高压直流输电线路继电保护技术

文/吴凡

近几年来，全世界的科技水平日新月异。科学技术的发展为人们的生产生活带来了更多的便捷，在如今的高压直流输电的背景下，线路建设逐步增多，随之而来的是继电保护技术存在着缺陷，已经严重影响到了电力系统的深化发展。怎样在高压直流输电的线路中强化继电保护技术，并进行升级优化，已经成为一个重要课题。

1 高压直流输电线路继电保护现存问题

根据高压直流输电的保护原理来分析，现在的高压直流输电保护方案的可靠性不高，保护方式也不强，灵敏度不高，故障处理时间不长；在进行后期的保护当中，主保护速度偏慢，根据保护配置的标准来说，高压直流输电保护各类不丰富，可靠性不强，故障后的快速处理方式偏慢。要针对高压直流输电与交流电输电情况进行能量集中性的频带问题，而在交流输电过程中，因为长时间的输电运行实践经验，可靠性较高，技术理论相对较为完善。

2 高压直流输电线路继电保护的主要影响因素

2.1 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。

2.2 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。

2.3 电磁的暂态过程

表1：某电厂继电保护定值整定计算结果

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。

3 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：

3.1 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。

3.2 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。

3.3 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。

4 高压直流输电线路继电保护技术

4.1 落实行波保护

如果遇到高压直流输电线路发生的故障，就会产生反行波，想要让高压直流输电系统能够安全运行、稳定运行，就要加强科学化的行波保护工作。现在业内对于行波保护主要有2个方案：一是ABB 方案，二是SIEMENS 方案。

图1：某电厂汽机房厂用电系统图

首先，是ABB方案，这是一种根据极波、地模波理论提出来的方案，可以让工程技术人员在较快的时间里检测出反行波，然后要采用相应的对策。

另外，就是SIEMENS 方案，这是一种以电压积分为原理的工作方案。其开始保护的时间在16秒到20秒之间，与ABB方案相比较，它的起动时间整体较长，但更有一些干扰效果。为了更好地促进行波保护的质量，技术人员应用形态学的梯度理论与数学方面的滤波技术。不过，这二种方案都存在一定的短板，进行根据高压直流输电线路的特点，进行更为完善的方案提升。

4.2 加强微分电压保护

作为一种相对科学的继电保护技术，差动电压保护有着主保护以及后备保护特点。现今，西门子公司在用ABB行波保护里面，就采取了检测对象使用的电压电平与电压差动策略。

不过，因为西门子使用的ABB方案后，上升的延迟时间过长了，不能更好地发挥其后备保护作用，不过ABB方案的上升时间整体延迟了至少20毫秒；在高压直流输电线路电压处于变化率在标准值以内里，容易发挥出后备保护的特点，但它也有一些弊端，就是抗干扰能力不强。对于微分电压保护，一般来说，行波保护对于高压直流输电线路更有可靠性，更具灵敏度，不过由于其运行的速度低于行波保护情况，这二种形式的继电保护存在一些耐过度电阻能力不强，所以存在可靠性不足的问题。

如在进行系统继电保护整定值计算时，采取了上述计算方法，并作以下假设：一是针对某低压问题的电厂，其采取的变压器高压侧系统的电源为无穷大；二是在进行过负荷保护时，该厂采用的是极端反时限工作原理；三是针对于该厂的限时电流速断保护，采用的是定时限工作原理；四是针对于该厂单相接地保护，采用定时限工作原理；五是针对该厂电动机电流，启动倍数是7倍，启动时间是10s；六是针对MCC母线的额定电流为 300A；其是忽略电缆阻抗影响，最终计算得出400V 的三相短路电流为 27.6kA。得到 PC 进 线开关和变压器进线保护的的定值如表 1 所示。

4.3 低电压保护

作为高压直流输电线路后备继电保护的常规对策，低电力保护一般通过检测电压的增幅值来进行保护。有时候需要结合保护对象的特点，用极控低电压与线路低电压的方式进行保护，一般来说，线路低电压保护的定值要略高于极控低电压保护。

如果高压直流输电线路发生了问题，会自动关掉极控低电压保护设置，同时会伴随着低电压保护设备的重新启动。一般进行低电压保护方法并不复杂，但由于缺载合理的整定运算规则，对工程技术人员在故障类型方面的判定不太有利，所以应用范围并不广泛。

4.4 纵联电流差动保护

进行高压直流输电线路的保护，一种比较好是选择就是应用纵联电流运行过程中进行差动保护。不过只要处于好它对于故障反应偏慢的问题，就好了。在高阻故障当中，由于影响因素较为复杂，电流的差动保护与电压变化的关系需要进一步优化，优化后促进电流差动保护价值的发挥，也会降低保护措施的误动率。

5 结束语

综上可知，目前，高压直流输电线路在继电保护过程中仍然存在着灵敏度低等问题，影响了电力系统的稳定性。因此，为了满足继电保护的需要，在电力系统的运行和维护过程中，有关技术人员应重视现代继电保护技术的应用，如行波暂态量保护技术、差动欠压保护技术等，找出并解决继电保护中存在的问题，提高保护的可靠性，使直流系统更加稳定。