高壓直流輸電線路繼電保護(hù)技術(shù)分析

郭蕾

摘 要：高壓直流輸電線路在傳輸容量、輸電距離、經(jīng)濟(jì)性方面具備顯著優(yōu)勢，這也是其廣泛應(yīng)用于我國大容量遠(yuǎn)距離輸電領(lǐng)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(hù)技術(shù)，并簡單介紹了新型高壓直流輸電線路繼電保護(hù)技術(shù)，希望由此能夠?yàn)橄嚓P(guān)業(yè)內(nèi)人士帶來一定啟發(fā)。

關(guān)鍵詞：高壓直流輸電線路；繼電保護(hù)；小波能量相對熵

中圖分類號：TM773 文獻(xiàn)標(biāo)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(lǐng)域進(jìn)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(yùn)行也證明了這一點(diǎn)，但在筆者的實(shí)際調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，我國逐漸擴(kuò)大化的交直流互聯(lián)電網(wǎng)格局存在控制復(fù)雜、落點(diǎn)密集、輸送容量大等特點(diǎn)，而為了避免這類特點(diǎn)對直流輸電線路的穩(wěn)定運(yùn)行造成影響，正是本文圍繞高壓直流輸電線路繼電保護(hù)技術(shù)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(hù)技術(shù)

1.1 常見技術(shù)分析

在高壓直流輸電線路繼電保護(hù)領(lǐng)域，行波暫態(tài)量保護(hù)、微分欠壓保護(hù)、縱聯(lián)電流差動保護(hù)屬于較為常見的保護(hù)技術(shù)，三種技術(shù)的各自特點(diǎn)如下所示。

1.1.1 行波暫態(tài)量保護(hù)技術(shù)

該技術(shù)能夠利用高壓直流輸電線路故障時產(chǎn)生的反行波識別故障，由于反行波具備從故障點(diǎn)向兩端傳播的特征，這使得行波暫態(tài)量保護(hù)技術(shù)廣泛應(yīng)用于我國高壓直流輸電線路繼電保護(hù)領(lǐng)域，這種廣泛應(yīng)用與行波暫態(tài)量保護(hù)技術(shù)具備的算法簡單特點(diǎn)存在直接聯(lián)系。但在筆者的實(shí)際調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段行波暫態(tài)量保護(hù)技術(shù)存在易受干擾的不足，這是由于該技術(shù)在運(yùn)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(guān)注[1]。

1.1.2 微分欠壓保護(hù)技術(shù)

該技術(shù)能夠依靠檢測電壓微分?jǐn)?shù)值和電壓幅值水平實(shí)現(xiàn)高壓直流輸電線路繼電保護(hù)，很多時候微分欠壓保護(hù)會兼做行波保護(hù)的后備。在筆者的實(shí)際調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，相較于行波暫態(tài)量保護(hù)技術(shù)，微分欠壓保護(hù)技術(shù)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(hù)現(xiàn)實(shí)需要，該技術(shù)仍存在的可靠性低、耐過渡電阻能力差等不足必須得到關(guān)注。

1.1.3 縱聯(lián)電流差動保護(hù)

該技術(shù)屬于現(xiàn)階段我國高壓直流輸電線路繼電保護(hù)領(lǐng)域的常用技術(shù)，該技術(shù)利用了雙/多端電氣量原理，但由于技術(shù)本身未考慮輸電線路分布電容影響，縱聯(lián)電流差動保護(hù)技術(shù)的差動保護(hù)判據(jù)成立需要等暫態(tài)過程消失，這種不足使得該保護(hù)技術(shù)往往動作速度過慢，作為后備保護(hù)的縱聯(lián)電流差動保護(hù)往往很少有動作機(jī)會。

1.2 常見技術(shù)的改進(jìn)

結(jié)合上述分析，本文選擇了S地高壓直流輸電線路繼電保護(hù)失配案例作為研究對象，圖1為該案例的直流線路保護(hù)邏輯，可見該線路綜合應(yīng)用了行波暫態(tài)量保護(hù)技術(shù)、微分欠壓保護(hù)技術(shù)、縱聯(lián)電流差動保護(hù)技術(shù)，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(fù)電操作（合上50221隔離開關(guān)）過程發(fā)生了ABBHBL550型斷路器L1相斷口電容器爆炸、50221隔離開關(guān)拉弧故障，L1、L2出現(xiàn)相間短路故障，但受斷路器保護(hù)動作失靈影響，線路同串的500kV2號主變壓器跳閘，由此引發(fā)了一系列保護(hù)誤動作，電力傳輸收到了嚴(yán)重負(fù)面影響。為深入了解故障，技術(shù)人員應(yīng)用RTDS平臺開展了不同保護(hù)區(qū)域故障保護(hù)失配情況梳理，由此可發(fā)現(xiàn)線路保護(hù)誤動的出現(xiàn)與閥側(cè)交流故障、極母線故障聯(lián)系緊密，而線路保護(hù)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(hù)技術(shù)受到的影響必須得到關(guān)注。

