名相优先重合且可以同时重合，其理由是：

a)即使重合于永久故障，对系统而言是重合于单相故障；

b)尽快恢复缺相相的运行；

c)可减少整个的重合时间。

2)两相故障线路的超前相优先重合，其目的是一回线重合于故障三跳后另一回线仍具备单重条件继续重合。如IABIIC故障，先重合IA，即使重合于故障I回线三跳，但II回的AB仍健全，可以再合IIC；而如果先合IIC，如重合于故障II回线三跳，则两回线仅剩IC，I回也不能再重合，失去了重合的机会。

3)超前相优先重合，目的是让各相优先重合的几率相同(假设各相故障的几率相同)。不管是一回线故障还是跨线故障均按超前相优先的顺序重合。

例如：IABIIBC故障，两回线的B相优先重合，之后合IIC，最后合IA；

      IABIIC故障，先合两相故障的超前相IA，之后合IB，最后合IIC；

      IAIIC故障，先合IIC，再合IA；

      IAB故障，先合IA，再合IB。

表5给出了在各种故障情况下按此策略的重合闸顺序

表5  按相顺序重合闸的重合顺序

注：阴影为故障相，“φ”：重合，“-”：不需重合或不起动重合。表中按相顺序重合闸是考虑两回线中有两异名相健全允许重合(准单重)，但对一回线中三相均跳开则该线不重合。

从表中可以看出，按相顺序重合闸方案与多相重合闸方案相比在大多数情况下增加一次重合闸间隔(约200ms)，就可避免重合于多相永久故障，只有在很少的复杂故障情况下需要增加两个重合闸间隔。非全相的时间不会有太多的增加，断路器三相不一致的动作时间应远大于此值。

无严重故障的判别

按相顺序重合避免了重合于多相永久故障，对大电源经长线输电当重合于大电源出口单相故障，也会对系统产生很大的冲击，当采用线路TV时，利用跳开相的电压特征和保护的动作信息，可以判别出是否发生了出口附近的永久性故障，如可能是的话，则采取由远故障侧先重合，重合于故障对侧三跳本侧就不再重合，若重合成功本侧紧接着重合。

故障相跳开后，健全相对断开相之间存在着电容耦合电压和互感电压。在有并联电抗器补偿的线路上，当潜供电弧熄灭后，各储能元件所储存的电磁能量按网络的固有频率(30-40Hz)以自由振荡的方式衰减(衰减时间常数约为1秒)。因此在断开相两端的电压中还有该自由分量。

当发生永久性接地故障时，电容耦合电压将很小，暂态自由分量将很快衰减完，越靠近故障点互感电压越小，当负荷电流较大时远端将感应出一定的电压。因此由下面电压判据可以确定是否发生了近处的永久性接地故障：

                U_φ＞Uzd

满足该电压判据认为没有发生近处的永久性接地故障。

当发生了两相不接地故障时，端电压判据将满足，不能区分是瞬时性还是永久性故障。但是即使是永久性故障当合上一相时对系统而言并未发生故障，此时另一跳开相的电压将与已合的那一相的电压基本相同，而瞬时性故障并无此特征，因此通过分相顺序重合的方法很容易给予区分。如发生了IAIIB跨线不接地永久故障，先合IA，重合成功恢复I回线的三相运行，此时II回的B相电压(线路电压)将与A相电压基本相同，此时IIB就不应再重合，而应三跳，保留已重合成功的I回线运行。

当发生如IAIIBCG的瞬时性故障，跳开后保留了IBCIIA准三相运行，如果线路完全换位，健全的对称三相对跳开相的电容耦合电压和互感电压将很小，不能满足电压判据，两侧均认为是发生了严重永久性故障而不重合，为弥补采用端电压判据的不足，应充分利用线路保护的信息。如满足下列任一条件认为没有发生近处的严重故障，可以给予重合：

a)故障时相电压、相间电压较大；

b)不依赖于通道的快速保护没有动作(如阻抗I段、工频变化量阻抗)；

c)测距结果较大。

综上所述，按相结合无严重故障重合方案可最大限度地保持故障期间系统两端联系，提高重合的机会，避免重合于严重永久性故障。

如图1所示：按相顺序重合闸特点：

按相顺序重合

  非严重故障重合；

  三相故障(三跳)不重；

  顺序重合时，两侧交换信息以避免两次重合于永久故障；

i)按相顺序重合

要求：两回线路同时只有一相重合；

      保护装置要综合两回线的运行信息按一定的规则(策略)顺序重合；

具体的策略：

重合策略一：图2所示，同名相优先重合且可以同时重合

如图2系统中，线路发生I回线AB、II回线A相故障，应先合A相，可最快恢复系统功率的正正常输送。

重合策略二：如图3所示，超前相优先重合；重合相别顺序：A←B←C←A如图3系统中，线路发生I回线C、II回线A相故障，根据重合相别顺序，C超前于A，因此先合I回线C。

