800KV特高压直流保护优化研究

孙松松 杜文琦 孙小飞

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1 ±800kV特高压直流输电线路的优势

±800kV特高压直流输电线路与一般的输电线路相比，其稳定性、安全性、经济性都有一定程度的提升，凭借其输送容量大、线路损耗低、传输距离长、覆盖范围广的特征，在电力企业中受到了广泛的应用。一般情况下，±800kV特高压直流工程经济输电范围在1400km到2500km，单位走廊输电能力高，供电的效率有所提升。

2 提高特高压直流输电系统可靠性与保护的措施

2.1 降低元部件故障率

（1）合理的结构设计和深入的系统研究。对于特高压直流系统一次设备，应优化其结构设计参数，同时考验有关设备的设计风速和抗震性，对于二次系统采用模块化，分层分布式、开放式结构，对控制保护的拓扑结构以及阀组控制层和站控层信息流进行优化，这是降低元部件故障率的前提。同时二次系统的平台可采用实时操作系统，配置防火墙等有效的网络隔离装置，采取有效的防病毒侵入和扩散措施，硬件上采用高性能和低损耗的双核CPU和数字信号处理器，软件上优化其时序。采用合理、安全的设备设计，进行带电试验。对于阀、变压器等主要设备，要充分考虑电压和电流2方面的要求，对模型产品进行带电试验，以进行考核和改进。做好监造和试验工作，并密切注意现场安装和试验工作[1]。

（2）合理的维修周期。常规直流输电系统由于一次设备和二次设备故障的原因，会发生单极停运或双极跳闸，这是影响能量可用率提高的重要原因，±800kV特高压直流系统增加了较多的一次设备和二次设备，且对于设备的绝缘水平也提出了更高的要求，因此制定合理的故障维修措施既可降低故障率，还可延长元件正常工作的时间。

（3）成熟新技术的应用。许多新技术的应用都有利于降低元部件的故障率，从直流输电的发展史来看，经历了汞弧阀时期和晶闸管换流时期，由于汞弧阀制造技术复杂、价格昂贵、逆弧故障率高，系统的可靠性较低；晶闸管换流阀不存在逆弧问题，且制造、试验、运行维护和检修都比汞弧阀简单而方便，晶闸管换流阀在直流工程中的应用，有效地提高了直流输电的运行性能和可靠性。

2.2 在控制方面可采取的措施

（1）控制系统的双重化。控制系统的2套装置都处在运行状态，互为备用，其中一套装置为运行状态，另一套装置为备用状态，当一套装置出现故障时（变为试验状态），应立即切换到另一装置（运行状态），2套装置之间既可自动切换，还能手动切换。

（2）控制参数的优化。控制系统大多数采用比例-积分调节器，比例和积分系数直接影响到系统的响应性能，选择最优的比例和积分系数有利于系统的稳定性。

（3）控制系统的分层结构。如单纯从分层结构计算系统的可靠性，控制系统的分层越少，结构越简单，则系统的可靠性越高。

2.3 在保护方面可采取的措施

直流系统保护策略设计应结合直流控制。直流控制对直流系统暂态性能的影响具有决定作用，保护定值的确定应考虑控制的影响，与直流控制参数协调配合。

（1）保护系统的双重化或三重化。保护装置的双重化和多重化能够减少保护误动和拒动的概率。在满足继电保护4项基本原则的基础上，直流系统保护的配置增加了以下原则：

①可控性。通过控制的方法减轻对设备的危害程度。

②集中性。每个独立运行的换流系统的所有保护集中放置在一套保护装置中。双极部分的保护也应配置在每个极保护中，并有各自的测量回路。采用集中完全冗余配置。

③独立性。每套冗余保护装置的功能应相同，硬件和电源应完全分开、互相独立。保护尽量不依赖于两端换流站之间的通信；必须采取措施以避免一端换流器故障时引起另一端换流器的保护动作。

④全面性。所有可能的故障必须有2套以上

的冗余保护装置可以防护。保护的区域要重叠，对于每种故障，要有一个范围确定的快速保护作为主保护，一个范围扩大的慢速保护或降低灵敏度的保护作为后备保护。如果可能，主后备保护最好采用不同的原理。

（2）保护定值的精确性。电力系统实时数字仿真系统利用多个高速数字处理器并行计算从而达到实时仿真的目的，能为电力系统提供实时的、安全的环境仿真现实中可能的故障，而不损坏设备，是测试控制保护方案的理想工具。利用该仿真系统对外部控制保护设备的功能、性能进行测试，可进一步确定保护整定值，并对实际控制保护系统的测量、数据处理环节进行测试[2]。

2.4 直流控制保护系统对通信通道的要求

直流控制保护通信系统包括换流站与远方各调度中心的通信及换流站间的通信，换流站间的通信包括站控间的信息交换、极控间的信息交换、直流保护间的信息交换、人机接口间的信息交换，站间通信要保证通信线路通畅，不出现信息堵塞现象，通信速率要快，防止因通信速度而导致控制系统的频繁调节。远动系统为一套冗余系统，与所有调度中心的通信、所有的通信规约都集中在一套系统中，同时采用可靠性、灵活性、方便性和可维护性都较高的高性能远动软件[3]。

3 结语

近几年来，我国电力企业的发展非常迅速，在±800kV特高压直流输电线路方面的研究力度逐渐增强，人们群众对供电的要求越来越多，电力企业只有不断的扩大线路的容量与规模，尽可能的满足来自社会、群众各方面的需求，在不影响供电安全性、持续性的前提下，提升供电的经济性。