高压直流输电线路继电保护技术综述程昊

高压直流输电线路继电保护技术综述程昊

程昊

(通辽霍林河坑口发电有限责任公司内蒙古通辽市029200)

摘要：随着经济的发展和社会的进步，人们对用电的需求越来越高，高压直流输电线路得到了广泛的应用，相较于其他输电线路而言，高压直流输电线路有着联网方便、容量大等优势。而高压直流输电线路的继电保护技术一直是人们关注的焦点。本文从当前高压直流输电线路继电保护存在的问题分析入手，研究了具体的继电保护技术，旨在保证高压直流输电线路的安全、稳定运行。

关键词：高压直流；输电线路；继电保护技术

一、当前高压直流输电线路继电保护问题分析

1.1可靠性差、理论不完备

从当前高压直流输电线路继电保护技术的原理上来看，继电保护还存在着可靠性差以及理论不完备的问题。高压输电线路的主保护灵敏度较低，故障投入时间较短，同时对于采样率有着较高的要求，有些高压输电线路的继电保护的抗干扰能力也较差。而对于后备保护来说也存在着一定的问题，其中差动保护灵敏度较差，保护动作所需时间较长，而低压保护不仅灵敏度较差，同时缺乏整定依据，这就影响了低压保护的选择性。

1.2保护种类单一，缺乏保护原理

从高压输电线路继电保护的配置上来看，当前其继电保护种类还比较单一，可靠性问题一直没有解决，在发生故障之后，难以形成有效的应对故障的保护原理。高压直流输电和高压交流输电的本质区别在于能量集中频带的差异性，在其他方面则没有明显差异，而交流输电的继电保护则有着可靠性高、对采样率要求低等优点，因此在设计高压直流输电线路继电保护的过程中可以积极借鉴交流输电继电保护的配置形式。

二、高压直流输电线路继电保护的影响因素

2.1电容电流

高压直流输电线路电容大、波阻抗小以及自然功率小的特征，这就给差动保护整定带来较大的影响，为了保障高压直流输电线路运行的安全性与稳定性，必须要对电容电流采取科学合理的补偿措施。此外，在分布电容因素的影响下，一旦高压直流输电线路运行出现故障，故障距离与继电器测量阻抗之间的线性关系就会发生改变，成为双曲正切函数，此时，就不能使用传统继电保护措施。

2.2过电压

高压直流输电线路在出现故障之后，电弧熄灭时间会延长，情况严重时甚至会发生不消弧的情况，在电路电容因素的影响下，两端开关不会在同一时间断开，此时，行波来回折反射就会严重影响整个系统的运行。

2.3电磁暂态过程

高压直流输电线路长，在操作与发生故障时高频分量幅值较大，这就给高频分量的滤除工作带来较大的困难，这不仅会导致电气测量结果发生偏差，此时，半波算法在高频分量的影响下准确性难以保障，此时，电流互感器也会发生饱和现象。

三、高压直流输电线路继电保护设计原则与注意事项分析

3.1输电线路的主保护

影响输电线路主保护的因素是多种多样的，必须要根据高压直流电路的实际情况进行选择，在设计时，需要使用两台不同原理的装置，第一套保护装置可以使用分相电流差动纵联保护装置；第二套保护装置可以使用相电压补偿纵向保护装置，两套装置分别来使用不同的通道。

3.2输电线路的后备保护

输电线路后背保护是主保护的重要补充，在进行设计时，需要控制好线路两端切除故障差，配置好完整的接地距离保护与相间距离设备，距离保护特征不应该局限在四边形、圆形与椭圆形几种，可以将微机保护充分的利用起来，从根本上提升系统运行的安全性。

3.3并联电抗器保护

高压直流输电线路中并联电抗器出现故障后，线路会发出相应的命令，启动自动保护装置，此时，并联电抗器就可以充分的发挥出其作用，若故障超过了高压直流输电线路允许的标准，则需要及时将两侧断路器断开。

3.4自动重合闸

高压直流输电线路常用的自动重合闸有三相重合闸、单相重合闸与快速重合闸集中模式，具体选择哪一种模式，还需要根据具体的过电压水平进行分析，为了防止过电压操作情况的发生，在非全相情况下过电压倍数在允许标准范围时，可以使用单相重合闸，若超过标准范围，就需要使用三相重合闸。在进行设置时，需要充分考虑到线路两端的时间间隔与重合顺序，将其控制在标准范围内。

四、高压直流输电线路中常用的继电保护技术

4.1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护方案提出；再如优化灵敏度，研究极性比较式原理等。

4.2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。

4.3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。

4.4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。

五、结束语

综上所述，高压直流输电线路有着容量高、传输距离远的优点，但同时其也比较容易出现故障。本文简要分析了集中高压输电线路的继电保护技术，旨在为保障高压输电线路的稳定运行作出一定贡献。

参考文献：

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[2]郭伟红，张磊，王萌，马晓东.高压直流输电线路继电保护技术研究[J].科技创新导报，2014，25：26.