重合策略三：如图4所示，两相故障线路的超前相优先重合：

如图4系统中，线路发生I回线BC、II回线A相故障，根据重合相别顺序，对于I回线故障相B相和C向中，B超前于C，因此I回线B相优先，I回线优先的B相与II回线A相比较，A相优先，因此最终的重合结果是先合II回线的A，再合I回线的B，最后合I回线的C。

ii)非严重永久故障重合

目的：提高重合成功机率；避免重合于严重永久故障对系统的冲击在自适应重合闸逻辑中引入了瞬时永久故障判据：

无严重故障重合判别的理论依据：当具有分布参数的线路单相跳闸或者两相跳闸后，非故障相对断开相之间存在着互感电压与电容耦合电压。对于不同性质的故障(瞬时性或永久性)，互感电压与电容耦合电压有不同的表现形式。

图5为单相接地瞬时及永久故障的故障跳开相电压波形对比

在自适应重合闸逻辑中引入了严重非严重故障判据：满足下列任一条件认为没有发生严重故障，可以重合：

1)故障时相电压、相间电压均大于50％的额定电压；

2)阻抗I段、工频变化量阻抗没有动作；

3)测距结果大于40％的线路全长。

瞬时永久故障判据及严重故障判据相结合，能可靠判断出故障性质是否为严重永久性故障，已决定线路两侧保护的重合顺序。

瞬时故障情况下，线路感应电压的电气特征与线路有无装设并联电抗器有关，自适应重合引入基于电压幅值结合电压高次谐波含量的故障点熄弧判据；

熄弧判据的理论依据为：对于无并联电抗器的线路，当线路发生非对称性瞬时接地故障，线路故障相两端跳开后，由于健全相对故障跳开相的电容与电感耦合作用，引起电弧连续的熄灭与燃烧，潜供电流波形呈电弧重复击穿性质，恢复电压的波形畸变较大。

图6所示，为瞬时故障故障相端电压(无并联电抗器)，图6为不带并联电抗器的线路发生接地瞬时故障时故障相端电压波形故障点在518ms时完全熄弧，熄弧后恢复电压呈正弦波形。对于瞬时故障，必须在判断到电弧完全熄弧，且弧道周围空气介质绝缘强度恢复到一定程度后，才能重合。

对于二次电弧，在每个工频周期内，当恢复电压幅值上升到一定水平后弧道才击穿，其间必然含有高次谐波，对于接地瞬时故障，燃弧过程中电弧电压的三次谐波含量约为基波含量的30％左右，五次谐波含量约为基波含量的20％左右，因此本方案提出无并联电抗器线路的故障点熄弧判据：

                   

                     k₂可取0.1；k₃可取0.2；

U_fd1、U_fd3、U_fd5分别为跳开相电压的基波、三次和五次谐波的幅值。

对于有并联电抗器的线路，故障消失后恢复电压很快上升，由于自由振荡电压的频率与工频不同，恢复电压出现拍频现象。图5为川渝500KV电网带并联电抗器第一次A相单相瞬时人工接地短路试验时的A相电压、电流波形，故障相跳开后两个周波内，电弧就已经熄灭。

图7和图8所示：瞬时故障故障相端电压(带并联电抗器)和人工单相接地试验故障相电压、电流波形图(带并联电抗器)：

对于永久性接地故障，故障相端电压中不含自由振荡电压，只有非故障相对故障相的电感耦合电压，因此对于近处永久接地故障，断开相电压的幅值很小；对于远端永久性接地故障，断开相电压的幅值可能较大。

对于有并联电抗器的线路，由于中性点小电抗器的作用，故障相跳闸后接地点电弧将很快熄灭，因此不必通过计算谐波含量来判别熄弧时刻，即只保留公式3；另外由于自由振荡电压的影响，故障相端电压中含有低频分量，根据公式3由傅氏算法得到的电压幅值会有较大的波动，这通过选取一定数据窗数据的平均值可以解决此问题。

因此，对于带有并联电抗器线路，故障点熄弧后出现了自由振荡电压，因此断开相电压幅值会有较大波动，本方案提出的适用于有并联电抗器线路的熄弧判据为：

                        U_{fd1_ave}≥k₄*U_N

                k₄可取0.2；U_{fd1_ave}为基波电压的平均值。

本发明方案对重要的同杆双回线应是适合我国国情的最佳方案。该方案在二滩电站送出系统洪龙500KV同杆并架双回线上得到了应用。

本发明设有后备保护：

1)应配置不依赖于通道的快速切除近处严重故障的速断保护(如工频变化量阻抗继电器、阻抗I段)；

2)阶段式距离保护；

3)零序电流保护。

综合而言，重合闸应能根据一次系统的要求，适应多种不同的重合方式，即单相重合闸、三相重合闸、综合重合闸、按相顺序重合闸；

在一次系统稳定有要求时，重合闸宜采用按相顺序重合闸。这时，保护只跳故障相；当重合于故障时三相跳闸；对220KV及以上系统的同杆并架双回线路继电保护具有跨线故障选相跳闸功能，非全相运行时只加速跳开相；同杆并架双回线的重合闸按线路配置，不推荐同杆并架双回线共用重合闸装置。

