高壓直流輸電線路繼電保護技術的應用與維護

侯林源 李志 孫松松

國網山東省電力公司檢修公司 山東濟南 250000

繼電保護裝置對保證電力系統(tǒng)的運行安全有著重要的作用，而高壓直流輸電線路有著傳輸距離遠、容量大的特點，在遠距離傳輸過程中常?？缭讲煌瑲夂驐l件和地形條件的地區(qū)，因此很容易出現故障，這就給繼電保護提出了更高的技術要求?；谝陨?，本文簡要研究了高壓直流輸電線路繼電保護技術。

1 影響高壓直流輸電線路繼電保護的因素

1.1 電容電流

同傳統(tǒng)的線路相比，高壓直流輸電線路擁有較大的優(yōu)勢，主要體現在其應用過程中較小的自然功率和波阻，以及較大的電容等。然而這些特點在充分發(fā)揮功能的過程中，將極大的影響差動保護整定，因此要想促使可靠性和安全性在該線路中進行充分的體現，必須將科學的補償措施應用于電容電流當中。并且，受分布電容因素的左右，當故障產生于高壓直流輸電線路中時，將會轉變線性關系在繼電器測量阻抗與故障距離之間的體現，導致雙曲正切函數得以產生，這一過程中，傳統(tǒng)的繼電保護措施無法有效的發(fā)揮自身功能[1]。

1.2 過電壓

故障產生于該線路的過程中，會延長電弧熄滅的時間，嚴重者將導致不消弧產生于線路當中，受電路電容因素的作用，在同一時間內，不同同時斷開存在于兩頭的開關，這一過程中，系統(tǒng)會在來回折反射行波的影響下無法正常工作。

2 高壓直流輸電線路繼電保護現狀及現存問題

2.1 現狀

自1945年始，基于換流技術的繼電保護技術在高壓直流輸電線路方面持續(xù)發(fā)展，并取得了顯著效果。目前，用于遠距離大能量電能傳輸的主要是基于半控型器件晶閘管的電流源換流器高壓直流輸電；而基于全控型器件的電壓源換流器高壓直流輸電主要用于受端弱系統(tǒng)。同時，高壓直流輸電線路的網架結構由原本兩端系統(tǒng)發(fā)展為多段系統(tǒng)；輸電線路也從僅有海底電纜發(fā)展為架空線路與電纜并存；并且高壓直流輸電在傳送距離、功率、電壓等各方面均有提高。

2.2 現存問題

從保護原理上來說，現有直流輸電繼電保護方案可靠性低、理論不完善。在主保護方面體現在靈敏度差、故障投入時間過短、缺乏整體依據、采樣率要求過高以及在抗干擾能力上表現不佳；在后備保護方面，主要體現在保護速度較慢，低電壓保護時由于依據缺乏，往往不能保證選擇性。

從保護配置上說，直流輸電保護種類過于單一，可靠性差，且缺乏故障后的快速有效反應。對于直流電輸電和交流電輸電，差異主要體現在能量集中的頻帶，其他并無本質區(qū)別，而交流輸電由于長時間的實踐應用，相對可靠性高、理論完善。因此，可借鑒交流輸電繼電保護的成功經驗，并切實結合直流輸電線路的結構特點和控制特性，以求得更為完善、高效的直流輸電繼電保護系統(tǒng)。

3 高壓直流輸電線路下常用的繼電保護技術

3.1 微分欠壓保護技術

微分欠壓保護技術既可以應用于高壓直流輸電線路的主保護系統(tǒng)中，也可以在后備保護系統(tǒng)中得到應用。這一技術可以在對電壓微分數值和電壓幅值水平進行關注的基礎上，為高壓直流輸電線路提供保護。

ABB方案和SIEMENS方案是兩種較為常用的繼電保護技術方案。二者的工作原理具有一定的相似性。它們都可以在電壓微分和電壓幅值的測定過程中發(fā)揮作用。以ABB方案的應用問題為例，在實現20ms上升延時，且達到某一標準的情況下，微分欠壓保護技術的應用可以讓這一方案的后備作用可以得到充分利用，相比于其他繼電保護技術，微分欠壓保護技術在穩(wěn)定性、安全性和靈敏性方面始終處于較高水平。

3.2 低電壓保護技術

低電壓保護技術是高壓直流輸電線路中的一種較為常用的繼電保護技術。它可以在對電壓幅值進行檢測的基礎上進行故障判斷和繼電保護。一般而言，在不同的情況下，工作人員在對這一技術進行應用的過程中需要對機控低電壓和聯通線路低電壓的保護措施的輔助作用進行發(fā)揮。在這兩種電壓保護措施中，前者可以在故障產生以后發(fā)揮出閉鎖線路的功能，后者可以在線路程序的重新啟動過程中發(fā)揮出保護線路的作用。低電壓保護技術所表現出來的設計簡單的特點有時也會讓工作人員無法對故障產生的原因和位置進行準確判斷，因而工作人員在對這一技術進行應用的過程中，需要辯證看待這一技術所發(fā)揮的作用。

3.3 行波保護技術

行波保護技術是高壓線路直流輸電條件下的主保護措施。在線路故障出現以后，它可以通過對故障點向線路兩端傳播的反行波進行識別的方式，對故障進行判斷。

在前文中提到的ABB方案中，極波和地模波是對故障的類型和故障級進行判斷的主要工具。在SIEMENS方案下，電壓微分成為了判斷電路系統(tǒng)故障的工具。行波保護系統(tǒng)與SIEMENS方案之間的融合，可以讓系統(tǒng)在對反行波在10ms內的突變量微分進行關注的基礎上，對故障的類型進行確定。從兩種方案的比較分析結果來看，在微分環(huán)節(jié)的影響下，SIEMENS方案的檢測速度要低于ABB方案的檢測速度。SIE-MENS方案的抗干擾性要優(yōu)于ABB方案的抗干擾性。過度電阻能力有限、采樣要求高和理論不嚴密的問題是二者所表現出來的共性問題?；诳煽啃缘膬?yōu)化可以為小波變換基礎上的行波方向保護原理的創(chuàng)新提供幫助?；诒Ｗo選擇性的優(yōu)化，可以讓測距式行波距離保護技術的應用提供保障。

4 結語

高壓直流輸電線路有著容量高、傳輸距離遠的優(yōu)點，但同時也比較容易出現故障。本文簡要分析了集中高壓輸電線路的繼電保護技術，旨在為保障高壓輸電線路的穩(wěn)定運行做出一定貢獻。