淺談高壓直流輸電線路繼電保護(hù)技術(shù)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(guó)電網(wǎng)運(yùn)行的實(shí)際應(yīng)用中，高壓直流輸電線路系統(tǒng)占據(jù)著主導(dǎo)地位，其自身優(yōu)勢(shì)較為明顯，能夠有效促進(jìn)我國(guó)電網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展。因此，使用繼電保護(hù)技術(shù)對(duì)高壓直流輸電線路進(jìn)行有效保護(hù)意義重大，繼電保護(hù)技術(shù)能夠有效保障高壓直流輸電線路的運(yùn)行效率及運(yùn)行質(zhì)量，為高壓直流輸電線路的應(yīng)用和發(fā)展鋪平道路。

1 影響高壓直流輸電線路繼電保護(hù)的因素

1.1 過(guò)電壓

當(dāng)高壓直流輸電線路出現(xiàn)嚴(yán)重的故障問(wèn)題時(shí)，其電弧熄滅的時(shí)間將會(huì)延長(zhǎng)，甚至可能出現(xiàn)無(wú)法消弧的情況。因此，若高壓直流輸電線路此時(shí)遇到過(guò)電壓的影響，則會(huì)出現(xiàn)高壓直流輸電線路兩側(cè)開關(guān)無(wú)法在相同時(shí)間有效切斷的狀況，從而導(dǎo)致整條高壓直流輸電線路遭受行波的來(lái)回折反射作用，對(duì)高壓直流輸電線路的運(yùn)行造成嚴(yán)重影響，同時(shí)引起繼電保護(hù)裝置無(wú)法有效保護(hù)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(diǎn)，這將會(huì)對(duì)高壓直流輸電線路的差動(dòng)保護(hù)整定值造成直接影響。因此，電網(wǎng)企業(yè)應(yīng)采用合理有效的電容電流補(bǔ)償措施，以此保障高壓直流輸電線路的運(yùn)行安全和穩(wěn)定。此外，當(dāng)高壓直流輸電線路在運(yùn)行中出現(xiàn)故障問(wèn)題時(shí)，由于受到分布電容等因素的影響，繼電保護(hù)裝置的測(cè)量阻抗與故障高壓直流輸電線路之間的線性關(guān)系將會(huì)受到改變，雙曲正切函數(shù)是其最終變化結(jié)果，從而導(dǎo)致繼電保護(hù)裝置無(wú)法發(fā)揮其有效作用。在此情況下，電網(wǎng)企業(yè)需采用新的保護(hù)措施對(duì)高壓直流輸電線路進(jìn)行保護(hù)。

1.3 電磁暫態(tài)過(guò)程

高壓直流輸電線路一般被電網(wǎng)企業(yè)應(yīng)用于大跨距的電網(wǎng)系統(tǒng)當(dāng)中，在對(duì)其進(jìn)行故障維修處理時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)較大的高頻分量幅值，進(jìn)而導(dǎo)致無(wú)法有效開展高頻分量的過(guò)濾、消除工作。此情況的發(fā)生，將會(huì)造成電氣測(cè)量過(guò)程中出現(xiàn)測(cè)量誤差，對(duì)半波算法結(jié)果的準(zhǔn)確性造成不良影響，同時(shí)導(dǎo)致電流互感器達(dá)到飽和狀態(tài)，破壞高壓直流輸電線路的有效運(yùn)行。

2 設(shè)計(jì)原則和注意事項(xiàng)

2.1 后備保護(hù)

高壓直流輸電線路的設(shè)計(jì)過(guò)程中，電網(wǎng)企業(yè)應(yīng)將后備保護(hù)原則作為設(shè)計(jì)依據(jù)，積極控制并有效切除高壓直流輸電線路兩側(cè)的故障差，同時(shí)合理配置相間距離的設(shè)備及接地距離的保護(hù)。電網(wǎng)企業(yè)在對(duì)高壓直流輸電線路距離保護(hù)特征進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，極易受到傳統(tǒng)橢圓形、圓形、四邊形等設(shè)計(jì)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(jī)保護(hù)模式，有效提升高壓直流輸電線路系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。

2.2 主保護(hù)

