淺談高壓直流輸電線路繼電保護技術研究

陳振波

（新天綠色能源股份有限公司，河北 石家莊 050001）

在我國電網運行的實際應用中，高壓直流輸電線路系統(tǒng)占據著主導地位，其自身優(yōu)勢較為明顯，能夠有效促進我國電網技術的高速發(fā)展。因此，使用繼電保護技術對高壓直流輸電線路進行有效保護意義重大，繼電保護技術能夠有效保障高壓直流輸電線路的運行效率及運行質量，為高壓直流輸電線路的應用和發(fā)展鋪平道路。

1 影響高壓直流輸電線路繼電保護的因素

1.1 過電壓

當高壓直流輸電線路出現嚴重的故障問題時，其電弧熄滅的時間將會延長，甚至可能出現無法消弧的情況。因此，若高壓直流輸電線路此時遇到過電壓的影響，則會出現高壓直流輸電線路兩側開關無法在相同時間有效切斷的狀況，從而導致整條高壓直流輸電線路遭受行波的來回折反射作用，對高壓直流輸電線路的運行造成嚴重影響，同時引起繼電保護裝置無法有效保護高壓直流輸電線路的安全。

1.2 電容電流

高壓直流輸電線路具有功率小、阻抗小、電容大等特點，這將會對高壓直流輸電線路的差動保護整定值造成直接影響。因此，電網企業(yè)應采用合理有效的電容電流補償措施，以此保障高壓直流輸電線路的運行安全和穩(wěn)定。此外，當高壓直流輸電線路在運行中出現故障問題時，由于受到分布電容等因素的影響，繼電保護裝置的測量阻抗與故障高壓直流輸電線路之間的線性關系將會受到改變，雙曲正切函數是其最終變化結果，從而導致繼電保護裝置無法發(fā)揮其有效作用。在此情況下，電網企業(yè)需采用新的保護措施對高壓直流輸電線路進行保護。

1.3 電磁暫態(tài)過程

高壓直流輸電線路一般被電網企業(yè)應用于大跨距的電網系統(tǒng)當中，在對其進行故障維修處理時，將會出現較大的高頻分量幅值，進而導致無法有效開展高頻分量的過濾、消除工作。此情況的發(fā)生，將會造成電氣測量過程中出現測量誤差，對半波算法結果的準確性造成不良影響，同時導致電流互感器達到飽和狀態(tài)，破壞高壓直流輸電線路的有效運行。

2 設計原則和注意事項

2.1 后備保護

高壓直流輸電線路的設計過程中，電網企業(yè)應將后備保護原則作為設計依據，積極控制并有效切除高壓直流輸電線路兩側的故障差，同時合理配置相間距離的設備及接地距離的保護。電網企業(yè)在對高壓直流輸電線路距離保護特征進行設計時，極易受到傳統(tǒng)橢圓形、圓形、四邊形等設計模式的約束，存在一定局限性，因此，需打破傳統(tǒng)模式束縛，合理采用微機保護模式，有效提升高壓直流輸電線路系統(tǒng)運行的安全性。

2.2 主保護

高壓直流輸電線路的主保護會受到多方面因素的影響，因此，電網企業(yè)需研究并結合高壓直流輸電線路的實際運行情況，合理選擇繼電保護技術對高壓直流輸電線路進行保護。在線路設計過程中，電網企業(yè)可以分別采用分相電流差動縱聯保護裝置及分相電壓補償縱向保護裝置作為高壓直流輸電線路的第一套、第二套保護設備，通過采用兩臺不同原理的保護裝置，并設置在不同的線路通道中，能夠對高壓直流輸電線路進行有效的保護。

2.3 并聯電抗器保護

當高壓直流輸電線路的并聯電抗器發(fā)生故障問題時，高壓直流輸電線路將會針對電抗器故障發(fā)出相應指令，從而有效啟動電抗器自動保護裝置，以此保障電抗器運行安全。在高壓直流輸電線路出現故障問題時，電網企業(yè)應遵循并聯電抗器保護原則，當故障電流、故障電壓超過高壓直流輸電線路的允許標準時，應快速切斷分布在電抗器兩端的斷路器，從而有效保護電抗器不受破壞。

2.4 自動重合閘

高壓直流輸電線路的實際運行過程中，電網企業(yè)需根據線路實際過電壓水平及如何避免過電壓操作的原則，合理選擇其自動重合閘模式。高壓直流輸電線路自動重合閘模式一般分為快速集中重合閘、單相重合閘、三項重合閘三種模式，在非全相狀態(tài)下，若過電壓倍數保持在標準范圍內，則可以采取單相重合閘的模式，若過電壓倍數超過其有效標準范圍，則需要采取三相重合閘的模式。因此，在實際運行過程中，電網企業(yè)應充分、全面考慮高壓直流輸電線路兩側的重合順序及時間間隔，并對其進行積極控制，以此保障其各個參數能夠保持在合理的標準范圍內。

