谈高压直流输电线路继电保护技术研究

蒋陈根 李爱晨

(楚雄供电局 云南楚雄 675000)

随着电网技术的创新和改进，高压直流输电线路在电网企业发展过程中得到了普遍应用。在这一阶段中，高压直流输电线路本身有着输电线路占据空间较小、输送电流容量大等一系列特征，在未来电网应用环节中发展趋势良好。其中，建设高压直流输电线路工程属于电网企业中非常重要的一项要点，能够在提升运行稳定性的基础上有效地保护线路[1]。鉴于高压直流输电线路在电网中的重要地位，对其进行有效保护有重要意义，通过应用继电保护技术，可实现对高压直流输电线路的保障，促进其运行效率与质量的提升，进而促进高压直流输电线路工程的发展。但现阶段在高压直流输电线路继电保护中，还存在诸多问题亟待解决。对此，该文从实际问题出发，对影响高压直流输电线路继电保护的因素进行分析，并在此基础上，探讨高压直流输电线路中继电保护设计的原则及应用措施。

1 高压直流输电线路继电保护重要性

1.1 高压直流输电线路概念

对高压直流输电线路而言，主要是在对直流电应用的基础上，完成对电力的传输工作，在使用过程中可以发挥出非常明显的优势，主要体现在了无感抗、无容抗以及无同步等多个方面，与交流输电之间进行对比分析，直流输电的输送电容量更高，同时不会受到距离方面的限制，有助于建立电流网络，有助于实现对高压功率的有效调节。因此，直流输电线路已经在大功率远距离输电中实现了非常广泛的应用。对整个输电过程而言，主要体现在直流传输，所应用到的方式主要体现在了海底电缆输电与陆地高空架线两个方面。世界上产生的第一条高压主流输电线路，是在1954年瑞典建造成功投入使用的。在对高压直流输电应用的基础上，可以将两大电力系统的非同时联网运行与不同频率电力系统之间进行有效结合，通过这种方式可以避免在输电过程中出现低频振动问题[2]。

1.2 继电保护的概念

针对继电保护而言，主要是对电力系统使用中可能出现的故障问题或者是异常现象准确检测，从而根据检测结果传输一个提示警报，可以在第一时间内隔离出现故障的电路系统，从而防止因为一处故障而影响整个电力系统运行安全性，同时避免对周边地区产生不必要的影响。在继电保护过程中，需要使用到继电保护装置，继电保护装置主要可以发挥出执行切断以及警报命令等重要作用,一般都是一整套的自动化控制系统。目前，各行业在使用继电保护装置系统时，微机继电保护装置有着非常广泛的应用，主要是因为微机继电保护装置涉及了两种不同的装置，其中一种主要是应用到了传统OCL作用，一般装置体积比较大，同时活动范围比较有限，很难对其进行移动，同时也很难保证继电保护使用准确度；另一种继电保护装置主要是应用到了开关电源，实现了数字智能化控制系统的充分利用，也是未来继电保护装置未来主要的发展趋势，在未来发展中可以有效减少成本投入，在操作过程中具有非常明显的便捷性。但是，这种继电保护装置在应用过程中也存在应的缺陷，主要是因为目前还没有稳定的技术支持，使用范围有限，并且高压直流输电线路工作人员对改装置缺少足够的工作经验[3]。

