高压直流输电线路的继电保护技术

胡如月

摘 要近年来，随着人们电力需求及质量要求的提升，国家对电力建设工作的重视程度不断提升，且电力系统的建设投入逐渐增加，此种背景下，良好的发展了高压直流输电线路继电保护工作，并产生多种继电保护技术，本文即对高压直流输电线路中常用的继电保护技术类型做出介绍。

【关键词】高压直流输电线路 继电保护 技术类型

高压直流输电线路的优点包含较大的载容量、较远的传送距离、可调节功率等，正因如此，我国电力系统中越来越广泛的应用此种线路。高压直流输电线路运行过程中，继电保护具有十分重要的作用，有利于保证其运行的稳定性及安全性，但由于我国尚未完全独立的研发相关技术，还一定程度的依赖国外技术，需在明确影响高压直流输电线路继电保护影响因素的基础上，进一步的深入研究，开发出更多适合我国高压直流输电线路运行状况的继电保护技术，促进电力系统的繁荣发展。

1 影响高压直流输电线路继电保护的相关因素

1.1 过电压

故障发生在高压直流输电线路中后，会延长电弧熄灭时间，严重时，甚至导致不消弧问题出现，受到电路电容的影响，两端开关断开时间并不一致，造成行波来回折反射，使整个系统的运行均受到极大的影响。

1.2 电容电流

高压直流输电线路的特征主要体现在三方面：

（1）较大的电容；

（2）较小的波阻抗；

（3）较小的自然功率，正因此种特征，一定程度的影响了差动保护整定。

为使高压直流输电线路能够平稳的、安全的运行，必须要科学合理的补偿电容电流。另外，因分布电容会产生相应的影响，故障一旦发生在线路运行中后，可改变故障距离与继电器测量阻抗间所具备的线性关系，变成双曲正切函数，导致传统继电保护措施无法再继续使用。

1.3 电磁暂态过程

高压直流输电线路通常会比较长，操作过程中，或故障发生后，高频分量会具有较大的幅值，此种变化会大幅的增加滤出高频分量的难度，导致偏差问题出现在电气测量结果中。另外，此种状况下也较难保证半波算法的准确性，使饱和现象发生于电流互感器中。

2 高压直流输电线路中常用的继电保护技术

2.1 行波保护

直流输电过程中，主保护措施即为行波保护，其保护原理如下：线路发生故障时，故障点会将反行波传播到线路两端，而行波保护通过对反行波的识别，判断故障相关情况。现阶段，利用行波保护技术保护高压直流输电线路时，多采用两种方案，一种为ABB方案，此种方案的故障检测利用极波进行，同时，故障级通过地模波确定；另一种为SIEMENS方案，其中方案的启动判据采用电压微分，且故障确定方法为观察反行波在10MS内的突变量。由上述叙述可知，这两种方案采取不同的检测方式，效果上也存在一定的差异，因微分环节存在于SIEMENS方案中，所以检测速度相对慢于ABB方案，但也正是因为存在此环节，使的SIEMENS方案具有更好的抗干扰能力。不过，这两种方案均存在一定的不足之处，如不具备足够的耐过渡电阻能力、采样要求高、缺乏良好的抗干扰能力等。由于较多的问题存在于行波保护技术中，学者们开始了大量的优化工作，如在可靠性基础上实施优化，将基于小波变化的行波方向保護方案提出；再如优化灵敏度，研究极性比较式原理等。

2.2 微分欠压保护

直流输电线路中，微分欠压保护属于主保护，同时，使用行波保护时，其也作为后备保护，实现保护的主要方式为对电压微分数值、电压幅值水平做出检测。从保护原理上看，微分欠压保护相同于ABB方案及SIEMENS方案，都是进行电压微分及幅值的测定，且电压微分定值一致于行波保护，唯一不同的是延长了原本的6ms，变为20ms，由此一来，行波保护退出或无充足的上升沿宽度状况下，微分欠压保护可将其后备保护作用充分的发挥出来。与行波保护相比，微分欠压保护具有较慢的运行速度，但其准确度明显提升，不过，在耐过渡电阻能力方面，依然并不理想，非常有限。

2.3 低电压保护

对于前两种保护技术来说，低电压保护属于其后备保护手段，判断故障及继电保护作用通过电压幅值检测来实现。根据其设计，高阻故障发生后，行波保护与微分欠压保护未能做出动作时，低压电压保护会对其做出切除，不过，从实际应用状况来看，低电压保护镜配备在极少数的高压直流输电线路中。低电压保护包含两种，一种为线路低电压保护，另一种极控低电压保护，与后者相比，前者具有更高的保护定值，而且前者动作后，线路重启程序会启动，后者动作后，故障极被封锁。尽管低电压保护具有较为简单的原理，但其也存在较多的问题，如选择性差、区分高阻故障不准确等。

2.4 纵联电流差动保护

在高压直流输电线路中，纵联电流差动保护属于后备保护方案，原理是通过双端电气量促进绝对选择性实现，根据设计，高阻故障切除为其唯一作用。从现有纵联电流差动保护来看，因对电容电流问题并未作出完全的考虑，差动判据仅采用电流两端的加和，导致等待时间比较长，相对动作的速度并不快。例如纵联电流差动保护的SIEMENS方案，故障初期时，具有较大的电流波动，差动保护会具有600ms的延迟，同时，差动判据自身存在的延迟有500ms，也就是说，差动动作至少要在故障发生1100ms后才会出现，而在此期间内，故障极直接闭锁的事故可能会发生许多次，导致设备无法重启，纵联电流差动保护的后备作用无不能完全的发挥出来。为使此种保护技术保护效果的增强，可从多个方面进行改进工作，如补偿电容电流，促进差动保护灵敏程度提高；升级高频通道，变为光纤通道，加快保护动作速度等。

3 结论

继电保护技术对于高压直流输电线路的安全平稳运行来说十分重要，由于目前常用的技术手段均存在一定的不足，我国应加大研究力度，研究出更为适合我国直流输电要求的继电保护方案，从而促进电力系统的长久发展。

参考文献

[1]赵新凯.继电保护技术在高压直流输电线路中的应用综述[J].信息系统工程，2016（09）：37.

[2]宋国兵，褚旭，高淑萍，等.利用滤波器支路电流的高压直流输电线路全线速动保护[J].中国电机工程学报，2013，33（22）：120-126+19.

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