淺談柔性直流輸電線路故障分析與保護綜述

殷真

摘要：當前，伴隨科學技術(shù)的不斷提高，人們的生活質(zhì)量也有了質(zhì)的飛躍，然而城市化進程不斷推進的同時，也加大了城市電網(wǎng)的負荷。為能夠科學應(yīng)對不可再生能源的逐漸減少，世界各國都制定了相應(yīng)的政策。隨著大功率全控制電力電子器件制造和控制技術(shù)的發(fā)展，柔性直流輸電工程的建設(shè)得到了推動。它不但能夠?qū)崿F(xiàn)有功功率以及無功功率的獨立，控制速度十分迅速，與此同時，還能夠為無源網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實行供電。一旦遇到潮流反向的時候，直流電流的方向反向，進而直流電壓的極性保持不變，就此，極易形成靈活的直流輸電系統(tǒng)。接下來，文章針對柔性直流輸電系統(tǒng)的故障類型以及保護實行討論分析，對柔性直流輸電技術(shù)的發(fā)展前景進行展望。

關(guān)鍵詞：柔性直流輸電線路;故障;保護

引言：近些年來，由于我國經(jīng)濟的高速發(fā)展以及城市化的進程的不斷建設(shè)，更進一步推動了城市電網(wǎng)的發(fā)展。與此同時，很多城市電網(wǎng)負荷也呈現(xiàn)一種不斷增長的態(tài)勢，人們對于電能供應(yīng)的需求不斷提升，為了更好的提高供電服務(wù)質(zhì)量和提升發(fā)電效率，世界各地都在研究對應(yīng)的策略。隨著大功率全控制電力電子器件制造和控制技術(shù)的發(fā)展，柔性直流輸電工程的建設(shè)得到了推動?，F(xiàn)階段來看，柔性直流輸電技術(shù)還有待進一步研究與完善，各類保護模式都存在一定的問題。接下來，文章就針對柔性直流輸電的故障種類、故障隔離以及保護技術(shù)展開詳細的分析，同時展望該領(lǐng)域未來的研究方向。

1柔性直流系統(tǒng)的故障類型

目前，我國在柔性直流輸電工程技術(shù)方面的研究起初比較晚。但是，自2006年以來，我國在很多的研究機構(gòu)已經(jīng)充分掌握了柔性直流輸電技術(shù)的發(fā)展態(tài)勢。針對柔性直流系統(tǒng)而言，其常見故障類型很多，且大部分故障很難直接有效的消除，當前柔性直流系統(tǒng)主要采用直流電纜的方式進行電力傳輸。相較于直流系統(tǒng)，柔性直流系統(tǒng)更具有優(yōu)勢。就此可以看出，柔性直流輸電系統(tǒng)也是未來的主要發(fā)展趨勢。在基礎(chǔ)理論研究、重點技術(shù)研究以及工程系統(tǒng)集成方面已經(jīng)獲得了很多自主創(chuàng)新的成果，可以說我國在柔性直流輸電技術(shù)的研究上已經(jīng)達到了全球領(lǐng)先水平。下面以當前正在籌建的某柔性直流電網(wǎng)為研究對象，該工程在建設(shè)的過程中會運用到架空輸電線路，較直流電纜有著更高的故障率。柔性直流傳輸技術(shù)是指采用多電壓源轉(zhuǎn)換器的柔性直流傳輸技術(shù)。它不僅具有兩端系統(tǒng)的所有特點，而且可用于構(gòu)建多傳輸端和多接收端直流傳輸網(wǎng)。單極接地故障容易產(chǎn)生偽雙極系統(tǒng)的級間短路故障，一般情況下，通過與樹枝接觸或者引發(fā)雷電，大部分都是數(shù)據(jù)暫時性的故障，然而由于傳播速度過快，影響范圍大且解決難度大，成為了嚴重阻礙柔性直流電網(wǎng)發(fā)展的技術(shù)難題 [1]。

2柔性直流系統(tǒng)的故障隔離技術(shù)

