（电力系统及其自动化专业论文）六相输电线路的纵联相差保护研究.pdf

a b s t r a c t s i x - p h a s et r a n s m i s s i o nb e l o n g st om u l t i p b a s et r a n s m i s s i o n i tc a ne v i d e n t l yi m p r o v ep o w e r t r a n s m i s s i o nd e n s i t y , a n db ec o m p a t i b l ew i t ht h r e e - p h a s es y s t e m i ta l s oh a sf o l l o wa d v a n t a g e s ： l o w e rp h a s e t o p h a s ev o l t a g ea n di n t e r r u p t i n gc a p a b i l i t yo fb r e a k e r , l i g h tt o w e r , n a r r o wl i n e c o r r i d o r , a n dl e s sn o i s ee f f e c tt oe n v i r o n m e n t s oi ti sa ni d e a lt r a n s m i s s i o ns y s t e mf o ro u rc o u n t r y i nt h eh j i g hv o l t a g et r a n s m i s s i o ns y s t e m b u t ，s i x - p h a s et r a n s m i s s i o ns y s t e mh a s1 2 0k i n d so f f a u l t s ，a n dt h e r ea r en o ts p e c i a lp r o t e c t i o n sf o rt h es i x - p h a s et r a n s m i s s i o ns y s t e m ，s oi ti so fg r e a t i m p o r t a n c ea n dh a sl a r g ep r a c t i c a lv a l u ef o ru st os t u d yt h ep r o t e c t i o nf o rs i x - p h a s es y s t e m i np r i n c i p l e ，p h a s ed i f f e r e n t i a lp r o t e c t i o no n l yr e a c t sc u r r e n tp h a s ei nb o t hs i d e so fl i n e ，a n d i sn o ta f f e c t e db ya m p l i t u d eo ft h ee r a r e n ta n dp o w e rs w i n g ，a l s o ，i th a sg o o dc a p a b i l i t yo f a n t i r e s i s t a n c e i ti sr e l i a b l ea n dh a sas i m p l ec o n s t i t u t e s o ，i ti sw i d e l yu s e di nt h et h r e e - p h a s e t r a n s m i s s i o ns y s t e m t h r o u g ht h es t u d yo nt h ep h a s ed i f f e r e n t i a lp r o t e c t i o no ft h r e e p h a s e t r a n s m i s s i o ns y s t e m , a n dt h ec h a r a c t e r i s t i c so fs i x p h a s et r a n s m i s s i o n ，an e wp h a s ed i f f e r e n t i a l p r o t e c t i o nf o rs i x - p h a s et r a n s m i s s i o nl i n ei sp r o p o s e di nt h ep a p e r b e c a u s et h es a m ep o s i t i v e s e q u e n c ec u r r e n ta n dt h eo p p o s i t en e g a t i v es e q u e n c ec u r r e n ta r cn o te f f e c t e db yt h ec h a n g eo f s y s t e m t h eo p p o s i t ep o s i t i v es e q u e n c