試析高壓直流輸電線路繼電保護技術

姜恩澤

國網江蘇省電力有限公司鎮江供電分公司 江蘇 鎮江 212000

一、高壓直流輸電線路繼電保護存在的問題

1.1 可靠性差、理論不完備 高壓輸電線路的主保護靈敏度較低,故障投入時間較短,同時對于采樣率有著較高的要求,有些高壓輸電線路的繼電保護的抗干擾能力也較差。而對于后備保護來說也存在著一定的問題,其中差動保護靈敏度較差,保護動作所需時間較長,而低壓保護不僅靈敏度較差,同時缺乏整定依據,這就影響了低壓保護的選擇性。

1.2 保護種類單一,缺乏保護原理 保護配置是高壓直流輸電線路繼電保護技術中重要的組成,而就我國目前高壓直流輸電線路繼電保護技術來看,保護裝置大多一致,無法對故障問題進行及時的預警和保護。其次,從本質上來講,高壓直流輸電線路與常規的交流輸電線路之間并沒有太大的差異,無論是工作原理,還是故障的保護原理方面,都非常相似。這兩者最大的不同點是集中頻帶有著明顯的區別。

二、高壓直流輸電線路繼電保護的影響因素

2.1 電容電流 高壓直流輸電線路電容大、波阻抗小以及自然功率小的特征,這就給差動保護整定帶來較大的影響,為了保障高壓直流輸電線路運行的安全性與穩定性,必須要對電容電流采取科學合理的補償措施。此外,在分布電容因素的影響下,一旦高壓直流輸電線路運行出現故障,故障距離與繼電器測量阻抗之間的線性關系就會發生改變,成為雙曲正切函數,此時,就不能使用傳統繼電保護措施。

2.2 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,斷開存在于兩頭的開關,這一過程中,系統會在來回折反射行波的影響下無法正常工作。

2.3 電磁的暫態過程 由于高壓直流輸電的線路一般都會具有相對較長的距離,所以在其發生故障之時往往都會出現高頻分量過大的情況,這樣就給故障的診斷和處理造成了較大的困難。不僅會導致電氣測量的過程出現一定的偏差,而且半波算法的準確率在高頻分量的作用下也會受到較大的影響。在這幾種情況的相互作用下很可能會造成電流互感器過渡飽和的現象,從而導致嚴重的后果。

三、高壓直流輸電線路中常用繼電保護技術

3.1 行波保護 采用直流輸電時,行波保護屬于主保護措施,其原理為：在線路發生故障時,發生故障的地方會從線路兩端傳播反行波,利用這一原理可以判斷故障點,從而及時采取措施進行解決,保證電力的正常輸送。當下,我國廣泛使用的直流輸電行波保護方案主要有ABB和SIEMENS。其中,在使用ABB方案時,主要是利用基波檢測電路中的故障,而且可以通過地膜波判定故障的級別,讓維修人員做好應對措施,降低管理工作的危害性；而SIEMENS方案下,將電壓微分作為啟動的判斷依據,并利用反行波可以在最時間內確定故障,時間控制在10MS左右,反應速度非常迅速。

3.2 微分欠壓保護 微分欠壓保護也是直流輸電線路中的主保護手段,同時,它也是行波保護的后備保護。一般而言,微分欠壓保護通常是利用檢測電壓微分數據和電壓幅值水平,從而實現對直流輸電線路的保護。與之前所提到的ABB和SIEMENS方案原理相同,微分欠壓保護也是測定電壓微分以及幅值,特別要注意的是,電壓微分定值與行波保護相同,只要把其上升沿由原來的6ms調整到20ms,這樣在行波保護結束之后,或者是上升沿的寬度不夠時,此時,微分欠壓保護就可以發揮其作用,進行后備保護。與行波保護比較,在運行速度上微分欠壓保護稍遜一些,耐過度電阻能力也有限,但是,其運行的精準度有了明顯提高。

3.3 低電壓保護 低電壓保護屬于后備保護措施,它是基于行波保護和微分去按壓保護之后的一種補充手段,它的運行原理為：通過檢測直流線路的電壓幅值,然后對線路的故障進行判斷,并實施繼電保護。按照設計方案,低電壓保護一般運用于清除行波保護和微分欠壓保護沒有反應的高阻故障。不過,在實際工作中,在直流輸電線路中很少配置低電壓保護措施。一般而言,低電壓保護可以分為線路低電壓與極控低電壓。其中,線路低電壓要比極控低電壓的保護性能更高,而且線路低電壓在動作之后,可以啟動線路重啟程序；極控低電壓在動作之后,通常會對故障點進行封鎖。

3.4 縱聯電流差動保護 縱聯電流差動保護是一種常見的直流輸電保護手段,通常被作為后備保護措施,它的原理就是通過雙端電氣量,實現對線路保護的絕對選擇性。按照它的設計原理,縱聯電流差動保護被用來消除高阻故障。

當下我國直流輸電線路中使用的縱聯電流差動保護,因為沒有考慮電容電流問題,在使用時只利用電流兩端的和作為差動的判斷依據,因此,需要較長的時間才能得到數據,動作速度比較緩慢。

結語

綜上所述,高壓直流線路具有較為顯著的應用優勢,然而由于其容量大,傳輸距離遠,所以發生故障的概率較高,這對繼電保護無疑有著更高的要求。本文重點探討和分析了集中高壓直流輸電線路繼電保護技術,希望能夠幫助高壓輸電線路更加穩定可靠的運行。