高压直流输电线路继电保护技术金国赵

高压直流输电线路继电保护技术金国赵

金国赵

广东恒辉建设集团股份有限公司广东广州510000

摘要：在电网技术水平的发展下，高压直流输电线路也在我国得到了广泛的使用，高压直流输电线路有着联网方便、线路走廊窄、功率易于调节、输送容量大的优势，有着良好的应用前景，截止到目前为止，我国高压直流输电工程比例已经超过了交流输电工程比例，成为了名副其实的高压直流输电大国。为了保证高压直流输电线路运行的安全性与稳定性，我们必须要对输电线路进行继电保护。

关键词：高压直流；输电线路；继电保护技术；安全性

继电保护装置对保证电力系统的运行安全有着重要的作用，而高压直流输电线路有着传输距离远、容量大的特点，在远距离传输过程中常常跨越不同气候条件和地形条件的地区，因此很容易出现故障，这就给继电保护提出了更高的技术要求[1]。基于以上，本文简要研究了高压直流输电线路继电保护技术。

1.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。

1.2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。

1.3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。

2.高压直流输电线路继电保护设计原则与注意事项分析

2.1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。

2.2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。

2.3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。

2.4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。

3.高压直流输电线路继电保护技术探讨

3.1行波保护技术

行波保护是高压直流输电线路重要的继电保护技术，其能够对高压直流输电线路的故障进行识别，在识别的过程中，故障点会向两端传播反行波，通过反行波的接收就能够实现对故障的判断。一般来说，高压直流输电线路的行波保护方案主要有两种：①ABB方案：ABB方案主要采用的行波为极波，通过极波来实现对故障的检测，而故障的判断和确定则依赖于地模波；②SIEMENS方案：SIEMENS方案主要以电压微分为依据来进行启动判别，能够对反行波10毫秒之内的突变量进行微分，以此为基础来实现故障的判断和确定[2]。行波保护技术的两种不同实现方案在检测方式和检测效果上有着一定的差异性，SIEMENS方案中涉及到微分环节，因此检测速度相对较慢，但也正因如此，SIEMENS方案的抗干扰能力更强。

但需要注意的是，行波保护技术也有着一定的局限性，例如耐过渡电阻能力较差、对采样的要求较高、持续时间短、理论的严密性不足等，因此当前许多研究都积极的对行波保护技术进行优化，以此来提升行波保护技术的有效性，例如可靠性优化、灵敏度优化等。

3.2微分欠压保护技术

微分欠压保护不仅是线路的主保护，同时也是行波保护的后备保护，其能够通过对电压微分数值和幅值的检测来实现对高压直流输电线路的保护。微分欠压保护是行波保护的后备保护，其两种实现方案有着相同的原理，且其与行波保护的电压微分定植相同，但上升沿时间有着一定区别，从6毫秒延长到了20毫秒，这就实现了微分欠压保护的后备保护作用，在上升沿宽度不足，或者行波保护退出之后，微分欠压保护则会发挥保护作用[2]。相较于行波保护技术来说，微分欠压保护在运行速度上有着一定的劣势，同时耐过渡电阻能力也比较低，但其胜在准确度高。

3.3低电压保护技术

低电压保护能够通过对电压幅值的检测来实现对高压直流输电线路故障的判断，实现继电保护，其属于微分欠压保护的后备保护，上文中分析可知，微分欠压保护和行波保护的耐过渡电阻能力都比较低，对于一些高阻故障来说，这两种保护可能不会发生保护动作，而低电压保护则能够对这些高阻故障进行切除，但从实际的应用状况来看，许多高压直流输电线路工程并没有按照设计要求配备低压保护。低压保护技术主要分为两种，分别是线路低压保护和极控低压保护，线路低压保护定值更高一些，在保护动作发生之后，启动电路会对程序进行重启，而极控低压保护动作后，则会对故障极进行封锁。

低压保护有着保护原理简单的特点，但是其选择性较差，灵敏度不高，不能够对区内高阻故障和区外高阻故障进行准确的区分。

3.4纵联电流差动保护技术

这种保护是高野直流输电线路的后备保护，其有着绝对的选择性，主要通过对双端电气量的检测来实现故障的识别，一般用于对高阻故障进行切除。就目前来看，当前纵联电流差动保护并没有对高压输电线路的电容和电流问题进行考虑，仅仅依靠电流量端加和来判断差动，等待时间较长，且保护动作速度较慢[4]。在SIEMENS实现方案中可能会延迟几百甚至上千毫秒，在这个时间段内极控低压保护可能直接对故障极进行切除，这就失去了设备重启机会，难以发生作用，这就需要积极提升纵联电流差动保护技术的灵敏性，例如进行电容电流补偿、将高频通道升级为光纤通道等。

4.结语

综上所述，高压直流输电线路有着线路长、电压高、电容大、输送功率大、波阻抗小的特点，这也对继电保护工作提出了较高的要求，继电保护不仅仅需要满足传统保护的目的，还需要对线路过电压产生限制，提升设备与系统运行的稳定性与安全性，就现阶段来看，虽然我国的高压直流输电线路已经得到了广泛的使用，但是其继电保护技术还存在着各类问题，缺乏科学、系统的整定依据，灵敏度不高，还需要开展进一步的研究，相信在不久的将来，高压直流输电线路继电保护技术定可以得到跨越式的发展。

参考文献：

[1]宋国兵，高淑萍，蔡新雷.高压直流输电线路继电保护技术综述[J].电力系统自动化，2015（22）：52-53.

[2]李爱民，蔡泽祥，李晓华，刘永浩.高压直流输电线路行波保护影响因素分析及改进[J].电力系统自动化，2017（10）：87-88