2 对高压直流输电线路继电保护存在问题的分析

高压直流输电系统是一种通过直流电的方式传输电能的系统，对比传统的高压交流输电方式，高压直流输电方式能够以更低的线路损耗来实现远距离、大容量的电能传输。但由于主流输电线路传输距离较长，需要跨越复杂的地势或经历糟糕的天气，工作环境较为恶劣，使故障发生概率较高，所以需要对高压直流线路进行有效保护。但从目前高压直流线路实际运行的情况来看，高压直流输电保护方案有待进一步完善，整体效果不佳，采取的保护方式不合理，灵敏度降低，故障处理时间不长。在后期保护阶段中，主保护速度处于较为缓慢的状态，依照具体的保护配置标准而言，高压直流输电保护类型少之又少，可靠性有待提升，产生故障以后的快速处理方式处于缓慢的状态。从保护原理方面进行考虑，目前的高压直流输电线路继电保护还具备理论方面不完善以及可靠性较低等一系列问题[4]。在具体工作开展期间，体现在主保护灵敏度不高、抗干扰能力较差等。从保护配置方面考虑，保护类型比较单一，出现故障以后无法及时解决故障。整体上而言，直流输电线路和交流输电线路相比较来看并没有太为明显的区别，基本的差别在于能量集中频带不一样。不过，高压交流输电线路继电保护具备采样率低和理论完善等一系列特征，该项技术可以适当地结合交流线路保护的理论和实践经验进一步优化和改进该项技术，强化稳定性，设计出相应的保护方案，保持高压直流输电期间电流差动保护的灵敏程度。随着电力系统应用范围的不断拓展，高压直流输电线路在快速发展的背景下，随着高压直流输电线路整体结构的不断创新与完善，也从以往电仪的海底电缆传输转变为了架空与海底电缆相结合的形式，对电压等级、输电功率以及输电距离等都起到了非常重要的创新推动作用。但是，目前继电保护在发展水平上仍然比较落后，并且发展比匹配，对高压直流输电线路发展形成了一定的阻碍。特别是在西电东送项目开展的基础上，我国电力系统发展对于高压直流输电线路创新提出了更高的要求，而电力公司并没有认识到继电保护装置的重要性，所以直接影响到了电力系统发展水平[5]。

3 对高压直流输电线路继电保护产生影响的基本因素分析

3.1 过电压

在高压直流输电线路运行过程中发生安全隐患以后，电弧熄灭的时间也会随之延伸，甚至存在着难以将弧彻底消除的现象。基于此，当电压对高压直流输电线路产生一定程度影响的话，将会发生高危压直流输电线路两侧开关难以处于相同时间内切断的情况，从而使整个高压直流输电线路受到行波反射作用，完全影响了高压直流输电线路运行效率的提升，导致继电保护装置难以起到保护高压直流输电线路安全性的效果。

3.2 电容电流

高压直流输电线路本身具备阻抗小、功率小等一系列特征，其中特征完全影响了高压直流输电线路的差动保护整定值情况。基于此，就要求电网企业结合实际情况制定出完善的电容电流补偿策略，从根本上维护高压直流输电线路的稳定性，确保各项线路处于安全运行的状态，一旦高压直流输电线路运行过程中发生故障隐患以后，因为被分布电容等因素所干扰，因此继电保护装置的测量阻抗和故障高压直流输电线路的线性关系也会随之发生变化，最终限制了继电保护装置整体效果的发挥。在这一状态下，电网企业务必落实完善的策略，加强高压直流输电线路的保护力度。

3.3 电池暂态过程

一般情况下，电网企业是在大跨距的电网系统内应用高压直流输电线路，当处理故障隐患时，将会形成巨大幅度的高频分量幅值，难以有效实施高频分量的过滤、消除等多项工作。该种现象的出现将会增加电气测量环节中测量数据的误差，难以确保结果的准确程度，同时还会导致电流互感器处于饱和的状态，阻碍了高压直流输电线路的稳定运行[6]。

4 高压直流输电线路继电保护设计过程中遵循的基本原则要点

当实施高压直流输电线路继电保护设计工作期间，应当严格遵循以下几方面的设计原则。

4.1 后备保护

在设计高压直流输电线路器件，电网企业应当遵循后备保护的基本原则，将该项原则当成设计的一项指标，全面去除高压直流输电线路两侧的故障差，避免产生不良的误差现象，严格控制设备的相间距离，加强接地距离的保护程度。当电网企业设计高压直流输电线路距离保护特征时，普遍受到了圆形、四边形的设计方式的影响，有着一定的缺陷性。所以，要想解决缺陷，就必须摒弃以往单一模式的约束，引进合理的微机保护模式，从根本上增强高压直流输电线路系统运行的安全性和质量。