ec u r r e n ti sa d d e di n t ot h em e n t i o n e dc u r r e n t st oc o m p o s e o p e r a t ec u r r e n tf o rs i x p h a s et r a n s m i s s i o n , i tc a nr c s p o n s et oa l lk i n d so ff a u l t si nt h es i x - p h a s e t r a n s m i s s i o n ，t h es c h e m ea l s oa n a l y s e st h ep r i n c i p l eo fs e q u e n c ec u r r e n t s p r o p o r t i o n t h ep a p e rs e t su pas i m u l a t i o nm o d e lo f5 0 0 k vs y s t e mw i t l lp s c a d e m t d ct os i m u l a t e t h en e wp r o t e c t i o nt h a tp r o p o s e d t h es i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h en e wp r o t e c t i o nc a nc o r r e c t l y r e s p o i l s et oa l lf a u l t s a n dl e s sa f f e c t e db yt h el o a dc u r r e n ta n df a u l tr e s i s t a n c e k e yw o r d s ：s i x - p h a s et r a n s m i s s i o n ；s i x s e q u e n c ea n a l y z i n gm e t h o d ；p h a s ed i f f e r e n t i a l p r o t e c t i o n ；o p e r a t i n gc u r r e n t 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得鑫盗盘堂或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：锄、易签字日期：矶叩年月年 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解苤鲞盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权鑫盗盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：割易墨 导师签名： 签字日期：劲哆年月争日 蝴期：7 年参月尹日 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 六相输电是多相输电的一种，多相输电的概念最早是由美国学者b a r t h o l d 和b a i 淝s 在1 9 7 2 年的国际大电网会议上提出的，即采用多于3 相( 如6 相和1 2 相) 的线路进行功率传输，以提高功率传输密度。1 9 9 2 年，美国纽约电力和天然气公 司( n y s e g ) 将g o u d e y 到o a k d a l e 之间的一条2 4k m - 长：的双回线路改造成了六相输 电线。并且已经投入商业运行。这标志着多相输电技术已经从理论研究向实际应 用迈出了重要的一步。在纽约电力煤气公司为期两年的研究中，初步数据认为， 对2 5 。3 5 英里( 4 0 5 6 公里) 以上的多相线路而言，其额外增加的费用，如增加变压 器( 三相线路与六相线路相比，后者要比前者在线路两端各多一台变压器) 、线路 保护和其它必须的特殊设备，可由减少的运行费、建设费及土地费来抵偿，因此 可见，六相输电具有很强的实际应用价值。 同传统的同杆并架双回线路相比，由于六相输电线路的相邻相之间的相角差 为6 0 。，使得六相输电线路的相邻线间电压与相对地电压相等。相间电压的减小 使得输电线路对相间的绝缘要求降低，从而使得相间间隔距离减少，线路变得紧 凑。在线路电压降和稳定储备相同的情况下，六相输电线路能够输送更多的功率。 六相输电线路可以采用轻巧的杆塔，较窄的线路走廊，可以直接利用三相线路标 准的绝缘子和线路金具。同时，其易与三相输电线路协调、兼容运行，对高压断 路器触头断流容量的要求较低，断路器易于灭弧。在纽约电力煤气公司为期两年 的研究中，初步数据认为，对2 5 - - 3 5 英里( 4 0 - - - 5 6 公里) 以上的多相线路而言，其 额外增加的费用，如增加变压器( 三相线路与六相线路相比，后者要比前者在线 路两端各多一台变压器) 、线路保护和其它必须的特殊设备，可由减少的运行费、 建设费及土地费来抵偿。 