高壓直流輸電線路的主保護(hù)會(huì)受到多方面因素的影響，因此，電網(wǎng)企業(yè)需研究并結(jié)合高壓直流輸電線路的實(shí)際運(yùn)行情況，合理選擇繼電保護(hù)技術(shù)對(duì)高壓直流輸電線路進(jìn)行保護(hù)。在線路設(shè)計(jì)過(guò)程中，電網(wǎng)企業(yè)可以分別采用分相電流差動(dòng)縱聯(lián)保護(hù)裝置及分相電壓補(bǔ)償縱向保護(hù)裝置作為高壓直流輸電線路的第一套、第二套保護(hù)設(shè)備，通過(guò)采用兩臺(tái)不同原理的保護(hù)裝置，并設(shè)置在不同的線路通道中，能夠?qū)Ω邏褐绷鬏旊娋€路進(jìn)行有效的保護(hù)。

2.3 并聯(lián)電抗器保護(hù)

當(dāng)高壓直流輸電線路的并聯(lián)電抗器發(fā)生故障問(wèn)題時(shí)，高壓直流輸電線路將會(huì)針對(duì)電抗器故障發(fā)出相應(yīng)指令，從而有效啟動(dòng)電抗器自動(dòng)保護(hù)裝置，以此保障電抗器運(yùn)行安全。在高壓直流輸電線路出現(xiàn)故障問(wèn)題時(shí)，電網(wǎng)企業(yè)應(yīng)遵循并聯(lián)電抗器保護(hù)原則，當(dāng)故障電流、故障電壓超過(guò)高壓直流輸電線路的允許標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)快速切斷分布在電抗器兩端的斷路器，從而有效保護(hù)電抗器不受破壞。

2.4 自動(dòng)重合閘

高壓直流輸電線路的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，電網(wǎng)企業(yè)需根據(jù)線路實(shí)際過(guò)電壓水平及如何避免過(guò)電壓操作的原則，合理選擇其自動(dòng)重合閘模式。高壓直流輸電線路自動(dòng)重合閘模式一般分為快速集中重合閘、單相重合閘、三項(xiàng)重合閘三種模式，在非全相狀態(tài)下，若過(guò)電壓倍數(shù)保持在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，則可以采取單相重合閘的模式，若過(guò)電壓倍數(shù)超過(guò)其有效標(biāo)準(zhǔn)范圍，則需要采取三相重合閘的模式。因此，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，電網(wǎng)企業(yè)應(yīng)充分、全面考慮高壓直流輸電線路兩側(cè)的重合順序及時(shí)間間隔，并對(duì)其進(jìn)行積極控制，以此保障其各個(gè)參數(shù)能夠保持在合理的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

3 高壓直流輸電線路繼電保護(hù)技術(shù)

3.1 微分欠壓保護(hù)

高壓直流輸電線路的微分欠壓保護(hù)技術(shù)是通過(guò)采用電壓幅值水平、電壓微分?jǐn)?shù)值對(duì)線路進(jìn)行有效保護(hù)，高壓直流輸電線路的主保護(hù)、后備保護(hù)是其主要形式。通過(guò)ABB、SIEMEN方案分析可得出，微分欠壓保護(hù)技術(shù)主要是利用電壓水及電壓微分的測(cè)量數(shù)據(jù)作為實(shí)現(xiàn)的依據(jù)。微分欠壓保護(hù)技術(shù)在測(cè)定20ms的電壓微分定值上升延展過(guò)程中，如發(fā)生行波保護(hù)退出運(yùn)行的情況，則此技術(shù)能用有效發(fā)揮其后備保護(hù)的作用。但與此同時(shí)，微分欠壓保護(hù)技術(shù)仍存在不少缺點(diǎn)，例如，耐過(guò)渡電阻性能有限及靈敏度較低等問(wèn)題，因此，電網(wǎng)企業(yè)需加強(qiáng)微分欠壓保護(hù)技術(shù)的研究，有效解決其缺陷和問(wèn)題。

3.2 行波暫態(tài)量保護(hù)

