高壓直流輸電線路繼電保護技術研究

郭偉紅++張磊++王萌++馬曉東

摘 要：在電網(wǎng)技術水平的發(fā)展下，高壓直流輸電線路也在我國得到了廣泛的使用，高壓直流輸電線路有著聯(lián)網(wǎng)方便、線路走廊窄、功率易于調(diào)節(jié)、輸送容量大的優(yōu)勢，有著良好的應用前景，截止到目前為止，我國高壓直流輸電工程比例已經(jīng)超過了交流輸電工程比例，成為了名副其實的高壓直流輸電大國。為了保證高壓直流輸電線路運行的安全性與穩(wěn)定性，我們必須要對輸電線路進行繼電保護。

關鍵詞：高壓直流輸電線路 繼電保護技術 安全性

中圖分類號：TM73 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）09（a）-0026-01

1 高壓直流輸電線路繼電保護的影響因素

1.1 電容電流

高壓直流輸電線路電容大、波阻抗小以及自然功率小的特征，這就給差動保護整定帶來較大的影響，為了保障高壓直流輸電線路運行的安全性與穩(wěn)定性，必須要對電容電流采取科學合理的補償措施。此外，在分布電容因素的影響下，一旦高壓直流輸電線路運行出現(xiàn)故障，故障距離與繼電器測量阻抗之間的線性關系就會發(fā)生改變，成為雙曲正切函數(shù)，此時，就不能使用傳統(tǒng)繼電保護措施。

1.2 過電壓

高壓直流輸電線路在出現(xiàn)故障之后，電弧熄滅時間會延長，情況嚴重時甚至會發(fā)生不消弧的情況，在電路電容因素的影響下，兩端開關不會在同一時間斷開，此時，行波來回折反射就會嚴重影響整個系統(tǒng)的運行。

1.3 電磁暫態(tài)過程

高壓直流輸電線路長，在操作與發(fā)生故障時高頻分量幅值較大，這就給高頻分量的濾除工作帶來較大的困難，這不僅會導致電氣測量結果發(fā)生偏差，此時，半波算法在高頻分量的影響下準確性難以保障，此時，電流互感器也會發(fā)生飽和現(xiàn)象。

2 高壓直流輸電線路繼電保護設計原則與注意事項分析

2.1 輸電線路的主保護

影響輸電線路主保護的因素是多種多樣的，必須要根據(jù)高壓直流電路的實際情況進行選擇，在設計時，需要使用兩臺不同原理的裝置，第一套保護裝置可以使用分相電流差動縱聯(lián)保護裝置；第二套保護裝置可以使用相電壓補償縱向保護裝置，兩套裝置分別來使用不同的通道。

2.2 輸電線路的后備保護

輸電線路后背保護是主保護的重要補充，在進行設計時，需要控制好線路兩端切除故障差，配置好完整的接地距離保護與相間距離設備，距離保護特征不應該局限在四邊形、圓形與橢圓形幾種，可以將微機保護充分的利用起來，從根本上提升系統(tǒng)運行的安全性。

2.3 并聯(lián)電抗器保護

高壓直流輸電線路中并聯(lián)電抗器出現(xiàn)故障后，線路會發(fā)出相應的命令，啟動自動保護裝置，此時，并聯(lián)電抗器就可以充分的發(fā)揮出其作用，若故障超過了高壓直流輸電線路允許的標準，則需要及時的將兩側斷路器斷開。

2.4 自動重合閘

高壓直流輸電線路常用的自動重合閘有三相重合閘、單相重合閘與快速重合閘集中模式，具體選擇哪一種模式，還需要根據(jù)具體的過電壓水平進行分析，為了防止過電壓操作情況的發(fā)生，在非全相情況下過電壓倍數(shù)在允許標準范圍時，可以使用單相重合閘，若超過標準范圍，就需要使用三相重合閘。在進行設置時，需要充分的考慮到線路兩端的時間間隔與重合順序，將其控制在標準范圍內(nèi)。

