高压直流输电线路继电保护技术

高压直流输电线路继电保护技术

李迅 侯贤婷 孙华东

国网西藏电力有限公司检修公司 西藏拉萨市 850000

摘要：本文首先阐述了高压直流输电线路继电保护设计原则及主要特点，接着分析了高压直流输电线路继电保护的主要影响因素，然后分析了高压直流输电线路常用的继电保护技术，最后对直流输电线路保护研究的建议与设想进行了探讨。

关键词：高压直流；输电线路；继电保护技术

引言：

随着社会经济的持续发展，电力行业也得到了相应的发展，这鼓励了国内高压直流线路的广泛使用。目前，社会各部门的用电量不断增加，对继电器的保护提出了更高的要求。因此，作为未来发展的一部分，有关技术人员有必要对高压直流输电线路的保护技术进行深入研究，分析和优化现有的装置和形式，以跟上时代的发展。

1高压直流输电线路继电保护设计原则

在高压直流输电线路继电保护的设计过程中，应严格遵循以下设计原则：

1.1后备保护

就是在继电保护设计的过程中，需要后备保护，这是非常重要的。因此，在后备保护的基础上，电力设计技术人员要加强对于电力系统操控问题的关注；如果遇到了电力系统操控问题，就要严格控制高压直流输电线路两端的故障差问题，要进一步加强接地距离的保护，加强相间距离设备的完整性保护等问题，这样可以较好地达到高压直流输电稳定运行的状态。

1.2输电线路主保护设计

在设计过程中注重对保护装置加以区分。要在设计的整个过程里，加强对于保护装置的认识。比如，一个高压直流输电系统在运行时，要保证运行环境的安全与可靠，要把第一、二套保护装置加固设定在分相电流差动的纵联保护范围内，进行相电压补偿的纵向保护，进行实现高压直流输电的继电保护。

1.3关注自动重合闸问题

就是要求设计人员在对于高压直流输电的继电保护过程里，需要严格遵照继电的自动重合闸的设计要求，科学地选好三相重合闸以及单相重要闸的应用模式，进而达到最好的设计、运行状态，达到高压直流输电继电保护目标。

2高压直流输电线路的主要特点

2.1对于相同的功率，线路的成本更低

一般来说，架空交流线路使用三根导线，而直流线路不需要那么多导线，只需要一根导线（单极）;或者需要两条线（双极）。因此，直流运输可以节省运输设备，降低设备的运输成本和安装成本。

2.2线路的有功损耗很小

低损耗线路电源直流空气线路只需要一两条线路，其损耗相对较低，具有“空间负载”的作用。电流损耗和无线电干扰小于交流输电线。

2.3适用于水下输电

在电力系统中，有色金属及绝缘材料应用广泛。直流允许工作电压为交流工作电压的三倍以上，两芯直流传输大于三芯交流传输。运行直流电流时无磁感应损耗，仅心线的电阻损耗，绝缘老化速度快，使用寿命长。

2.4不受传输距离限制

在交流输电系统中，为了系统的稳定性，与电力系统相连的同步发电机应继续同步运行，但如果直流线路与两个交流系统相连，则问题将不存在。也就是说，不受传输距离限制的直流输电。

2.5调节快

用双极线激活直流快速控制电源，当一级故障时，另一级仍可用土壤或水作回路，从而大大保证了工作的稳定性。

3高压直流输电线路继电保护的主要影响因素

3.1电容电流

高压直流输电线路的电容较大，自然功率不大，加上波阻小等特点，给纵联电流差动保护方面带来了很大的提升效果。要更好地促进对于整个高压直流输电线路的保护，促进安全性、稳定性的提升，就要积极对电容电流采取合理的补偿策略。

3.2过电压

如果高压直流输电线路发生了故障，那么它产生的电弧一般情况下不会熄灭，在监控范围内，高压直流输电也不会有消弧现象。当然，因为整个高压直流输电线路易受到其它电容因素的影响，那么线路的两个顶点的开关也不可能在第一时间切断，这样的话，不会有反射的行波情况出现，也将影响到整个高压直流输电继电保护系统的正常化。