4.2 输电线路的主保护

当前阶段，对数电线路主保护产生影响的因素表现为多样化的特征，这就需要依照高压直流电路的具体情况，规范性地选取。在具体的设计期间应用两项不同原理的装置，第一种类型的保护装置以分项电流差动纵联保护装置为主；第二种类型的保护装置则是以电压补偿，纵向保护装置为主，两种类型的装置采取的通道也是不一样的。

4.3 自动重合闸

在高压直流输电线路运行状态下，电网企业应当依照线路具体过电压水平以及怎样避免过电压操作的基本理念选取合理的自动重合闸方式。在这其中，高压直流输电线路自动重合闸方式包含了快速集中重合闸、单项重合闸和三项重合闸这3个方面，处于非全项状态下，当过电压倍数在合理范围中，就可以以单项重合闸的方式为主，一旦电压倍速不符合标准范围则是以三项重合闸模式为主。所以，在具体运行过程中，电网企业应当从高压直流输电线路两侧的重合顺序等多方面入手，合理地控制时间，明确具体的参数，使其符合标准要求。

4.4 并联电抗器保护

在高压直流输电线路并联电抗器操作过程中，一旦出现了故障隐患以后，高压直流输电线路将会结合电抗器存在的故障发出相关的指令，进而开启电抗器自动保护装置，确保电抗器处于稳定运行的状态。在高压直流输电线路发生故障隐患以后，电网企业必须严格遵循并联电抗器保护的基本理念故障电流和故障电压不符合高压直流输电线路标准要求的情况下，马上切除处于电抗器周围的断路器，以此达到电抗器不会受损的目的。

5 高压直流输电线路继电保护技术的具体应用

5.1 微分欠压保护

现阶段，在应用高压直流输电线路的微分欠压保护技术过程中，主要是利用电压幅值水平和电压微分数值有效地保护线路，性能高压直流输电线路的主保护和后备保护是一项基本的模式。结合制订的相关方案来看，微分欠压保护技术是将电压水和电压微分的测量数据当成基本的指标。该项技术在检验电压微分定值上升情况的过程中，当出现了行波保护退出运行的情况下，那么此种类型的技术能够将后备保护的优势发挥出来。但是从具体应用现状来看，微分欠压保护技术也有着一些缺陷存在，具体表现为灵敏度不高，过渡电阻性能受到限制等，所以，就要求电网企业做好微分欠压保护技术的创新和改进力度，将存在的隐患有效解决。

5.2 行波暂态量保护

高压直流输电线路发生故障以后产生了反行波情况，这一情况直接阻碍了高压直流输电线路系统的正常运行。基于此，电网企业可以将行波站太量保护技术落实于高压直流输电线路保护环节中，达到保护线路的目的，提升线路的稳定性和质量。其中，将行波站态量保护划分为多方面，分别是通道行波保护和无通道行波保护。前者涉及了行波电流极性比较式方向保护。现阶段，电网企业通过制订相关的方案，实施了行波保护工作。在制订的方案中，电网企业结合具体的测量原理检验反行波图变量，借助电流图变量、微分启动图变量等一系列方式，基于特殊状态下动态性的识别方案中还论述了借助电压积分原理对发型波展开保护的要点。与以往传统类型的方案相比较来看，抗干扰效果特别强，不过启动保护的速度处于缓慢状态，发行波保护措施实施期间也有着一些不足之处，具体表现为理论系统不规范、缺少良好的支撑依据，所以，电网企业应当加强处理力度，在判断行波保护期间，经由不同电阻的电压变量图分析故障情况完善保护计划，探究高压直流输电线路的具体运行状态，选取与之相符的保护模式，以此达到高压直流输电线路稳定运行的目的。

