特高压直流线路行波保护简析

邹根水 王永胜

【摘  要】行波保护作为直流线路的主保护，通过检测直流线路故障后行波波头，快速隔离故障。本文结合行波保护工程中的实际应用，分析了直流线路行波保护原理、适用性、存在问题等内容。

【关键词】直流线路;行波保护;原理

引言

随着吉泉、灵绍等多个直流输电工程的投运，直流输电电压等级越来越高，输送距离越来越远。直流线路走廊沿途地理气候条件复杂，跨越山河、丘陵无数，线路故障已经成为直流系统故障的多發因素。可靠的直流线路保护是直流系统安全稳定运行的重要保证，行波保护凭借着直流线路故障中优越的速动性，一直占据着主保护的地位。

1 行波的概念

当线路很长或电源频率很高时，同一时刻线路上不同位置的电压电流数值并不相同，即电压和电流是时间和空间的函数。假定线路为均匀无损传输线，电感、对地电容均匀分布，单根导线微段的等效电路如下图：

其中，波速 ，波阻抗 。式中电压和电流的解都包括两个部分：一个是 的函数，表示对一固定数值 ，将以速度 向 的正方向移动;一个是 的函数，表示对一固定数值 ，将以速度 向 的反方向移动。可以理解为线路某端合于直流电压源时，近处电容立即充电;而远处的电容由于电感的存在隔一段时间才能充电。即一个电压波以一定的速度沿 方向传播，在导线周围建立电场的过程。同理，电容充放电时，将有电流流过电感，所以也有一个电流波同时沿 方向传播，在导线周围逐步建立磁场的过程。这种电压和电流以波的形式沿导线传播称之为行波。

2 直流线路行波保护优势及原理

直流线路故障时，控制系统会通过调整触发角的方式减小故障电流的增加，因此故障电流不会像交流线路那样大。因此通过比较正常和故障时的稳态电流来判定是否发生故障是非常困难的，且传统的反映于稳态工频量信息的变化动作的继电保护已不能适用于直流线路保护。

行波传输特性：行波传输时遇到线路某点上的参数或波阻抗发生变化，就将在变化点发生折射和反射。经折射的波被电感、电容缓冲，使得波头拉长，且随着电感、电容值的增大，对波的平缓作用越明显。

3 行波保护中故障判断方法

3.1 软件基本原理

3.2 极波变化率判定故障发生

由式1可得，极波数学本质上是故障所致不平衡方程，物理本质则是故障点的电压反行波。通过实测电流 （A）与极波波阻抗 （Ω）求得波头电压与实测电压 （kV）差值即极波值（ ）。采集离散信号，差分代替微分的方法计算极波变化率：测量2次极波采样值的差值来检测波头。若该差值超过阀值，保护被启动并保存前一个点为波前点，并与之后3个不同的测量值相差来决定此波头是否超过阀值。若这3次差值均大于阀值，就认为线路故障。

3.3 电流变化率判定区内故障

根据直流系统不同的故障，线路两端电压、电流呈现出不同极性变化，电流的正极性变化可以区分整流侧区外故障，利用初始行波的波头陡度可以区分逆变侧区外故障。

以15个周期为样本，通过连续检测电流变化率（陡度），同时以电流上升作为方向判别元件，当连续4次检测电流上升变化率均大于定值时，判定故障为区内故障。

3.4 低电压闭锁雷电干扰

线路遭受雷击同样会在线路上产生雷电正向和反向行波，行波特性与故障行波特性非常相似难以区分。

雷击后未发生故障，线路电压短时内会围绕极线电压上下交替变化但幅值较小;雷击后发生接地故障，线路电压短时会出现电压骤降并围绕零值上下波动。利用此特性，可以区分雷击故障和雷电干扰。保护软件中通过检测故障发生后线路低电压现象且延时2s后仍未恢复来排除雷电干扰。

3.5 问题

1.当线路末端发生接地故障时，地模波受距离影响衰减较为严重，故配置了微分欠压保护作为后备;当线路发生高阻接地故障时，行波经线路衰减严重、波头识别困难，故又配置了纵差保护作为高阻接地时的后备。

2.行波保护软件受固件限制实际采用了离散差分的形式来捕捉电流和电压瞬时值，抗干扰能力差。经验证，当给行波保护添加了雷电干扰判据和电流变化率判据后，行波保护抗干扰能力明显加强。

4 总结

本文结合行波保护工程中的应用，分析直流线路行波保护原理、适用性、存在问题等内容，为了解特高压直流线路行波保护应用及原理提供了一定的帮助。

参考文献：

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[4]于洋，刘健，哈恒旭，等.双极高压直流输电线路行波差动保护原理及方案[J].南方电网技术，2011，5（2）：40-44.

作者简介：

邹根水（1981-），男，江西新干人，工程师，现在浙江省电力有限公司检修分公司从事运维工作。

（作者单位：国网浙江省电力有限公司检修分公司）