高壓直流輸電線路保護(hù)的前加速

胡寶云

摘要：電力的發(fā)展是我國整體經(jīng)濟(jì)發(fā)展之基礎(chǔ)。目前高壓/特高壓直流輸電工程中基于行波等原理的直流線路快速保護(hù)的耐高阻能力不強(qiáng)，而針對高阻接地故障的基于差動等原理的慢速保護(hù)的動作速度又很慢。交流線路保護(hù)中靠近電源側(cè)的前加速先無選擇性地快速動作，而后再通過重合閘來糾正這種非選擇性動作。

關(guān)鍵詞：高壓直流輸電;線路保護(hù);前加速

引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們生活水平的提高，對于用電需求與日俱增。科學(xué)技術(shù)在不斷的創(chuàng)新發(fā)展之中，電氣工程對于社會生產(chǎn)發(fā)揮著越來越重要的作用，應(yīng)用的范圍愈加廣泛，直流輸電線路是電力系統(tǒng)的重心所在，將電能的產(chǎn)出與用電進(jìn)行連接，起到傳輸電能的重要作用。

1高壓直流輸電線路概述

高壓直流輸電線路是利用穩(wěn)定的直流電進(jìn)行電力的傳輸，具有無感抗、無容抗、無同步等優(yōu)點，與交流輸電相比，直流輸電的輸送電容量更高、輸電的距離更遠(yuǎn)、電流網(wǎng)絡(luò)的建立更加容易、高壓功率的調(diào)節(jié)更加方便等眾多的優(yōu)勢特點，被廣泛的應(yīng)用在大功率遠(yuǎn)距離的直流輸電之中，高壓直流輸電線路相較于交流輸電更適合我國地緣遼闊的特點。輸電過程為直流，通常是運(yùn)用海底電纜輸電與陸地高空架線兩種方式，國際上第一條高壓直流輸電線路是1954年在瑞典被建造成功投入使用。高壓直流輸電可以將兩大電力系統(tǒng)的非同時聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行與不同頻率的電力系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，可以減小輸電過程中造成的低頻振動現(xiàn)象。與此同時，高壓直流輸電線路在應(yīng)用的過程中也面臨著很多的不足和缺陷，主要包括直流輸電系統(tǒng)目前來說只能實現(xiàn)定點輸送，不能在輸電的過程中進(jìn)行電流的分支建立，盡管在創(chuàng)新應(yīng)用的過程中已經(jīng)有電力公司研發(fā)出三端直流輸電，但是還不能解決電路在分流過程中的功率控制問題，并且成本投入過高，還不能進(jìn)行實際上的投入使用。

2直流線路保護(hù)的分區(qū)定義

常規(guī)直流線路保護(hù)的分區(qū)是根據(jù)保護(hù)設(shè)備的范圍而定的，區(qū)內(nèi)是直流輸電線路，常規(guī)以直流線路側(cè)電流測量點為邊界;區(qū)外是除直流輸電線路之外的任何電網(wǎng)區(qū)域。引入前加速概念后，對直流線路保護(hù)的分區(qū)領(lǐng)域給出如下定義。直流線路保護(hù)區(qū)內(nèi)的定義：兩換流站高壓極母線線路側(cè)直流電流測量點之間的直流輸電線路區(qū)域，簡稱區(qū)內(nèi)。直流線路保護(hù)區(qū)外的定義：全電網(wǎng)可判斷并隔離的、不造成直流線路所在極停運(yùn)的區(qū)域，簡稱區(qū)外。直流線路保護(hù)模糊區(qū)的定義：直流線路快速保護(hù)前加速段能夠動作，而常規(guī)直流線路快速保護(hù)不動作（即不屬于區(qū)內(nèi)）;本身屬于直流線路所在極的故障區(qū)，能夠區(qū)分區(qū)外故障（即不屬于區(qū)外），簡稱模糊區(qū)。逆變站站外交流電網(wǎng)接地故障一般會造成換相失敗，整流站站外交流電網(wǎng)接地故障會造成直流諧波保護(hù)滿足定值門檻。換流站外交流電網(wǎng)接地故障被隔離后，直流輸電系統(tǒng)（或稱直流線路所在極）仍然可以運(yùn)行。根據(jù)定義，這種故障屬于直流線路保護(hù)區(qū)外故障。雖然換流站母線接地故障給直流輸電造成的現(xiàn)象與換流站外交流電網(wǎng)接地故障類似，但是母線故障被隔離后（指常規(guī)雙母線均被隔離）直流輸電系統(tǒng)并不能繼續(xù)運(yùn)行。所以換流站單母線接地故障屬于直流線路保護(hù)區(qū)外故障，而引起換流站雙母線被隔離的接地故障不屬于區(qū)外故障。換流變壓器故障被隔離后直流輸電系統(tǒng)并不能繼續(xù)運(yùn)行。所以換流變壓器故障也不屬于區(qū)外故障。中性母線、雙極區(qū)和接地極引線接地故障會造成直流系統(tǒng)停運(yùn)，但一般不會造成直流線路快速保護(hù)（含前加速段）動作，這些區(qū)域接地故障不屬于區(qū)外故障，也不屬于模糊區(qū)故障，更不屬于區(qū)內(nèi)故障。另一極故障（不僅限于另一極線路故障）屬于區(qū)外，因為另一極故障下另一極可以自行處理和隔離，符合直流線路保護(hù)區(qū)外的定義。

