高壓直流輸電線路繼電保護技術

文/吳凡

近幾年來，全世界的科技水平日新月異?？茖W技術的發展為人們的生產生活帶來了更多的便捷，在如今的高壓直流輸電的背景下，線路建設逐步增多，隨之而來的是繼電保護技術存在著缺陷，已經嚴重影響到了電力系統的深化發展。怎樣在高壓直流輸電的線路中強化繼電保護技術，并進行升級優化，已經成為一個重要課題。

1 高壓直流輸電線路繼電保護現存問題

根據高壓直流輸電的保護原理來分析，現在的高壓直流輸電保護方案的可靠性不高，保護方式也不強，靈敏度不高，故障處理時間不長；在進行后期的保護當中，主保護速度偏慢，根據保護配置的標準來說，高壓直流輸電保護各類不豐富，可靠性不強，故障后的快速處理方式偏慢。要針對高壓直流輸電與交流電輸電情況進行能量集中性的頻帶問題，而在交流輸電過程中，因為長時間的輸電運行實踐經驗，可靠性較高，技術理論相對較為完善。

2 高壓直流輸電線路繼電保護的主要影響因素

2.1 電容電流

高壓直流輸電線路的電容較大，自然功率不大，加上波阻小等特點，給縱聯電流差動保護方面帶來了很大的提升效果。要更好地促進對于整個高壓直流輸電線路的保護，促進安全性、穩定性的提升，就要積極對電容電流采取合理的補償策略。

2.2 過電壓

如果高壓直流輸電線路發生了故障，那么它產生的電弧一般情況下不會熄滅，在監控范圍內，高壓直流輸電也不會有消弧現象。當然，因為整個高壓直流輸電線路易受到其它電容因素的影響，那么線路的兩個頂點的開關也不可能在第一時間切斷，這樣的話，不會有反射的行波情況出現，也將影響到整個高壓直流輸電繼電保護系統的正?；?。

2.3 電磁的暫態過程

表1：某電廠繼電保護定值整定計算結果

由于高壓直流輸電線路距離較遠，故障發生時高頻分量往往過大，給故障的診斷和處理帶來困難，不但會影響到電氣測量的誤差問題，而且其半波算法準確率也會因為高頻分量的影響受到相應的影響?；谶@樣的情形，有可能會有高壓直流輸電電流互感過于飽和的問題，從而引發較嚴重的后果。

3 高壓直流輸電線路繼電保護設計原則

在高壓直流輸電線路繼電保護的設計過程中，應嚴格遵循以下設計原則：

3.1 后備保護

就是在繼電保護設計的過程中，需要后備保護，這是非常重要的。因此，在后備保護的基礎上，電力設計技術人員要加強對于電力系統操控問題的關注；如果遇到了電力系統操控問題，就要嚴格控制高壓直流輸電線路兩端的故障差問題，要進一步加強接地距離的保護，加強相間距離設備的完整性保護等問題，這樣可以較好地達到高壓直流輸電穩定運行的狀態。

3.2 輸電線路主保護設計

在設計過程中注重對保護裝置加以區分。要在設計的整個過程里，加強對于保護裝置的認識。比如，一個高壓直流輸電系統在運行時，要保證運行環境的安全與可靠，要把第一、二套保護裝置加固設定在分相電流差動的縱聯保護范圍內，進行相電壓補償的縱向保護，進行實現高壓直流輸電的繼電保護。

3.3 關注自動重合閘問題

就是要求設計人員在對于高壓直流輸電的繼電保護過程里，需要嚴格遵照繼電的自動重合閘的設計要求，科學地選好三相重合閘以及單相重要閘的應用模式，進而達到最好的設計、運行狀態，達到高壓直流輸電繼電保護目標。

4 高壓直流輸電線路繼電保護技術

4.1 落實行波保護

如果遇到高壓直流輸電線路發生的故障，就會產生反行波，想要讓高壓直流輸電系統能夠安全運行、穩定運行，就要加強科學化的行波保護工作。現在業內對于行波保護主要有2個方案：一是ABB 方案，二是SIEMENS 方案。