目前，我国用于发电的一次能源中，水电约占2 0 5 ，火电约占7 0 5 ，核电和 其它可再生能源在总能源中的比例不到1 0 ，我国能源产地和需求的极不平衡， 煤炭资源主要集中在西北地区，我国水利资源主要集中在西南，而大量的能源用 户集中在东部沿海地区。因此研究远距离、大容量且具有很高的走廊利用率的输 电技术是一项十分重要和相对紧迫的任务。要节约线路走廊、提高单位线路走廊 宽度下的输电容量，将六相输电应用于特高压电网上是一种较理想的解决方案。 由于六相输电系统相对于传统的高压输电线路和同杆并架双回线输电线路有明 第一章绪论 显的优势，将六相输电应用于特高压电网上是一种较理想的解决方案。 1 2 高压输电线路的保护研究现状【1 - 1 6 , 4 4 删 六相输电线路的故障要比三相输电线路复杂得多，三相输电线的故障类型只 有1 1 种，而六相系统的短路故障类型达到1 2 0 种，而且目前还没有专用于六相 输电系统的保护，研究六相输电系统的继电保护具有理论意义和实用价值。 传统高压输电线路的主保护主要有：纵联方向保护；纵联距离保护：分相纵 联电流差动保护；纵联相位差动保护等。1 纵联方向保护，它的基本原理就是利 用传输通道比较线路两端的功率方向。规定功率由母线流向线路的方向为正。在 正常工作时和外部故障时，由于两侧功率方向一个为正一个为负，测得功率方向 为负的一侧将发出闭锁信号，因此它将发出闭锁信号使两侧的保护均闭锁使继电 器不动作。在内部发生故障时，两侧测得功率方向均为正，两侧都不发闭锁信号 因此断路器将跳闸。该保护多采用负序功率方向作为方向元件的动作判据。2 高 频闭锁距离保护，简要的说就是在线路中间的6 0 - 7 0 长度由距离保护瞬时切 除，剩余的3 0 4 0 的范围由距离保护与高频通道相结合来实现它的瞬时切 除。3 纵联分相电流差动保护，它的基本原理就是利用微波或光纤通道比较线 路两端三相电流和中线上的零序电流的幅值和相位，从原理上说它是最为理想的 保护，但是当线路增长、电压等级变高时，由于分布电容电流的影响，保护可能 出现误动或拒动的情况，并且对传输通道的要求比较高。4 纵联相位差动保护原 理上只反应故障时线路两侧电流的相位，与故障电流的幅值基本无关，并且不受 电力系统振荡的影响，能够允许较大的过渡电阻，由于只采用电流量进行比较， 所以它的组成简单、工作可靠，传统的相差保护采用复合电流+ k 厶作为操作 电流，对传输通道的要求比分相电流差动保护低得多。 由于六相输电系统的故障类型远比三相系统多，并且有自己的特点，因此不 能直接将传统的相差保护应用到六相输电系统中，需要根据六相输电系统的特点 研究新的相差判据。在现有的n y s e g 的g o u d e y 变电站到o a k d a l e 变电站之间 的六相输电线路的继电保护借助了传统三相线路的保护原理，将同样的两个保护 装置并联分别保护六相输电系统的a c e 相和b d f 相。六相输电线路的保护系统 有两套主保护，分别是分相电流差动保护和方向比较式纵联保护。分相电流差动 保护由两个三相电流差动保护组成，两端的保护通过专用光纤通道交互信息。第 二套主保护是方向比较式纵联保护，根据故障在保护安装处引起的电压突变量 ( a u ) 和电流突变量( a ) 来判断故障的方向，通信通道为专用的光纤通道。 该方向保护具有选相功能，能够根据选相结果实现单相跳闸或三相跳闸。六相输 2 第一章绪论 电线路采用距离保护作为后备保护，距离保护不需要通道交互两端的信息，属于 无通道保护，该保护还具有零序方向过流保护的功能。两个变电站之间的通信光 纤由两根1 4 芯多模光纤组成。 虽然现有的六相输电线路的继电保护方案简单，但完全忽略了六相输电系统 的特殊性，并且目前没有专用于六相输电系统的纵联相差保护，参考文献 3 】给 出了一种相差保护的操作量，但是在六相故障时需要进行操作量的切换，因此本 文根据六相输电系统的特点研究新的相差判据。 1 3 论文的主要工作和章节安排 本文利用六序分量法将六相输电系统的电气量分解成六序量，分析故障时的 序分量特点，研究并提出一种六相输电线路的新原理相差保护。 围绕该目的，本文做了以下工作：首先将同正、同负、同零序和反正、反负、 反零序的六序分量法用于六相输电系统的故障分析中，将六相系统变换成了六序 网络，根据各种故障的边界条件求出了故障点的各序分量；找出了六相系统侧发 生各种故障时的序分量特征；根据序分量的特征以及序分量之间的相量关系提出 了针对六相输电线路相差保护的新判据；利用p s c a d e m d c 搭建了六相系统 的仿真模型，对改新判据进行了仿真研究。 本文的具体章节安排如下： 第一章绪论 第二章输电线路纵联相差保护的原理介绍 第三章六相输电系统的故障分析 第四章六相输电线路的纵联相差保护新判据的研究 第五章仿真研究及结果分析 第六章结论 第二章输电线路纵联相差保护的原理介绍 第二章输电线路纵联相差动保护的原理介绍 2 1 纵联相差保护的基本原理 纵联相差保护的基本原理就是比较输电线路两侧电流的相位，以判断是线路 内部故障还是外部故障。在理想情况下，线路内部故障时两侧电流的相位相同， 两侧的电流相位差为0 。