试析高压直流输电线路继电保护技术

姜恩泽

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一、高压直流输电线路继电保护存在的问题

1.1 可靠性差、理论不完备 高压输电线路的主保护灵敏度较低,故障投入时间较短,同时对于采样率有着较高的要求,有些高压输电线路的继电保护的抗干扰能力也较差。而对于后备保护来说也存在着一定的问题,其中差动保护灵敏度较差,保护动作所需时间较长,而低压保护不仅灵敏度较差,同时缺乏整定依据,这就影响了低压保护的选择性。

1.2 保护种类单一,缺乏保护原理 保护配置是高压直流输电线路继电保护技术中重要的组成,而就我国目前高压直流输电线路继电保护技术来看,保护装置大多一致,无法对故障问题进行及时的预警和保护。其次,从本质上来讲,高压直流输电线路与常规的交流输电线路之间并没有太大的差异,无论是工作原理,还是故障的保护原理方面,都非常相似。这两者最大的不同点是集中频带有着明显的区别。

二、高压直流输电线路继电保护的影响因素

2.1 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。

2.2 过电压 故障产生于该线路的过程中,会延长电弧熄灭的时间,严重者将导致不消弧产生于线路当中,受电路电容因素的作用,在同一时间内,断开存在于两头的开关,这一过程中,系统会在来回折反射行波的影响下无法正常工作。

2.3 电磁的暂态过程 由于高压直流输电的线路一般都会具有相对较长的距离,所以在其发生故障之时往往都会出现高频分量过大的情况,这样就给故障的诊断和处理造成了较大的困难。不仅会导致电气测量的过程出现一定的偏差,而且半波算法的准确率在高频分量的作用下也会受到较大的影响。在这几种情况的相互作用下很可能会造成电流互感器过渡饱和的现象,从而导致严重的后果。

三、高压直流输电线路中常用继电保护技术

3.1 行波保护 采用直流输电时,行波保护属于主保护措施,其原理为：在线路发生故障时,发生故障的地方会从线路两端传播反行波,利用这一原理可以判断故障点,从而及时采取措施进行解决,保证电力的正常输送。当下,我国广泛使用的直流输电行波保护方案主要有ABB和SIEMENS。其中,在使用ABB方案时,主要是利用基波检测电路中的故障,而且可以通过地膜波判定故障的级别,让维修人员做好应对措施,降低管理工作的危害性；而SIEMENS方案下,将电压微分作为启动的判断依据,并利用反行波可以在最时间内确定故障,时间控制在10MS左右,反应速度非常迅速。

3.2 微分欠压保护 微分欠压保护也是直流输电线路中的主保护手段,同时,它也是行波保护的后备保护。一般而言,微分欠压保护通常是利用检测电压微分数据和电压幅值水平,从而实现对直流输电线路的保护。与之前所提到的ABB和SIEMENS方案原理相同,微分欠压保护也是测定电压微分以及幅值,特别要注意的是,电压微分定值与行波保护相同,只要把其上升沿由原来的6ms调整到20ms,这样在行波保护结束之后,或者是上升沿的宽度不够时,此时,微分欠压保护就可以发挥其作用,进行后备保护。与行波保护比较,在运行速度上微分欠压保护稍逊一些,耐过度电阻能力也有限,但是,其运行的精准度有了明显提高。

3.3 低电压保护 低电压保护属于后备保护措施,它是基于行波保护和微分去按压保护之后的一种补充手段,它的运行原理为：通过检测直流线路的电压幅值,然后对线路的故障进行判断,并实施继电保护。按照设计方案,低电压保护一般运用于清除行波保护和微分欠压保护没有反应的高阻故障。不过,在实际工作中,在直流输电线路中很少配置低电压保护措施。一般而言,低电压保护可以分为线路低电压与极控低电压。其中,线路低电压要比极控低电压的保护性能更高,而且线路低电压在动作之后,可以启动线路重启程序；极控低电压在动作之后,通常会对故障点进行封锁。

3.4 纵联电流差动保护 纵联电流差动保护是一种常见的直流输电保护手段,通常被作为后备保护措施,它的原理就是通过双端电气量,实现对线路保护的绝对选择性。按照它的设计原理,纵联电流差动保护被用来消除高阻故障。

当下我国直流输电线路中使用的纵联电流差动保护,因为没有考虑电容电流问题,在使用时只利用电流两端的和作为差动的判断依据,因此,需要较长的时间才能得到数据,动作速度比较缓慢。

结语

综上所述,高压直流线路具有较为显著的应用优势,然而由于其容量大,传输距离远,所以发生故障的概率较高,这对继电保护无疑有着更高的要求。本文重点探讨和分析了集中高压直流输电线路继电保护技术,希望能够帮助高压输电线路更加稳定可靠的运行。