3 高壓直流輸電線路常用的繼電保護技術

3.1 行波暫態(tài)量保護

如果高壓直流輸電線路出現(xiàn)故障，會出現(xiàn)反行波，要保障系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，就需要做好行波保護工作，這也是高壓直流輸電線路的主保護措施。

就現(xiàn)階段來看，常用的行波保護措施由SIEMENS方案與ABB方案。其中，SIEMENS是基于電壓積分原理的一種保護措施，起保護啟動時間為16～20 s，與ABB方案相比，該種的保護速度相對較慢，但是，抗干擾能力則優(yōu)于ABB保護方案；ABB行波保護的檢測原理是極波與地模波，能夠檢測到圖變量為10 ms之內(nèi)的反行波突變量，在必要的情況下，也可以使用用電壓、微分啟動與電流圖變量幾種方式來識別。

以上兩種行波保護能力都較為有限，耐過渡電阻能力不理想，此外，還存在著缺乏整定依據(jù)、理論體系不嚴密等缺陷。為了提升行波保護的效果，學界也提出了形態(tài)學梯度技術與數(shù)學形態(tài)學濾波技術，但是，無論是暫態(tài)量保護還是行波保護，都存在一些弊端，還需要進行深入的分析。

3.2 微分欠壓保護

微分欠壓保護是一種基于電壓幅值水平與電壓微分數(shù)值的保護措施，兼具主保護與后備保護的功能，在現(xiàn)階段下，SIEMENS方案與ABB方案檢測的對象都是輸電線路的電壓水平與電壓微分。其中，后者上升延時為20 ms，在電壓變化率上升沿寬度未達到標準的情況下，就能夠起到后備保護作用，但是其耐過渡電阻能力并不理想。

微分電壓保護動作的可靠性與靈敏度要優(yōu)于行波保護，但是動作速度則不如行波保護，兩者都存在著靈敏度不理想、整定依據(jù)不足、耐過渡電阻能力較差的問題。

3.3 低電壓保護

低電壓保護是高壓直流輸電線路的常用后備繼電保護，主要依靠對電壓幅值的檢測來實現(xiàn)保護工作，根據(jù)保護對象的不同，低電壓保護包括極控低電壓保護措施與線路低電壓保護措施，其中，前者保護定值低于后者，前者在線路發(fā)生故障時會閉鎖故障極，后者在開展保護動作時會啟動線路重啟程序。

低電壓保護的設計簡單，但是缺乏科學、系統(tǒng)的整定依據(jù)，難以幫助技術人員判斷故障的具體類型，動作速度較慢。

3.4 縱聯(lián)電流差動保護

縱聯(lián)電流差動保護模式使用雙端電氣量，選擇性較好，但是該種保護模式在故障發(fā)生較長的時間后才能夠做出保護措施，因此，只能夠用于高阻故障的診斷與切除中。由于各類因素的影響，現(xiàn)階段使用的差動保護也未聯(lián)系到電壓變化過程與電容電流問題，很容易出現(xiàn)誤動，雖然電流差動保護裝置有著動作速度快以及靈敏度高的優(yōu)勢，但是這種優(yōu)勢卻未在高壓直流輸電線路中充分的發(fā)揮出來，性能還有待提升。

4 結語

綜上所述，高壓直流輸電線路有著線路長、電壓高、電容大、輸送功率大、波阻抗小的特點，這也對繼電保護工作提出了較高的要求，繼電保護不僅僅需要滿足傳統(tǒng)保護的目的，還需要對線路過電壓產(chǎn)生限制，提升設備與系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性與安全性，就現(xiàn)階段來看，雖然我國的高壓直流輸電線路已經(jīng)得到了廣泛的使用，但是其繼電保護技術還存在著各類問題，缺乏科學、系統(tǒng)的整定依據(jù)，靈敏度不高，還需要開展進一步的研究，相信在不久的將來，高壓直流輸電線路繼電保護技術定可以得到跨越式的發(fā)展。

參考文獻

[1] 宋國兵，高淑萍，蔡新雷，等.高壓直流輸電線路繼電保護技術綜述[J].電力系統(tǒng)自動化，2012（22）：123-129.