高壓直流輸電線路繼電保護技術分析

郭蕾

摘 要：高壓直流輸電線路在傳輸容量、輸電距離、經濟性方面具備顯著優勢，這也是其廣泛應用于我國大容量遠距離輸電領域的原因，基于此，本文簡單分析了常見的高壓直流輸電線路繼電保護技術，并簡單介紹了新型高壓直流輸電線路繼電保護技術，希望由此能夠為相關業內人士帶來一定啟發。

關鍵詞：高壓直流輸電線路；繼電保護；小波能量相對熵

中圖分類號：TM773 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）14-0202-02

近年來我國高壓直流輸電線路領域進步迅速，±800kV糯扎渡直流輸電工程、向家壩至上海的±800kV直流輸電工程的相繼投入運行也證明了這一點，但在筆者的實際調查中發現，我國逐漸擴大化的交直流互聯電網格局存在控制復雜、落點密集、輸送容量大等特點，而為了避免這類特點對直流輸電線路的穩定運行造成影響，正是本文圍繞高壓直流輸電線路繼電保護技術開展具體研究的原因所在。

1 常見的高壓直流輸電線路繼電保護技術

1.1 常見技術分析

在高壓直流輸電線路繼電保護領域，行波暫態量保護、微分欠壓保護、縱聯電流差動保護屬于較為常見的保護技術，三種技術的各自特點如下所示。

1.1.1 行波暫態量保護技術

該技術能夠利用高壓直流輸電線路故障時產生的反行波識別故障，由于反行波具備從故障點向兩端傳播的特征，這使得行波暫態量保護技術廣泛應用于我國高壓直流輸電線路繼電保護領域，這種廣泛應用與行波暫態量保護技術具備的算法簡單特點存在直接聯系。但在筆者的實際調研中發現，現階段行波暫態量保護技術存在易受干擾的不足，這是由于該技術在運行中存在靈敏度低、抗干擾能力差、對裝置采樣率要求高、需考慮雷電干擾問題等不足，這些不足必須得到高度關注[1]。

1.1.2 微分欠壓保護技術

該技術能夠依靠檢測電壓微分數值和電壓幅值水平實現高壓直流輸電線路繼電保護，很多時候微分欠壓保護會兼做行波保護的后備。在筆者的實際調研中發現，相較于行波暫態量保護技術，微分欠壓保護技術動作速度略慢但靈敏度和可靠性稍高，但考慮到高壓直流輸電線路繼電保護現實需要，該技術仍存在的可靠性低、耐過渡電阻能力差等不足必須得到關注。

1.1.3 縱聯電流差動保護

該技術屬于現階段我國高壓直流輸電線路繼電保護領域的常用技術，該技術利用了雙/多端電氣量原理，但由于技術本身未考慮輸電線路分布電容影響，縱聯電流差動保護技術的差動保護判據成立需要等暫態過程消失，這種不足使得該保護技術往往動作速度過慢，作為后備保護的縱聯電流差動保護往往很少有動作機會。

1.2 常見技術的改進

結合上述分析，本文選擇了S地高壓直流輸電線路繼電保護失配案例作為研究對象，圖1為該案例的直流線路保護邏輯，可見該線路綜合應用了行波暫態量保護技術、微分欠壓保護技術、縱聯電流差動保護技術，但故障特征的提取僅圍繞線路自身的電壓與電流故障特征展開[2]。

2017年12月18日，S地500kV甲線復電操作（合上50221隔離開關）過程發生了ABBHBL550型斷路器L1相斷口電容器爆炸、50221隔離開關拉弧故障，L1、L2出現相間短路故障，但受斷路器保護動作失靈影響，線路同串的500kV2號主變壓器跳閘，由此引發了一系列保護誤動作，電力傳輸收到了嚴重負面影響。為深入了解故障，技術人員應用RTDS平臺開展了不同保護區域故障保護失配情況梳理，由此可發現線路保護誤動的出現與閥側交流故障、極母線故障聯系緊密，而線路保護選擇性的失去則源于接地故障，高壓直流輸電線路繼電保護技術受到的影響必須得到關注。

