高壓直流輸電線路繼電保護(hù)技術(shù)研究

高壓直流輸電線路繼電保護(hù)技術(shù)研究

Summary：近年來，科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速。隨著科技的進(jìn)步，人們的生產(chǎn)和生活變得越來越方便，隨著高壓直流輸電的出現(xiàn)，電力線路的建設(shè)也逐漸增加，同時(shí)，繼電保護(hù)技術(shù)也出現(xiàn)了一些問題，這對(duì)電網(wǎng)的進(jìn)一步深入發(fā)展造成了很大的阻礙。如何加強(qiáng)HVDC線路的繼電保護(hù)技術(shù)，并對(duì)其進(jìn)行升級(jí)和優(yōu)化，已成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。通過對(duì)HVDC線路繼電保護(hù)技術(shù)的研究，探討了其存在的問題，并對(duì)影響其技術(shù)的各種因素進(jìn)行了探討，并指出了應(yīng)做好微分欠壓保護(hù)、行波暫態(tài)保護(hù)、低壓保護(hù)等工作。Keys：高壓直流輸電線路；繼電保護(hù)；技術(shù)一、繼電保護(hù)技術(shù)在高壓直流輸電線路中的問題分析從目前國(guó)內(nèi)的HVDC線路繼電保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用狀況來看，存在著兩類問題。第一是從保護(hù)的原則角度出發(fā)，目前HVDC的繼電保護(hù)理論還不完善，可靠性差。在實(shí)際操作中，重點(diǎn)體現(xiàn)在主保護(hù)（主要包括行波瞬變保護(hù)、差動(dòng)保護(hù)）靈敏度差、缺乏整定依據(jù)、故障投入時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠、采樣率高、抗干擾性差等問題。而在備用保護(hù)中，差動(dòng)保護(hù)的運(yùn)行速度還不符合標(biāo)準(zhǔn)，低于規(guī)定的轉(zhuǎn)速；在低壓保護(hù)中，故障后的快速處理方法也比較緩慢，且缺乏與之配套的整定基礎(chǔ)；第二是從保護(hù)結(jié)構(gòu)的角度出發(fā)，現(xiàn)有的HVDC保護(hù)技術(shù)所采用的保護(hù)類型較為單一，可靠性較差，如果出現(xiàn)故障，難以及時(shí)做出響應(yīng)并及時(shí)進(jìn)行維護(hù)。二、影響高壓直流輸電線路繼電保護(hù)的因素（一）過電壓高壓直流輸電線路電容大，波阻抗低，自然功率低，這就給差動(dòng)保護(hù)的整定帶來了極大的困難，為了確保線路的安全與穩(wěn)定，必須采用科學(xué)合理的方法進(jìn)行補(bǔ)償。此外，由于存在分布電容的作用，HVDC線路在運(yùn)行過程中發(fā)生故障，其故障長(zhǎng)度與測(cè)量阻抗之間的線性關(guān)系會(huì)變成雙曲線正切，因而不能使用傳統(tǒng)的保護(hù)措施。（二）電容電流HVDC線路具有低功耗、低阻抗、大容量等特點(diǎn)，對(duì)HVDC線路的差動(dòng)保護(hù)整定值有很大的影響。為了確保HVDC系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定，必須采用合理、高效的電容電流進(jìn)行補(bǔ)償。此外，當(dāng)HVDC線路出現(xiàn)故障時(shí)，由于分布電容等原因，其測(cè)量阻抗和故障HVDC線之間的線性關(guān)系將會(huì)改變，從而導(dǎo)致雙曲線正切函數(shù)的改變，從而導(dǎo)致繼電器無法正常工作，因此需要對(duì)HVDC線路進(jìn)行新的保護(hù)。