高壓直流輸電線路繼電保護技術研究

張志宏

（國網江蘇省電力有限公司檢修分公司，江蘇 常州 213000）

0 引 言

作為電力系統正常運行的重要環節，繼電保護工作發揮了十分重要的作用。電力系統運行分為多個部分，每個環節對整體運行都產生重要影響，如果出現故障，就會危害到系統運行的安全穩定性。人們的物質生活水平與電力系統的安全穩定運行有關，若系統運行不順暢，企業的經濟效益就會受損。隨著高壓直流輸電線路在電力系統中發揮的作用越來越大，加強繼電保護技術研究成為其運行的重要保障。

1 高壓直流輸電主接線拓撲結構

1.1 高壓直流輸電

一般建設電網公司使用雙12脈動閥組串聯技術，在此基礎上構建高壓直流輸電工程。這種結構解決了換流器存在的在線投退問題，因此有效提升了電力系統可靠性和安全性。針對高壓直流輸電線路的一個極，單組12脈動換流閥與2組12脈動換流閥串聯運行同樣適用。在閥組中需要并聯斷路器和隔離開關，同時一組運行不會對另一組造成不利影響。接線設計的過程中，保證每極高低12脈動換流器端口電壓相同，運用多樣化的運行方式，保證高壓直流輸電系統的安全穩定性[1]。

1.2 多端直流

不同類型的換流站連接輸電線路所構成的高壓直流系統就是多端直流。首先，這種系統實現了多點直流聯網，分區域消納了多余電量，也減少了各換流站出線率，避免了大規模電路故障的情況。其次，多端直流系統對交流系統中存在的潮流回轉問題能夠進行有效解決。和普通線路相比，目前運用的交流系統具有較高的輸送能力，能夠有效減少交流系統投資。然而，對于通過傳統電流源的自然換向點的多端DC傳輸，難以串聯或并聯地協調控制。隨著社會的快速發展，電壓源逆變技術逐漸發展成熟。一些學者提出了混合多端HVDC技術，綜合了兩種轉換器技術的特點。傳統DC用于高壓強反饋系統接入。VSC用于弱地饋送或分散到系統網絡中的功率，其結構如圖1所示。

圖1 混合型多端直流結構圖

極聯式多端直流極直流多極直流是一種多端直流拓撲，最初是針對國家電力工作提出的，如圖2所示。在單一設備制造的過程中，將多個端子連接到極點沒有技術性的困難。但有必要驗證高壓直流控制保護系統對通信延遲產生的影響，并關注結束設計階段傳輸電力的安全穩定性。針對系統故障實施措施，保證電力系統處于正常運行的狀態。

圖2 極聯式多端直流拓撲結構圖

2 繼電保護技術的應用

2.1 行波暫態量保護

高壓直流輸電線路在運行的過程中產生故障會出現反行波現象。為了更加安全穩定地運行電力系統，應該對行波進行一定程度的保護，實現繼電保護技術的合理化應用。根據高壓直流輸電線路的運行狀況可知，包括兩種提升行波力度的方案，ABB和SIEM ENS。第二種繼電保護措施需要建立在電壓積分原理上使用，在出現故障時啟動成蹙額，能夠在20 s內保護行波，最快達到16 s。第二種繼電保護措施具有抗干擾性。在運行第一種繼電保護措施的過程中，從應用對地膜波和極波的檢測原理的角度進行了行波保護。在運行中能夠對10 m/s中的圖變量進行有效檢測，促使反行波圖變量可以得到充分掌握。在特殊狀態下，當前的地圖變量和差分啟動也可以在識別反向行波變量期間應用。在應用繼電保護技術的過程中，行波保護功能仍存在部分缺陷，如低抗過渡性。同時，在構建繼電保護措施的過程中，基礎理論不完善和體系不健全對應用相關技術產生了不利影響。為了提高行波保護在我國高壓直流輸電線路中應用效率和質量，專家和學者提出了結合數學形態學濾波技術，改進和完善其應用功能[2]。

2.2 微分欠壓保護

微分欠壓保護是重要的繼電保護措施，在應用的過程中需要明確電壓微分數值和電壓幅值水平，以便更好地運用。運行的過程中實現了主體的有效保護，發揮了一定作用。目前，微分欠壓保護有兩種方案，包括ABB和SIEM ENS。線路中體現微分欠壓保護的內容為檢測電壓微分和電壓水平。運行保護措施的過程中，電壓微分達到了20 m/s的上升延時，在電壓變化的過程中出現上升沿寬度。在未達到某一標準的過程中，該保護措施的后備保護功能可以得到充分的發揮，但是該保護技術在應用過程中并沒有耐過渡電阻效率。和行波保護措施相比，這種保護措施的靈敏性更高，但動作速度稍微緩慢[3]。

2.3 低電壓保護

高壓直流輸電線路在運行的工程中比較常見的繼電保護措施為低電壓保護。這種保護措施能夠檢測電壓幅度變化數值，并進行合理應用。低電壓保護的過程中，會面臨不同的保護對象，該保護措施聯通線路低電壓和機控低電壓，充分發揮保護功能。使用機控低電壓能夠保證更低的保護定值。若線路運行的過程中出現故障，能夠及時封閉故障極。線路低電壓在故障的影響下會重新啟動程序，通過這種方式達到保護線路的目的。應用低電壓保護措施的過程中，由于系統結構過于單一，因此在判斷依據的過程中缺乏科學性，導致工作人員不能合理判斷故障位置和出現的原因，影響了后續檢修和維護工作。

3 結 論

供電可靠性是電網建設的重要內容。電力系統中應用高壓直流輸電線路促進了系統功能的完善，保證了大功率電能的輸送，減小了系統運行波阻。在應用高壓直流輸電線路的過程中，系統對繼電保護技術的要求也越來越高。通過對高壓直流輸電線路繼電保護技術影響因素的分析，進一步展開繼電保護技術的應用研究。