；当线路外侧故障时两侧电流相位相反，相位差为1 8 0 。 m n 乌e 1 + 垃 厶 图2 - l 三相系统故障不恿图 取母线流向线路为电流的正向，如图2 1 所示。当线路内部发生故障时，由 于两侧的短路电流均为正向，两侧的电流相位差不大，电流相位差在0 。附近，保 护可以动作切除故障。当在线路外侧故障时，两侧的短路电流一正一负，电流相 位在1 8 0 。附近，此时保护不动作。由于该保护主要利用电流量，因此构成的结构 简单，工作可靠性比较高，且不受系统振荡的影响。 为了保证外部故障的选择性，相差高频保护通过闭锁角的整定来克服区外故 障时的误动作，保护闭锁角纯的整定公式如下： ， 2 既+ + 8 l + 纯2 7 0 + 1 5 、志6 、仍( 2 - - 1 ) 式中： 屯一电流互感器的误差角。负载按l o 误差曲线选择时，最大误差角为7 。； 8 p o 一保护装置的误差角。保护装置本身的误差角，按最不利情况考虑取1 5 。； 抗一高频信号经输电线路传送时，由于时间延时引起的误差角，每1 0 0 k m 的延 时等于工频电角度6 。； 纯一裕度角，取为1 5 。 4 第二章输电线路纵联相差保护的原理介绍 实际的纵联相差保护比较的是两端操作电流的相位，当线路两侧操作电流的 相角差妒满足如下方程式时，保护装置动作。 - ( 1 8 0 。一统) g p ( 1 8 0 。一仡) ( 2 2 ) 相角差在此范围之外时保护不动作。动作角和闭锁角统所决定的动作特 性如图2 2 所示。 图2 2 相位比较的闭锁角 根据以上分析，以区外三相短路为例，在最不利的情况f ，对位于电势相位 超前的一端( 例如m 端) ，两侧电流的相位差可达1 2 2 + 孟6 。当线路长度增加 时，闭锁角的整定值必然加大，动作角优。必然减少；而另一方面，当保护范围内 部故障时，m 端两侧电流的相位差也会随线路长度而增大，因此，当输电线 路的长度超过一定距离后就可能出现 纯，的情况，此时m 侧的保护将不能动 作。为了解决这个问题，在纵联高频相差保护中采用当n 侧保护动作跳闸的同时， 停发高频闭锁信号的方式来使m 侧的保护也立即跳闸。这种动作情况称为“相继 动作”。 2 2 传统相差保护的操作电流6 , 7 , 4 4 , 4 5 】 1 以正序电流为操作电流。各种短路都存在正序电流，因而比较被保 护线路两端的正序电流的相位可以反应各种故障。但是当发生三相短路故障 时，正序电流的相位差受负荷电流的影响；当发生其它故障时，受系统到故障处 电压差的影响，即此时受过渡电阻的影响比较大，很可能导致保护拒动。 第二章输电线路纵联相差保护的原理介绍 2 利用负序电流厶和相电流l 切换作为操作电流。负序电流不受两侧电势 相位差的影响，若忽略两侧系统阻抗角的差别，在内部故障时负序电流厶的相 角差为0 。，并且负序电流可以反应所有的不对称故障，当发生三相短路时，通过 切换比较l 的相角差可以正确的三相短路故障。 3 以复合电流+ k 厶为操作电流。当k 值足够大时，接地故障时起主要作 用的是k 厶，而三相短路故障和两相短路故障时其主要作用。此方案的不足在 于：( 1 ) 内部两相短路时两侧的厶相角差比较大；( 2 ) 当处于两侧电势相位相等、 系统阻抗角相等、正序和零序的电流相角差均为0 的情况下发生非a 相接地故 障时，正序和零序电流分配系数不等，其幅值可能差别很大。此时，两侧复合电 流i 。+ k i o 的相角不等，若两侧电势的相位和阻抗的相角不等，则复合电流的相 差可能更大，从而导致保护拒动。 4 以复合电流厶+ k 厶为操作电流。该方案是目前三相输电线路的相差保护 广泛采用的方案，首先负序电流厶可以反应所有的不对称故障，且它的相位不 受两侧电势相位差的影响。其次一般的系统正序和负序的阻抗相等，的短路故 障量和厶在线路两侧的分配比例相同，不会出现，l + k 厶所出现的情况。若不计 负荷分量的影响，不论何种故障不对称内部短路故障两侧的+ k 厶相角差均为 零，而当内部两相经过渡电阻接地时操作电流的相角差也比较小。当发生三相故 障时，只存在正序电流厶，此时受两侧系统送电角度差的影响，但是由于送电角 度最大在7 0 。左右，考虑到线路长度，分布式电容电流以及互感器的误差等影响 仍在动作区内，保护可以正确动作。 复合电流厶+ k 厶中k 值的选择应防止k 厶和相互抵消，并且使k 厶在非 对称故障时起决定性作用。因此，应保证在各种故障情况下k 1 5 1 i , 丘i ，这样 在非对称故障时k 厶起决定性作用，反应所有的非对称故障；三相对称故障时由 6 第二章输电线路纵联相差保护的原理介绍 于不存在负序电流厶，此时k 厶为零不起作用，只有起作用。这样复合电流 + k 厶就可以正确的反应所有类型的故障。 通过对上述各种方案的比较，可知对于第一种以正序电流为操作电流的方 案，它受负荷电流和过渡电阻的影响较大，在实际应用中必然不可行；利用负序 电流厶和相电流，。切换作为操作电流的方案，负序电流不能反应所有的故障， 而只能通过与相电流，。的切换来反应三相故障，必然使保护的动作时间加长； 以复合电流+ k 厶为操作电流的方案，缺陷在于两相故障时操作电流只有，。