高壓直流輸電線路繼電保護(hù)技術(shù)研究

張志宏

（國網(wǎng)江蘇省電力有限公司檢修分公司，江蘇 常州 213000）

0 引 言

作為電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)，繼電保護(hù)工作發(fā)揮了十分重要的作用。電力系統(tǒng)運(yùn)行分為多個(gè)部分，每個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)整體運(yùn)行都產(chǎn)生重要影響，如果出現(xiàn)故障，就會(huì)危害到系統(tǒng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定性。人們的物質(zhì)生活水平與電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行有關(guān)，若系統(tǒng)運(yùn)行不順暢，企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益就會(huì)受損。隨著高壓直流輸電線路在電力系統(tǒng)中發(fā)揮的作用越來越大，加強(qiáng)繼電保護(hù)技術(shù)研究成為其運(yùn)行的重要保障。

1 高壓直流輸電主接線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

1.1 高壓直流輸電

一般建設(shè)電網(wǎng)公司使用雙12脈動(dòng)閥組串聯(lián)技術(shù)，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建高壓直流輸電工程。這種結(jié)構(gòu)解決了換流器存在的在線投退問題，因此有效提升了電力系統(tǒng)可靠性和安全性。針對(duì)高壓直流輸電線路的一個(gè)極，單組12脈動(dòng)換流閥與2組12脈動(dòng)換流閥串聯(lián)運(yùn)行同樣適用。在閥組中需要并聯(lián)斷路器和隔離開關(guān)，同時(shí)一組運(yùn)行不會(huì)對(duì)另一組造成不利影響。接線設(shè)計(jì)的過程中，保證每極高低12脈動(dòng)換流器端口電壓相同，運(yùn)用多樣化的運(yùn)行方式，保證高壓直流輸電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性[1]。

1.2 多端直流

不同類型的換流站連接輸電線路所構(gòu)成的高壓直流系統(tǒng)就是多端直流。首先，這種系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)直流聯(lián)網(wǎng)，分區(qū)域消納了多余電量，也減少了各換流站出線率，避免了大規(guī)模電路故障的情況。其次，多端直流系統(tǒng)對(duì)交流系統(tǒng)中存在的潮流回轉(zhuǎn)問題能夠進(jìn)行有效解決。和普通線路相比，目前運(yùn)用的交流系統(tǒng)具有較高的輸送能力，能夠有效減少交流系統(tǒng)投資。然而，對(duì)于通過傳統(tǒng)電流源的自然換向點(diǎn)的多端DC傳輸，難以串聯(lián)或并聯(lián)地協(xié)調(diào)控制。隨著社會(huì)的快速發(fā)展，電壓源逆變技術(shù)逐漸發(fā)展成熟。一些學(xué)者提出了混合多端HVDC技術(shù)，綜合了兩種轉(zhuǎn)換器技術(shù)的特點(diǎn)。傳統(tǒng)DC用于高壓強(qiáng)反饋系統(tǒng)接入。VSC用于弱地饋送或分散到系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的功率，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 混合型多端直流結(jié)構(gòu)圖

極聯(lián)式多端直流極直流多極直流是一種多端直流拓?fù)洌畛跏轻槍?duì)國家電力工作提出的，如圖2所示。在單一設(shè)備制造的過程中，將多個(gè)端子連接到極點(diǎn)沒有技術(shù)性的困難。但有必要驗(yàn)證高壓直流控制保護(hù)系統(tǒng)對(duì)通信延遲產(chǎn)生的影響，并關(guān)注結(jié)束設(shè)計(jì)階段傳輸電力的安全穩(wěn)定性。針對(duì)系統(tǒng)故障實(shí)施措施，保證電力系統(tǒng)處于正常運(yùn)行的狀態(tài)。

圖2 極聯(lián)式多端直流拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

2 繼電保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用

2.1 行波暫態(tài)量保護(hù)