結(jié)合RTDS測試，技術(shù)人員得出了如下S地高壓直流輸電線路繼電保護(hù)失配案例改進(jìn)措施：（1）保護(hù)誤動改進(jìn)。測試中發(fā)現(xiàn)橋短路保護(hù)87CSY在誤動作同時發(fā)生動作，因此采用了橋短路保護(hù)87CSY動作出口作為行波保護(hù)與微分欠壓保護(hù)的閉鎖信號，經(jīng)過模擬后驗(yàn)證了這一改進(jìn)措施的有效性。（2）失去選擇性改進(jìn)。結(jié)合RTDS測試，可發(fā)現(xiàn)行波暫態(tài)量保護(hù)技術(shù)、微分欠壓保護(hù)技術(shù)動作判據(jù)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(hù)技術(shù)保護(hù)輸出，由此導(dǎo)致的技術(shù)失去選擇性必須得到關(guān)注?？紤]到微分欠壓保護(hù)技術(shù)的保護(hù)展寬時間必須小于行波暫態(tài)量保護(hù)技術(shù)，因此需結(jié)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(jīng)過計算可得出ms、、為53ms，結(jié)合仿真波形分析，可以確定這一改進(jìn)能夠滿足線路保護(hù)選擇性要求。（3）保護(hù)拒動改進(jìn)。結(jié)合實(shí)際分析，確定了行波暫態(tài)量保護(hù)技術(shù)采用50ms展寬0延遲輸出，采用了用延時500ms縱差保護(hù)的縱差保護(hù)（53ms展寬20延遲輸出）。結(jié)合近期實(shí)踐成果，可以確定圍繞S地高壓直流輸電線路繼電保護(hù)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(bǔ)各類繼電保護(hù)技術(shù)存在的不足[3]。

2 新型高壓直流輸電線路繼電保護(hù)技術(shù)

為更好滿足我國高壓直流輸電線路繼電保護(hù)需要，近年來我國涌現(xiàn)了一大批新型高壓直流輸電線路繼電保護(hù)技術(shù)，基于小波能量相對熵的高壓直流輸電線路繼電保護(hù)便屬于其中典型，該技術(shù)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(shù)在高壓直流輸電線路縱聯(lián)保護(hù)、單端保護(hù)領(lǐng)域均能夠發(fā)揮不俗的效用。

結(jié)合圖2開展分析不難發(fā)現(xiàn)，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(fù)極線路R端檢測到的電流值、負(fù)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(qū)內(nèi)故障特征、負(fù)極線路區(qū)內(nèi)故障特征，如兩條線路發(fā)生短路故障，便會出現(xiàn)整流側(cè)保護(hù)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(jié)合高壓直流輸電線路電壓和電流突變量方向特征，即可實(shí)現(xiàn)小波能量相對熵在其中的應(yīng)用，其中小波能量相對熵的信息頻帶范圍為：

統(tǒng)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(xù)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(hù)需要。其算法流程可以描述為：“開始→獲取電壓、電流數(shù)據(jù)→計算電壓、電流故障分量→小波分解重構(gòu)→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(jié)束”。結(jié)合上述流程不難發(fā)現(xiàn)，基于小波能量相對熵的高壓直流輸電線路繼電保護(hù)技術(shù)能夠以高壓直流線路兩端相對熵比值作為判據(jù)，開展相關(guān)仿真，可確定該技術(shù)在抑制噪聲干擾、明確故障位置方面具備的優(yōu)勢。

3 結(jié)語

綜上所述，高壓直流輸電線路繼電保護(hù)技術(shù)具備較為廣闊的應(yīng)用前景。而在此基礎(chǔ)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(hù)技術(shù)等內(nèi)容，則證明了研究的實(shí)踐價值。因此，在相關(guān)領(lǐng)域的理論研究和實(shí)踐探索中，本文內(nèi)容能夠發(fā)揮一定參考作用。

參考文獻(xiàn)

[1]胡如月.高壓直流輸電線路的繼電保護(hù)技術(shù)[J].電子技術(shù)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(hù)方案[J].中國電機(jī)工程學(xué)報，2017，37（23）：6888-6900+7079.

[3]鄭茂然，余江，陳宏山.基于KPI的繼電保護(hù)運(yùn)行評價指標(biāo)體系構(gòu)建[J].山東大學(xué)學(xué)報（工學(xué)版），2017，47（06）：13-19.