高壓直流輸電線路保護的前加速

胡寶云

摘要：電力的發展是我國整體經濟發展之基礎。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的耐高阻能力不強，而針對高阻接地故障的基于差動等原理的慢速保護的動作速度又很慢。交流線路保護中靠近電源側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。

關鍵詞：高壓直流輸電;線路保護;前加速

引言

隨著我國經濟的快速發展，人們生活水平的提高，對于用電需求與日俱增。科學技術在不斷的創新發展之中，電氣工程對于社會生產發揮著越來越重要的作用，應用的范圍愈加廣泛，直流輸電線路是電力系統的重心所在，將電能的產出與用電進行連接，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定的直流電進行電力的傳輸，具有無感抗、無容抗、無同步等優點，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、電流網絡的建立更加容易、高壓功率的調節更加方便等眾多的優勢特點，被廣泛的應用在大功率遠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的非同時聯網運行與不同頻率的電力系統進行聯網，可以減小輸電過程中造成的低頻振動現象。與此同時，高壓直流輸電線路在應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目前來說只能實現定點輸送，不能在輸電的過程中進行電流的分支建立，盡管在創新應用的過程中已經有電力公司研發出三端直流輸電，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，還不能進行實際上的投入使用。

2直流線路保護的分區定義

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

3特高壓直流輸電線路故障檢測技術

當前階段，技術水平不斷提高，紫外、紅外檢測開始在高壓、超高壓輸電線路檢測中發揮作用，其效果非常顯著，這兩種檢測技術也可以在特高壓直流輸電線路中加以運用。基于此，將紫外、紅外檢測技術為和信息技術進行融合，進行特高壓輸電線路檢測。紫外檢測技術本身帶有不接觸帶電的優勢，操作起來比較簡單，能夠對單位時間以內所有電暈脈沖數進行準確統計，以此明確當時的放電強度，對微小且穩定性強的局部放電進行檢測，從而確定是否存在導線斷股或者電暈放電等故障。紅外檢測技術可以支持遠距離檢測，同時具有不停電以及不接觸等優勢，設備溫度分布通過圖像的方式顯示出來，如此便可以實現徹底消除故障。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備發熱狀況進行了解，做好線路狀態評價。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，最好選擇度數比較大的鏡頭，方便檢測塔高以及山區等地區的電路。

4直流線路保護的前加速

4.1前加速段的實現

直流線路行波保護、電壓突變量保護在原理上可以做到快速響應;通過降低保護的定值門檻水平可以保護高阻接地故障。直流線路保護前加速段的實現可以采用低門檻定值的直流線路行波保護、電壓突變量保護，不排除增加一些輔助判據。具體而言，仿真試驗中行波保護前加速段降低零模、線模突變定值;電壓突變量保護前加速段提升電壓突變定值（絕對值降低）;輔助判據提升直流電壓低定值。這樣設計的結果是，在直流線路保護模糊區的接地故障（可以含一定的接地過渡電阻）直流線路保護的前加速段會動作，且有糾正措施。直流線路保護的前加速段動作后處理策略---觸發再啟動邏輯，其實際第一個動作后果采用移相去游離而不是閉鎖，這是能夠實施糾正的有利條件，且期望這個糾正措施能夠起作用。直流線路保護的前加速段允許超越區內界線，進入模糊區。而根據定義，模糊區屬于直流的故障區，同時有配置的換流器保護、極區保護動作產生閉鎖停運直流信號。在換流站間通信正常的情況下，直流線路保護模糊區（逆變站）的接地故障整流站直流線路保護前加速段動作，執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或極區保護動作產生的閉鎖停運信號，中斷移相重啟邏輯而改為執行閉鎖邏輯。而目前常規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動作，直至收到逆變站換流器保護或極區保護動作產生的閉鎖停運信號，執行閉鎖邏輯。對比可見，增加直流線路保護前加速段在整個故障期間及故障后處理過程中提前進行了移相，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帶電作業間隙

以往超高壓輸電線路設計時，對需要帶電作業的桿塔，應考慮帶電作業所需的安全空氣間隙距離。由于帶電作業的方式是靈活多樣的，根據多年的設計及運行經驗，在一般情況下不會也不宜因考慮帶電作業而增大塔頭尺寸。不過，在設計中應盡可能從塔頭結構及構件布置上為帶電作業創造方便條件。

結語

將交流線路保護的前加速概念引入直流輸電線路快速保護中，達到直流線路故障既快速又能適應高阻接地的目的;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。

參考文獻

[1]宋國兵，高淑萍，蔡新雷，等.高壓直流輸電線路繼電保護技術綜述[J].電力系統自動化，2012，36（22）：123-129.

[2]彭濤，江亞群，黃純.基于熵值的特高壓直流輸電線路雙端電壓保護[J].電力系統及其自動化學報，2018，20（5）：75-79.

[3]李愛民，蔡澤祥，任達勇，等.高壓直流輸電控制與保護對線路故障的動態響應特性分析[J].電力系統自動化，2009，33（11）：72-75.

[4]戴志輝，蘇懷波，劉寧寧，等.基于電流相關性的直流線路單極故障保護方案[J].電力建設，2018，39（7）：74-80.