起 作用，受两侧系统送电角的影响很大，并且由于和厶在线路两侧的分配比例不 同，造成线路两侧操作电流的相位不等；第四个方案，即以，+ k 厶作为操作电 流的方案可以很好的避免其它方案的缺陷，并且合适选择k 值可以降低负荷电流 的影响，理论上它可以正确的反应各种故障。 2 3 本章小结 纵联相差保护比较输电线路两侧电流的相位，以判断是线路内部故障还是外 部故障。该保护具有构成简单、工作可靠性高，系统振荡时不会误动作等特点， 是高压和超高压输电线路重要的一种主保护，本章讨论分析了相差保护中各种操 作电流的优劣，并着重分析了操作电流+ k 厶中的k 的取值问题，为以后研究 分析六相输电线路的相差保护的操作电流选取奠定了基础。 第三章六相输电系统的故障分析 第三章六相输电系统的故障分析 3 1 六序分量法在六相输电系统中的应用 7 , 1 0 , 4 4 , 4 6 】 在同杆双回线的条件下，设线路满足对称条件，即假定每回线的相间互阻抗 相等，均为z 吖；两回线之间的相间互阻抗也相等，均为z 厶。这时，可以将六 相电压和电流化为六序对称电压和电流构成的线性叠加形式，如图3 1 所示的同 杆双回线写出的矩阵为： ，砌m 毛zm 17 - f 枷c i cj m 卜，砌i l a - 衄l i b z m z m 17 i 眦f ci i cf m 觑 u 眠i b u 憾l c i i a u 慨i l b i i c 上式可写为 图3 1同杆并架双回线 z sz mz m z mz sz m z m z mz s z t mz kz t m z t mz l mz l m z ，mz kz t m z t mz mz t m z i mz i mz k z t mz i mz m z sz m z m z m z sz m z mz mz s u 。= 刀。 ( 3 - 1 ) ( 3 2 ) 同杆双回线的特点在于：不但相间存在互感，而且两个三相系统之间也有互 感。因此，式( 3 1 ) 是满阵，求解困难。六序分量变换的实质就是消去互感， 为此，必须将矩阵z 经相似变换化为对角阵。首先，消去两个三相系统间存在 的互感，然后用对称分量变换消去每一个三相系统相间的互感。 从两个存在互感的三相系统出发，可以把两系统中的电流可以分为两部分： 埘 扭 形 删 肋 脱钿kkkk 第三章六相输电系统的故障分析 同向量( 穿越量) 和反向量( 环流量) 。由于同向量电流在反向量回路中产生的感 应电势互相抵消，反向量电流在同向量的回路的感应电势也相抵消，因此同、反 向量回路之间没有互感。将两回线中的各向量分解为同向量( 以t 表示) 和反向量 ( 以f 表示) 的变换矩阵为p ： 将上式代入式( 3 2 ) 得 将( 3 3 ) 式展开得 剐 。船 彤 p = ： 1o o1oo ol0o1o o o1 o o l 1o 01oo o1oo一1o o o1oo一1 p 一：1 p 2 u 。= p u 。n 丌 i 。= p i 栅 【7 。腰= p 一删。盯 z m + z mz m + z 0 z s + z kz m + z t m 0 z m + z i mz s + z m o z s z l m z m z 0 z m z i 可以将( 3 4 ) 式写为同、反向量两部分 u 。r = z r ，脚7 i u 椰= z ，i m ，i 尸j z m z f m z s z ，m z m z k ( 3 - 4 ) ( 3 3 ) ( 3 5 ) z 7 为( 3 4 ) 式左上角阵，z ，为右下角阵。可以看出，z7 、z f 分别满足对 称条件。 为分别消除z r 、z f 矩阵中的耦合阻抗，再对同、反向量进行1 、2 、0 序的 9 以 一 片 一 以 院kkkkkk 乙乙乙乙乙磊 乙乙乙磊乙乙 = 以 m 陀 第三章六相输电系统的故障分析 对称变换。可得到上述同序量和反序量电压矩阵c 7 。”【7 时及电流矩阵”j 删f 的1 、2 、0 序分量表达式为： 7 o “棚 7 2 r 7 = r 刚乙。 把( 3 - 6 ) 式和( 3 - 7 ) 式合写为一式得 栅 u m r l u m 打7 2 u m n f o u m 矿1 【，历胪2 ，1 1 r a n t o i l o m n t li ( 3 - 6 ) ，l 朋i ，1 7 2 1 r 乙，。 lik 。 i l ，r 2 _ j l 1 r a n f 2 z f o z ，l z ，2 ，舢7 o l 棚 ，肌 7 _ 2 i 骶f q i 时、 ，用n ，2 ( 3 7 ) ( 3 - 8 ) 由以上分析可见，同、反量变换用到的矩阵p 和对称分量变换矩阵合在一起 就得到了六序变换矩阵m ： m = 其中，a = e s 2 州3 。用m 乘以( 3 8 ) 式两端得到 式中 驴二卵= z 卵，：，l ，l 卵 z 仃- m 一1 z m 矽幺弦= m 1 d 彻i n 伊= m q ，删i n 1 0 1口矿。叫o1口矿口矿，扩口。o叫l矿口，矿口 1 l 1 一 一 一 第三章六相输电系统的故障分析 由此便在六维空间找到了一个六序分量，它们是t 1 、t 2 、t o 、f l 、f 2 和f 0 。 