高压直流输电线路继电保护技术研究

高压直流输电线路继电保护技术研究

Summary：近年来，科学技术发展迅速。随着科技的进步，人们的生产和生活变得越来越方便，随着高压直流输电的出现，电力线路的建设也逐渐增加，同时，继电保护技术也出现了一些问题，这对电网的进一步深入发展造成了很大的阻碍。如何加强HVDC线路的继电保护技术，并对其进行升级和优化，已成为当前的研究热点。通过对HVDC线路继电保护技术的研究，探讨了其存在的问题，并对影响其技术的各种因素进行了探讨，并指出了应做好微分欠压保护、行波暂态保护、低压保护等工作。Keys：高压直流输电线路；继电保护；技术一、继电保护技术在高压直流输电线路中的问题分析从目前国内的HVDC线路继电保护技术的应用状况来看，存在着两类问题。第一是从保护的原则角度出发，目前HVDC的继电保护理论还不完善，可靠性差。在实际操作中，重点体现在主保护（主要包括行波瞬变保护、差动保护）灵敏度差、缺乏整定依据、故障投入时间远远不够、采样率高、抗干扰性差等问题。而在备用保护中，差动保护的运行速度还不符合标准，低于规定的转速；在低压保护中，故障后的快速处理方法也比较缓慢，且缺乏与之配套的整定基础；第二是从保护结构的角度出发，现有的HVDC保护技术所采用的保护类型较为单一，可靠性较差，如果出现故障，难以及时做出响应并及时进行维护。二、影响高压直流输电线路继电保护的因素（一）过电压高压直流输电线路电容大，波阻抗低，自然功率低，这就给差动保护的整定带来了极大的困难，为了确保线路的安全与稳定，必须采用科学合理的方法进行补偿。此外，由于存在分布电容的作用，HVDC线路在运行过程中发生故障，其故障长度与测量阻抗之间的线性关系会变成双曲线正切，因而不能使用传统的保护措施。（二）电容电流HVDC线路具有低功耗、低阻抗、大容量等特点，对HVDC线路的差动保护整定值有很大的影响。为了确保HVDC系统的安全和稳定，必须采用合理、高效的电容电流进行补偿。此外，当HVDC线路出现故障时，由于分布电容等原因，其测量阻抗和故障HVDC线之间的线性关系将会改变，从而导致双曲线正切函数的改变，从而导致继电器无法正常工作，因此需要对HVDC线路进行新的保护。（三）电磁暂态过程高压直流输电线路是电力公司在电力系统中大范围内使用的一种电路，它的故障检修过程中会产生很大的高频分量幅值，从而影响到滤波和消除工作。这种现象在电力测量中会导致测量上的偏差，从而影响到半波法计算的精度，并使变压器处于饱和状态，从而使高压直流输电系统的正常工作受到损害。三、高压直流输电线路继电保护设计原则与注意事项分析（一）后备保护在HVDC线路设计时，电网公司应当以备用保护原理为基础，主动控制和有效地切断HVDC线路两端的故障差，并适当安排相互间隔的设备和接地距离的保护。电网公司在设计HVDC线路的距离保护特性时，容易受传统的椭圆形、圆形、四边形等设计形状的制约，因而需要突破传统的控制方式，合理地利用计算机控制，提高HVDC线路的运行安全性。（二）主保护线路的主要防护能力受到多种因素的影响，因此，电力企业要针对其实际使用情况，选择适当的保护技术。在线路设计上，分相电流纵联保护与分相电压补偿纵向保护是HVDC线路的第一、第二保护，采用两种保护原理不同的保护设备，将它们分别放置在不同的线路通道上，实现对HVDC的保护。（三）并联电抗器保护当HVDC线路上的并联式电抗器出现故障时，HVDC系统会根据电抗器的故障给出相应的指示，使其能有效地触发电抗器的自保护，从而保证了电抗器的安全。当HVDC线路发生故障时，电网公司必须遵守并联电抗器的保护原则，一旦故障电流、故障电压超过HVDC允许值，必须迅速切断电抗器上的断路器，使其免遭损坏。（三）自动重合闸在HVDC线路的实际运行中，电网企业要根据线路实际的过电压水平和防止过电压工作的原则，选择合适的自动重合模式。高压直流输电线路的自动重合模式一般可分为三类：快速集中重合闸、单相重合闸、三相重合闸，在不全相条件下，若过压倍数保持在标准范围之内，则采用单相重合闸，若过压比超过其有效标准值，则采用三相重合闸。因此，在实际操作中，电力企业应充分考虑高压直流输电线路两端的重叠次序和时间间隔，并主动进行控制，保证各参数在合理的范围之内。四、高压直流输电线路常用的继电保护技术（一）微分欠压保护HVDC微分保护技术是利用电压幅值水平和电压微分值来实现对HVDC线路的保护，其中主保护和后备保护是主要的保护方式。从ABB和SIEMEN两种方案中可以看出，差动欠压保护技术是以电压、水压和电压差分的测量数据为基础。差动保护技术在测量20毫秒时，当行波保护处于关闭状态时，该技术可以充分利用它的备用保护功能。但是，目前的差动电压保护技术还存在着一些不足，如：耐受过渡电阻能力有限、灵敏度低等，需要对其进行深入的研究，以有效地解决其不足和问题。（二）行波暂态量保护HVDC线路出现故障后出现的逆行波，将对HVDC系统的稳定运行产生不利影响，因此必须采取行波暂态保护技术，以确保HVDC的正常工作。行波保护可划分为行波保护与非行波保护，行波行波保护可划分为行波极性比较保护、行波幅值比较保护、行波极性对比保护、行波差动保护等不同类型。目前，电力公司普遍采用ABB和SIEMEN两种方法进行行波保护，ABB则是通过对地面波形和极波的测量原理，对逆行波进行有效的检测。同时，采用电流图、微分启动图、电压图变量等技术，可以有效地识别出在特殊情况下的逆行波，而SIEMEN则采用电压积分的原则来保护逆行波，与ABB方案相比，它的抗干扰能力更强，启动保护的时间更长。但是，在实践中，这两种方法都存在着一定的缺陷，如：抗转换电阻性能差、理论体系不够严密、缺乏整定基础等。在行波保护判定中，应依据不同阻值的电压变化曲线，合理地分析故障线路，制定出一套行波保护措施。（三）低电压保护高压直流输电线路的低压保护技术主要是监控电压的幅度，但是由于技术不能在高压直流输电线路上广泛使用，所以对高压直流输电线路的保护技术研究、技术依据、原理等方面的技术知识几乎没有被提及。当前，高压极压保护和低电压保护是当前电力市场的两大主要技术措施，但其保护定值低，保护动作容易失效。由于线路低压保护技术在线路出现故障时，容易引起重新启动，因此，采用了线路低压保护技术。低压保护技术虽操作简便，但其缺点是反应速度慢，整定依据不足，无法区分线路的高阻性与区外特性，因此在技术上仍有诸多问题。五、结束语随着社会和经济的发展，对电能的需求日益增长，对高科技的支撑也日益迫切。而继电保护是保证HVDC系统稳定可靠的关键技术，它在今后的发展中必然会有新的意义和新的内容。通过对HVDC线路继电保护技术进行了科学、合理的探讨，对其在实际中的应用进行了较为系统的论述，为广大的继电保护技术工作者提供了很好的实践经验。所以，作为一位优秀的继电技术工作者，我们必须在当前的形势下，积极地学习国外的先进做法，为我国的HVDC事业做出自己的贡献。Reference：[1]