何志勤 張 哲 尹項(xiàng)根 汪 華

（華中科技大學(xué)電力安全與高效湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 武漢 430074）

1 引言

繼電保護(hù)是保障電網(wǎng)安全的第一道防線，傳統(tǒng)后備保護(hù)基于本地電氣量構(gòu)成，在電網(wǎng)潮流轉(zhuǎn)移時(shí)難以區(qū)分線路內(nèi)部故障與過(guò)負(fù)荷，易造成連鎖跳閘事故[1]。此外，傳統(tǒng)后備保護(hù)存在整定配合復(fù)雜、動(dòng)作延時(shí)長(zhǎng)等缺陷。由整定錯(cuò)誤造成的隱性故障，將加大電網(wǎng)在擾動(dòng)下失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)[2]。隨著廣域測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，基于廣域信息的電網(wǎng)保護(hù)受到了廣泛關(guān)注[3]。其中，基于故障元件識(shí)別的廣域后備保護(hù)是研究的重點(diǎn)之一[4]。該類(lèi)新型后備保護(hù)首先利用廣域信息識(shí)別故障元件，之后相鄰斷路器間通過(guò)簡(jiǎn)單的時(shí)序配合實(shí)現(xiàn)故障隔離。從而根本上解決了傳統(tǒng)后備保護(hù)整定配合復(fù)雜、在潮流轉(zhuǎn)移時(shí)易誤動(dòng)等問(wèn)題，對(duì)防止電網(wǎng)大面積停電事故具有重要意義。

利用廣域信息準(zhǔn)確識(shí)別故障元件，是廣域后備保護(hù)研究的核心?，F(xiàn)有的故障元件識(shí)別算法主要包括廣域電流差動(dòng)[5-7]和廣域方向縱聯(lián)算法[8-10]。廣域電流差動(dòng)保護(hù)原理簡(jiǎn)潔，但對(duì)廣域范圍內(nèi)多點(diǎn)數(shù)據(jù)的同步性要求較高，且多點(diǎn)電流值的測(cè)量誤差累積將產(chǎn)生較大的不平衡電流，從而導(dǎo)致保護(hù)的靈敏性和可靠性降低[11]。相比之下，廣域方向縱聯(lián)算法無(wú)需嚴(yán)格的采樣同步，通過(guò)序功率方向和阻抗方向元件即可實(shí)現(xiàn)故障的快速識(shí)別。但傳統(tǒng)方向元件受高阻接地、線路非全相運(yùn)行和故障轉(zhuǎn)換等因素影響較大[12]，相關(guān)算法還需改進(jìn)。為減小故障元件識(shí)別的計(jì)算量，相關(guān)文獻(xiàn)對(duì)故障區(qū)域檢測(cè)策略進(jìn)行了探討[13]。但其啟動(dòng)判據(jù)的靈敏性和母線電壓排序的可靠性還待進(jìn)一步完善。此外，廣域后備保護(hù)需融合保護(hù)區(qū)域內(nèi)多點(diǎn)信息進(jìn)行故障元件識(shí)別，因此，降低廣域通信量，防止多點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸造成網(wǎng)絡(luò)通信擁塞是待解決的另一關(guān)鍵問(wèn)題[14]。

本文提出了一種基于故障電壓比較的新型廣域后備保護(hù)算法。該算法利用線路對(duì)側(cè)電壓、電流的故障分量測(cè)量值推算本側(cè)電壓故障分量，以推算值和測(cè)量值的比值區(qū)分線路內(nèi)外部故障。同時(shí)，通過(guò)故障區(qū)域檢測(cè)減少?gòu)V域信息傳輸量，并通過(guò)故障疑似線路檢測(cè)加快故障元件識(shí)別速度。該算法原理簡(jiǎn)潔，所需通信量較少，對(duì)廣域多點(diǎn)數(shù)據(jù)的同步性要求較低。仿真結(jié)果表明，本算法在高阻接地、線路非全相運(yùn)行、轉(zhuǎn)換性故障和潮流轉(zhuǎn)移等多種復(fù)雜條件下均能正確識(shí)別故障，具有良好的應(yīng)用前景。