圖1：某電廠汽機房廠用電系統圖

首先，是ABB方案，這是一種根據極波、地模波理論提出來的方案，可以讓工程技術人員在較快的時間里檢測出反行波，然后要采用相應的對策。

另外，就是SIEMENS 方案，這是一種以電壓積分為原理的工作方案。其開始保護的時間在16秒到20秒之間，與ABB方案相比較，它的起動時間整體較長，但更有一些干擾效果。為了更好地促進行波保護的質量，技術人員應用形態學的梯度理論與數學方面的濾波技術。不過，這二種方案都存在一定的短板，進行根據高壓直流輸電線路的特點，進行更為完善的方案提升。

4.2 加強微分電壓保護

作為一種相對科學的繼電保護技術，差動電壓保護有著主保護以及后備保護特點。現今，西門子公司在用ABB行波保護里面，就采取了檢測對象使用的電壓電平與電壓差動策略。

不過，因為西門子使用的ABB方案后，上升的延遲時間過長了，不能更好地發揮其后備保護作用，不過ABB方案的上升時間整體延遲了至少20毫秒；在高壓直流輸電線路電壓處于變化率在標準值以內里，容易發揮出后備保護的特點，但它也有一些弊端，就是抗干擾能力不強。對于微分電壓保護，一般來說，行波保護對于高壓直流輸電線路更有可靠性，更具靈敏度，不過由于其運行的速度低于行波保護情況，這二種形式的繼電保護存在一些耐過度電阻能力不強，所以存在可靠性不足的問題。

如在進行系統繼電保護整定值計算時，采取了上述計算方法，并作以下假設：一是針對某低壓問題的電廠，其采取的變壓器高壓側系統的電源為無窮大；二是在進行過負荷保護時，該廠采用的是極端反時限工作原理；三是針對于該廠的限時電流速斷保護，采用的是定時限工作原理；四是針對于該廠單相接地保護，采用定時限工作原理；五是針對該廠電動機電流，啟動倍數是7倍，啟動時間是10s；六是針對MCC母線的額定電流為 300A；其是忽略電纜阻抗影響，最終計算得出400V 的三相短路電流為 27.6kA。得到 PC 進 線開關和變壓器進線保護的的定值如表 1 所示。

4.3 低電壓保護

作為高壓直流輸電線路后備繼電保護的常規對策，低電力保護一般通過檢測電壓的增幅值來進行保護。有時候需要結合保護對象的特點，用極控低電壓與線路低電壓的方式進行保護，一般來說，線路低電壓保護的定值要略高于極控低電壓保護。

如果高壓直流輸電線路發生了問題，會自動關掉極控低電壓保護設置，同時會伴隨著低電壓保護設備的重新啟動。一般進行低電壓保護方法并不復雜，但由于缺載合理的整定運算規則，對工程技術人員在故障類型方面的判定不太有利，所以應用范圍并不廣泛。

4.4 縱聯電流差動保護

進行高壓直流輸電線路的保護，一種比較好是選擇就是應用縱聯電流運行過程中進行差動保護。不過只要處于好它對于故障反應偏慢的問題，就好了。在高阻故障當中，由于影響因素較為復雜，電流的差動保護與電壓變化的關系需要進一步優化，優化后促進電流差動保護價值的發揮，也會降低保護措施的誤動率。

5 結束語

綜上可知，目前，高壓直流輸電線路在繼電保護過程中仍然存在著靈敏度低等問題，影響了電力系統的穩定性。因此，為了滿足繼電保護的需要，在電力系統的運行和維護過程中，有關技術人員應重視現代繼電保護技術的應用，如行波暫態量保護技術、差動欠壓保護技術等，找出并解決繼電保護中存在的問題，提高保護的可靠性，使直流系統更加穩定。