高压直流输电线路继电保护技术的分析

高压直流输电线路继电保护技术的分析

晏坤徐泽宝郭磊

（国网冀北电力有限公司唐山供电公司河北唐山063000）

摘要：高压直流输电优势十分突出，由于高压直流输电作业中，载容量高、输送距离长、功率灵活度强，在世界范围内得到了广泛应用。国内用电量增加较快，直流输电量位居世界领先地位，但是核心技术仍对国外领域存在较高依赖性，同时直流输电工程受地理位置、输送距离等因素影响，需要考虑不同气候条件下输电特性，并且需要加强对高压输电线路的故障率的有效分析，避免直流输电线路缺陷问题等产生负面影响。

关键词：高压直流；输电线路；继电保护；技术；分析

1导言

高压直流输电线路在实际工作当中，继电保护装置发挥着十分关键的功能，决定着直流输电系统工作的安全性与稳定性。因此，为了杜绝因为继电保护技术不过关而导致的电力系统元件损坏、安全事故、电网瘫痪等隐患，有关电力企业要重视继电保护技术，加大研发力度，尽可能解决当前继电保护技术中存在的缺陷，以此来确保高压直流输电系统的正常运行，实现电力企业经济效益与安全效益的共赢，促进电力行业的可持续发展。

2继电保护线路设计要点分析

2.1线路主保护

对于继电保护线路而言，其影响因素较多，设计人员需要结合实际进行合理分析，加强线路走向的合理布设，规划线路中，对于原理不同的装置一般需要设置多条通道，其中一套利用分相电流差动保护装置控制，还需要一套相电压补偿保护装置，二者共同完成线路保护功能。

2.2线路后备保护

后备保护是作为主保护辅助处理，设计中需要考虑控制线路端口位置的有效处理，避免故障问题等带来的危害。还要考虑接地间距、相间距离等要素，提高保护设备运行的合理性，及时进行配置功能的调整。设计环节中，距离保护要求一般灵活度较高，不局限于四边形、圆形等，可随时添加微机保护进行优化，提高整体稳定效果。并联电抗器保护，其主要作用是当直流线路发生故障时，相应的自动保护措施将会被激发，若是经过分析和评估，故障已经超过了线路所能承受的标准，则并联电抗器的保护动作会被触发，断路器将会被迅速的断开，这样可以有效的防止更严重后果的发生。

3高压直流输电线路继电保护的影响因素

3.1电容电流

高压直流输电线路的电容量比较大，波阻抗小，势必会给整个系统带来较大的影响。为了保证高压直流线路的稳定性和安全性，要及时采取有效的补偿措施。此外在分布电容因素的影响下，如果高压直流输电线路出现故障，则会导致故障距离和继电器测量之间的关系发生改变。由于双曲正切函数比较特殊，无法采用传统的继电保护措施。

3.2过电压

高压直流输电线路如果出现故障，则说明电弧熄灯时间比较长，如果故障时间比较长，则说明电路状况的突然变化较为剧烈。同时因为电路电容的影响，线路两端的开关不会在同一时间断开，造成电流来回折反射从而干扰到后续应用系统。

4高压直流输电线路继电保护设计原则与注意事项分析

4.1输电线路的主保护

很多因素都会影响到输电线路主保护，因此，一定要结合高压直流线路的实际运行情况来判断，在继电保护设计阶段，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，两套装置分别使用不同的通道。

4.2输电线路的后备保护

输电线路后备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。

4.3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，则需要及时的将两侧断路器断开。

5高压直流输电线路中常用的继电保护技术

5.1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。由上述叙述可知，这两种方案采取不同的检测方式，效果上也存在一定的差异，因微分环节存在于SIEMENS方案中，所以检测速度相对慢于ABB方案，但也正是因为存在此环节，使得SIEMENS方案具有更好的抗干扰能力。不过，这两种方案均存在一定的不足之处，如不具备足够的耐过渡电阻能力、采样要求高、缺乏良好的抗干扰能力等。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。

5.2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。

5.3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。

5.4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。

6结论

高压直流线路继电保护技术在我国具有着较为广阔的发展前景。从直流输电的特点入手，加强继电保护技术的科学性探索，可以让这一技术得到不断优化。

参考文献

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