高壓直流輸電線路繼電保護(hù)技術(shù)探討

張鳳良 王俊

高壓直流輸電線路繼電保護(hù)技術(shù)探討

張鳳良 王俊

（國(guó)網(wǎng)江西省電力公司贛州供電分公司 江西贛州 341000）

近年來，基于電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，高壓直流輸電線路得到了廣泛應(yīng)用，為此，為了創(chuàng)造一個(gè)容量大、功率易調(diào)節(jié)、聯(lián)網(wǎng)方便的電力資源傳輸環(huán)境，應(yīng)注重在高壓直流輸電線路操控過程中，應(yīng)用繼電保護(hù)技術(shù)，同時(shí)，遵從繼電保護(hù)設(shè)計(jì)原則，增強(qiáng)高壓直流輸電線路穩(wěn)定性、安全性，且保持電力系統(tǒng)處在正常運(yùn)行狀態(tài)。本文從高壓直流輸電線路繼電保護(hù)設(shè)計(jì)原則分析入手，并詳細(xì)闡述了線路設(shè)計(jì)中繼電保護(hù)技術(shù)的具體應(yīng)用。

高壓；輸電線路；繼電保護(hù)技術(shù)

前言

在電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過程中，繼電保護(hù)裝置起著至關(guān)重要的影響作用，即與電力系統(tǒng)安全運(yùn)行息息相關(guān)，為此，為了防止由繼電保護(hù)不完善所引起的元件損壞、供電可靠性降低、電網(wǎng)崩潰、系統(tǒng)振蕩等問題，需進(jìn)一步提高繼電保護(hù)裝置性能水平，繼而通過繼電保護(hù)裝置的科學(xué)、合理操控，維護(hù)電力系統(tǒng)運(yùn)行狀況，且由此提升電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行所帶來的經(jīng)濟(jì)效益。以下就是對(duì)繼電保護(hù)設(shè)計(jì)等相關(guān)問題的詳細(xì)闡述，望其能為當(dāng)前電力行業(yè)的持續(xù)發(fā)展提供有利參考。

1 高壓直流輸電線路繼電保護(hù)設(shè)計(jì)原則

在高壓直流輸電線路規(guī)劃過程中，注重遵從繼電保護(hù)相關(guān)設(shè)計(jì)原則是非常必要的，為此，應(yīng)從以下幾個(gè)層面入手：

（1）在輸電線路主保護(hù)設(shè)計(jì)期間，應(yīng)參照高壓直流線路實(shí)際情況，選擇輸電線路主保護(hù)類型，同時(shí)，區(qū)分保護(hù)裝置。例如，某電力部門在電力系統(tǒng)操控過程中，為了打造安全、穩(wěn)定的電力系統(tǒng)運(yùn)行空間，即設(shè)定第一套保護(hù)裝置采取分相電流差動(dòng)縱聯(lián)保護(hù)主保護(hù)，而第二套保護(hù)裝置采取相電壓補(bǔ)償縱向保護(hù)主保護(hù)設(shè)計(jì)形式，由此達(dá)到了高效性繼電保護(hù)設(shè)計(jì)目標(biāo)；

（2）在輸電線路后備保護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，需深化對(duì)后備保護(hù)設(shè)計(jì)作用的認(rèn)知，然后，在電力系統(tǒng)實(shí)際操作過程中，借助后備保護(hù)控制線路兩端切出故障差，同時(shí)，對(duì)接地距離、相間距離設(shè)備完整性形成保護(hù)，避免設(shè)備故障問題的凸顯；

（3）由于自動(dòng)重合閘是高壓直流輸電線路繼電保護(hù)中重要組成部分，因此，在自動(dòng)重合閘實(shí)踐設(shè)計(jì)時(shí)，需針對(duì)電力系統(tǒng)自動(dòng)重合閘設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，合理化選擇三相重合閘、單相重合閘等設(shè)計(jì)形式，最終達(dá)到最佳的繼電保護(hù)設(shè)計(jì)效果，滿足電力系統(tǒng)安全運(yùn)行條件。

2 高壓直流輸電線路的關(guān)鍵性繼電保護(hù)技術(shù)分析

2.1 行波暫態(tài)量保護(hù)技術(shù)