2 故障元件識(shí)別算法

2.1 算法原理

對(duì)于普通雙端線路，當(dāng)其正常運(yùn)行或區(qū)外故障發(fā)生時(shí)，均可根據(jù)對(duì)側(cè)保護(hù)安裝處的電壓、電流測(cè)量值及線路阻抗值推算本側(cè)電壓值，且推算值與實(shí)測(cè)值一致。而當(dāng)區(qū)內(nèi)故障發(fā)生時(shí)，由于線路上出現(xiàn)故障支路，電壓推算值與實(shí)測(cè)值相比將存在較大差異。根據(jù)上述特征，可構(gòu)建新的故障元件識(shí)別算法。

圖1 為雙端系統(tǒng)在外部和內(nèi)部故障時(shí)的附加網(wǎng)絡(luò)，故障點(diǎn)分別位于線路f1、f2點(diǎn)。Zm、Zn為雙端系統(tǒng)的等值阻抗；ZL為線路阻抗；Rg為故障點(diǎn)過(guò)渡 電阻；為故障點(diǎn)的附加電動(dòng)勢(shì)；α為故障點(diǎn)到m側(cè)距離與線路全長(zhǎng)的比值，取值范圍為[0，1]。如果利用線路一側(cè)的電壓、電流故障分量及線路阻抗推算對(duì)側(cè)的故障電壓值，則有

圖1 雙端系統(tǒng)的故障附加網(wǎng)絡(luò)Fig.1 Fault component network of two-terminal system

當(dāng)外部故障發(fā)生時(shí)，線路兩端電壓故障分量的測(cè)量值與推算值顯然相等。而當(dāng)內(nèi)部故障發(fā)生時(shí)，線路兩端電壓故障分量的實(shí)測(cè)值可表示為

在此，引入故障電壓比值系數(shù)

從上式可知，當(dāng)α等于0 或1 時(shí)，Km或Kn等于1，Kn或Km大于1；當(dāng)0＜α＜1 時(shí)，線路兩側(cè)的故障電壓比值系數(shù)都將大于1。因此，可利用線路兩側(cè)故障電壓比值系數(shù)的最大值為動(dòng)作參數(shù)，建立故障元件識(shí)別的通用判據(jù)：

考慮廣域后備保護(hù)范圍內(nèi)各子站的測(cè)量誤差及電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)的暫態(tài)過(guò)程影響，Kset可整定為1.2。同時(shí)，式（4）中Km、Kn均與過(guò)渡電阻Rg無(wú)關(guān)，即本算法原理上不受過(guò)渡電阻的影響。

2.2 系統(tǒng)阻抗與線路阻抗的影響及改進(jìn)策略

從式（4）可知，故障電壓比值系數(shù)與線路兩側(cè)的系統(tǒng)等值參數(shù)、線路參數(shù)及故障點(diǎn)位置有關(guān)，這些參數(shù)的不同將影響本算法在線路內(nèi)部故障時(shí)的靈敏性。設(shè)圖1 中，兩側(cè)系統(tǒng)與線路阻抗的比值分別為：Pm=Zm/ZL，Pn=Zn/ZL，并忽略系統(tǒng)和線路電阻的影響，即Pm(n)取為實(shí)數(shù)。則故障電壓比值系數(shù)的表達(dá)式可轉(zhuǎn)化為

設(shè)阻抗比值Pm(n)為常數(shù)，且Pm≠Pn。可得的Km、Kn隨α變化的趨勢(shì)如圖2 所示。

圖2 故障電壓比值系數(shù)分布Fig.2 Distribution of fault voltage ratio coefficient

可見(jiàn)，當(dāng)故障點(diǎn)由αm向線路一側(cè)偏移時(shí)，判據(jù)（5）的靈敏度逐漸升高。而當(dāng)故障點(diǎn)位于αm時(shí)，Kmax將有最小值，對(duì)判據(jù)（5）屬于最不利的故障情況。令式（4）中的Km、Kn相等，可解得αm為

將式（7）代入式（4），可得Kmax的最小值為

設(shè)Kset=1.2，并設(shè)Pm(n)的取值范圍為（0，10]，可得算法的動(dòng)作特性如圖3 所示。

圖3 故障元件識(shí)別判據(jù)的動(dòng)作特性Fig.3 Operating characteristic of fault element identification criterion

為直觀反映Pm(n)對(duì)算法性能的影響，可將動(dòng)作邊界由與之相切的3 條直線近似模擬。對(duì)應(yīng)的非動(dòng)作區(qū)域?yàn)?/p>