3 高壓直流輸電線路繼電保護技術

3.1 微分欠壓保護

高壓直流輸電線路的微分欠壓保護技術是通過采用電壓幅值水平、電壓微分數值對線路進行有效保護，高壓直流輸電線路的主保護、后備保護是其主要形式。通過ABB、SIEMEN方案分析可得出，微分欠壓保護技術主要是利用電壓水及電壓微分的測量數據作為實現的依據。微分欠壓保護技術在測定20ms的電壓微分定值上升延展過程中，如發(fā)生行波保護退出運行的情況，則此技術能用有效發(fā)揮其后備保護的作用。但與此同時，微分欠壓保護技術仍存在不少缺點，例如，耐過渡電阻性能有限及靈敏度較低等問題，因此，電網企業(yè)需加強微分欠壓保護技術的研究，有效解決其缺陷和問題。

3.2 行波暫態(tài)量保護

高壓直流輸電線路出現故障時產生的反行波現象，將會對高壓直流輸電線路系統(tǒng)運行穩(wěn)定造成不利影響，因此，電網企業(yè)需采取有效的行波暫態(tài)量保護技術對高壓直流輸電線路進行有效保護，以此保障線路運行的穩(wěn)定性。行波暫態(tài)量保護可分為有通道行波保護及無通道行波保護，有通道行波保護又能夠分為行波電流極性比較式方向保護、行波幅值比較式方向保護、行波極性比較式方向保護、行波判別式比較式方向保護及行波差動保護。現如今，電網企業(yè)通常采用ABB、SIEMEN方案開展行波保護，在ABB方案中，電網企業(yè)通過地模波與極波的測量原理，對反行波圖變量進行有效檢測。同時，電網企業(yè)還能夠通過電流圖變量、微分啟動圖變量、用電壓圖變量等方式，在特殊情況下對其進行有效識別。SIEMEN方案主要利用電壓積分原理對反行波實行保護措施，相較ABB方案，其抗干擾能力有所提升，但是啟動保護的速度則較為緩慢。兩種反行波保護措施在具體實施過程中也存在一定缺陷，如耐過渡電阻能力不理想、理論系統(tǒng)不嚴謹、整定依據缺乏等缺點。因此，電網企業(yè)需對其進行有效、完善地處理，在行波保護判斷過程中，應對故障線路通過不同電阻的電壓變量圖進行合理分析，制定有效的保護方案，同時，結合高壓直流輸電線路的實際運行狀況，選擇有效的行波保護措施，以此保障高壓直流輸電線路的安全穩(wěn)定。

3.3 縱聯電流差動保護

通過使用雙、多端電氣量，有效保障線路故障時保護動作的絕對選擇性，是縱聯電流差動保護的技術原理。在高壓直流輸電線路的應用過程中，電網企業(yè)利用構造差動判據及兩端加電流對線路進行保護，極易忽略高壓直流輸電線路分布電容的影響作用，導致差動保護的判據在暫態(tài)過程結束后才能成立。因此，縱聯電流差動保護技術的主要作用是切除高阻故障，有效延長確認故障后投入的時間，屬于高壓直流輸電線路中的后備保護。

3.4 低電壓保護

高壓直流輸電線路低壓保護技術的主要作用是對電壓幅值水平的檢測，但是，其技術未能在高壓直流輸電線路工程中得到廣泛應用，其在繼電保護方面的研究、依據、原理等技術知識也較少被提及。極控低電壓保護技術及線路低電壓保護技術是當前電網企業(yè)最主要的兩種技術方式，相較線路低電壓保護技術，極控低電壓保護技術存在保護定值低，保護動作能夠導致故障閉鎖等特點。而線路低電壓保護技術則會在線路出現故障時，觸發(fā)其重新啟動程序，因此，線路低電壓保護技術在高壓直流輸電線路中的應用較為普遍。低電壓保護技術操作較為簡便，但是，其具有反應速度緩慢、整定依據不足、無法區(qū)分線路高阻故障及區(qū)外故障等明顯缺點，因此，在未來技術發(fā)展中，仍有大量問題需要得到有效解決。

4 結語

總而言之，繼電保護技術對電網發(fā)展具有重要的作用，電網企業(yè)需深入探索高壓直流輸電線路繼電保護技術的應用，并采用相應的繼電保護技術對高壓直流輸電線路系統(tǒng)的運行進行有效保護。與此同時，電網企業(yè)還需發(fā)現繼電保護技術在實際應用中的不足，對其進行完善和改進，加強高壓直流輸電線路系統(tǒng)運行問題隱患的探索，為未來我國電網系統(tǒng)發(fā)展提供有效保障。