2.1直流斷路器隔離

直流斷路器分為機械本體和機械電子部分，其中機械本體有著悠久的歷史。自20世紀60年代以來，這一階段屬于全球直流斷路器的雛形階段。每年的原始申請數(shù)量不足200個，且每年的申請數(shù)量波動。發(fā)展速度繼續(xù)保持較低水平，不存在規(guī)模效應(yīng)。隨著全球各大公司和研究機構(gòu)的投資不斷增加，該領(lǐng)域的專利申請數(shù)量也呈現(xiàn)出顯著的快速增長。全球原創(chuàng)申請量以每年數(shù)百的速度遞增，年均增長速度基本穩(wěn)定。目前，全球的學者針對柔性直流輸電線路保護的原理展開了深入的分析與研究，進而有效提升柔性直流輸電工程線路的保護功能，然而當前依然存在問題。與直流電纜相比，架空線路在長距離、高功率傳輸方面具有成本低、優(yōu)勢明顯的特點。因此，基于架空線路的大容量柔性直流輸電系統(tǒng)也是未來的發(fā)展趨勢。世界首臺500kV混合式高壓直流斷路器在3ms內(nèi)開斷電流高達25kA，其技術(shù)指標可滿足未來張北柔性直流輸電工程的需要。

2.2換流器故障自清除

就柔性直流輸電線路而言，其故障處理與保護存在一定的關(guān)聯(lián)。為有效實現(xiàn)故障線路的隔離與系統(tǒng)的可靠性，應(yīng)該對線路的保護以及系統(tǒng)控制展開更深入的研究，并提出系統(tǒng)控制的動作時間以及輸入方式等有效協(xié)調(diào)策略。在柔性直流輸電系統(tǒng)中，很多換流器都具備直流故障自清除功能，因此在柔性直流輸電工程中不需要再配置直流斷路器[2]。

3柔性直流輸電線路保護現(xiàn)狀

3.1微分欠壓保護

在實際投入運行的柔性直流輸電線路保護中主要有行波保護與微分欠壓保護，微分欠壓保護作為直流線路的主保護，同時也是行波保護的后備保護，微分欠壓保護的穩(wěn)定性與可靠性均優(yōu)于行波保護，然而，其速動性較差、采樣頻率高。作為行波保護的后備保護方案，在延時動作上與其他有關(guān)保護形成相互配合，基于此也提出了微分欠壓保護的整定計算方法。微分欠壓保護在行波保護退出運行或者由于電壓變化率上升沿寬度不足時可以起到后備保護作用。

3.2行波保護

在直流線路出現(xiàn)故障的過程中，故障位置可能會向兩邊延展故障行波，按照行波理論提出的超高速故障保護動作為行波保護。其依照故障行波的特點實行故障的檢測，在發(fā)生故障的初期行波包括行波電流或者組合的故障信息，在短時間內(nèi)將行波保護檢測出故障，同時一般可能會分為單端量保護以及雙端量保護。前者就是運用單端電氣量，后者需要通過同步線路兩端信息，切實采取合理有效的措施確保其穩(wěn)定，然后借助通信實現(xiàn)了快捷的保護，可以清楚地保護邊界，能有效識別故障區(qū)域[3]。

結(jié)語

綜上所述，近些年來，伴隨我國對柔性直流技術(shù)的不斷研究，柔性直流工程也在逐步增加，特別是隨著深遠海大容量風電的發(fā)展，柔性直流成為風電送出的首選方式。為了進一步將隔離故障有效清除，以上內(nèi)容重點介紹了線路保護中的行波保護、微分欠壓保護以及其他新型保護。由于電子技術(shù)的不斷進步與成熟以及對繼電保護技術(shù)的深一步的分析與研究，柔性直流輸電中的問題以及缺陷也會得到逐一解決，在今后的柔性直流電網(wǎng)中會更加安全、穩(wěn)定與可靠。

參考文獻：

[1]曾鑫輝，譚建成.柔性直流輸電線路故障分析與保護綜述[J].浙江電力，2019，38（06）：21-28.

[2]劉劍，邰能靈，范春菊，黃文燾.柔性直流輸電線路故障處理與保護技術(shù)評述[J].電力系統(tǒng)自動化，2015，39（20）：158-167.