可見(jiàn)，只有當(dāng)Zm，Zn?ZL時(shí)，判據(jù)（5）在內(nèi)部故障時(shí)才會(huì)靈敏度不足。但實(shí)際高壓電網(wǎng)中，線路兩側(cè)的等效系統(tǒng)阻抗一般較小，且對(duì)于常見(jiàn)的接地故障，線路的零序阻抗遠(yuǎn)大于正、負(fù)序阻抗。因此，判據(jù)（5）在大多數(shù)情況下均能正確動(dòng)作。為進(jìn)一步提高保護(hù)判據(jù)反映內(nèi)部故障的靈敏度，對(duì)于圖3 中的非動(dòng)作區(qū)域可加入輔助判據(jù)改進(jìn)。本文對(duì)線路兩側(cè)故障電壓的推算值進(jìn)行補(bǔ)償，將式（1）變?yōu)?/p>

式（10）中的補(bǔ)償阻抗Zm(n)-com 可分別整定為KrelZm(n)-min。其中，Krel為可靠系數(shù)，Zm(n)-min 分別為m，n側(cè)系統(tǒng)的最小等值阻抗。進(jìn)而可得補(bǔ)償后的故障電壓比值系數(shù)和通用判據(jù)分別為

當(dāng)圖1a 中的線路外部故障發(fā)生時(shí)，故障電壓比值系數(shù)將為

從Km.op的表達(dá)式可知，當(dāng)Krel的取值范圍限定為（0，2）時(shí)，可保證遠(yuǎn)離故障點(diǎn)一側(cè)的故障電壓推算值小于測(cè)量值，即有Km.op＜1。而當(dāng)內(nèi)部故障發(fā)生時(shí)，如果Zm，Zn?ZL，故障電壓比值系數(shù)將變?yōu)?/p>

設(shè)Zm＜Zn，并取Krel=2，則僅當(dāng)Zn＞10Zm時(shí)補(bǔ)償后的判據(jù)（12）才會(huì)靈敏度不足。但在實(shí)際電網(wǎng)中，Zn＞10Zm與Zm，Zn?ZL，被同時(shí)滿足的可能性極小。因此，判據(jù)（12）在兩側(cè)系統(tǒng)阻抗遠(yuǎn)大于線路阻抗時(shí)具有較高的靈敏度，圖3 中的非動(dòng)作區(qū)域?qū)⒈挥行浹a(bǔ)。需指出的是，采用補(bǔ)償電壓比較的動(dòng)作參數(shù)值由兩側(cè)故障電壓比值系數(shù)的最小值決定。當(dāng)Zm，Zn?ZL時(shí)該判據(jù)可能靈敏度不足，因此，需根據(jù)判據(jù)（5）和（12）的互補(bǔ)性，建立故障元件識(shí)別的綜合判據(jù)。

2.3 綜合判據(jù)

上述分析適用于包括正序突變量、負(fù)序和零序分量在內(nèi)的各種故障分量。本文綜合這三種故障分量，構(gòu)建故障元件識(shí)別的綜合判據(jù)。根據(jù)式（1），可得m 側(cè)故障電壓補(bǔ)償前的推算公式如下：

同理，可求出n 側(cè)的故障電壓比值系數(shù)Kni，及兩側(cè)補(bǔ)償后的故障電壓比值系數(shù)Km(n)i.op，i=1，2，0。正序突變量在對(duì)稱和不對(duì)稱故障時(shí)均能識(shí)別故障元件，但其持續(xù)時(shí)間較短[15]，在用于后備保護(hù)時(shí)需加入輔助判據(jù)配合。因此，對(duì)電網(wǎng)中發(fā)生概率較高的不對(duì)稱故障，可采用長(zhǎng)期存在的負(fù)序和零序分量進(jìn)行識(shí)別，兩者可共同構(gòu)成判據(jù)以保證算法的靈敏性

當(dāng)兩相故障發(fā)生時(shí)，式（17）中的動(dòng)作參數(shù)K2,0-max和K2,0-max.op將僅由負(fù)序電壓比值系數(shù)決定。對(duì)于對(duì)稱故障，可采用正序突變量進(jìn)行故障元件識(shí)別，并加入低壓輔助判據(jù)