六序分量不仅对于其中一回线的三相对称，更进一步对整个双回线线路的六相都 是对称的。六序分量之间无互感存在，同时，仅正序同序网为有源网络。假设流 向短路点的各序电流为正方向，各序网k 对地的入端阻抗z k t f ，于是有 即 内 力 u k n u k v o u k r 2 0 吹 0 0 0 o z r o z n z t 2 z r o z 矗 【厂t 盯= u t z t 陌，女盯 z f 2 i 啪 厶刀 ik r 2 i 阑 i 吼 i k v 2 ( 3 - 9 ) 式( 3 9 ) 中矾为故障点正常时的电压，各序入端阻抗可在各序网中求出。 六相输电系统相对于同杆双回线而言，仅仅是在线路两端加上了四个变压 器，整个系统可以看成a 、b 、c 和一a 、一b 、c 两个对成的三相系统，它们仍是 对称的，并且由于线路排列为正六边形，因此两个三相系统间的线间互感和三相 系统内的相间互感相等。所以，相间互感和线间互感依然对称，并且相间互感和 线间互感相等，不影响六序分量变换法的序分量推导过程，亦即六序分量法同样 适用于六相输电系统。 典型的六相输电系统如图3 2 所示，由四台变压器和六相输电线路构成。通 过2 台变压器将并行的三相线路变成六相系统，在另一端再通过两台变压器将六 相系统转变成三相系统。四台变压器的接线方式分别是：d ，y l l 、y ，d l 、d ，y l 、 y d l l 。六相输电线路的六相分别为a ，c ，e ，b ，d 和f ，一般排列成正六边形。相 邻两相( 例如a 和b ，e 和f 等) 之间的相角差为6 0 。它可以分解为( a c ，e 和 b ，d ，f ) 两个三相系统的组合，各系统中三相之间互差1 2 0 。 囝p 等7 挖 d , y l 。一 y d 1 1 囝p ，& 阱丢挖面 p l 和p 2 为保护安装处 第三章六相输电系统的故障分析 a 六相输电接线图b 六相输电线路正常运行时的电压向量图 图3 - 2 典型的六相输电系统 设六相系统中的g 点发生故障，可以利用六序分量法将此时的六相系统变换 为六个独立的序分量系统。每一个系统中的各相均对称，故障点处的各相序分量 的相量图如图3 3 所示，这里的相量图不反应序与序之间的关系，只反应每一序 中各相之间的关系。 a c e a c e 图3 3 故障点处各序电流向量图 为了画出六序网络，下面分析六相系统的变压器外侧即三相系统侧六序分量 的情况。可以将各序的六相系统看成是两个独立的三相系统a c e 与d f b ，这样 就可以利用三相系统序分量经变压器的变换知识对六相系统各序分量进行分析。 1 2 第三章六相输电系统的故障分析 图3 _ 4 变压器外侧各序电流向量图 由于变压器外侧绕组采用三角接法，零序电流被隔离，只剩下同、反相量的 正序和负序。对于d ，y l l 接线的变压器，d 侧正序电流滞后于y 侧3 0 0 ，d 侧 负序电流超前y 侧3 0 。；对于d ，y 1 变压器，d 侧正序电流超前于y 侧3 0 。，d 侧负序电流滞后y 侧3 0 。由此画出的变压器外侧各序相量图如图3 - 4 所示。 各序的a 相与b 相、c 相与d 相、e 相与f 相分别叠加流入三相线路的a b c 相中。因此，同序电流( t 1 和t 2 ) 流不到三相系统中，而三相系统侧的反序电 流( f 1 和f 2 ) 是六相系统侧的两倍。因而在同正序t 1 和同负序t 2 网络中，不 包括系统阻抗；在反正序f 1 和反负序f 2 网络中系统阻抗是实际阻抗的两倍。 由此画出的六相输电系统的六序网络如图3 5 所示。 mz 肌t z l 肌 z 1 拧z 拧t n 广1 卜lr _ f ! _ _ 广 k l m lv a l 千。 士工占 ( a ) 互、五网 mz 衍 z 1 m z 1 nz 心n 2 z l s m ，护 f m f k f l 2 2 1 s ，l = s 玎 喜 喜 c o ) f , 、五网 第三章六相输电系统的故障分析 - ：t - ( e ) t o n 聊 z o ( ；z m mz o ，童z n m 聆 ：1 l k o 十d 肛o 古 古 ( d ) r 网 六序故障分量序网 在故障分析时，采用这六个序网和边界条件形成复合序网就可以进行计算。 将这六个等效网络用边界条件组合起来，就可以得到各故障的复合序网。本文分 析以接地故障的情况为例进行分析，对不接地故障，只要在与其相应的不接地故 障的复合序网中把同零序部分拿掉就可以进行分析了。 3 2 六相输电系统的故障分类 六相输电线路的故障类型多达1 2 0 种，根据各种故障的边界条件，可以将边 界条件相似的故障归为一类，如c e g 和a e g ，它们的边界条件在形式上一致的， 只是基准相选取时不同，若变换基准相，它们的边界条件可以转化为同一种形式。 在以后的分析中，每一类只要先分析出其中的一种故障，即可以将方法适用至该 类的其他种故障，简化了分析的过程。 