試析高壓直流輸電線路繼電保護(hù)技術(shù)

姜恩澤

國網(wǎng)江蘇省電力有限公司鎮(zhèn)江供電分公司 江蘇 鎮(zhèn)江 212000

一、高壓直流輸電線路繼電保護(hù)存在的問題

1.1 可靠性差、理論不完備 高壓輸電線路的主保護(hù)靈敏度較低,故障投入時(shí)間較短,同時(shí)對于采樣率有著較高的要求,有些高壓輸電線路的繼電保護(hù)的抗干擾能力也較差。而對于后備保護(hù)來說也存在著一定的問題,其中差動(dòng)保護(hù)靈敏度較差,保護(hù)動(dòng)作所需時(shí)間較長,而低壓保護(hù)不僅靈敏度較差,同時(shí)缺乏整定依據(jù),這就影響了低壓保護(hù)的選擇性。

1.2 保護(hù)種類單一,缺乏保護(hù)原理 保護(hù)配置是高壓直流輸電線路繼電保護(hù)技術(shù)中重要的組成,而就我國目前高壓直流輸電線路繼電保護(hù)技術(shù)來看,保護(hù)裝置大多一致,無法對故障問題進(jìn)行及時(shí)的預(yù)警和保護(hù)。其次,從本質(zhì)上來講,高壓直流輸電線路與常規(guī)的交流輸電線路之間并沒有太大的差異,無論是工作原理,還是故障的保護(hù)原理方面,都非常相似。這兩者最大的不同點(diǎn)是集中頻帶有著明顯的區(qū)別。

二、高壓直流輸電線路繼電保護(hù)的影響因素

2.1 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(dòng)保護(hù)整定帶來較大的影響,為了保障高壓直流輸電線路運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性,必須要對電容電流采取科學(xué)合理的補(bǔ)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(yùn)行出現(xiàn)故障,故障距離與繼電器測量阻抗之間的線性關(guān)系就會(huì)發(fā)生改變,成為雙曲正切函數(shù),此時(shí),就不能使用傳統(tǒng)繼電保護(hù)措施。

2.2 過電壓 故障產(chǎn)生于該線路的過程中,會(huì)延長電弧熄滅的時(shí)間,嚴(yán)重者將導(dǎo)致不消弧產(chǎn)生于線路當(dāng)中,受電路電容因素的作用,在同一時(shí)間內(nèi),斷開存在于兩頭的開關(guān),這一過程中,系統(tǒng)會(huì)在來回折反射行波的影響下無法正常工作。

2.3 電磁的暫態(tài)過程 由于高壓直流輸電的線路一般都會(huì)具有相對較長的距離,所以在其發(fā)生故障之時(shí)往往都會(huì)出現(xiàn)高頻分量過大的情況,這樣就給故障的診斷和處理造成了較大的困難。不僅會(huì)導(dǎo)致電氣測量的過程出現(xiàn)一定的偏差,而且半波算法的準(zhǔn)確率在高頻分量的作用下也會(huì)受到較大的影響。在這幾種情況的相互作用下很可能會(huì)造成電流互感器過渡飽和的現(xiàn)象,從而導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。

三、高壓直流輸電線路中常用繼電保護(hù)技術(shù)

3.1 行波保護(hù) 采用直流輸電時(shí),行波保護(hù)屬于主保護(hù)措施,其原理為：在線路發(fā)生故障時(shí),發(fā)生故障的地方會(huì)從線路兩端傳播反行波,利用這一原理可以判斷故障點(diǎn),從而及時(shí)采取措施進(jìn)行解決,保證電力的正常輸送。當(dāng)下,我國廣泛使用的直流輸電行波保護(hù)方案主要有ABB和SIEMENS。其中,在使用ABB方案時(shí),主要是利用基波檢測電路中的故障,而且可以通過地膜波判定故障的級別,讓維修人員做好應(yīng)對措施,降低管理工作的危害性；而SIEMENS方案下,將電壓微分作為啟動(dòng)的判斷依據(jù),并利用反行波可以在最時(shí)間內(nèi)確定故障,時(shí)間控制在10MS左右,反應(yīng)速度非常迅速。

3.2 微分欠壓保護(hù) 微分欠壓保護(hù)也是直流輸電線路中的主保護(hù)手段,同時(shí),它也是行波保護(hù)的后備保護(hù)。一般而言,微分欠壓保護(hù)通常是利用檢測電壓微分?jǐn)?shù)據(jù)和電壓幅值水平,從而實(shí)現(xiàn)對直流輸電線路的保護(hù)。與之前所提到的ABB和SIEMENS方案原理相同,微分欠壓保護(hù)也是測定電壓微分以及幅值,特別要注意的是,電壓微分定值與行波保護(hù)相同,只要把其上升沿由原來的6ms調(diào)整到20ms,這樣在行波保護(hù)結(jié)束之后,或者是上升沿的寬度不夠時(shí),此時(shí),微分欠壓保護(hù)就可以發(fā)揮其作用,進(jìn)行后備保護(hù)。與行波保護(hù)比較,在運(yùn)行速度上微分欠壓保護(hù)稍遜一些,耐過度電阻能力也有限,但是,其運(yùn)行的精準(zhǔn)度有了明顯提高。

3.3 低電壓保護(hù) 低電壓保護(hù)屬于后備保護(hù)措施,它是基于行波保護(hù)和微分去按壓保護(hù)之后的一種補(bǔ)充手段,它的運(yùn)行原理為：通過檢測直流線路的電壓幅值,然后對線路的故障進(jìn)行判斷,并實(shí)施繼電保護(hù)。按照設(shè)計(jì)方案,低電壓保護(hù)一般運(yùn)用于清除行波保護(hù)和微分欠壓保護(hù)沒有反應(yīng)的高阻故障。不過,在實(shí)際工作中,在直流輸電線路中很少配置低電壓保護(hù)措施。一般而言,低電壓保護(hù)可以分為線路低電壓與極控低電壓。其中,線路低電壓要比極控低電壓的保護(hù)性能更高,而且線路低電壓在動(dòng)作之后,可以啟動(dòng)線路重啟程序；極控低電壓在動(dòng)作之后,通常會(huì)對故障點(diǎn)進(jìn)行封鎖。

3.4 縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù) 縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)是一種常見的直流輸電保護(hù)手段,通常被作為后備保護(hù)措施,它的原理就是通過雙端電氣量,實(shí)現(xiàn)對線路保護(hù)的絕對選擇性。按照它的設(shè)計(jì)原理,縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)被用來消除高阻故障。

當(dāng)下我國直流輸電線路中使用的縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù),因?yàn)闆]有考慮電容電流問題,在使用時(shí)只利用電流兩端的和作為差動(dòng)的判斷依據(jù),因此,需要較長的時(shí)間才能得到數(shù)據(jù),動(dòng)作速度比較緩慢。

結(jié)語

綜上所述,高壓直流線路具有較為顯著的應(yīng)用優(yōu)勢,然而由于其容量大,傳輸距離遠(yuǎn),所以發(fā)生故障的概率較高,這對繼電保護(hù)無疑有著更高的要求。本文重點(diǎn)探討和分析了集中高壓直流輸電線路繼電保護(hù)技術(shù),希望能夠幫助高壓輸電線路更加穩(wěn)定可靠的運(yùn)行。