浅谈高压直流输电线路继电保护技术研究

浅谈高压直流输电线路继电保护技术研究

白森海

国网太原供电公司二次检修中心，山西省太原市 030000

摘要：各行各业的发展都离不开电力的支持。而在现代经济建设和企业发展的过程中，针对电力需求也提出了更高的标准。继电保护是电力系统的重要组成部分，它对保证系统安全运行、防止事故发生具有重要意义。在实际工作中，电力系统运行过程复杂，继电保护装置难免会出现一些故障，降低了继电保护的运行可靠性。针对高压直流输电线路的特点分析继电保护技术的具体利用，并强调技术利用的关键内容，这对于继电保护技术价值发挥有显著的作用。文章分析研究高压直流输电线路继电保护技术，旨在为实践工作提供帮助与指导。

关键词：高压直流；输电线路；继电保护技术

引言

随着科学技术的不断发展和进步，电气技术也有了极大的进步，互联网技术以及供电技术的融入，也让许多供电设施在技术层次和功能上都进入了全新的阶段，有效地提高了供电水平和供电稳定性。因此，使用继电保护技术对高压直流输电线路进行有效保护意义重大，继电保护技术能够有效保障高压直流输电线路的运行效率及运行质量，为高压直流输电线路的应用和发展铺平道路。

1变压器继电保护原理及系统构成

1.1高压直流继电器结构与工作原理

高压直流继电器能够频繁地通过闭合与拉断方式发挥出指引直流电路工作的作用；而它也能够同其他类型的开关设备一起使用，可以从综合层面上达到对系列电路的控制与保护目的。通常，高压直流继电器由灭弧装置、触头系统以及电磁系统三大模块构成。其中，直流灭弧装置的原理是在自身或是外加磁场的作用下让电弧受力，然后将其带入电弧室，并进行加强冷却处理，将电离消除，以此达到熄灭电弧的目的；触头系统含多对常开触点在内，静接触头在密封的陶瓷罩上面固定，动触点则能够沿着接触的方向移动，高压直流继电器通过两个触点的闭合与分离达到对电路中电流的控制目的；对于直流接触继电器来说，内含电磁系统非常重要，发挥着主要驱动力的作用，在电磁原理作用下令铁芯产生一定的动能，可以达到闭合或开端触头的目的。对直流继电器的工作原理进行分析，可以大致概括为：对线圈通电，这时会有相应的磁场产生，动铁芯磁化并在电磁吸力的作用下向上运动，这又会对推动机构产生带动作用，使其同样向上运动。在此过程中，返回弹簧会逐渐压缩，与动、静两个触点的接触相伴随，超程弹簧也会开始压缩，一直到动铁芯同轭铁板实现完全吸合，这时的继电器也会完成其闭合动作。而在线圈断电之后，磁场会不复存在，此时电磁力与动铁芯的动力也同样都会消失，在超程弹簧与返回弹簧对的推动机构作用之下，系统内之前储存下来的弹性势能会向动能转化，动铁芯会由此而向下运动，导致动、静两个触头相互分离，继电器的拉断动作得以完成。

1.2继电保护的重要作用

随着我国的经济不断发展，电网建设的规模不断扩大，一旦电气设备发生故障，将会造成停电，给用户的工作生活带来不便，甚至造成危及人身设备的安全事故。继电保护系统是秉持可靠、快速、灵敏和选择的原则隔离故障，从而保障电气系统设备运行的安全稳定性。具体而言，可靠性特征是指在电气工程发生运行故障时，继电保护在不需要它动作时可靠不动作，即不发生误动，要求继电保护在规定的保护范围内发生了应该动作的故障时可靠动作，即不拒动；快速性特征是指继电保护装置应能尽快地切除故障，以减少设备及用户在大电流、低电压运行的时间，降低设备的损坏程度，提高系统并列运行的稳定性；灵敏性特征是指电气设备或线路在被保护范围内发生短路故障或不正常运行情况时，在规定的范围内故障时，不论短路点的位置和短路的类型如何，以及短路点是否有过渡电阻，都能正确反应动作；选择性特征是指当电力系统中的设备或线路发生短路时，其继电保护仅将故障的设备或线路从电力系统中切除，当故障设备或线路的保护或断路器拒动时，应由相邻设备或线路的保护将故障切除。

2高压直流输电线路继电保护技术

2.1主保护方案

当直流输电线路发生故障时，故障信息先以行波的形式在整个直流电网中传播。行波理论是分析故障发生后初始阶段的有效方法，因此行波保护是VSC高压直流输电线路主保护的理想选择之一。为了满足运行速度的要求，主保护必须基于单端量，同时必须具有保护全线路的能力。故障感应行波是一种宽带信号，由于要求保护的运行时间必须在3ms以内，数据采集的时间窗口非常短，因此应采用高采样频率，以便在有限的时间窗口内获得更多的采样数据和信息来构建保护判据。每条直流输电线路的终端都将安装一个平波电抗器，以抑制直流输电线路故障后故障电流的增长速度。平波电抗器的引入有利于单端行波保护。R₁没有平波电抗器，当故障发生在F₁时，对于R₁属于内部故障，对于R₂和R₃属于外部故障，故障引起的行波将在直流电网中传播。同时，安装在R₁、R₂和R₃的保护装置很难仅使用本地量来确定故障是属于内部故障还是外部故障。在R

₄和R₃之间有一个平波电抗器，当F₂发生故障时，行波的高频分量会被平波电抗器遮挡，并在R₄和R₃之间受到抑制，因此内部故障和外部故障时的行波会有显著差异。即F₂发生故障后R₄和R₃的电压、电流、反向电压行波和正向电压行波的波形。其中，反向和正向电压行波可以由电压、电流和浪涌阻抗计算得出。平波电抗器电感典型值200mH，电压基值为500kV的额定电压，电流基值为电压基值与浪涌阻抗之比。F₂的故障是R₄保护的内部故障和R₃保护的外部故障。内部故障时，电压、反向电压行波和正向电压行波具有陡峭的波前；在外部故障时，由于平滑电抗器对高频分量的阻碍作用，它们的波前要平滑得多。因此，波前陡度可以用来区分内部故障和外部故障，其中小波变换是定量提取和描述信号陡度的有效方法。

2.2后备保护

为保证保护的选择性和灵敏性，直流输电线路的后备保护应采用纵联保护原理。当发生故障电阻较大的内部故障，导致输电线路主保护因灵敏度不足而无法运行时，后备保护应对主保护进行补充和协调。纵联差动保护具有良好的性能，可以作为直流输电后备保护的一种选择。高压直流输电的后备保护应具有相对较高的反应速度，以便与超高速主保护和交流侧保护在时间序列上进行配合。它的运行时间在20～30ms，无法避免故障后严重的瞬态分布电容电流问题，因此需要行波差动保护。行波差动保护基于分布参数线路模型，并考虑了分布电容，所以理论上不受分布电容电流和变流器控制系统的影响。行波差动电流能够比传统差动电流更准确地描述内部故障电流，因此具有良好的选择性和灵敏度。同时，行波差动保护需要具有高采样频率，才能准确计算差动电流。

结束语

在新能源产业中，高压直流继电器可为电力线路稳定运行提供保证。直流输电线路主保护应采用基于单端量的算法来保证保护的速度，后备保护应采用纵联保护原理作为主保护的补充。此外，后备保护应具有相对较高的反应速度，以便与超高速主保护和交流侧保护在时间序列上配合。

参考文献

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