六相输电系统相对于同杆双回线而言，由于仅仅是在线路两端加上了四个变 压器，整个系统仍是对称的，并且相间互感和线间互感相等，所以可以把六相输 电系统看作是分别由a c e 和d f b 两个三相系统组成的六相输电系统并且取相角 差为1 8 0 。的相为对应相，即a 和d 、c 和f 、e 和b 分别为对应相。因此参考 同杆并架双回线系统的故障分类，六相输电系统的故障分类如下： 1 4 第三章六相输电系统的故障分析 六相输电故障分类 接地 非对应相跨线 两相跨线( 如c b g ) l 第一类( 对称) 跨线( 如a f b g ) 三相跨线 第二类( 超前) 跨线( 如c e f g ) i 第三类( 滞后) 跨线( 如c e b g ) 四相跨线岳鬻翥竺器l 二一烤线( 则a o e u u ) 五相跨线( 如a c e d f g ) i两相跨线( 如a d g ) 对应相跨线 四相跨线( 如a c d f g ) l 六相跨线( 如a c e d f b g ) 单回线故障 鞴， 不接地( 除无单回线的单相故障外，其它类型同上) 3 3 六相输电系统故障特征 六相输电系统可以通过六序分量法转化成为同正、负、零序量和反正、负、 零序网络进行分析。六序分量网络的特点是：六相系统侧的反正、负序电流可以 流到三相输电线路中，且两回线路电流相互叠加。因此，在反正、负序网络中， 系统各阻抗为实际阻抗的2 倍。而同正、负序电流流不到三相输电系统中，因此 在反正、负序网络中不包括系统阻抗。零序网络不包含变压器外侧的元件。 对各种故障的六序复合序网进行分析，可以得到故障时的序分量关系，发生 各类故障时的故障特征汇总如下【拍】： 表3 - 1 接地故障时，故障点各序电流问的关系 第三章六相输电系统的故障分析 故障 lf 鹕i i f 2鹕i f 0鹕每 嘲石f 2 类型 a r g r l a g 0 。1 8 0 。0 。1 8 0 。0 。 1 8 0 。 0 。1 2 0 。一1 2 0 。o 。一1 2 0 1 2 0 。 c e g o 。1 8 0 。0 。1 8 0 。0 。1 8 0 。1 8 0 o 一6 0 。6 0 。1 8 0 。6 0 。一6 0 。 a c e g o 。1 8 0 。 c b g 9 0 o 一9 0 。9 0 。 - 9 0 。一9 0 。 9 0 。1 8 0 。一6 0 。6 0 。1 8 0 。6 0 。一6 0 。 a d g 0 。1 2 0 。一1 2 0 。0 。一1 2 0 。1 2 0 。 - 3 0 。- _ 6 0 。9 0 。- 1 5 0 。一3 0 。1 5 0 。3 0 。 c e f g 1 5 0 。1 2 0 。一9 0 。9 0 。9 0 。 3 0 。6 0 。9 0 。1 5 0 。- 9 0 。之一1 5 0 。智9 0 。 c e b g 一1 5 0 。岛一1 2 0 09 0 。3 0 。一3 0 。 a f b g 1 8 0 。0 。1 8 0 。0 。0 。1 8 0 。0 。1 2 0 。一1 2 0 。1 8 0 。6 0 。一6 0 。 a c e d g o 。1 8 0 。1 8 0 。0 。1 8 0 。0 。0 。1 2 0 。一1 2 0 。 0 。一1 2 0 。1 2 0 。 a c f b g 9 0 。一9 0 。9 0 。- 9 0 。一9 0 。9 0 。- 1 2 0 。0 。1 2 0 。 1 2 0 。0 。 一1 2 0 0 c e f b g 1 8 0 。一6 0 。6 0 。1 8 0 06 0 。一6 0 。 a c e f b g 0 。1 8 0 。1 8 0 。0 01 8 0 。o 。1 8 0 0一6 0 。6 0 。1 8 0 。6 0 。一6 0 。 a c e b d f g 表3 2不接地故障时，故障点各序电流之间的关系 故障类 if a r g 每鹕百 f o鹕石i f 2 型 a r g r l c e 0 。1 8 0 6o 。1 8 0 61 8 0 。- 6 0 。6 0 。1 8 0 。6 0 。一6 0 。 a c e 0 。1 8 0 。 c b 9 0 。一9 0 o 9 0 0 一9 0 。1 8 0 。- 6 0 。6 0 。1 8 0 。6 0 。- 6 0 。 a d 0 。1 2 0 。- 1 2 0 。0 。一1 2 0 。1 2 0 。 c e f - 3 0 0 1 5 0 。- 6 0 。1 2 0 。一1 5 0 。搿- 3 0 。搿9 0 。1 5 0 。3 0 。- 9 0 。 c e b 3 0 。- 1 5 0 。6 0 。一1 2 0 。留1 5 0 。- 9 0 。3 0 。一1 5 0 。9 0 。- 3 0 。 a f b 1 8 0 。o 。1 8 0 。o 。0 。1 2 0 。- 1 2 0 。1 8 0 。6 0 。- 6 0 。 a c e d 0 。1 8 0 。1 8 0 。0 。0 。1 2 0 。一1 2 0 。0 。一1 2 0 01 2 0 。 a c f b 9 0 6- 9 0 。9 0 。- 9 0 。一1 2 0 。0 。1 2 0 。1 2 0 。0 。一1 2 0 。 