淺談柔性直流輸電線路故障分析與保護(hù)綜述

殷真

摘要：當(dāng)前，伴隨科學(xué)技術(shù)的不斷提高，人們的生活質(zhì)量也有了質(zhì)的飛躍，然而城市化進(jìn)程不斷推進(jìn)的同時(shí)，也加大了城市電網(wǎng)的負(fù)荷。為能夠科學(xué)應(yīng)對不可再生能源的逐漸減少，世界各國都制定了相應(yīng)的政策。隨著大功率全控制電力電子器件制造和控制技術(shù)的發(fā)展，柔性直流輸電工程的建設(shè)得到了推動。它不但能夠?qū)崿F(xiàn)有功功率以及無功功率的獨(dú)立，控制速度十分迅速，與此同時(shí)，還能夠?yàn)闊o源網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)行供電。一旦遇到潮流反向的時(shí)候，直流電流的方向反向，進(jìn)而直流電壓的極性保持不變，就此，極易形成靈活的直流輸電系統(tǒng)。接下來，文章針對柔性直流輸電系統(tǒng)的故障類型以及保護(hù)實(shí)行討論分析，對柔性直流輸電技術(shù)的發(fā)展前景進(jìn)行展望。

關(guān)鍵詞：柔性直流輸電線路;故障;保護(hù)

引言：近些年來，由于我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展以及城市化的進(jìn)程的不斷建設(shè)，更進(jìn)一步推動了城市電網(wǎng)的發(fā)展。與此同時(shí)，很多城市電網(wǎng)負(fù)荷也呈現(xiàn)一種不斷增長的態(tài)勢，人們對于電能供應(yīng)的需求不斷提升，為了更好的提高供電服務(wù)質(zhì)量和提升發(fā)電效率，世界各地都在研究對應(yīng)的策略。隨著大功率全控制電力電子器件制造和控制技術(shù)的發(fā)展，柔性直流輸電工程的建設(shè)得到了推動?，F(xiàn)階段來看，柔性直流輸電技術(shù)還有待進(jìn)一步研究與完善，各類保護(hù)模式都存在一定的問題。接下來，文章就針對柔性直流輸電的故障種類、故障隔離以及保護(hù)技術(shù)展開詳細(xì)的分析，同時(shí)展望該領(lǐng)域未來的研究方向。

1柔性直流系統(tǒng)的故障類型

目前，我國在柔性直流輸電工程技術(shù)方面的研究起初比較晚。但是，自2006年以來，我國在很多的研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)充分掌握了柔性直流輸電技術(shù)的發(fā)展態(tài)勢。針對柔性直流系統(tǒng)而言，其常見故障類型很多，且大部分故障很難直接有效的消除，當(dāng)前柔性直流系統(tǒng)主要采用直流電纜的方式進(jìn)行電力傳輸。相較于直流系統(tǒng)，柔性直流系統(tǒng)更具有優(yōu)勢。就此可以看出，柔性直流輸電系統(tǒng)也是未來的主要發(fā)展趨勢。在基礎(chǔ)理論研究、重點(diǎn)技術(shù)研究以及工程系統(tǒng)集成方面已經(jīng)獲得了很多自主創(chuàng)新的成果，可以說我國在柔性直流輸電技術(shù)的研究上已經(jīng)達(dá)到了全球領(lǐng)先水平。下面以當(dāng)前正在籌建的某柔性直流電網(wǎng)為研究對象，該工程在建設(shè)的過程中會運(yùn)用到架空輸電線路，較直流電纜有著更高的故障率。柔性直流傳輸技術(shù)是指采用多電壓源轉(zhuǎn)換器的柔性直流傳輸技術(shù)。它不僅具有兩端系統(tǒng)的所有特點(diǎn)，而且可用于構(gòu)建多傳輸端和多接收端直流傳輸網(wǎng)。單極接地故障容易產(chǎn)生偽雙極系統(tǒng)的級間短路故障，一般情況下，通過與樹枝接觸或者引發(fā)雷電，大部分都是數(shù)據(jù)暫時(shí)性的故障，然而由于傳播速度過快，影響范圍大且解決難度大，成為了嚴(yán)重阻礙柔性直流電網(wǎng)發(fā)展的技術(shù)難題 [1]。

2柔性直流系統(tǒng)的故障隔離技術(shù)