圖4 正序電壓突變量判據(jù)跳閘邏輯Fig.4 Tripping logic of positive sequence fault component

故障元件識(shí)別算法在用于廣域后備保護(hù)時(shí)，可在保護(hù)區(qū)域內(nèi)各子站進(jìn)行故障電壓推算，將本側(cè)故障電壓實(shí)測(cè)值和關(guān)聯(lián)支路的對(duì)側(cè)故障電壓推算值上傳至區(qū)域中心站計(jì)算。從上述分析可知，本算法利用電壓幅值而非相量識(shí)別故障元件，對(duì)廣域多點(diǎn)數(shù)據(jù)的同步性要求較低。根據(jù)算法原理不難進(jìn)一步證明，故障元件識(shí)別判據(jù)在線路非全相運(yùn)行、轉(zhuǎn)換性故障和潮流轉(zhuǎn)移時(shí)均能做出正確判斷。

3 故障區(qū)域檢測(cè)策略

廣域后備保護(hù)系統(tǒng)需融合多個(gè)子站信息進(jìn)行故障元件識(shí)別。而實(shí)際電網(wǎng)規(guī)模龐大，變電站數(shù)目眾多，如將保護(hù)區(qū)域內(nèi)所有子站信息上傳至中心站分析，則廣域通信網(wǎng)絡(luò)可能因海量信息傳輸造成通信擁塞。因此，降低廣域信息傳輸量、提高故障元件識(shí)別速度是廣域后備保護(hù)需要解決的重要問(wèn)題。

3.1 子站啟動(dòng)檢測(cè)

當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)區(qū)域內(nèi)各子站的母線電壓和支路電流都有不同程度波動(dòng)。但只有靠近故障點(diǎn)的部分子站因靈敏度較高而啟動(dòng)。因此，可建立子站啟動(dòng)判據(jù)，確定故障點(diǎn)所在區(qū)域和所需上傳的信息。當(dāng)線路發(fā)生不對(duì)稱故障時(shí)，可利用負(fù)序和零序電壓、電流構(gòu)成啟動(dòng)判據(jù)

由于三相故障一般不考慮高阻[1]，因此采用電壓量構(gòu)建判據(jù)已足夠反應(yīng)故障。電壓比例系數(shù)KPV可整定為0.5，從而保證子站在電網(wǎng)運(yùn)行方式切換時(shí)不會(huì)頻繁啟動(dòng)。當(dāng)子站啟動(dòng)后，可將母線故障電壓測(cè)量值和鄰接子站的故障電壓推算值上傳至區(qū)域中心站分析。需指出的是，對(duì)稱故障時(shí)正序電壓和正序電壓突變量的幅值都將上傳，前者用以搜索故障關(guān)聯(lián)母線，后者用以識(shí)別故障元件。

3.2 故障疑似線路檢測(cè)

區(qū)域中心站在收集子站上傳信息后，可對(duì)各子站母線的序電壓測(cè)量值進(jìn)行排序，搜索距離故障點(diǎn)最近的子站。理想情況下，如果某母線的負(fù)序或零序電壓幅值最高或正序電壓幅值最低，則表明該母線距離故障點(diǎn)最近，該母線即為故障關(guān)聯(lián)母線。但實(shí)際電網(wǎng)中，受子站測(cè)量誤差及短線路影響，故障關(guān)聯(lián)母線選擇可能出現(xiàn)錯(cuò)誤。因此，對(duì)于不同類(lèi)型故障，在母線排序后可順序選取排位前3的母線作為故障關(guān)聯(lián)母線，以保證排序的冗余性。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生不對(duì)稱故障時(shí)，故障關(guān)聯(lián)母線將對(duì)應(yīng)負(fù)序電壓幅值最高的3 條母線；對(duì)稱故障時(shí)，故障關(guān)聯(lián)母線將對(duì)應(yīng)正序電壓幅值最低的3 條母線。

在上傳信息的線路中，設(shè)故障關(guān)聯(lián)母線連接的線路總數(shù)為N，則可構(gòu)建故障疑似線路集合L為

Li可通過(guò)離線儲(chǔ)存的母線-支路關(guān)聯(lián)矩陣確定[16]，后續(xù)的故障元件識(shí)別計(jì)算只需針對(duì)集合L中的線路進(jìn)行，從而降低區(qū)域中心站的計(jì)算量。

