基于高壓直流輸電系統(tǒng)的保護設(shè)計探討

衣海東

摘 要：近年來，基于全控型器件的電壓源換流器的高壓直流輸電系統(tǒng)在我國得到了廣泛的應(yīng)用，隨著高壓直流輸電系統(tǒng)的電壓等級和容量不斷提升，短路容量也不斷提高，因此對系統(tǒng)保護的動作性能有了更高的要求，本文基于直流輸電系統(tǒng)的保護種類和保護分區(qū)原理，結(jié)合目前直流繼電保護的配置方案，對直流輸電系統(tǒng)的保護設(shè)計進行了探討和分析。

關(guān)鍵詞：高壓直流;全控型;換流器

0 引言

基于高壓直流輸電系統(tǒng)獨特的優(yōu)點，近年來，高壓直流輸電系統(tǒng)在我國遠距離大容量輸電和大區(qū)聯(lián)網(wǎng)中得到了廣泛的應(yīng)用。截至2019年11月，中國已建成并投運二十多條特高壓輸電線路，隨著特高壓直流輸電系統(tǒng)電壓等級的不斷提升，其短路容量也不斷增大，這對直流系統(tǒng)的保護也有了更高的要求。

高壓直流輸電系統(tǒng)保護（以下簡稱直流系統(tǒng)保護）用于檢測發(fā)生在直流輸電系統(tǒng)中換流站、直流輸電線路及相關(guān)交流系統(tǒng)的故障，并發(fā)出相應(yīng)的處理信號和指令，以保護直流輸電系統(tǒng)免受過/低電壓、過電流、過熱和過大電動力的危害，防止系統(tǒng)事故進一步擴大[1]。本文主要對直流輸電系統(tǒng)的保護特點、種類和分區(qū)進行了探討和分析。

1 直流輸電系統(tǒng)保護種類

直流輸電系統(tǒng)發(fā)生故障或者不正常運行情況時，系統(tǒng)的觸發(fā)角、電壓、電流、阻抗和功率及諧波等電氣量都將發(fā)生異常變化，工程中一般利用正常運行時的電氣量與非正常運行時的電氣量進行比較、判斷，來對系統(tǒng)進行保護，根據(jù)不同電氣量、參數(shù)或者運行特性的原理，直流系統(tǒng)分為過/低電壓保護、過電流保護、行波保護、諧波保護、觸發(fā)角保護、差動保護（含縱差保護、橫差保護及其他差動原理保護）等等[2]。

直流輸電系統(tǒng)中如果按照被保護對象的不同可以分為交流側(cè)保護、直流側(cè)保護和直流線路保護三大類，其中，直流側(cè)保護和直流線路保護又稱為直流保護。

（1）交流側(cè)保護

主要包括換流變壓器保護和交流濾波器保護等。

（2）直流側(cè)保護

主要包括換流器保護、極母線保護、極中性母線保護、雙極中性母線保護接地極引線保護、直流濾波器保護以及平波電抗器保護。

（3）直流線路保護

直流線路保護系統(tǒng)主要由行波保護、低電壓保護、縱差保護和橫差保護等保護構(gòu)成，其中行波保護為主保護，低電壓保護為其后備保護，縱差保護和橫差保護為上兩者的后備保護。

2 直流輸電系統(tǒng)保護特點

直流輸電系統(tǒng)的保護必須根據(jù)實際工程區(qū)別配備，主要是由于其跟直流控制系統(tǒng)、交流系統(tǒng)繼電保護和其他換流站等有密切的關(guān)系[1～3]。

（1）與直流控制系統(tǒng)關(guān)系密切

一般地，在直流系統(tǒng)故障時或者異常運行狀況下，首先將通過控制系統(tǒng)對故障進行抑制，主要是基于控制系統(tǒng)的快速性，所以直流系統(tǒng)保護應(yīng)與直流控制系統(tǒng)的功能和參數(shù)應(yīng)正確協(xié)調(diào)配合。

（2）與交流系統(tǒng)繼電保護關(guān)系密切

對于直流輸電系統(tǒng)，由于其兩側(cè)（整流側(cè)和逆變側(cè)）分別通過換流變壓器和交流輸電系統(tǒng)相連，所以，交流系統(tǒng)故障時或者異常運行狀況下，都會對直流輸電設(shè)備產(chǎn)生影響。

（3）兩端換流站的保護控制關(guān)系密切

直流輸電線路縱差保護的部分判據(jù)需要根據(jù)兩站極間通信傳輸數(shù)據(jù)，以獲取對側(cè)站的信息，當(dāng)輸電線路發(fā)生故障時，保護必須故障及時切除，以避免兩側(cè)設(shè)備受到過應(yīng)力影響。

直流輸電系統(tǒng)保護還跟設(shè)備集成、微機化、多重冗余配置和技術(shù)方案等方面的因素有關(guān)[5]。

3 直流輸電系統(tǒng)保護分區(qū)

直流輸電系統(tǒng)根據(jù)其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)配置可以劃分為以下三個保護劃分方案，方案一和方案二保護配置方案分別圖1和2所示[2]。

方案三和方案二保護分區(qū)基本相同，不同之處在于，方案三中直流濾波器區(qū)為單獨保護分區(qū)，不在保護4內(nèi)。

4 總結(jié)

本文針對直流輸電系統(tǒng)的保護種類和保護分區(qū)原理進行了探討，并對不同保護分區(qū)方案進行了總結(jié)分析。隨著我國高壓直流輸電系統(tǒng)電壓的不斷提升，短路電流的不斷增大，以及多端直流系統(tǒng)的不斷形成，對控制和保護設(shè)備的性能要求也必將不斷提高。

參考文獻

[1]中國電力工程顧問集團中南電力設(shè)計院有限公司.高電壓直流設(shè)計手冊[M].中國電力出版社，2017.

[2]中國南方電網(wǎng)超高壓輸電公司，華南理工大學(xué)電力學(xué)院.高壓直流輸電系統(tǒng)繼電保護原理與技術(shù)[M].中國電力出版社，2013.

[3]趙成勇.柔性直流輸電建模和仿真技術(shù)[M].中國電力出版社，2014.

[4]耿建風(fēng).柔性直流輸電系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)[M].中國電力出版社，2013.

[5]趙畹君.高壓直流輸電工程技術(shù)[M].中國電力出版社，2016.