在高壓直流輸電線路操控過程中，行波暫態(tài)量保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)對(duì)繼電故障問題的識(shí)別。即在行波暫態(tài)量保護(hù)技術(shù)應(yīng)用期間，相關(guān)技術(shù)人員可利用電壓微分、返行波識(shí)別電力系統(tǒng)運(yùn)行期間繼電故障，然后，結(jié)合繼電故障識(shí)別結(jié)果，有效處理故障問題。而從行波暫態(tài)量保護(hù)技術(shù)實(shí)際應(yīng)用現(xiàn)況來看，有ABB、SIEMENS兩種行波保護(hù)方法被應(yīng)用于行波暫態(tài)量保護(hù)作業(yè)中，其中，ABB保護(hù)方式更適用于地膜波、極波等繼電保護(hù)工作中，而SIEMENS可實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓微分的保護(hù)，同時(shí)，在電壓微分保護(hù)工作實(shí)施過程中，將SIEMENS作為保護(hù)工作實(shí)施依據(jù)，且將其變量控制在10ms以內(nèi)，然后，通過變量信息識(shí)別故障信號(hào)，并提高故障識(shí)別效率[1]。此外，從ABB和SIEMENS兩種行波保護(hù)方法應(yīng)用效果來看，SIEMENS保護(hù)動(dòng)作較慢，同時(shí)，其保護(hù)作用時(shí)間僅可延長(zhǎng)至18ms，因而，為了達(dá)到良好的繼電保護(hù)效果，應(yīng)針對(duì)行波暫態(tài)量保護(hù)方法進(jìn)行合理化選擇。另外，由于SIEMENS行波保護(hù)方法在應(yīng)用期間具備忍受3%干擾的能力，因此，在干擾噪聲較為嚴(yán)峻的輸電線路中，可采取SIEMENS行波保護(hù)手段，最終滿足電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行條件。

2.2 微分欠壓保護(hù)技術(shù)

微分欠壓保護(hù)技術(shù)在高壓直流輸電線路繼電保護(hù)工作中的應(yīng)用，即將電壓微分?jǐn)?shù)值和電壓幅值水平等作為支撐條件，對(duì)線路形成高效的保護(hù)。而其保護(hù)形式分為ABB和SIEMENS兩種形式，即通過ABB和SIEMENS微分欠壓保護(hù)形式的應(yīng)用，打造了安全的系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境。此外，從微分欠壓保護(hù)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)況來看，其電壓微分定值和行波保護(hù)間逐漸表現(xiàn)出相同的現(xiàn)象，但基于行波保護(hù)時(shí)間為6ms的基礎(chǔ)上，微分定值保護(hù)可將時(shí)間延長(zhǎng)至20ms，繼而滿足了電力系統(tǒng)安全運(yùn)行需求，且實(shí)現(xiàn)了對(duì)后備的保護(hù)[2]。但由于部分條件的限制，微分欠壓保護(hù)技術(shù)在1000km高壓直流輸電線路繼電保護(hù)工作中的應(yīng)用，表現(xiàn)出過渡電阻為70Ω的保護(hù)效果，即電阻能力不足，因此，在繼電保護(hù)設(shè)計(jì)工作開展過程中，應(yīng)提高對(duì)此問題的重視程度，且對(duì)其展開有效處理。

從以上的分析中即可看出，微分欠壓保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用有利于提升繼電保護(hù)設(shè)計(jì)效果，但其微分定值保護(hù)僅局限于后備保護(hù)設(shè)計(jì)中，因此，應(yīng)在微分欠壓保護(hù)技術(shù)應(yīng)用時(shí)，結(jié)合技術(shù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)繼電保護(hù)環(huán)節(jié)。

2.3 縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)技術(shù)

在高壓直流輸電線路繼電保護(hù)設(shè)計(jì)過程中，強(qiáng)調(diào)縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用是非常必要的，為此，應(yīng)從以下幾個(gè)層面入手：

（1）縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)僅局限于線路內(nèi)部故障的反饋，不適用于線路正常運(yùn)行和外部故障信息的反應(yīng)，因此，在技術(shù)應(yīng)用期間，應(yīng)結(jié)合其選擇性，判斷輸電線路兩端電流相位特征，即假設(shè)電源電勢(shì)相角相等，同時(shí)，無分布電容、TV、TA，無誤差，然后，結(jié)合基爾霍夫定律，分析輸電線路內(nèi)部故障中電流相位特點(diǎn)，而后，對(duì)故障問題進(jìn)行有效處理[3]；

