浅谈高压直流输电线路继电保护技术研究

陈振波

（新天绿色能源股份有限公司，河北 石家庄 050001）

在我国电网运行的实际应用中，高压直流输电线路系统占据着主导地位，其自身优势较为明显，能够有效促进我国电网技术的高速发展。因此，使用继电保护技术对高压直流输电线路进行有效保护意义重大，继电保护技术能够有效保障高压直流输电线路的运行效率及运行质量，为高压直流输电线路的应用和发展铺平道路。

1 影响高压直流输电线路继电保护的因素

1.1 过电压

当高压直流输电线路出现严重的故障问题时，其电弧熄灭的时间将会延长，甚至可能出现无法消弧的情况。因此，若高压直流输电线路此时遇到过电压的影响，则会出现高压直流输电线路两侧开关无法在相同时间有效切断的状况，从而导致整条高压直流输电线路遭受行波的来回折反射作用，对高压直流输电线路的运行造成严重影响，同时引起继电保护装置无法有效保护高压直流输电线路的安全。

1.2 电容电流

高压直流输电线路具有功率小、阻抗小、电容大等特点，这将会对高压直流输电线路的差动保护整定值造成直接影响。因此，电网企业应采用合理有效的电容电流补偿措施，以此保障高压直流输电线路的运行安全和稳定。此外，当高压直流输电线路在运行中出现故障问题时，由于受到分布电容等因素的影响，继电保护装置的测量阻抗与故障高压直流输电线路之间的线性关系将会受到改变，双曲正切函数是其最终变化结果，从而导致继电保护装置无法发挥其有效作用。在此情况下，电网企业需采用新的保护措施对高压直流输电线路进行保护。

1.3 电磁暂态过程

高压直流输电线路一般被电网企业应用于大跨距的电网系统当中，在对其进行故障维修处理时，将会出现较大的高频分量幅值，进而导致无法有效开展高频分量的过滤、消除工作。此情况的发生，将会造成电气测量过程中出现测量误差，对半波算法结果的准确性造成不良影响，同时导致电流互感器达到饱和状态，破坏高压直流输电线路的有效运行。

2 设计原则和注意事项

2.1 后备保护

高压直流输电线路的设计过程中，电网企业应将后备保护原则作为设计依据，积极控制并有效切除高压直流输电线路两侧的故障差，同时合理配置相间距离的设备及接地距离的保护。电网企业在对高压直流输电线路距离保护特征进行设计时，极易受到传统椭圆形、圆形、四边形等设计模式的约束，存在一定局限性，因此，需打破传统模式束缚，合理采用微机保护模式，有效提升高压直流输电线路系统运行的安全性。

2.2 主保护

高压直流输电线路的主保护会受到多方面因素的影响，因此，电网企业需研究并结合高压直流输电线路的实际运行情况，合理选择继电保护技术对高压直流输电线路进行保护。在线路设计过程中，电网企业可以分别采用分相电流差动纵联保护装置及分相电压补偿纵向保护装置作为高压直流输电线路的第一套、第二套保护设备，通过采用两台不同原理的保护装置，并设置在不同的线路通道中，能够对高压直流输电线路进行有效的保护。

2.3 并联电抗器保护

当高压直流输电线路的并联电抗器发生故障问题时，高压直流输电线路将会针对电抗器故障发出相应指令，从而有效启动电抗器自动保护装置，以此保障电抗器运行安全。在高压直流输电线路出现故障问题时，电网企业应遵循并联电抗器保护原则，当故障电流、故障电压超过高压直流输电线路的允许标准时，应快速切断分布在电抗器两端的断路器，从而有效保护电抗器不受破坏。

2.4 自动重合闸

高压直流输电线路的实际运行过程中，电网企业需根据线路实际过电压水平及如何避免过电压操作的原则，合理选择其自动重合闸模式。高压直流输电线路自动重合闸模式一般分为快速集中重合闸、单相重合闸、三项重合闸三种模式，在非全相状态下，若过电压倍数保持在标准范围内，则可以采取单相重合闸的模式，若过电压倍数超过其有效标准范围，则需要采取三相重合闸的模式。因此，在实际运行过程中，电网企业应充分、全面考虑高压直流输电线路两侧的重合顺序及时间间隔，并对其进行积极控制，以此保障其各个参数能够保持在合理的标准范围内。

