特高压直流输电线路雷击暂态过程及行波保护响应特性

特高压直流输电线路雷击暂态过程及行波保护响应特性

1 刘武川 2 陈伟 3 杜九江 4 李伟 5 邓涛

1 嘉兴市恒光电力建设有限责任公司 314000；

2 国网浙江嘉善县供电有限公司 314100；

3嘉兴市恒光电力建设有限责任公司314000；

4嘉兴市恒光电力建设有限责任公司314000；

5嘉兴市恒光电力建设有限责任公司314000

摘要：为了解决反正法不能适应保护分析工作的问题，利用电磁暂态反正软件模拟了累积输电线路的小步长反正，从而针对工程实际中的雷击事件。分析了故障、非故障性绕击和反击情况下保护装置电压和电流的暂态过程，描述了避雷针和非避雷针各电气暂态特性的区别。

关键词:特高压直流系统；雷击的瞬态过程；行波保护；响应特性；

特高压直流输电系统的线路保护主要采用基于暂态电量变化原理的行波保护。该算法简单但易受干扰。这一特性已在已运行多年的特高压直流输电项目中得到验证。其中，特高压直流输电线路的高电压等级和强耦合特性决定了雷击行波保护动作的可行性。以中国南方电网某特高压直流工程项目为背景，分析了行波保护装置在有故障和无故障绕组时相关电气量的暂态过程及其反击，解释了不正确行波保护的机理，提出了雷电干扰下行波保护的可行思路。

一特高压直流线路雷击仿真模型

1.1研究系统概述

采用PSCAD/EMTDC软件进行的牟特高压直流输电系统进行研究，观察其雷击暂态过程中响应与行波的保护响应的特性，其具体的参数参考表1，气馁采取的保护控制模型判断依据与实际工程相同。

二 特高压直流线路雷击暂态过程

2.1非故障性绕击的暂态分析

非故障性绕击是最常见的一种现象。在本次的实验过程中，借助正极回路，在此基础上加载腹肌雷电流，模拟真实情况下的雷电流现状，在模拟后，可以得出具体的数据。我们可以看到，行波色散和衰减特性，由于这两种特性，导致一种明显的后果，保护安装处雷击极暂态电流复制出现明显的异常，峰值处的数据与一般情况下有明显差异，远远低于雷电复制，是正常情况，两种电流复制数据相差不大。

2.2故障屏蔽失效的暂态分析

接地故障的本质是非故障屏蔽故障。暂态波形由接地故障响应和雷击组成。但由于雷电流幅值较大，已成为主要影响因素，接地故障对应特征不明显，使得行波保护难以区分无故障屏蔽故障和无故障新屏蔽故障。

2.3反击中暂态故障的新特点

闪电通过塔进入线路的过程成为反击。由于暂态电流收到了限制，它的峰值和波动幅度与电流无故障屏蔽失效差不多相同。两者的区别在于对称变化阶段后故障极电压的恢复额定值。关于优化两种行波保护的思考在新的非故障性绕击及时反击的情况下，由于两级线耦合的干点电压，在雷电流头上升阶段，非故障极线的U判据和I值有可能达到设定值，最终可能导致非故障极线行波保护误动。因此，笔者提出了一些优化思路。首先在电压判据的出口加入闭环锁定逻辑，使其在某一实际周期内只从出口退出一次，以防止判据在雷电流后晃动，导致其不动而达到设定值。第二，适当提高计算机系数的I判断值，牺牲其灵敏度，提高其可靠性。第三，平滑电抗器后的电流可以通过计算机标准改变。此时电流中的高频分量已经被滤除，可以减小雷电流I判据的波动范围。

三行波保护雷击响应特性的分析

笔者文章所写的仿真行波保护模型是根据西门子公司技术路线，审判及其具体数据与现实中的特高压直流工程完全一样。采样的频率是150µs，并且使用线路的终端电压UdCH和 线路一侧的末端电流IdLH计算电压的变化率判断依据为dU/dt、电压变化量的判断依据为U以及电流判断依据。

计算

电压盘踞的计算为如图所实示，其中计算dU/dt与U时药材局不同的时间原因在于2个盘踞作用不同，其一是因为它是区分外故障与区内故障的，而其二是盘踞区分扰动与故障的

图


2电流判据计算

整个测流的判断依据为II，逆变侧电流判断依据为IR。这里采用时间延迟的方法去除点直流分量构成的判断依据，使他能够实现区分本极故障与对极故障的功能。

3.2 dU/dt判断雷击响应特征

仿真结果说明了，无论什么样的雷击，雷击极与非雷击极判断依据都满足了定值的要求。由于故障性绕击及反应本质为接地故障判据在保护动作后便低于整体定值；并且非故障性绕击不引发保护动作，其判据在雷击暂态后抑制在整体的定值附近浮动。

3.3 U判断雷击响应的特征

根据仿真结果表明，只有在故障性绕击与反击时，实验中的判据才能够满足整体的定值。波形特征上故障性绕击与反击在雷电流暂态的过程中出现了“驼峰”的变化样式，并且故障性的绕击与反击的U判断依据都在其区域内，满足定值。

在不同的雷击状况下，非雷击极U判断的暂态过程中，实验中的数值不达到整体的值。波形特征上故障性绕击与反击在电流暂态过程中出现的峰值十分相似，最后慢慢变为0；并且在非故障绕击时，U判据则不断围绕零轴震荡。

3.4 I判断雷击响应特征

根据仿真结果表明，只有在故障性绕击与反击是，I判据才会满足定值，根据雷击的不同，非雷击极I判断暂态的过程中，I不满足定值。其中非故障性绕击是I波动恢复正常值，而故障性绕击与反击中，I两者相似，而且会因为雷击极保护动作会在上升后在下降。

三 结论

1. 费非故障性的绕击其本质就是电流注入的瞬间对线路影响到直流系统扰动，若其后发生了绝缘子闪络变成了故障性的绕击，反击本质便是接地故障与雷电流的不断节假，所以发生了此类事情，行波保护不应该动作，而其事况发生后行波保护是正确的动作。

2. 虽然与反击时峰值一样，但通过电流的区分，和电压暂态程三者相同，为暂态的瞬间对称裱花，雷电流作用阶段变化与电流急性相同，雷电流对称波动。

3. 雷击状况下的不正确动作要避免。

参考文献：

[1]李书勇,郭琦,崔柳,蔡泽祥,梁益. 特高压直流输电线路雷击暂态过程与行波保护响应特性分析[J]. 电网技术,2015,39(10):2830-2835.

[2]刘志向. 高压直流输电线路故障辨识及保护的研究[D].燕山大学,2017.

[3]胡振华. 同塔双回直流线路雷击暂态特性及其对行波保护影响研究[D].华南理工大学,2016.

[4]蔡泽祥,田得良,梁益,李晓华,李书勇. 雷击特高压直流线路行波保护误动分析与优化策略[J]. 华南理工大学学报(自然科学版),2017,45(10):53-61.