4 廣域后備保護(hù)方案

本文提出的廣域后備保護(hù)方案以有限區(qū)域電網(wǎng)為保護(hù)對(duì)象[17]。在保護(hù)區(qū)域內(nèi)的各變電站中，選擇重要的樞紐站作為區(qū)域中心站，其他站作為子站。區(qū)域中心站與子站間經(jīng)廣域通信網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。各子站實(shí)時(shí)采集母線電壓、支路電流信息，并進(jìn)行啟動(dòng)判別。當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，相關(guān)子站將啟動(dòng)并上傳本站故障電壓測(cè)量值、鄰接子站的故障電壓推算值至區(qū)域中心站分析。設(shè)子站編號(hào)為m，可得其啟動(dòng)流程如圖5 所示。

區(qū)域中心站在采集子站上傳數(shù)據(jù)后，將對(duì)各子站的母線序電壓進(jìn)行排序，搜索故障關(guān)聯(lián)母線和故障疑似線路。之后對(duì)各故障疑似線路進(jìn)行故障識(shí)別計(jì)算。在確定故障線路后，將發(fā)跳閘令至相應(yīng)子站執(zhí)行順序跳閘操作。限于篇幅，詳細(xì)的保護(hù)跳閘策略與仿真將另文撰述。當(dāng)保護(hù)區(qū)域內(nèi)發(fā)生不對(duì)稱故障時(shí)，故障元件的識(shí)別流程如圖6 所示，對(duì)稱故障的識(shí)別流程與之類(lèi)似。

圖5 子站啟動(dòng)流程Fig.5 Flow chart of substation pickup procedure

5 算例分析

應(yīng)用電磁暫態(tài)仿真軟件PSCAD/EMTDC，搭建了川渝500kV 電網(wǎng)模型進(jìn)行仿真測(cè)試，系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)源自華中電網(wǎng)PSASP 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)。該系統(tǒng)由12臺(tái)電源、47 條母線和57 條支路組成，結(jié)構(gòu)如圖7 所示。設(shè)洪溝站為區(qū)域中心站，測(cè)試系統(tǒng)內(nèi)的各支路均置于廣域后備保護(hù)范圍之內(nèi)。

圖6 區(qū)域中心站不對(duì)稱故障識(shí)別流程Fig.6 Flow chart of asymmetrical fault identification of regional central station

仿真測(cè)試包含2 部分：第1 部分對(duì)廣域后備保護(hù)方案進(jìn)行綜合測(cè)試，考察在電網(wǎng)不同位置發(fā)生短路故障時(shí)，保護(hù)算法的動(dòng)作性能。第2 部分對(duì)保護(hù)算法在線路高阻接地故障，非全相運(yùn)行，轉(zhuǎn)換性故障和重負(fù)荷轉(zhuǎn)移情況下的動(dòng)作性能進(jìn)行專項(xiàng)測(cè)試。

圖7 川渝500kV 電網(wǎng)測(cè)試系統(tǒng)Fig.7 Chuan-yu 500kV grid test system

5.1 綜合測(cè)試

為綜合考察保護(hù)算法的動(dòng)作性能，本文在仿真系統(tǒng)中設(shè)置了多處故障進(jìn)行測(cè)試。在此以F1～F4等4 處故障點(diǎn)為例進(jìn)行分析。其中，F(xiàn)1位于線路L18（北碚-陳家橋）距北碚側(cè)的全長(zhǎng) 25%處；F2，F(xiàn)3分別位于線路L21（譚家灣-南充），L46（東坡-樂(lè)山）全長(zhǎng)的50%處；F4位于線路L53（雅安-崇州）距雅安側(cè)的全長(zhǎng)75%處?？疾斓墓收项?lèi)型包括：?jiǎn)蜗嘟拥?，兩相（接地）和三相金屬性短路?/p>

