高压直流输电线路继电保护技术的应用与维护

2018-12-06侯林源李志孙松松

商品与质量 2018年42期

侯林源李志孙松松

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继电保护装置对保证电力系统的运行安全有着重要的作用，而高压直流输电线路有着传输距离远、容量大的特点，在远距离传输过程中常常跨越不同气候条件和地形条件的地区，因此很容易出现故障，这就给继电保护提出了更高的技术要求。基于以上，本文简要研究了高压直流输电线路继电保护技术。

1 影响高压直流输电线路继电保护的因素

1.1 电容电流

同传统的线路相比，高压直流输电线路拥有较大的优势，主要体现在其应用过程中较小的自然功率和波阻，以及较大的电容等。然而这些特点在充分发挥功能的过程中，将极大的影响差动保护整定，因此要想促使可靠性和安全性在该线路中进行充分的体现，必须将科学的补偿措施应用于电容电流当中。并且，受分布电容因素的左右，当故障产生于高压直流输电线路中时，将会转变线性关系在继电器测量阻抗与故障距离之间的体现，导致双曲正切函数得以产生，这一过程中，传统的继电保护措施无法有效的发挥自身功能[1]。

1.2 过电压

故障产生于该线路的过程中，会延长电弧熄灭的时间，严重者将导致不消弧产生于线路当中，受电路电容因素的作用，在同一时间内，不同同时断开存在于两头的开关，这一过程中，系统会在来回折反射行波的影响下无法正常工作。

2 高压直流输电线路继电保护现状及现存问题

2.1 现状

自1945年始，基于换流技术的继电保护技术在高压直流输电线路方面持续发展，并取得了显著效果。目前，用于远距离大能量电能传输的主要是基于半控型器件晶闸管的电流源换流器高压直流输电；而基于全控型器件的电压源换流器高压直流输电主要用于受端弱系统。同时，高压直流输电线路的网架结构由原本两端系统发展为多段系统；输电线路也从仅有海底电缆发展为架空线路与电缆并存；并且高压直流输电在传送距离、功率、电压等各方面均有提高。

2.2 现存问题

从保护原理上来说，现有直流输电继电保护方案可靠性低、理论不完善。在主保护方面体现在灵敏度差、故障投入时间过短、缺乏整体依据、采样率要求过高以及在抗干扰能力上表现不佳；在后备保护方面，主要体现在保护速度较慢，低电压保护时由于依据缺乏，往往不能保证选择性。

从保护配置上说，直流输电保护种类过于单一，可靠性差，且缺乏故障后的快速有效反应。对于直流电输电和交流电输电，差异主要体现在能量集中的频带，其他并无本质区别，而交流输电由于长时间的实践应用，相对可靠性高、理论完善。因此，可借鉴交流输电继电保护的成功经验，并切实结合直流输电线路的结构特点和控制特性，以求得更为完善、高效的直流输电继电保护系统。

3 高压直流输电线路下常用的继电保护技术

3.1 微分欠压保护技术

微分欠压保护技术既可以应用于高压直流输电线路的主保护系统中，也可以在后备保护系统中得到应用。这一技术可以在对电压微分数值和电压幅值水平进行关注的基础上，为高压直流输电线路提供保护。

ABB方案和SIEMENS方案是两种较为常用的继电保护技术方案。二者的工作原理具有一定的相似性。它们都可以在电压微分和电压幅值的测定过程中发挥作用。以ABB方案的应用问题为例，在实现20ms上升延时，且达到某一标准的情况下，微分欠压保护技术的应用可以让这一方案的后备作用可以得到充分利用，相比于其他继电保护技术，微分欠压保护技术在稳定性、安全性和灵敏性方面始终处于较高水平。

3.2 低电压保护技术

低电压保护技术是高压直流输电线路中的一种较为常用的继电保护技术。它可以在对电压幅值进行检测的基础上进行故障判断和继电保护。一般而言，在不同的情况下，工作人员在对这一技术进行应用的过程中需要对机控低电压和联通线路低电压的保护措施的辅助作用进行发挥。在这两种电压保护措施中，前者可以在故障产生以后发挥出闭锁线路的功能，后者可以在线路程序的重新启动过程中发挥出保护线路的作用。低电压保护技术所表现出来的设计简单的特点有时也会让工作人员无法对故障产生的原因和位置进行准确判断，因而工作人员在对这一技术进行应用的过程中，需要辩证看待这一技术所发挥的作用。

3.3 行波保护技术

行波保护技术是高压线路直流输电条件下的主保护措施。在线路故障出现以后，它可以通过对故障点向线路两端传播的反行波进行识别的方式，对故障进行判断。

在前文中提到的ABB方案中，极波和地模波是对故障的类型和故障级进行判断的主要工具。在SIEMENS方案下，电压微分成为了判断电路系统故障的工具。行波保护系统与SIEMENS方案之间的融合，可以让系统在对反行波在10ms内的突变量微分进行关注的基础上，对故障的类型进行确定。从两种方案的比较分析结果来看，在微分环节的影响下，SIEMENS方案的检测速度要低于ABB方案的检测速度。SIE-MENS方案的抗干扰性要优于ABB方案的抗干扰性。过度电阻能力有限、采样要求高和理论不严密的问题是二者所表现出来的共性问题。基于可靠性的优化可以为小波变换基础上的行波方向保护原理的创新提供帮助。基于保护选择性的优化，可以让测距式行波距离保护技术的应用提供保障。