解析高压直流输电线路继电保护技术

解析高压直流输电线路继电保护技术

寿佩瑶

（三峡大学电气与新能源学院湖北宜昌443000）

摘要：在电力系统中，继电保护装置是重要组成部分，对于保证电力系统的安全性有重要的作用。电力系统的出现会很多问题，包括原件损坏、供电可靠性下降及震荡等问题，只有对保护装置进行详细的分析，才能降低经济损失，保证技术形式的完善性和有效性。及时解决故障不仅能保证系统的稳定性，同时能提升经济效益，对于提升电力系统的安全性有重要的作用。

关键词：高压直流；输电线路；继电保护

一、高压直流输电线路继电保护的影响因素

1.1电容电流，高压直流输电线路电容大、波阻抗和自然功率小，对差动保护整定很大的影响，高压直流输电线路运行的稳定性和安全性需要借助电容电流补偿措施来实现。在分布电容影响下如果高压直流输电线路运行发生故障，故障距离和继电器测量阻抗间的线性关系将会变成双曲正切函数，传统继电保护对其不能产生作用。

1.2过电压，高压直流输电线路发生故障电弧熄灭时间延长甚至可能出现不消弧，电路电容影响下两端开关不会同时断开，行波来回折反射影响系统运行安全和稳定。

1.3电磁暂态过程，高压直流输电线路较长，操作以及故障发生时高频分量幅值大，不利于高频分量滤除，电气测量不准，电流互感器产生饱和。

二、高压直流输电线路继电保护技术的应用现状

高压直流输电的早期技术支持主要是换流技术，其在我国于1954年诞生，随后在控制阀、控制特性、系统结构等多个方面都取得了很大的成效。目前我国在高压直流输电线路中，主要应用的换流器主要分为两种：第一是基于半控型器件晶闸管的电流源换流器高压直流输电（CSC-HVDC），其在实际应用中，主要用在远距离和大容量的电能传输上；第二是基于全控型器件（如绝缘栅双极型晶体管（IGBT）、门极可关断晶闸管（UTO））的电压源换流器高压直流输电（VSC-HVDC，也被称作HVDCLight、HVDCPlu、或HVDCFlexible），其主要用在受端弱系统或者分布式电源接入电网等情况下。经过多年的发展，高压直流输电系统由原来的两端系统，更新到了现在的多端系统；在输电线路方式方面，由原来的海底电缆发展到了现在的架空线与电缆有机配合的方式；不仅如此，目前高压直流输电系统在电压等级和输送功率等多个方面都有很大的进步。高压直流输电系统的更新也带动了继电保护技术的发展，在继电保护技术应用中，应该根据高压直流输电系统的变化及特性，及时的改变其保护方法，从而更高效的适用到不断变化的高压直流输电系统中去。

三、高压直流输电线路继电保护设计原则

3.1输电线路主保护，输电线路主保护影响因素众多，要根据高压直流电路运行实况合理选择，设计中使用两台不同原理装置，使用分相电流差动纵联保护装置或使用相电压补偿纵向保护装置均可。

3.2输电线路后备保护，输电线路后背保护是主保护的补充和辅助，设计时要控制线路两端切除故障差，配置接地距离保护和相间距离设备，距离保护特征不受形状限制，可以使用微机保护，从而提升系统运行安全。

3.3并联电抗器保护，高压直流输电线并联电抗器如果出现故障，线路将发出命令并启动自动保护装置，此时并联电抗器便可排上用场。如果故障超过高压直流输电线路允许标准则要及时断开断路器。

3.4自动重合闸，高压直流输电线路自动重合闸主要包括单相重合闸、三相重合闸和快速重合闸，具体选择使用模式时要分析过电压，为防止过电压发生，在非全相情况下如果过电压倍数处于允许范围则采用单相重合闸，如果超过标准使用三相重合闸。设置中要考虑线路两端时间间隔和重合顺序并把它控制在标准范围以内。