表1 對(duì)比了故障發(fā)生后啟動(dòng)子站數(shù)和子站總數(shù)。從仿真結(jié)果可知，當(dāng)保護(hù)區(qū)域內(nèi)發(fā)生各種類(lèi)型故障時(shí)，鄰近故障點(diǎn)的各子站均能正確啟動(dòng)。當(dāng)線路發(fā)生不對(duì)稱故障時(shí)，伴隨故障嚴(yán)重程度的提高，啟動(dòng)的子站數(shù)將隨之增加，但均遠(yuǎn)少于保護(hù)區(qū)域內(nèi)的子站總數(shù)。而當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生對(duì)稱故障時(shí)，由于本文針對(duì)三相故障專門(mén)設(shè)置了低壓?jiǎn)?dòng)判據(jù)，啟動(dòng)的子站數(shù)得到了較好限制。因此，通過(guò)子站啟動(dòng)檢測(cè)可靈敏反映故障，并將需上傳信息的子站數(shù)限制在較小范圍，使廣域信息傳輸量大幅降低。故障關(guān)聯(lián)母線的檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2?？梢?jiàn)，對(duì)于各種類(lèi)型故障，實(shí)際故障線路L18，L21，L46，L53兩側(cè)的母線均能被正確搜索到。因此，當(dāng)單點(diǎn)量測(cè)錯(cuò)誤發(fā)生時(shí)，實(shí)際故障線路將不會(huì)被遺漏，母線電壓排序的冗余性得以保證。同時(shí)，故障區(qū)域在故障關(guān)聯(lián)母線識(shí)別后被進(jìn)一步縮小。表3 對(duì)比了故障疑似線路數(shù)目和仿真系統(tǒng)的支路總數(shù)?？梢?jiàn)，故障疑似線路的數(shù)量遠(yuǎn)少于支路總數(shù)，故障元件的識(shí)別速度可得到明顯提高。對(duì)于各故障疑似線路，可利用故障元件識(shí)別算法分別進(jìn)行分析。對(duì)應(yīng)的故障元件識(shí)別結(jié)果見(jiàn)表4。結(jié)果表明，保護(hù)算法能夠正確識(shí)別故障線路L18，L21，L46和L53，且具有較高的靈敏度。

表1 子站啟動(dòng)比例Tab.1 Substation pickup ratio

表2 故障關(guān)聯(lián)母線檢測(cè)結(jié)果Tab.2 Results of fault incident buses detection

表3 故障疑似線路數(shù)與支路總數(shù)對(duì)比Tab.3 Suspected fault lines/total lines

表4 故障元件識(shí)別結(jié)果Tab.4 Fault element identification results

5.2 專項(xiàng)測(cè)試

在此主要測(cè)試故障元件識(shí)別算法在各種復(fù)雜條件下的動(dòng)作性能。為簡(jiǎn)化分析，故障區(qū)域檢測(cè)結(jié)果將不在本節(jié)列出。

高阻接地故障仿真中，在線路L21的5%～95%處設(shè)置故障點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，故障類(lèi)型為A 相接地。表5 對(duì)比了不同過(guò)渡電阻情況下線路L21的動(dòng)作參數(shù)值。仿真結(jié)果表明，本算法不受過(guò)渡電阻影響，在高阻接地故障時(shí)能夠保持較高的靈敏度。

表5 接地故障的仿真結(jié)果Tab.5 Test results for grounding faults

在線路非全相運(yùn)行仿真中，設(shè)線路L21兩側(cè)的A相斷路器在 0.5s 時(shí)斷開(kāi)，可得該線路的動(dòng)作參數(shù)K2,0-max變化如圖8 所示。由于全周傅里葉算法計(jì)算工頻分量時(shí)存在跨數(shù)據(jù)窗問(wèn)題，L21的K2,0-max值出現(xiàn)抖動(dòng)。但抖動(dòng)幅度較小，在經(jīng)歷約2 周波后重回1.0且保持穩(wěn)定。因此保護(hù)系統(tǒng)將可靠閉鎖，不會(huì)誤動(dòng)。

設(shè)線路L21于0.6s 時(shí)再次發(fā)生故障，故障類(lèi)型包括單相接地和相間（接地）故障，仿真結(jié)果見(jiàn)表6。結(jié)果表明，保護(hù)算法能夠正確識(shí)別非全相運(yùn)行線路再故障，且具有較高的靈敏度。

圖8 線路L21 非全相運(yùn)行時(shí)的動(dòng)作值Fig.8 Operating value of L21 under open phase operation

表6 非全相運(yùn)行狀態(tài)下再故障的仿真結(jié)果Tab.6 Test results for faults under open phase state

轉(zhuǎn)換性故障包含內(nèi)部轉(zhuǎn)內(nèi)部，內(nèi)部轉(zhuǎn)外部，外部轉(zhuǎn)內(nèi)部，外部轉(zhuǎn)外部等4 種。本文在此主要考察線路外部轉(zhuǎn)內(nèi)部故障時(shí)，保護(hù)算法的動(dòng)作性能。設(shè)0.5s 時(shí)，L13（南充—廣安）發(fā)生A 相接地故障。0.02s后故障轉(zhuǎn)換至支路L21上。圖9 為L(zhǎng)21發(fā)生C 相接地時(shí)，其動(dòng)作參數(shù)K2,0-max的變化情況。