高壓直流輸電線路出現(xiàn)故障時(shí)產(chǎn)生的反行波現(xiàn)象，將會(huì)對(duì)高壓直流輸電線路系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定造成不利影響，因此，電網(wǎng)企業(yè)需采取有效的行波暫態(tài)量保護(hù)技術(shù)對(duì)高壓直流輸電線路進(jìn)行有效保護(hù)，以此保障線路運(yùn)行的穩(wěn)定性。行波暫態(tài)量保護(hù)可分為有通道行波保護(hù)及無(wú)通道行波保護(hù)，有通道行波保護(hù)又能夠分為行波電流極性比較式方向保護(hù)、行波幅值比較式方向保護(hù)、行波極性比較式方向保護(hù)、行波判別式比較式方向保護(hù)及行波差動(dòng)保護(hù)。現(xiàn)如今，電網(wǎng)企業(yè)通常采用ABB、SIEMEN方案開展行波保護(hù)，在ABB方案中，電網(wǎng)企業(yè)通過(guò)地模波與極波的測(cè)量原理，對(duì)反行波圖變量進(jìn)行有效檢測(cè)。同時(shí)，電網(wǎng)企業(yè)還能夠通過(guò)電流圖變量、微分啟動(dòng)圖變量、用電壓圖變量等方式，在特殊情況下對(duì)其進(jìn)行有效識(shí)別。SIEMEN方案主要利用電壓積分原理對(duì)反行波實(shí)行保護(hù)措施，相較ABB方案，其抗干擾能力有所提升，但是啟動(dòng)保護(hù)的速度則較為緩慢。兩種反行波保護(hù)措施在具體實(shí)施過(guò)程中也存在一定缺陷，如耐過(guò)渡電阻能力不理想、理論系統(tǒng)不嚴(yán)謹(jǐn)、整定依據(jù)缺乏等缺點(diǎn)。因此，電網(wǎng)企業(yè)需對(duì)其進(jìn)行有效、完善地處理，在行波保護(hù)判斷過(guò)程中，應(yīng)對(duì)故障線路通過(guò)不同電阻的電壓變量圖進(jìn)行合理分析，制定有效的保護(hù)方案，同時(shí)，結(jié)合高壓直流輸電線路的實(shí)際運(yùn)行狀況，選擇有效的行波保護(hù)措施，以此保障高壓直流輸電線路的安全穩(wěn)定。

3.3 縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)

通過(guò)使用雙、多端電氣量，有效保障線路故障時(shí)保護(hù)動(dòng)作的絕對(duì)選擇性，是縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)的技術(shù)原理。在高壓直流輸電線路的應(yīng)用過(guò)程中，電網(wǎng)企業(yè)利用構(gòu)造差動(dòng)判據(jù)及兩端加電流對(duì)線路進(jìn)行保護(hù)，極易忽略高壓直流輸電線路分布電容的影響作用，導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)的判據(jù)在暫態(tài)過(guò)程結(jié)束后才能成立。因此，縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)技術(shù)的主要作用是切除高阻故障，有效延長(zhǎng)確認(rèn)故障后投入的時(shí)間，屬于高壓直流輸電線路中的后備保護(hù)。

3.4 低電壓保護(hù)

高壓直流輸電線路低壓保護(hù)技術(shù)的主要作用是對(duì)電壓幅值水平的檢測(cè)，但是，其技術(shù)未能在高壓直流輸電線路工程中得到廣泛應(yīng)用，其在繼電保護(hù)方面的研究、依據(jù)、原理等技術(shù)知識(shí)也較少被提及。極控低電壓保護(hù)技術(shù)及線路低電壓保護(hù)技術(shù)是當(dāng)前電網(wǎng)企業(yè)最主要的兩種技術(shù)方式，相較線路低電壓保護(hù)技術(shù)，極控低電壓保護(hù)技術(shù)存在保護(hù)定值低，保護(hù)動(dòng)作能夠?qū)е鹿收祥]鎖等特點(diǎn)。而線路低電壓保護(hù)技術(shù)則會(huì)在線路出現(xiàn)故障時(shí)，觸發(fā)其重新啟動(dòng)程序，因此，線路低電壓保護(hù)技術(shù)在高壓直流輸電線路中的應(yīng)用較為普遍。低電壓保護(hù)技術(shù)操作較為簡(jiǎn)便，但是，其具有反應(yīng)速度緩慢、整定依據(jù)不足、無(wú)法區(qū)分線路高阻故障及區(qū)外故障等明顯缺點(diǎn)，因此，在未來(lái)技術(shù)發(fā)展中，仍有大量問(wèn)題需要得到有效解決。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，繼電保護(hù)技術(shù)對(duì)電網(wǎng)發(fā)展具有重要的作用，電網(wǎng)企業(yè)需深入探索高壓直流輸電線路繼電保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用，并采用相應(yīng)的繼電保護(hù)技術(shù)對(duì)高壓直流輸電線路系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行有效保護(hù)。與此同時(shí)，電網(wǎng)企業(yè)還需發(fā)現(xiàn)繼電保護(hù)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的不足，對(duì)其進(jìn)行完善和改進(jìn)，加強(qiáng)高壓直流輸電線路系統(tǒng)運(yùn)行問(wèn)題隱患的探索，為未來(lái)我國(guó)電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)展提供有效保障。