3特高壓直流輸電線路故障檢測技術(shù)

當(dāng)前階段，技術(shù)水平不斷提高，紫外、紅外檢測開始在高壓、超高壓輸電線路檢測中發(fā)揮作用，其效果非常顯著，這兩種檢測技術(shù)也可以在特高壓直流輸電線路中加以運(yùn)用?；诖?，將紫外、紅外檢測技術(shù)為和信息技術(shù)進(jìn)行融合，進(jìn)行特高壓輸電線路檢測。紫外檢測技術(shù)本身帶有不接觸帶電的優(yōu)勢，操作起來比較簡單，能夠?qū)挝粫r間以內(nèi)所有電暈脈沖數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確統(tǒng)計，以此明確當(dāng)時的放電強(qiáng)度，對微小且穩(wěn)定性強(qiáng)的局部放電進(jìn)行檢測，從而確定是否存在導(dǎo)線斷股或者電暈放電等故障。紅外檢測技術(shù)可以支持遠(yuǎn)距離檢測，同時具有不停電以及不接觸等優(yōu)勢，設(shè)備溫度分布通過圖像的方式顯示出來，如此便可以實現(xiàn)徹底消除故障。紅外成像色譜分析最終生成的圖片，從中可以將連接金具以及絕緣子等設(shè)備發(fā)熱狀況進(jìn)行了解，做好線路狀態(tài)評價。通過對特高壓輸電工程的分析可知其本身具有特殊性，選擇紅外、紫外成像儀的過程中，最好選擇度數(shù)比較大的鏡頭，方便檢測塔高以及山區(qū)等地區(qū)的電路。

4直流線路保護(hù)的前加速

4.1前加速段的實現(xiàn)

直流線路行波保護(hù)、電壓突變量保護(hù)在原理上可以做到快速響應(yīng);通過降低保護(hù)的定值門檻水平可以保護(hù)高阻接地故障。直流線路保護(hù)前加速段的實現(xiàn)可以采用低門檻定值的直流線路行波保護(hù)、電壓突變量保護(hù)，不排除增加一些輔助判據(jù)。具體而言，仿真試驗中行波保護(hù)前加速段降低零模、線模突變定值;電壓突變量保護(hù)前加速段提升電壓突變定值（絕對值降低）;輔助判據(jù)提升直流電壓低定值。這樣設(shè)計的結(jié)果是，在直流線路保護(hù)模糊區(qū)的接地故障（可以含一定的接地過渡電阻）直流線路保護(hù)的前加速段會動作，且有糾正措施。直流線路保護(hù)的前加速段動作后處理策略---觸發(fā)再啟動邏輯，其實際第一個動作后果采用移相去游離而不是閉鎖，這是能夠?qū)嵤┘m正的有利條件，且期望這個糾正措施能夠起作用。直流線路保護(hù)的前加速段允許超越區(qū)內(nèi)界線，進(jìn)入模糊區(qū)。而根據(jù)定義，模糊區(qū)屬于直流的故障區(qū)，同時有配置的換流器保護(hù)、極區(qū)保護(hù)動作產(chǎn)生閉鎖停運(yùn)直流信號。在換流站間通信正常的情況下，直流線路保護(hù)模糊區(qū)（逆變站）的接地故障整流站直流線路保護(hù)前加速段動作，執(zhí)行再啟動邏輯的移相去游離;移相過程中收到逆變站換流器保護(hù)或極區(qū)保護(hù)動作產(chǎn)生的閉鎖停運(yùn)信號，中斷移相重啟邏輯而改為執(zhí)行閉鎖邏輯。而目前常規(guī)直流輸電對同樣故障的處理過程，整流站由于沒有配置前加速段而沒有任何保護(hù)動作，直至收到逆變站換流器保護(hù)或極區(qū)保護(hù)動作產(chǎn)生的閉鎖停運(yùn)信號，執(zhí)行閉鎖邏輯。對比可見，增加直流線路保護(hù)前加速段在整個故障期間及故障后處理過程中提前進(jìn)行了移相，對直流輸電并沒有造成額外的效果，更沒有造成危害，甚至還有益。

4.2帶電作業(yè)間隙

以往超高壓輸電線路設(shè)計時，對需要帶電作業(yè)的桿塔，應(yīng)考慮帶電作業(yè)所需的安全空氣間隙距離。由于帶電作業(yè)的方式是靈活多樣的，根據(jù)多年的設(shè)計及運(yùn)行經(jīng)驗，在一般情況下不會也不宜因考慮帶電作業(yè)而增大塔頭尺寸。不過，在設(shè)計中應(yīng)盡可能從塔頭結(jié)構(gòu)及構(gòu)件布置上為帶電作業(yè)創(chuàng)造方便條件。

結(jié)語

將交流線路保護(hù)的前加速概念引入直流輸電線路快速保護(hù)中，達(dá)到直流線路故障既快速又能適應(yīng)高阻接地的目的;前加速段先動作而后通過閉鎖等措施來糾正這種非選擇性動作。

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