高壓直流輸電線路在運(yùn)行的過程中產(chǎn)生故障會(huì)出現(xiàn)反行波現(xiàn)象。為了更加安全穩(wěn)定地運(yùn)行電力系統(tǒng)，應(yīng)該對(duì)行波進(jìn)行一定程度的保護(hù)，實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)技術(shù)的合理化應(yīng)用。根據(jù)高壓直流輸電線路的運(yùn)行狀況可知，包括兩種提升行波力度的方案，ABB和SIEM ENS。第二種繼電保護(hù)措施需要建立在電壓積分原理上使用，在出現(xiàn)故障時(shí)啟動(dòng)成蹙額，能夠在20 s內(nèi)保護(hù)行波，最快達(dá)到16 s。第二種繼電保護(hù)措施具有抗干擾性。在運(yùn)行第一種繼電保護(hù)措施的過程中，從應(yīng)用對(duì)地膜波和極波的檢測(cè)原理的角度進(jìn)行了行波保護(hù)。在運(yùn)行中能夠?qū)?0 m/s中的圖變量進(jìn)行有效檢測(cè)，促使反行波圖變量可以得到充分掌握。在特殊狀態(tài)下，當(dāng)前的地圖變量和差分啟動(dòng)也可以在識(shí)別反向行波變量期間應(yīng)用。在應(yīng)用繼電保護(hù)技術(shù)的過程中，行波保護(hù)功能仍存在部分缺陷，如低抗過渡性。同時(shí)，在構(gòu)建繼電保護(hù)措施的過程中，基礎(chǔ)理論不完善和體系不健全對(duì)應(yīng)用相關(guān)技術(shù)產(chǎn)生了不利影響。為了提高行波保護(hù)在我國高壓直流輸電線路中應(yīng)用效率和質(zhì)量，專家和學(xué)者提出了結(jié)合數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)濾波技術(shù)，改進(jìn)和完善其應(yīng)用功能[2]。

2.2 微分欠壓保護(hù)

微分欠壓保護(hù)是重要的繼電保護(hù)措施，在應(yīng)用的過程中需要明確電壓微分?jǐn)?shù)值和電壓幅值水平，以便更好地運(yùn)用。運(yùn)行的過程中實(shí)現(xiàn)了主體的有效保護(hù)，發(fā)揮了一定作用。目前，微分欠壓保護(hù)有兩種方案，包括ABB和SIEM ENS。線路中體現(xiàn)微分欠壓保護(hù)的內(nèi)容為檢測(cè)電壓微分和電壓水平。運(yùn)行保護(hù)措施的過程中，電壓微分達(dá)到了20 m/s的上升延時(shí)，在電壓變化的過程中出現(xiàn)上升沿寬度。在未達(dá)到某一標(biāo)準(zhǔn)的過程中，該保護(hù)措施的后備保護(hù)功能可以得到充分的發(fā)揮，但是該保護(hù)技術(shù)在應(yīng)用過程中并沒有耐過渡電阻效率。和行波保護(hù)措施相比，這種保護(hù)措施的靈敏性更高，但動(dòng)作速度稍微緩慢[3]。

2.3 低電壓保護(hù)

高壓直流輸電線路在運(yùn)行的工程中比較常見的繼電保護(hù)措施為低電壓保護(hù)。這種保護(hù)措施能夠檢測(cè)電壓幅度變化數(shù)值，并進(jìn)行合理應(yīng)用。低電壓保護(hù)的過程中，會(huì)面臨不同的保護(hù)對(duì)象，該保護(hù)措施聯(lián)通線路低電壓和機(jī)控低電壓，充分發(fā)揮保護(hù)功能。使用機(jī)控低電壓能夠保證更低的保護(hù)定值。若線路運(yùn)行的過程中出現(xiàn)故障，能夠及時(shí)封閉故障極。線路低電壓在故障的影響下會(huì)重新啟動(dòng)程序，通過這種方式達(dá)到保護(hù)線路的目的。應(yīng)用低電壓保護(hù)措施的過程中，由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)過于單一，因此在判斷依據(jù)的過程中缺乏科學(xué)性，導(dǎo)致工作人員不能合理判斷故障位置和出現(xiàn)的原因，影響了后續(xù)檢修和維護(hù)工作。

3 結(jié) 論

供電可靠性是電網(wǎng)建設(shè)的重要內(nèi)容。電力系統(tǒng)中應(yīng)用高壓直流輸電線路促進(jìn)了系統(tǒng)功能的完善，保證了大功率電能的輸送，減小了系統(tǒng)運(yùn)行波阻。在應(yīng)用高壓直流輸電線路的過程中，系統(tǒng)對(duì)繼電保護(hù)技術(shù)的要求也越來越高。通過對(duì)高壓直流輸電線路繼電保護(hù)技術(shù)影響因素的分析，進(jìn)一步展開繼電保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用研究。