2.1直流斷路器隔離

直流斷路器分為機(jī)械本體和機(jī)械電子部分，其中機(jī)械本體有著悠久的歷史。自20世紀(jì)60年代以來，這一階段屬于全球直流斷路器的雛形階段。每年的原始申請數(shù)量不足200個(gè)，且每年的申請數(shù)量波動。發(fā)展速度繼續(xù)保持較低水平，不存在規(guī)模效應(yīng)。隨著全球各大公司和研究機(jī)構(gòu)的投資不斷增加，該領(lǐng)域的專利申請數(shù)量也呈現(xiàn)出顯著的快速增長。全球原創(chuàng)申請量以每年數(shù)百的速度遞增，年均增長速度基本穩(wěn)定。目前，全球的學(xué)者針對柔性直流輸電線路保護(hù)的原理展開了深入的分析與研究，進(jìn)而有效提升柔性直流輸電工程線路的保護(hù)功能，然而當(dāng)前依然存在問題。與直流電纜相比，架空線路在長距離、高功率傳輸方面具有成本低、優(yōu)勢明顯的特點(diǎn)。因此，基于架空線路的大容量柔性直流輸電系統(tǒng)也是未來的發(fā)展趨勢。世界首臺500kV混合式高壓直流斷路器在3ms內(nèi)開斷電流高達(dá)25kA，其技術(shù)指標(biāo)可滿足未來張北柔性直流輸電工程的需要。

2.2換流器故障自清除

就柔性直流輸電線路而言，其故障處理與保護(hù)存在一定的關(guān)聯(lián)。為有效實(shí)現(xiàn)故障線路的隔離與系統(tǒng)的可靠性，應(yīng)該對線路的保護(hù)以及系統(tǒng)控制展開更深入的研究，并提出系統(tǒng)控制的動作時(shí)間以及輸入方式等有效協(xié)調(diào)策略。在柔性直流輸電系統(tǒng)中，很多換流器都具備直流故障自清除功能，因此在柔性直流輸電工程中不需要再配置直流斷路器[2]。

3柔性直流輸電線路保護(hù)現(xiàn)狀

3.1微分欠壓保護(hù)

在實(shí)際投入運(yùn)行的柔性直流輸電線路保護(hù)中主要有行波保護(hù)與微分欠壓保護(hù)，微分欠壓保護(hù)作為直流線路的主保護(hù)，同時(shí)也是行波保護(hù)的后備保護(hù)，微分欠壓保護(hù)的穩(wěn)定性與可靠性均優(yōu)于行波保護(hù)，然而，其速動性較差、采樣頻率高。作為行波保護(hù)的后備保護(hù)方案，在延時(shí)動作上與其他有關(guān)保護(hù)形成相互配合，基于此也提出了微分欠壓保護(hù)的整定計(jì)算方法。微分欠壓保護(hù)在行波保護(hù)退出運(yùn)行或者由于電壓變化率上升沿寬度不足時(shí)可以起到后備保護(hù)作用。

3.2行波保護(hù)

在直流線路出現(xiàn)故障的過程中，故障位置可能會向兩邊延展故障行波，按照行波理論提出的超高速故障保護(hù)動作為行波保護(hù)。其依照故障行波的特點(diǎn)實(shí)行故障的檢測，在發(fā)生故障的初期行波包括行波電流或者組合的故障信息，在短時(shí)間內(nèi)將行波保護(hù)檢測出故障，同時(shí)一般可能會分為單端量保護(hù)以及雙端量保護(hù)。前者就是運(yùn)用單端電氣量，后者需要通過同步線路兩端信息，切實(shí)采取合理有效的措施確保其穩(wěn)定，然后借助通信實(shí)現(xiàn)了快捷的保護(hù)，可以清楚地保護(hù)邊界，能有效識別故障區(qū)域[3]。

結(jié)語

綜上所述，近些年來，伴隨我國對柔性直流技術(shù)的不斷研究，柔性直流工程也在逐步增加，特別是隨著深遠(yuǎn)海大容量風(fēng)電的發(fā)展，柔性直流成為風(fēng)電送出的首選方式。為了進(jìn)一步將隔離故障有效清除，以上內(nèi)容重點(diǎn)介紹了線路保護(hù)中的行波保護(hù)、微分欠壓保護(hù)以及其他新型保護(hù)。由于電子技術(shù)的不斷進(jìn)步與成熟以及對繼電保護(hù)技術(shù)的深一步的分析與研究，柔性直流輸電中的問題以及缺陷也會得到逐一解決，在今后的柔性直流電網(wǎng)中會更加安全、穩(wěn)定與可靠。

參考文獻(xiàn)：

[1]曾鑫輝，譚建成.柔性直流輸電線路故障分析與保護(hù)綜述[J].浙江電力，2019，38（06）：21-28.

[2]劉劍，邰能靈，范春菊，黃文燾.柔性直流輸電線路故障處理與保護(hù)技術(shù)評述[J].電力系統(tǒng)自動化，2015，39（20）：158-167.