圖9 AG-CG 故障時(shí)線路L21 動(dòng)作參數(shù)值變化Fig.9 Operating value of L21 under AG-CG fault

從圖9 可見(jiàn)，當(dāng)外部故障發(fā)生時(shí)，L21的K2,0-max值維持在1.0 附近，保護(hù)不會(huì)誤動(dòng)。而當(dāng)故障轉(zhuǎn)換至L21后，K2,0-max值迅速上升，在約1 周波后趨于穩(wěn)定。穩(wěn)定后的動(dòng)作參數(shù)值遠(yuǎn)大于Kset，故障被正確識(shí)別。表7 列舉了L21發(fā)生其他幾種故障時(shí)的仿真結(jié)果。結(jié)果表明，當(dāng)線路發(fā)生外部轉(zhuǎn)內(nèi)部故障時(shí)，算法均能正確識(shí)別故障且具有較高的靈敏度。

表7 轉(zhuǎn)換性故障仿真結(jié)果Tab.7 Test result for evolved faults

正確區(qū)分潮流轉(zhuǎn)移和線路內(nèi)部故障對(duì)防止連鎖跳閘事故至關(guān)重要。本文在此考察重載線路的K1-max值，在潮流轉(zhuǎn)移時(shí)的變化情況。經(jīng)PSASP 潮流計(jì)算可知，線路L15（臨巴—達(dá)州）和L16（臨巴—南充）均為重載線路。仿真中在L15全長(zhǎng)50%處設(shè)置三相故障，故障起始時(shí)間為0.5s。設(shè)0.58s 時(shí)，L15的主保護(hù)正確動(dòng)作切除該線。可得線路L16的正序電流幅值變化如圖10 所示。

圖10 L16的正序電流幅值Fig.10 Positive sequence current magnitude of L16

可見(jiàn)，當(dāng)L15被切除后，線路L16的正序電流幅值經(jīng)短時(shí)振蕩后趨于穩(wěn)定。該線路的電流幅值約增大至原有幅值的3 倍，說(shuō)明L15上的原有功率已部分轉(zhuǎn)經(jīng)L16傳輸。支路L16在潮流轉(zhuǎn)移期間的動(dòng)作參數(shù)K1-max變化如圖11 所示。

圖11 潮流轉(zhuǎn)移時(shí)L16 動(dòng)作參數(shù)變化Fig.11 Operating value of L16 under flow transfer

由圖11 可知，受傅里葉算法跨數(shù)據(jù)窗問(wèn)題的影響，L16的K1-max值在L15故障和被切除時(shí)出現(xiàn)2 次抖動(dòng)。但抖動(dòng)過(guò)程中K1-max值基本在區(qū)間[1.0,1.05]內(nèi)變化，且2 次抖動(dòng)的持續(xù)時(shí)間較短。動(dòng)作參數(shù)值在0.65s 后已穩(wěn)定在1.0 左右，保護(hù)系統(tǒng)不會(huì)誤動(dòng)。

6 結(jié)論

本文提出了一種基于故障電壓分布的新型廣域后備保護(hù)算法，該算法具有如下優(yōu)點(diǎn)：①故障元件識(shí)別原理簡(jiǎn)潔，易于整定，且對(duì)保護(hù)區(qū)域內(nèi)多點(diǎn)量測(cè)信息的同步性要求較低；②保護(hù)系統(tǒng)可通過(guò)子站啟動(dòng)檢測(cè)降低廣域信息傳輸量，并通過(guò)故障疑似線路檢測(cè)提高故障元件識(shí)別速度；③在各種內(nèi)部故障，包括線路高阻接地、非全相運(yùn)行后再故障、轉(zhuǎn)換性故障等復(fù)雜情況下，算法均能正確識(shí)別故障線路。而在外部故障、線路非全相運(yùn)行和潮流轉(zhuǎn)移情況下，保護(hù)將可靠不誤動(dòng)?；诖ㄓ?00kV 電網(wǎng)的仿真表明，本算法對(duì)實(shí)際超高壓電網(wǎng)具有較好的適應(yīng)性。

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