（三）電磁暫態(tài)過程高壓直流輸電線路是電力公司在電力系統(tǒng)中大范圍內(nèi)使用的一種電路，它的故障檢修過程中會(huì)產(chǎn)生很大的高頻分量幅值，從而影響到濾波和消除工作。這種現(xiàn)象在電力測(cè)量中會(huì)導(dǎo)致測(cè)量上的偏差，從而影響到半波法計(jì)算的精度，并使變壓器處于飽和狀態(tài)，從而使高壓直流輸電系統(tǒng)的正常工作受到損害。三、高壓直流輸電線路繼電保護(hù)設(shè)計(jì)原則與注意事項(xiàng)分析（一）后備保護(hù)在HVDC線路設(shè)計(jì)時(shí)，電網(wǎng)公司應(yīng)當(dāng)以備用保護(hù)原理為基礎(chǔ)，主動(dòng)控制和有效地切斷HVDC線路兩端的故障差，并適當(dāng)安排相互間隔的設(shè)備和接地距離的保護(hù)。電網(wǎng)公司在設(shè)計(jì)HVDC線路的距離保護(hù)特性時(shí)，容易受傳統(tǒng)的橢圓形、圓形、四邊形等設(shè)計(jì)形狀的制約，因而需要突破傳統(tǒng)的控制方式，合理地利用計(jì)算機(jī)控制，提高HVDC線路的運(yùn)行安全性。（二）主保護(hù)線路的主要防護(hù)能力受到多種因素的影響，因此，電力企業(yè)要針對(duì)其實(shí)際使用情況，選擇適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)技術(shù)。在線路設(shè)計(jì)上，分相電流縱聯(lián)保護(hù)與分相電壓補(bǔ)償縱向保護(hù)是HVDC線路的第一、第二保護(hù)，采用兩種保護(hù)原理不同的保護(hù)設(shè)備，將它們分別放置在不同的線路通道上，實(shí)現(xiàn)對(duì)HVDC的保護(hù)。（三）并聯(lián)電抗器保護(hù)當(dāng)HVDC線路上的并聯(lián)式電抗器出現(xiàn)故障時(shí)，HVDC系統(tǒng)會(huì)根據(jù)電抗器的故障給出相應(yīng)的指示，使其能有效地觸發(fā)電抗器的自保護(hù)，從而保證了電抗器的安全。當(dāng)HVDC線路發(fā)生故障時(shí)，電網(wǎng)公司必須遵守并聯(lián)電抗器的保護(hù)原則，一旦故障電流、故障電壓超過HVDC允許值，必須迅速切斷電抗器上的斷路器，使其免遭損壞。（三）自動(dòng)重合閘在HVDC線路的實(shí)際運(yùn)行中，電網(wǎng)企業(yè)要根據(jù)線路實(shí)際的過電壓水平和防止過電壓工作的原則，選擇合適的自動(dòng)重合模式。高壓直流輸電線路的自動(dòng)重合模式一般可分為三類：快速集中重合閘、單相重合閘、三相重合閘，在不全相條件下，若過壓倍數(shù)保持在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)，則采用單相重合閘，若過壓比超過其有效標(biāo)準(zhǔn)值，則采用三相重合閘。因此，在實(shí)際操作中，電力企業(yè)應(yīng)充分考慮高壓直流輸電線路兩端的重疊次序和時(shí)間間隔，并主動(dòng)進(jìn)行控制，保證各參數(shù)在合理的范圍之內(nèi)。四、高壓直流輸電線路常用的繼電保護(hù)技術(shù)（一）微分欠壓保護(hù)HVDC微分保護(hù)技術(shù)是利用電壓幅值水平和電壓微分值來實(shí)現(xiàn)對(duì)HVDC線路的保護(hù)，其中主保護(hù)和后備保護(hù)是主要的保護(hù)方式。從ABB和SIEMEN兩種方案中可以看出，差動(dòng)欠壓保護(hù)技術(shù)是以電壓、水壓和電壓差分的測(cè)量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)。差動(dòng)保護(hù)技術(shù)在測(cè)量20毫秒時(shí)，當(dāng)行波保護(hù)處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，該技術(shù)可以充分利用它的備用保護(hù)功能。