3 高压直流输电线路继电保护技术

3.1 微分欠压保护

高压直流输电线路的微分欠压保护技术是通过采用电压幅值水平、电压微分数值对线路进行有效保护，高压直流输电线路的主保护、后备保护是其主要形式。通过ABB、SIEMEN方案分析可得出，微分欠压保护技术主要是利用电压水及电压微分的测量数据作为实现的依据。微分欠压保护技术在测定20ms的电压微分定值上升延展过程中，如发生行波保护退出运行的情况，则此技术能用有效发挥其后备保护的作用。但与此同时，微分欠压保护技术仍存在不少缺点，例如，耐过渡电阻性能有限及灵敏度较低等问题，因此，电网企业需加强微分欠压保护技术的研究，有效解决其缺陷和问题。

3.2 行波暂态量保护

高压直流输电线路出现故障时产生的反行波现象，将会对高压直流输电线路系统运行稳定造成不利影响，因此，电网企业需采取有效的行波暂态量保护技术对高压直流输电线路进行有效保护，以此保障线路运行的稳定性。行波暂态量保护可分为有通道行波保护及无通道行波保护，有通道行波保护又能够分为行波电流极性比较式方向保护、行波幅值比较式方向保护、行波极性比较式方向保护、行波判别式比较式方向保护及行波差动保护。现如今，电网企业通常采用ABB、SIEMEN方案开展行波保护，在ABB方案中，电网企业通过地模波与极波的测量原理，对反行波图变量进行有效检测。同时，电网企业还能够通过电流图变量、微分启动图变量、用电压图变量等方式，在特殊情况下对其进行有效识别。SIEMEN方案主要利用电压积分原理对反行波实行保护措施，相较ABB方案，其抗干扰能力有所提升，但是启动保护的速度则较为缓慢。两种反行波保护措施在具体实施过程中也存在一定缺陷，如耐过渡电阻能力不理想、理论系统不严谨、整定依据缺乏等缺点。因此，电网企业需对其进行有效、完善地处理，在行波保护判断过程中，应对故障线路通过不同电阻的电压变量图进行合理分析，制定有效的保护方案，同时，结合高压直流输电线路的实际运行状况，选择有效的行波保护措施，以此保障高压直流输电线路的安全稳定。

3.3 纵联电流差动保护

通过使用双、多端电气量，有效保障线路故障时保护动作的绝对选择性，是纵联电流差动保护的技术原理。在高压直流输电线路的应用过程中，电网企业利用构造差动判据及两端加电流对线路进行保护，极易忽略高压直流输电线路分布电容的影响作用，导致差动保护的判据在暂态过程结束后才能成立。因此，纵联电流差动保护技术的主要作用是切除高阻故障，有效延长确认故障后投入的时间，属于高压直流输电线路中的后备保护。

3.4 低电压保护

高压直流输电线路低压保护技术的主要作用是对电压幅值水平的检测，但是，其技术未能在高压直流输电线路工程中得到广泛应用，其在继电保护方面的研究、依据、原理等技术知识也较少被提及。极控低电压保护技术及线路低电压保护技术是当前电网企业最主要的两种技术方式，相较线路低电压保护技术，极控低电压保护技术存在保护定值低，保护动作能够导致故障闭锁等特点。而线路低电压保护技术则会在线路出现故障时，触发其重新启动程序，因此，线路低电压保护技术在高压直流输电线路中的应用较为普遍。低电压保护技术操作较为简便，但是，其具有反应速度缓慢、整定依据不足、无法区分线路高阻故障及区外故障等明显缺点，因此，在未来技术发展中，仍有大量问题需要得到有效解决。

4 结语

总而言之，继电保护技术对电网发展具有重要的作用，电网企业需深入探索高压直流输电线路继电保护技术的应用，并采用相应的继电保护技术对高压直流输电线路系统的运行进行有效保护。与此同时，电网企业还需发现继电保护技术在实际应用中的不足，对其进行完善和改进，加强高压直流输电线路系统运行问题隐患的探索，为未来我国电网系统发展提供有效保障。