四、高压直流输电线路继电保护技术分析

4.1暂时保护，高压直流输电线路运行中如果不慎发生故障就会出现反行波，通过继电保护来保护电力系统可靠运行。在高压直流输电线路应用中从设计入手，针对不同方案设计要求分析电压和应用原理。当前常用SIEMENS方案和ABB方案，SIEMENS方案是利用电压积分原理，保护时间通常为16-20秒，和ABB方案相比种保护速度慢，抗干扰能力强，如果突变量不足或保护不到位可以及时采用电压、微分启动或电流图设计，评估各项技术。ABB采用波保护技术，应用电压、微分启动或电流图等设计形式，评估和分析不同的技术形式。由于不同保护装置其保护能力和效果有限，而电阻能力不够理想，理论体系也存在不少缺陷，为提升保护效果需要从梯度技术和数学形态入手，分别对两种技术形式进行保护，如果需要还要对其作出深入分析。

4.2微分欠保护，微分欠保护基于电压幅度水平和电压微分数值，兼具主保护和副保护功能。遵循现有继电保护系统要求，及评估和分析电压水平和电压微分，满足现有设计标准从而发挥好后备保护作用。SIEMENS方案和ABB方案主体一致。设计人员要把现有保护装置作为抓手，突出抓好应用重点，分析和评估不同类型的保护模式。微分电压保护动作可靠性和灵敏度比行波保护效果好，然而其动作速度赶不上行波保护，两者存在灵敏度不理想、整定依据不足和耐过渡电阻能力差等缺陷。

4.3低电压保护，低电压保护是高压直流输电线路普遍使用的后备继电保护，通过检测电压幅值完成保护，因保护对象的差异性可把低电压保护分为极控低电压保护和线路低电压保护，其者保护定值比后者低，当前面线路发生故障时会自动闭锁故障，后者在保护时启动线路而重启程序。低电压保护设计简单，然而缺乏科学系统整定依据，影响技术人员判断故障类型，保护动作速度慢。

4.4纵联电流差动保护，该保护模式使用双端电气量，选择性好，然而故障发生较长时间后才能进行保护，其仅仅适用于高阻故障诊断和切除。因不同因素影响，使用差动保护没有联系电压变化和电容电流，容易发生误动，电流差动保护装置动作速度快而且灵敏度高，但其优势难以在高压直流输电线路中充分发挥，其性能强化提升空间较大。

五、高压直流线路继电保护装置创新

5.1加快行波保护以及微分欠压保护软件升级换代，升级行波保护以及微分欠压保护软件，增加保护装置对自身电压以及电流值有效录波，录波功能通过在纵差保护动作后实现，并能很大程度上发挥好录波功效。

5.2改造外部故障录波系统，在软年换代中加大外部故障录波系统改造，确保周期持续进行。尽可能使其和SIMADYND装置使用用一周期，更加有利保护线路安全，更好的通过录波来分析线路运行中的故障原因。

5.3改造直流线路保护系统软硬件，不管采取哪种保护装置都需要在第一时间触发外部故障录波系统并迅速作出保护措施。当前使用的故障录波系统增加保护动作繁琐，而且使用极其不便，当只存一套保护动作缺少录波信息时很难对保护装置动作情况作出分析准确判断，后续保护动作也难以到位。

结语

高压直流输电线路继电保护存在直流闭合、直流停运以及其它一些误动作等技术缺陷，严重影响电网安全运行。需要在高压直流输电线路保护中充分了解并深入分析故障原因，针对故障地点和原因谨慎选择故障保护方法，更加有效保护高压直流输电线路运行安全和稳定和，为经济社会发展提供可靠的电能保障。

参考文献：

[1]关世照.浅析高压直流输电线路继电保护技术[J].科技风，2016.

[2]晓雷，谭桂华.高压直流输电线路继电保护技术的应用分析[J].华东科技：学术版，2013.