（2）基于縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，應(yīng)注重采取采樣時(shí)刻調(diào)整法、采樣數(shù)據(jù)修正法、時(shí)鐘校正法等，對(duì)高壓直流輸電線路中繼電保護(hù)進(jìn)行同步測(cè)量，然后，結(jié)合同步測(cè)量數(shù)據(jù)，分析繼電保護(hù)設(shè)計(jì)中分布電容電流、電流互感器誤差、不平衡電流差動(dòng)、負(fù)荷電流等影響因素，且精準(zhǔn)判斷保護(hù)拒動(dòng)可能性，達(dá)到最佳的繼電保護(hù)操作狀態(tài)，并在輸電線路發(fā)生高阻接地等故障時(shí)，通過對(duì)負(fù)荷電流制約因素的及時(shí)調(diào)整，保持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全運(yùn)行，同時(shí)，達(dá)到高質(zhì)量電能輸送效果。

2.4 基于故障分析法的測(cè)距原理

故障分析法是利用故障時(shí)系統(tǒng)記錄下來的有關(guān)參數(shù)和測(cè)量點(diǎn)的工頻畫電壓、電流量，通過相關(guān)測(cè)距方程計(jì)算以求出故障點(diǎn)至測(cè)量點(diǎn)距離的一種方法。其測(cè)距原理是：當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，在系統(tǒng)運(yùn)行方式確定和線路參數(shù)已知的條件下，測(cè)量點(diǎn)的電流量、電壓是故障點(diǎn)距離的函數(shù)，然后利用故障時(shí)記錄下來的測(cè)量點(diǎn)電流量、電壓進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)而得到故障位置。根據(jù)計(jì)算所需的電氣量型式，故障分析法可具體分為單端電氣量法、雙端電氣量法，每一種故障測(cè)距法的應(yīng)用都較為普遍。

2.5 基于阻抗法的測(cè)距原理

阻抗法的測(cè)距原理是根據(jù)故障發(fā)生時(shí)的測(cè)量點(diǎn)的電流量、電壓來計(jì)算出故障回路的阻抗，然后利用故障回路阻抗與測(cè)量點(diǎn)到故障點(diǎn)的距離的關(guān)系來確定故障距離。在高壓直流輸電線路均勻情況下，故障回路阻抗與測(cè)量點(diǎn)到故障點(diǎn)的距離一般呈正比關(guān)系。所以，運(yùn)用這一種方法進(jìn)行故障測(cè)距時(shí)，要先假設(shè)輸電線路是均勻線路，這樣才能準(zhǔn)確的計(jì)算出故障距離，造成實(shí)際計(jì)算中常因這一假設(shè)條件而影響到測(cè)距精度，產(chǎn)生一定的測(cè)距誤差。對(duì)于這一問題，不少學(xué)者提出采用微分方程法、零序電流迭代法等解決，但是效果如何還有待進(jìn)一步考察。

3 結(jié)論

綜上可知，在高壓直流輸電線路繼電保護(hù)設(shè)計(jì)期間，仍然存在著保護(hù)類型單一、可靠性差且理論不完備等問題，影響到了當(dāng)前電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。為此，在高壓直流輸電線路實(shí)踐操控過程中，為了做好繼電保護(hù)設(shè)計(jì)工作，防止電力系統(tǒng)不穩(wěn)定運(yùn)行問題，應(yīng)合理化選擇縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)技術(shù)、微分欠壓保護(hù)技術(shù)、行波暫態(tài)量保護(hù)技術(shù)等，控制繼電保護(hù)設(shè)計(jì)工作，同時(shí)，提升輸電線路繼電保護(hù)設(shè)計(jì)效果，滿足電力資源輸送條件。

[1]宋國(guó)兵，高淑萍，蔡新雷，等.高壓直流輸電線路繼電保護(hù)技術(shù)綜述[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2012，30（22）：123～129.

[2]張保會(huì)，孔飛，張嵩，等.高壓直流輸電線路單端暫態(tài)量保護(hù)裝置的技術(shù)開發(fā)[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2013，12（04）：179～185+24.

[3]趙新凱.繼電保護(hù)技術(shù)在高壓直流輸電線路中的應(yīng)用綜述[J].信息系統(tǒng)工程，2016，11（09）：37.

TM75

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1004-7344（2016）33-0078-02

2016-11-13