但是，目前的差動(dòng)電壓保護(hù)技術(shù)還存在著一些不足，如：耐受過渡電阻能力有限、靈敏度低等，需要對(duì)其進(jìn)行深入的研究，以有效地解決其不足和問題。（二）行波暫態(tài)量保護(hù)HVDC線路出現(xiàn)故障后出現(xiàn)的逆行波，將對(duì)HVDC系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生不利影響，因此必須采取行波暫態(tài)保護(hù)技術(shù)，以確保HVDC的正常工作。行波保護(hù)可劃分為行波保護(hù)與非行波保護(hù)，行波行波保護(hù)可劃分為行波極性比較保護(hù)、行波幅值比較保護(hù)、行波極性對(duì)比保護(hù)、行波差動(dòng)保護(hù)等不同類型。目前，電力公司普遍采用ABB和SIEMEN兩種方法進(jìn)行行波保護(hù)，ABB則是通過對(duì)地面波形和極波的測(cè)量原理，對(duì)逆行波進(jìn)行有效的檢測(cè)。同時(shí)，采用電流圖、微分啟動(dòng)圖、電壓圖變量等技術(shù)，可以有效地識(shí)別出在特殊情況下的逆行波，而SIEMEN則采用電壓積分的原則來保護(hù)逆行波，與ABB方案相比，它的抗干擾能力更強(qiáng)，啟動(dòng)保護(hù)的時(shí)間更長(zhǎng)。但是，在實(shí)踐中，這兩種方法都存在著一定的缺陷，如：抗轉(zhuǎn)換電阻性能差、理論體系不夠嚴(yán)密、缺乏整定基礎(chǔ)等。在行波保護(hù)判定中，應(yīng)依據(jù)不同阻值的電壓變化曲線，合理地分析故障線路，制定出一套行波保護(hù)措施。（三）低電壓保護(hù)高壓直流輸電線路的低壓保護(hù)技術(shù)主要是監(jiān)控電壓的幅度，但是由于技術(shù)不能在高壓直流輸電線路上廣泛使用，所以對(duì)高壓直流輸電線路的保護(hù)技術(shù)研究、技術(shù)依據(jù)、原理等方面的技術(shù)知識(shí)幾乎沒有被提及。當(dāng)前，高壓極壓保護(hù)和低電壓保護(hù)是當(dāng)前電力市場(chǎng)的兩大主要技術(shù)措施，但其保護(hù)定值低，保護(hù)動(dòng)作容易失效。由于線路低壓保護(hù)技術(shù)在線路出現(xiàn)故障時(shí)，容易引起重新啟動(dòng)，因此，采用了線路低壓保護(hù)技術(shù)。低壓保護(hù)技術(shù)雖操作簡(jiǎn)便，但其缺點(diǎn)是反應(yīng)速度慢，整定依據(jù)不足，無法區(qū)分線路的高阻性與區(qū)外特性，因此在技術(shù)上仍有諸多問題。五、結(jié)束語隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)電能的需求日益增長(zhǎng)，對(duì)高科技的支撐也日益迫切。而繼電保護(hù)是保證HVDC系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的關(guān)鍵技術(shù)，它在今后的發(fā)展中必然會(huì)有新的意義和新的內(nèi)容。通過對(duì)HVDC線路繼電保護(hù)技術(shù)進(jìn)行了科學(xué)、合理的探討，對(duì)其在實(shí)際中的應(yīng)用進(jìn)行了較為系統(tǒng)的論述，為廣大的繼電保護(hù)技術(shù)工作者提供了很好的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。所以，作為一位優(yōu)秀的繼電技術(shù)工作者，我們必須在當(dāng)前的形勢(shì)下，積極地學(xué)習(xí)國(guó)外的先進(jìn)做法，為我國(guó)的HVDC事業(yè)做出自己的貢獻(xiàn)。Reference：[1]