摘要：电力系统非全相运行时对距离保护有较大影响。两相运行期间距离元件性能将恶化，应将其闭锁；但两相运行时健全相仍可能发生短路，此时保护应能准确切除健全相的区内故障。对两相运行工况及其复故障条件下距离保护的动作行为进行了仿真分析，探讨了基于故障分量距离继电器的解决方案，EMTP仿真结果证明了该方案的有效性。
关键词：非全相运行距离保护故障分量
1引言
目前的超高压线路距离保护装置大都具有选相元件，同时配合单相或综合自动重合闸，可以实现选相跳闸。这样系统运行中有许多原因会造成非全相运行。如输电线路一相断线或在单相重合过程中，都将出现短时间两相运行状态。有时为了保证向用户连续供电，在系统允许条件下，线路亦可较长时间(数小时)两相运行。两相运行时，由于系统稳定性相对较差，线路两端电势大小和相位发生变化；同时系统因对称性遭到破坏将出现零序、负序分量［1］。因此，反映输电线一侧电气量大小和相位关系的比相式相间距离元件和同时还要反映零序电流分量的接地距离元件都会受到其影响。本文对两相运行工况及其复故障条件下距离保护的动作行为进行了仿真分析，探讨了相应的解决方案，EMTP仿真结果证明了该方案的有效性。
2两相运行时阻抗继电器的动作行为分析
2．1两相运行时的各序电流、电压
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用图1所示两侧电源系统的两相运行为例分析有关电器量的计算，保护安装处发生A相断线时的序网图如图2所示。电流的正方向为自母线流向线路时为“＋”，反之为“－”。
图中：
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且令线路正序阻抗和负序阻抗相等，并假定各序阻抗角相等。正常运行时线路负荷电流
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假设保护的电压互感器装设在线路侧，则保护安装处负序和零序电压为(以M侧为例)：
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以上分析的一个重要结论是：线路两相运行时，产生的零序、负序电压电流分量的大小与负荷电流大小成正比，也就是说两侧电源相位差越大，非全相运行产生的不对称分量越大，影响也越严重。
2．2两种距离元件的两相运行分析
常规分析方法是：将上面求出的继电器安装处的各序电流和电压(或补偿电压)代入用序分量表示的阻抗继电器动作方程中，从而得到非全相运行时继电器的电压相位特性、阻抗特性或其它特性。
线路两相运行时断开相(这里是A相)母线电压与该相电势相等。而断开相线路上的电压由两部分组成：一是由健全相电压通过相间电容耦合产生的；一是由健全相负荷电流通过相间互感产生的［2］。而线路电压与该相电势的相位差可能接近180°。如果电压互感器接在母线上，在两侧电势相位差较小时两类距离继电器都不会误动作。
文献［1］在复数平面上给出了具有圆特性的相间方向阻抗继电器在两相运行时的振荡动作特性轨迹，如图3所示。图中把m=｜EM/EN｜=1时的振荡阻抗随两侧电势相位差δ变化的轨迹O′O″画在同一平面上。
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图中，NAB、NBC、NCA分别是三个相间方向距离继电器的非全相振荡特性。可以看出：当A相断开时，与断开相有关的AB相和CA相继电器在非全相振荡时的误动区域很小，而健全相(BC相)继电器在两端电势角摆开较大时有可能误动。图4给出了具有圆特性的接地方向阻抗继电器在两相运行时的振荡动作特性轨迹，其中NC和NB类似未给出。显然，非断开相(B、C相)继电器比相间阻抗继电器更容易误动。另外，当电压互感器接在线路上时，由于线路电压与该相电势相位差接近180°，断开相(A相)电流虽为零，但IA＋K3I0并不为零，断开相(A相)的接地阻抗继电器也可能误动。
2．3仿真模型
仿真模型为一条500kV、340km长距离双电源输电线路MN，如图1所示。线路参数源于华中电网平武线，模拟线路由10个π型等值电路串联而
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仿真过程中考虑了两侧电源电势夹角的变化，相电压取自母线侧。
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表1中给出了母线M侧A相断开后零序、负序电流和M侧BC相相间及B、C相接地距离元件的测量阻抗值。其中δ是EN领先于EM的角度。可以看出，随着两侧电势角增大，线路零序和负序电流逐渐增大，两类继电器的测量阻抗均迅速减小。当测量电压取自母线侧时，健全相B、C相的相间阻抗和系统全相运行时的测量阻抗基本一致，因此这种情况下，接地距离元件所受影响更大一些。特别当继电器处于送电侧时，由于测量阻抗很接近第一相限，而其幅值又相对较小，很有可能落入某些接地距离继电器的Ⅲ段动作区内。
3两相运行又发生短路时阻抗继电器的动作行为分析
由以上分析可知，两相运行期间这两种距离元件性能都将恶化，应将其闭锁。但是，两相运行时健全相仍可能发生短路，有必要进一步分析这种复故障情况下的元件动作行为。
对非全相运行的同时又发生短路的复故障情况，阻抗继电器动作行为的分析仍可采用和上一节同样的方法，只是复故障条件下，继电器安装处测量到的各序电流IA1、IA2、IA0和补偿电压[attach]47312[/attach]
U′A0应采用双口网络方法进行计算求出。限于篇幅，具体推导从略。
两相运行健全相又发生两相短路或两相短路接地时，只要相电压取自母线侧，相间方向阻抗继电器能正确动作。事实上，对于具有圆特性的相间方向阻抗元件来说，在两相运行时仍能够正确测量距离。然而，在两相运行健全相又发生单相接地短路时，由于零序电流的相位和大小受两相运行(短路前)分量的影响，接地方向阻抗继电器不能正确测量距离。
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图5中的曲线a是δ＝0°时M侧A相断开后线路I段整定点(线路全长80％)处发生B相单相接地短路后5个周波内B相接地距离元件的测量阻抗。显然，其测量阻抗已经远远落在Ⅰ段整定圆以外，继电器要拒动。曲线b是δ＝－30°的情况，可以看出当继电器处于送电侧时拒动情况更加严重。仿真表明，δ＝0°和δ＝－30°时在Ⅰ段附近短路时接地距离继电器的暂态超越分别为－9％和－13％，而发生B、C相间短路时相间距离元件能比较正确地反映线路正序阻抗，这里不再赘述。
4对两相运行时方向阻抗继电器的改进
为了使两相运行的线路不失去保护，有必要对非全相运行又发生短路的复故障时的方向距离元件、尤其是接地距离元件进行改进，以确保非全相运行时保护不误动作、健全相区内短路时保护可靠动作。
系统发生故障时，在假定系统参数不发生变化的前提下(在故障后的短时间内是允许的)可用叠加原理分析故障网络，即发生故障时的故障状态可视为非故障状态和故障附加状态的叠加。故障网络内任一点m的电压和电流都可表示为
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其中，umg、img是令网络内所有电势为零、只有故障点电动势单独作用情况下产生的电压和电流，也就是故障分量。而非故障状态包括正常运行、系统振荡等，当然也可以是两相运行
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