c e f b 1 8 0 。一6 0 。6 0 。1 8 0 。 6 0 。一6 0 。 a c e f b 0 。1 8 0 。1 8 0 。0 。1 8 0 。一6 0 。6 0 。1 8 0 。6 0 。一6 0 。 a c e b d f 表3 - 3 上相系统侧故障时，变压黝r 侧嘴每值比较 第三章六相输电系统的故障分析 a g 6 0 。一6 0 。一6 0 。1 8 0 。1 8 0 。6 0 。 c e g 1 2 0 。1 2 0 。1 2 0 。0 。0 。1 2 0 。 c b g 一1 2 0 。1 2 0 。1 2 0 。0 。0 。一1 2 0 。 a d g 6 0 。一6 0 。一6 0 。一1 8 0 。1 8 0 。6 0 。 c e f g 一1 5 0 。9 0 。9 0 。- 3 0 。1 5 0 。3 0 。 c e b g - 9 0 。1 5 0 。1 5 0 。3 0 。3 0 。- 9 0 。 a f b g 一1 2 0 。1 2 0 。1 2 0 。0 。0 。一1 2 0 。 a c e d g 6 0 。一6 0 。一6 0 。1 8 0 。1 8 0 。6 0 。 a c f b g 1 8 0 。6 0 。6 0 。一6 0 。一6 0 。1 8 0 。 c e f b g 一1 2 0 。1 2 0 。1 2 0 。0 。0 。- 1 2 0 。 a c e f b g 一1 2 0 。1 2 0 。1 2 0 。0 。0 。一1 2 0 。 说明：以上讨论的相位关系是以三种形式给出的。第一种是表3 1 中的第2 、 3 、4 列和表3 2 中的第2 、3 列，代表着每两个序量在前三相( a c e ) 中和在后 三相( b d f ) 中彼此之间的相位关系；第二种是是表3 1 中的第5 、6 列和表3 2 中的第3 、4 列，代表着每两个序量的a d ，c f ，e b 之间的相位关系。记作 ( a d ) ( c f ) ( e b ) ，表3 3 由各相单独列出即( a ce b d f ) 。 3 4 本章小结 六序分量法物理概念明确，同序量代表穿越量，反序量代表环流量，对故障 特征的分析和结果的分析十分有利。六序分量法经过一次变换就可将相互关联的 六相量变换为各序分量，计算过程迅速、简介。本章对六序分量法做了较详细的 介绍，并且给出了六序分量的序网图，通过序网图和各种故障时的边界条件可以 详细地分析六相输电系统故障时各个序分量的特点。 第四章六相输电线路的纵联相差保护新判据的研究 第四章六相输电线路的纵联相差保护新判据的研究 本章利用六相输电线路故障时的序分量特征以及它们相互之间的相量关系， 研究六相输电线路相差保护的新判据。 4 1 六相输电线路纵联相差保护操作电流的选取 当发生单回线三相故障a c e g 或d f b g 故障时，以a c e g 故障为例，其边 界条件如下： i b = i d = if = q 【吼= 吼= 晚= o 化成序边界条件： 由厶= o 得：j ，o + j r l + j r 2 一j ；o j ，l j ，2 = o ( 4 1 ) 由j ，一j 口= 0 得：j r l j ，l j r 2 + j f 2 = 0 ( 4 2 ) 由j ，+ j 口= 0 得：2 i r o 一2 i ，o l r l + j ，l j r 2 + j ，2 = 0 ( 4 3 ) 由0 一+ 矽c + d = o 得：0 加+ 汐f o = 0 ( 4 - 4 ) 由0 c 一0 五= 0 得：0 r l + 【7 ，l 一0 n 一0 ，2 = 0( 4 5 ) 由矽彳= o 得：0 加+ 汐，o + 矽九+ 矿，l + 汐咒+ 矽f 2 = o ( 4 6 ) 式( 4 6 ) 减式( 4 4 ) 减式( 4 5 ) 得矽r 2 + 矽f 2 = 0 ，即：j r 2 + ，f 2 = 0 ( 4 7 ) 2 倍式( 4 一1 ) 减去式( 4 3 ) 得： j r l 一0 l + j r 2 一j ，2 = o ( 4 8 ) 式( 4 - 2 ) 与式( 4 8 ) 联立得：矗l - i ，1 0 ( 4 9 ) j r 2 - i f 2 = 0( 4 1 0 ) 式( 4 7 ) 与式( 4 - 1 0 ) 联立得：j r 2 = j ，2 = 0 将式( 4 8 ) 、式( 4 - 1 0 ) 代入式( 1 ) 得：j r o j ，o = 0 ( 4 - 1 1 ) 由式( 4 - 4 ) n - - t j e l l z r o j 7 o + z f o j f o = 0 ，即：m i r o + j 尸o = 0 ( 4 1 2 ) 1 8 第四章六相输电线路的纵联相差保护新判据的研究 式( 4 11 ) 、( 4 - 1 2 ) 联立得：j r o = ? ，o o 即：i r l = i p l ，j r o = j 尸o = 0 ，j r 2 = ，2 = o 可见当发生单回线内的三相故障时，故障电流只存在，r - 和，- ，且i t l = i v l ( ，- 表示反正