浅谈柔性直流输电线路故障分析与保护综述

殷真

摘要：当前，伴随科学技术的不断提高，人们的生活质量也有了质的飞跃，然而城市化进程不断推进的同时，也加大了城市电网的负荷。为能够科学应对不可再生能源的逐渐减少，世界各国都制定了相应的政策。随着大功率全控制电力电子器件制造和控制技术的发展，柔性直流输电工程的建设得到了推动。它不但能够实现有功功率以及无功功率的独立，控制速度十分迅速，与此同时，还能够为无源网络系统实行供电。一旦遇到潮流反向的时候，直流电流的方向反向，进而直流电压的极性保持不变，就此，极易形成灵活的直流输电系统。接下来，文章针对柔性直流输电系统的故障类型以及保护实行讨论分析，对柔性直流输电技术的发展前景进行展望。

关键词：柔性直流输电线路;故障;保护

引言：近些年来，由于我国经济的高速发展以及城市化的进程的不断建设，更进一步推动了城市电网的发展。与此同时，很多城市电网负荷也呈现一种不断增长的态势，人们对于电能供应的需求不断提升，为了更好的提高供电服务质量和提升发电效率，世界各地都在研究对应的策略。随着大功率全控制电力电子器件制造和控制技术的发展，柔性直流输电工程的建设得到了推动。现阶段来看，柔性直流输电技术还有待进一步研究与完善，各类保护模式都存在一定的问题。接下来，文章就针对柔性直流输电的故障种类、故障隔离以及保护技术展开详细的分析，同时展望该领域未来的研究方向。

1柔性直流系统的故障类型

目前，我国在柔性直流输电工程技术方面的研究起初比较晚。但是，自2006年以来，我国在很多的研究机构已经充分掌握了柔性直流输电技术的发展态势。针对柔性直流系统而言，其常见故障类型很多，且大部分故障很难直接有效的消除，当前柔性直流系统主要采用直流电缆的方式进行电力传输。相较于直流系统，柔性直流系统更具有优势。就此可以看出，柔性直流输电系统也是未来的主要发展趋势。在基础理论研究、重点技术研究以及工程系统集成方面已经获得了很多自主创新的成果，可以说我国在柔性直流输电技术的研究上已经达到了全球领先水平。下面以当前正在筹建的某柔性直流电网为研究对象，该工程在建設的过程中会运用到架空输电线路，较直流电缆有着更高的故障率。柔性直流传输技术是指采用多电压源转换器的柔性直流传输技术。它不仅具有两端系统的所有特点，而且可用于构建多传输端和多接收端直流传输网。单极接地故障容易产生伪双极系统的级间短路故障，一般情况下，通过与树枝接触或者引发雷电，大部分都是数据暂时性的故障，然而由于传播速度过快，影响范围大且解决难度大，成为了严重阻碍柔性直流电网发展的技术难题 [1]。

2柔性直流系统的故障隔离技术

2.1直流断路器隔离

直流断路器分为机械本体和机械电子部分，其中机械本体有着悠久的历史。自20世纪60年代以来，这一阶段属于全球直流断路器的雏形阶段。每年的原始申请数量不足200个，且每年的申请数量波动。发展速度继续保持较低水平，不存在规模效应。随着全球各大公司和研究机构的投资不断增加，该领域的专利申请数量也呈现出显著的快速增长。全球原创申请量以每年数百的速度递增，年均增长速度基本稳定。目前，全球的学者针对柔性直流输电线路保护的原理展开了深入的分析与研究，进而有效提升柔性直流输电工程线路的保护功能，然而当前依然存在问题。与直流电缆相比，架空线路在长距离、高功率传输方面具有成本低、优势明显的特点。因此，基于架空线路的大容量柔性直流输电系统也是未来的发展趋势。世界首台500kV混合式高压直流断路器在3ms内开断电流高达25kA，其技术指标可满足未来张北柔性直流输电工程的需要。

2.2换流器故障自清除

就柔性直流输电线路而言，其故障处理与保护存在一定的关联。为有效实现故障线路的隔离与系统的可靠性，应该对线路的保护以及系统控制展开更深入的研究，并提出系统控制的动作时间以及输入方式等有效协调策略。在柔性直流输电系统中，很多换流器都具备直流故障自清除功能，因此在柔性直流输电工程中不需要再配置直流断路器[2]。

3柔性直流输电线路保护现状

3.1微分欠压保护

在实际投入运行的柔性直流输电线路保护中主要有行波保护与微分欠压保护，微分欠压保护作为直流线路的主保护，同时也是行波保护的后备保护，微分欠压保护的稳定性与可靠性均优于行波保护，然而，其速动性较差、采样频率高。作为行波保护的后备保护方案，在延时动作上与其他有关保护形成相互配合，基于此也提出了微分欠压保护的整定计算方法。微分欠压保护在行波保护退出运行或者由于电压变化率上升沿宽度不足时可以起到后备保护作用。

3.2行波保护

在直流线路出现故障的过程中，故障位置可能会向两边延展故障行波，按照行波理论提出的超高速故障保护动作为行波保护。其依照故障行波的特点实行故障的检测，在发生故障的初期行波包括行波电流或者组合的故障信息，在短时间内将行波保护检测出故障，同时一般可能会分为单端量保护以及双端量保护。前者就是运用单端电气量，后者需要通过同步线路两端信息，切实采取合理有效的措施确保其稳定，然后借助通信实现了快捷的保护，可以清楚地保护边界，能有效识别故障区域[3]。

结语

综上所述，近些年来，伴随我国对柔性直流技术的不断研究，柔性直流工程也在逐步增加，特别是随着深远海大容量风电的发展，柔性直流成为风电送出的首选方式。为了进一步将隔离故障有效清除，以上内容重点介绍了线路保护中的行波保护、微分欠压保护以及其他新型保护。由于电子技术的不断进步与成熟以及对继电保护技术的深一步的分析与研究，柔性直流输电中的问题以及缺陷也会得到逐一解决，在今后的柔性直流电网中会更加安全、稳定与可靠。

参考文献：

[1]曾鑫辉，谭建成.柔性直流输电线路故障分析与保护综述[J].浙江电力，2019，38（06）：21-28.

[2]刘剑，邰能灵，范春菊，黄文焘.柔性直流输电线路故障处理与保护技术评述[J].电力系统自动化，2015，39（20）：158-167.