为防止重合于多相永久故障采用按相顺序重合，即按顺序，先后分相重合跳开相；

同杆并架双回线发生故障后，双回线中至少有两异名相健全时才允许重合，否则，两回线必须全部跳开；两回线的同名跳开相应优先重合；同杆并架双回线路发生跨线故障，当一回线重合成功后，另一回线的重合闸设有防止已重合成功线路再次发生故障的措施。同杆并架双回线的继电保护及重合闸不考虑或或排除系统的“准三相”运行方式。

Claims (10)

1、一种输电线路的重合闸方法，对同杆并架双回线路继电保护：其特征是同杆并架双回线的每回线路应单独配置保护，同杆并架双回线路的主保护采用分相电流差动保护或具有分相命令的纵联保护，对于区内各种形式的单回线故障及跨线故障，均应选跳故障相来，实现自适应重合闸：在输电线路发生故障时应用于高压及超高压输电线路的一种自适应重合闸，这是一种特殊的多相重合闸方式，线路保护在准确选跳故障相的基础上，结合无严重永久故障判据进行按相顺序重合；即按顺序，先后分相重合跳开相；同杆并架双回线发生故障后，双回线中至少有两异名相健全时才允许重合，否则，两回线必须全部跳开；在最小化重合于永久故障对系统造成冲击的基础上，最大限度的提高系统重合的机会和重合成功的概率。

2、由权利要求1或2所述的输电线路的重合闸方法：其特征是以保护准确选跳故障相为基础；本输电线路单相故障时、两相故障及三相故障时，均只选跳故障相，而不是两相故障三跳。

3、由权利要求1或2所述的输电线路的重合闸方法：其特征是保护装置综合两回线的运行信息按一定的规则顺序重合：重合顺序按分相顺序重合，同名相优先重合且可以同时重合；两相故障线路的超前相优先重合；超前相优先重合。

4、由权利要求1或2所述的输电线路的重合闸方法：其特征是由跳开相电压判据可以确定是否发生了近处的永久性接地故障：U_φ＞Uzd满足该电压判据认为没有发生近处的永久性接地故障。

5、由权利要求1或2所述的输电线路的重合闸方法：其特征是对于相间不接地永久故障，以分相顺序重合为基础，由下面电压判据确定是否发生了永久性不接地故障：

$|{\stackrel{\·}{U}}_P+{\stackrel{\·}{U}}_Y|>k_1*|{\stackrel{\·}{U}}_P-{\stackrel{\·}{U}}_Y|$

                          k₁可取4-6；

当任一相合闸后，如果系统满足上式条件，则判为相间不接地永久故障，不再继续发分相重合闸令。

6、由权利要求1或2所述的输电线路的重合闸方法：其特征是如果线路完全换位，为弥补采用端电压判据的不足，利用线路保护内部信息：

如满足下列任一条件认为没有发生近处的严重故障，可以给予重合，

a)故障时相电压、相间电压较大；

b)不依赖于通道的阻抗I段、工频变化量阻抗等快速保护没有动作；

c)测距结果较大。

7、由权利要求1或2所述的输电线路的重合闸方法：其特征是瞬时性故障情况下故障点尚未熄弧时自动延长重合闸时间，直至故障点熄弧，以提高重合成功几率；

对于无并联电抗器线路，自适应重合期间引入基于电压幅值结合电压高次谐波含量的故障点熄弧判据；熄弧判据为：

                  k₂可取0.1-0.2；k₃可取0.2-0.4；

U_fd1、U_fd3、U_fd5分别为跳开相电压的基波、三次和五次谐波的幅值。

对于带有并联电抗器线路，故障点熄弧后出现了自由振荡电压，因此断开相电压幅值会有较大波动，熄弧判据为：

                     U_{fd1_ave}≥k₄*U_N

          k₄可取0.2-0.4；U_{fd1_ave}为基波电压的平均值。

8、由权利要求1或2所述的输电线路的重合闸方法：其特征是重合闸宜按线路配置，保持双回线保护及重合闸的相对独立性及完整性，当自适应重合运行条件不满足时自动转为常规重合闸，此时保护的跳闸方式应自动更改为常规方式即两相故障三跳。

9、由权利要求1或2所述的输电线路的重合闸方法：其特征是按相顺序重合闸需要综合两回线的运行信息，以判别是否满足两异名相健全的条件；线路保护中含有本线的运行状况，为取得另一回线的信息，同侧双回线保护之间通过光纤连接进行信息交互，保护通道采用光纤、微波等数字通道传输保护信息。

10、由权利要求6或7所述的输电线路的新型重合闸：其特征是熄弧判据、无严重永久故障判据适用于单回线路。

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