結合RTDS測試，技術人員得出了如下S地高壓直流輸電線路繼電保護失配案例改進措施：（1）保護誤動改進。測試中發現橋短路保護87CSY在誤動作同時發生動作，因此采用了橋短路保護87CSY動作出口作為行波保護與微分欠壓保護的閉鎖信號，經過模擬后驗證了這一改進措施的有效性。（2）失去選擇性改進。結合RTDS測試，可發現行波暫態量保護技術、微分欠壓保護技術動作判據均能夠滿足動作要求，但受閉鎖信號RESFFPA影響，信號不能完全閉鎖微分欠壓保護技術保護輸出，由此導致的技術失去選擇性必須得到關注。考慮到微分欠壓保護技術的保護展寬時間必須小于行波暫態量保護技術，因此需結合公式：

其中，代表時間裕度，其計算公式為：

公式中的、分別為欠壓定值與微分定值，經過計算可得出ms、、為53ms，結合仿真波形分析，可以確定這一改進能夠滿足線路保護選擇性要求。（3）保護拒動改進。結合實際分析，確定了行波暫態量保護技術采用50ms展寬0延遲輸出，采用了用延時500ms縱差保護的縱差保護（53ms展寬20延遲輸出）。結合近期實踐成果，可以確定圍繞S地高壓直流輸電線路繼電保護失配案例開展的研究具備較高借鑒價值，RTDS測試的開展能夠有效彌補各類繼電保護技術存在的不足[3]。

2 新型高壓直流輸電線路繼電保護技術

為更好滿足我國高壓直流輸電線路繼電保護需要，近年來我國涌現了一大批新型高壓直流輸電線路繼電保護技術，基于小波能量相對熵的高壓直流輸電線路繼電保護便屬于其中典型，該技術能夠通過識別小波能量相對熵判別高壓直流輸電線路故障信號，這使得該技術在高壓直流輸電線路縱聯保護、單端保護領域均能夠發揮不俗的效用。

結合圖2開展分析不難發現，Z、iR1、il1、iR2、il2分別為輸電線等效阻抗、正極線路R端檢測到的電流值、正極線路I端檢測到的電流值、負極線路R端檢測到的電流值、負極線路I端檢測到的電流值，由此開展深入分析可得出正極線路區內故障特征、負極線路區內故障特征，如兩條線路發生短路故障，便會出現整流側保護安裝處測得的電壓故障分量和電流故障分量方向相反情況。

結合高壓直流輸電線路電壓和電流突變量方向特征，即可實現小波能量相對熵在其中的應用，其中小波能量相對熵的信息頻帶范圍為：

統一化處理可得出：

Dj（k）指的是信號x（k）在不同尺度下的分量，繼續分析可得出所有信號在尺度j下的能量和為：

xi（k）能量所占的比率為：

xi（k）相對于信號xl（k）的小波能量相對熵為：

由此將兩信號小波能譜矩陣處理成概率分布序列，即可判斷信號差別并滿足高壓直流輸電線路繼電保護需要。其算法流程可以描述為：“開始→獲取電壓、電流數據→計算電壓、電流故障分量→小波分解重構→得到小波量矩陣→計算兩端電壓小波能量相對熵MR→計算兩端電流故障分量小波能量相對熵MI→判斷故障→結束”。結合上述流程不難發現，基于小波能量相對熵的高壓直流輸電線路繼電保護技術能夠以高壓直流線路兩端相對熵比值作為判據，開展相關仿真，可確定該技術在抑制噪聲干擾、明確故障位置方面具備的優勢。

3 結語

綜上所述，高壓直流輸電線路繼電保護技術具備較為廣闊的應用前景。而在此基礎上，本文涉及的基于小波能量相對熵的高壓直流輸電線路繼電保護技術等內容，則證明了研究的實踐價值。因此，在相關領域的理論研究和實踐探索中，本文內容能夠發揮一定參考作用。

參考文獻

[1]胡如月.高壓直流輸電線路的繼電保護技術[J].電子技術與軟件工程，2018，（04）：233.

[2]趙航，林湘寧，喻錕.基于模量Hausdorff距離波形比較的直流輸電線路選擇性快速保護方案[J].中國電機工程學報，2017，37（23）：6888-6900+7079.

[3]鄭茂然，余江，陳宏山.基于KPI的繼電保護運行評價指標體系構建[J].山東大學學報（工學版），2017，47（06）：13-19.