3.3电磁的暂态过程

由于高压直流输电线路距离较远，故障发生时高频分量往往过大，给故障的诊断和处理带来困难，不但会影响到电气测量的误差问题，而且其半波算法准确率也会因为高频分量的影响受到相应的影响。基于这样的情形，有可能会有高压直流输电电流互感过于饱和的问题，从而引发较严重的后果。

4高压直流输电线路常用的继电保护技术

4.1行波暂态保护

在高压直流输电线路故障的情况下，会产生反行波。行波保护作为高压直流输电线路的重要组成部分，对保证电力系统的稳定运行十分必要。西门子和ABB是目前常用的两种行波保护措施。西门子是一种基于电压积分原理的保护措施。保护启动时间是16到20秒。与ABB方案相比，其保护速度相对较慢。行波保护是基于极波和接地模式波的行波保护。它可以在10ms 内检测到抗行波突变。如有必要，可通过电压、差动启动和电流图变量进行识别。为了提高行波保护的效果，还提出了形态梯度技术和数学形态学滤波技术。然而，暂态保护和行波保护都存在一些缺点，需要进一步分析。

4.2微分欠压保护

差动欠压保护是一种基于电压幅值电平和电压差的保护措施，具有主保护和后备保护的功能。目前，分别采用西门子方案和ABB方案对输电线路电压水平和电压差进行检测。后者的上升延迟为20ms，在电压率上升幅度不满足标准时提供后备保护，但对过渡电阻的电阻不理想。差动电压保护的可靠性和灵敏度优于行波保护，但运行速度不如行波保护快。

4.3低电压保护

低压保护常用的是高压直流输电线路备份继电保护，它依靠检测电压振幅值来实现保护。根据保护对象的不同，低压保护包括极低压保护措施和控制电路、低压保护措施，前者的保护设置低于后者，前者在闭合误差中，后者在起动线路上实施保护动作重启程序。低压保护设计简单，但缺乏科学的系统建立依据，难以帮助技术人员判断具体类型的故障，运行速度缓慢。

4.4对纵联电流的纵向保护

纵电流差动保护的方式，使用气体流量的两端，是更具选择性，但这种保护方式，无法采取保护措施，经过一段长时间的故障，因此只能用于高阻故障的诊断和排除。现阶段由于各种因素而使用差动保护进程既与电容电压变化，容易误动，虽然差分电流保护器具有动作速度快、灵敏度高的优点，但这种优势没有充分利用的高压直流输电线路，性能还有待观察。

5直流输电线路保护研究的建议与设想

直流线路保护可以借鉴交流线路保护的先进思想和成功经验。直流传输系统是一种综合的控制和保护系统，通过控制系统的阻塞或系统的重新启动来激活保护。直流线路瞬态故障过程受直流系统控制特性的影响;对失效特性的分析和对新的保护原理的研究必须充分考虑到这些特性。通过对故障后气体流量的控制，可以充分利用直流系统的静态和动态特性来研究保护原理。直流线路两侧有明显的边界(平波电抗器)。由于直流系统故障暂态过程中存在大量的特征频率信号，因此可以研究基于特征频率的保护原理。充分利用直流输电系统的结构和控制特性，可确定若干保护原理，以改善保护性能。

结束语：

直流输电技术在中国有着广阔的应用前景，中国已经是世界上直流技术的大国，但在直流技术领域却不是。考虑到直流输电线路的技术保护和运行水平对供电系统的安全影响最大，我国一直走在国际输电线路保护的前列，相信其能力，而且必须提高对输电线路继电保护的研究和运行水平。

参考文献：

[1]高压直流输电线路继电保护技术综述[J].王磊.通讯世界.2018(05)

[2]高压直流输电线路继电保护技术的分析[J].陈博.科技风.2017(26)

[3]高压直流输电线路继电保护技术研究[J].张志宏.通信电源技术.2019(10)