高壓直流輸電線路的繼電保護技術

胡如月

摘 要近年來，隨著人們電力需求及質量要求的提升，國家對電力建設工作的重視程度不斷提升，且電力系統的建設投入逐漸增加，此種背景下，良好的發展了高壓直流輸電線路繼電保護工作，并產生多種繼電保護技術，本文即對高壓直流輸電線路中常用的繼電保護技術類型做出介紹。

【關鍵詞】高壓直流輸電線路 繼電保護 技術類型

高壓直流輸電線路的優點包含較大的載容量、較遠的傳送距離、可調節功率等，正因如此，我國電力系統中越來越廣泛的應用此種線路。高壓直流輸電線路運行過程中，繼電保護具有十分重要的作用，有利于保證其運行的穩定性及安全性，但由于我國尚未完全獨立的研發相關技術，還一定程度的依賴國外技術，需在明確影響高壓直流輸電線路繼電保護影響因素的基礎上，進一步的深入研究，開發出更多適合我國高壓直流輸電線路運行狀況的繼電保護技術，促進電力系統的繁榮發展。

1 影響高壓直流輸電線路繼電保護的相關因素

1.1 過電壓

故障發生在高壓直流輸電線路中后，會延長電弧熄滅時間，嚴重時，甚至導致不消弧問題出現，受到電路電容的影響，兩端開關斷開時間并不一致，造成行波來回折反射，使整個系統的運行均受到極大的影響。

1.2 電容電流

高壓直流輸電線路的特征主要體現在三方面：

（1）較大的電容；

（2）較小的波阻抗；

（3）較小的自然功率，正因此種特征，一定程度的影響了差動保護整定。

為使高壓直流輸電線路能夠平穩的、安全的運行，必須要科學合理的補償電容電流。另外，因分布電容會產生相應的影響，故障一旦發生在線路運行中后，可改變故障距離與繼電器測量阻抗間所具備的線性關系，變成雙曲正切函數，導致傳統繼電保護措施無法再繼續使用。

1.3 電磁暫態過程

高壓直流輸電線路通常會比較長，操作過程中，或故障發生后，高頻分量會具有較大的幅值，此種變化會大幅的增加濾出高頻分量的難度，導致偏差問題出現在電氣測量結果中。另外，此種狀況下也較難保證半波算法的準確性，使飽和現象發生于電流互感器中。

2 高壓直流輸電線路中常用的繼電保護技術

2.1 行波保護

直流輸電過程中，主保護措施即為行波保護，其保護原理如下：線路發生故障時，故障點會將反行波傳播到線路兩端，而行波保護通過對反行波的識別，判斷故障相關情況。現階段，利用行波保護技術保護高壓直流輸電線路時，多采用兩種方案，一種為ABB方案，此種方案的故障檢測利用極波進行，同時，故障級通過地模波確定；另一種為SIEMENS方案，其中方案的啟動判據采用電壓微分，且故障確定方法為觀察反行波在10MS內的突變量。由上述敘述可知，這兩種方案采取不同的檢測方式，效果上也存在一定的差異，因微分環節存在于SIEMENS方案中，所以檢測速度相對慢于ABB方案，但也正是因為存在此環節，使的SIEMENS方案具有更好的抗干擾能力。不過，這兩種方案均存在一定的不足之處，如不具備足夠的耐過渡電阻能力、采樣要求高、缺乏良好的抗干擾能力等。由于較多的問題存在于行波保護技術中，學者們開始了大量的優化工作，如在可靠性基礎上實施優化，將基于小波變化的行波方向保護方案提出；再如優化靈敏度，研究極性比較式原理等。

2.2 微分欠壓保護

直流輸電線路中，微分欠壓保護屬于主保護，同時，使用行波保護時，其也作為后備保護，實現保護的主要方式為對電壓微分數值、電壓幅值水平做出檢測。從保護原理上看，微分欠壓保護相同于ABB方案及SIEMENS方案，都是進行電壓微分及幅值的測定，且電壓微分定值一致于行波保護，唯一不同的是延長了原本的6ms，變為20ms，由此一來，行波保護退出或無充足的上升沿寬度狀況下，微分欠壓保護可將其后備保護作用充分的發揮出來。與行波保護相比，微分欠壓保護具有較慢的運行速度，但其準確度明顯提升，不過，在耐過渡電阻能力方面，依然并不理想，非常有限。

2.3 低電壓保護

對于前兩種保護技術來說，低電壓保護屬于其后備保護手段，判斷故障及繼電保護作用通過電壓幅值檢測來實現。根據其設計，高阻故障發生后，行波保護與微分欠壓保護未能做出動作時，低壓電壓保護會對其做出切除，不過，從實際應用狀況來看，低電壓保護鏡配備在極少數的高壓直流輸電線路中。低電壓保護包含兩種，一種為線路低電壓保護，另一種極控低電壓保護，與后者相比，前者具有更高的保護定值，而且前者動作后，線路重啟程序會啟動，后者動作后，故障極被封鎖。盡管低電壓保護具有較為簡單的原理，但其也存在較多的問題，如選擇性差、區分高阻故障不準確等。

2.4 縱聯電流差動保護

在高壓直流輸電線路中，縱聯電流差動保護屬于后備保護方案，原理是通過雙端電氣量促進絕對選擇性實現，根據設計，高阻故障切除為其唯一作用。從現有縱聯電流差動保護來看，因對電容電流問題并未作出完全的考慮，差動判據僅采用電流兩端的加和，導致等待時間比較長，相對動作的速度并不快。例如縱聯電流差動保護的SIEMENS方案，故障初期時，具有較大的電流波動，差動保護會具有600ms的延遲，同時，差動判據自身存在的延遲有500ms，也就是說，差動動作至少要在故障發生1100ms后才會出現，而在此期間內，故障極直接閉鎖的事故可能會發生許多次，導致設備無法重啟，縱聯電流差動保護的后備作用無不能完全的發揮出來。為使此種保護技術保護效果的增強，可從多個方面進行改進工作，如補償電容電流，促進差動保護靈敏程度提高；升級高頻通道，變為光纖通道，加快保護動作速度等。

3 結論

繼電保護技術對于高壓直流輸電線路的安全平穩運行來說十分重要，由于目前常用的技術手段均存在一定的不足，我國應加大研究力度，研究出更為適合我國直流輸電要求的繼電保護方案，從而促進電力系統的長久發展。

參考文獻

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[2]宋國兵，褚旭，高淑萍，等.利用濾波器支路電流的高壓直流輸電線路全線速動保護[J].中國電機工程學報，2013，33（22）：120-126+19.

作者單位

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