5.3 低电压保护技术要点

高压直流输电线路低压保护技术产生的作用是非常高的，主要是全面检验电压幅值水平高低情况。不过，虽然该项技术被普遍应用到了高压直流输电线路领域内，可是在继电保护方面的探究以及应用少之又少，极控低电压保护技术和线路低电压保护技术属于电网企业经常使用的两种技术。与线路低电压保护技术相比较，极控低电压保护技术有着保护定值较低以及故障闭锁等一系列特征。线路低压保护技术在探究了线路发生故障隐患以后，将会重新启动基本流程，所以在高压直流输电线路中，对于线路低电压保护技术的应用比较普遍。一些低电压保护技术操作十分便利，不过本身也有着反应速度缓慢、总体依据缺失等一系列现象。所以，在后期发展阶段中依旧需要对其加以完善和创新。

5.4 纵联电流差动保护

结合双多端电气量对线路故障期间的保护动作绝对选择性加以保障，这是重联电流差动保护技术运行过程中的基本原理。应用高压直流输电线路期间，电网企业将关注点放在了线路保护方面，但是从根本上忽视了高压直流输电线路分布电容产生的一系列影响，这就导致差动保护的判断完成暂态工作以后才可以形成。所以，纵联电流差动保护技术的基本作用是将高度故障彻底解决，确定故障以后投入的具体时间，被称之为高压直流输电线路内的后备保护。

6 高压直流线路继电保护装置创新策略

第一，创新和改进行波保护和微分欠压保护软件。这两种软件产生的作用是非常高的，应当适当增加保护装置对自身电压和电流值的有效录波，录波功能是完成了重差保护动作以后才可以发挥出来，同时体现出录波的功效。第二，创新外部故障录波系统。在软件更新的过程中，应当加强外部故障录波系统的改进力度，延伸周期，从根本上确保线路自身安全性，利用录波分析和了解到线路运行中存在的故障隐患。第三，改进直流线路保护系统软硬件。无论是应用何种类型的保护装置都需要开启外部故障录波系统，并且制定出相应的保护策略。当前阶段应用的故障录波系统，加剧了保护动作的繁琐性和复杂性，使用起来不是特别方便，当只存在一套保护动作，缺少准确录波信息的情况下，很难精准地判断保护装置动作情况，后续保护动作也会受到影响。在高压直流输电线路继电保护期间应当正确地了解到高压交流输电各项理论以及知识点。其中高压直流输电系统是控制和保护为一体的系统，保护表现为控制系统闭锁和重启方面。当展开高压直流输电继电保护工作期间，由于线路发生故障过程期间，暂态环节与直流系统控制特征有着密切的联系性。因此，在高压直流输电线路继电保护中重点考虑到直流系统的控制特征。该线路都有着明确的边界，可以根据边界的特征设计高压直流输电线路的保护方式，全面分析存在的故障，暂态环节中包含了诸多的特殊频率信号，可以按照这些特殊频率信号落实继电保护技术的具体应用策略，高压直流输电系统的继电保护技术有的诸多的应用方式，在具体运行状态下，可以按照高压主流输电系统的特征创建完善的保护体系，体现出高压直流输电中继电保护技术的整体优势。结合具体论述来看，高压直流输电线路本身具备电压高、电容大等一系列特征，这对于继电保护工作提出了特别严格的要求。继电保护除了与传统保护的目标相符合之外，还应当限制线路过电压，增强设备和系统运行的稳定性。目前，高压直流输电线路受到了普遍的应用，可是继电保护技术还有着诸多的缺陷存在，这就需要更好地展开探究，保障高压直流输电线路继电保护技术朝着更好的趋势发展。

7 结语

从以上论述来看，在电网发展的背景下，继电保护技术产生了非常高的效果，这就要求电网企业深入内部地探究高压直流输电线路继电保护技术的具体应用情况，借助该项技术有效地保护高压直流输电线路系统的稳定性，并且了解到继电保护技术具体应用中存在的各项隐患并加以完善和改进，制定相应的措施，为经济发展提供一定的电能保障。