高壓直流輸電線路繼電保護技術探析

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隨著電網技術的創新和改進，高壓直流輸電線路在電網企業發展過程中得到了普遍應用。在這一階段中，高壓直流輸電線路本身有著輸電線路占據空間較小、輸送電流容量大等一系列特征，在未來電網應用環節中發展趨勢良好。其中，建設高壓直流輸電線路工程屬于電網企業中非常重要的一項要點，能夠在提升運行穩定性的基礎上有效地保護線路[1]。鑒于高壓直流輸電線路在電網中的重要地位，對其進行有效保護有重要意義，通過應用繼電保護技術，可實現對高壓直流輸電線路的保障，促進其運行效率與質量的提升，進而促進高壓直流輸電線路工程的發展。但現階段在高壓直流輸電線路繼電保護中，還存在諸多問題亟待解決。對此，該文從實際問題出發，對影響高壓直流輸電線路繼電保護的因素進行分析，并在此基礎上，探討高壓直流輸電線路中繼電保護設計的原則及應用措施。

1高壓直流輸電線路繼電保護重要性

1.1高壓直流輸電線路概念

對高壓直流輸電線路而言，主要是在對直流電應用的基礎上，完成對電力的傳輸工作，在使用過程中可以發揮出非常明顯的優勢，主要體現在了無感抗、無容抗以及無同步等多個方面，與交流輸電之間進行對比分析，直流輸電的輸送電容量更高，同時不會受到距離方面的限制，有助于建立電流網絡，有助于實現對高壓功率的有效調節。因此，直流輸電線路已經在大功率遠距離輸電中實現了非常廣泛的應用。對整個輸電過程而言，主要體現在直流傳輸，所應用到的方式主要體現在了海底電纜輸電與陸地高空架線兩個方面。世界上產生的第一條高壓主流輸電線路，是在1954年瑞典建造成功投入使用的。在對高壓直流輸電應用的基礎上，可以將兩大電力系統的非同時聯網運行與不同頻率電力系統之間進行有效結合，通過這種方式可以避免在輸電過程中出現低頻振動問題[2]。

1.2繼電保護的概念

針對繼電保護而言，主要是對電力系統使用中可能出現的故障問題或者是異常現象準確檢測，從而根據檢測結果傳輸一個提示警報，可以在第一時間內隔離出現故障的電路系統，從而防止因為一處故障而影響整個電力系統運行安全性，同時避免對周邊地區產生不必要的影響。在繼電保護過程中，需要使用到繼電保護裝置，繼電保護裝置主要可以發揮出執行切斷以及警報命令等重要作用,一般都是一整套的自動化控制系統。目前，各行業在使用繼電保護裝置系統時，微機繼電保護裝置有著非常廣泛的應用，主要是因為微機繼電保護裝置涉及了兩種不同的裝置，其中一種主要是應用到了傳統OCL作用，一般裝置體積比較大，同時活動范圍比較有限，很難對其進行移動，同時也很難保證繼電保護使用準確度；另一種繼電保護裝置主要是應用到了開關電源，實現了數字智能化控制系統的充分利用，也是未來繼電保護裝置未來主要的發展趨勢，在未來發展中可以有效減少成本投入，在操作過程中具有非常明顯的便捷性。但是，這種繼電保護裝置在應用過程中也存在應的缺陷，主要是因為目前還沒有穩定的技術支持，使用范圍有限，并且高壓直流輸電線路工作人員對改裝置缺少足夠的工作經驗[3]。

2對高壓直流輸電線路繼電保護存在問題的分析

高壓直流輸電系統是一種通過直流電的方式傳輸電能的系統，對比傳統的高壓交流輸電方式，高壓直流輸電方式能夠以更低的線路損耗來實現遠距離、大容量的電能傳輸。但由于主流輸電線路傳輸距離較長，需要跨越復雜的地勢或經歷糟糕的天氣，工作環境較為惡劣，使故障發生概率較高，所以需要對高壓直流線路進行有效保護。但從目前高壓直流線路實際運行的情況來看，高壓直流輸電保護方案有待進一步完善，整體效果不佳，采取的保護方式不合理，靈敏度降低，故障處理時間不長。在后期保護階段中，主保護速度處于較為緩慢的狀態，依照具體的保護配置標準而言，高壓直流輸電保護類型少之又少，可靠性有待提升，產生故障以后的快速處理方式處于緩慢的狀態。從保護原理方面進行考慮，目前的高壓直流輸電線路繼電保護還具備理論方面不完善以及可靠性較低等一系列問題[4]。在具體工作開展期間，體現在主保護靈敏度不高、抗干擾能力較差等。從保護配置方面考慮，保護類型比較單一，出現故障以后無法及時解決故障。整體上而言，直流輸電線路和交流輸電線路相比較來看并沒有太為明顯的區別，基本的差別在于能量集中頻帶不一樣。不過，高壓交流輸電線路繼電保護具備采樣率低和理論完善等一系列特征，該項技術可以適當地結合交流線路保護的理論和實踐經驗進一步優化和改進該項技術，強化穩定性，設計出相應的保護方案，保持高壓直流輸電期間電流差動保護的靈敏程度。隨著電力系統應用范圍的不斷拓展，高壓直流輸電線路在快速發展的背景下，隨著高壓直流輸電線路整體結構的不斷創新與完善，也從以往電儀的海底電纜傳輸轉變為了架空與海底電纜相結合的形式，對電壓等級、輸電功率以及輸電距離等都起到了非常重要的創新推動作用。但是，目前繼電保護在發展水平上仍然比較落后，并且發展比匹配，對高壓直流輸電線路發展形成了一定的阻礙。特別是在西電東送項目開展的基礎上，我國電力系統發展對于高壓直流輸電線路創新提出了更高的要求，而電力公司并沒有認識到繼電保護裝置的重要性，所以直接影響到了電力系統發展水平[5]。

3對高壓直流輸電線路繼電保護產生影響的基本因素分析

3.1過電壓

在高壓直流輸電線路運行過程中發生安全隱患以后，電弧熄滅的時間也會隨之延伸，甚至存在著難以將弧徹底消除的現象。基于此，當電壓對高壓直流輸電線路產生一定程度影響的話，將會發生高危壓直流輸電線路兩側開關難以處于相同時間內切斷的情況，從而使整個高壓直流輸電線路受到行波反射作用，完全影響了高壓直流輸電線路運行效率的提升，導致繼電保護裝置難以起到保護高壓直流輸電線路安全性的效果。

3.2電容電流

高壓直流輸電線路本身具備阻抗小、功率小等一系列特征，其中特征完全影響了高壓直流輸電線路的差動保護整定值情況。基于此，就要求電網企業結合實際情況制定出完善的電容電流補償策略，從根本上維護高壓直流輸電線路的穩定性，確保各項線路處于安全運行的狀態，一旦高壓直流輸電線路運行過程中發生故障隱患以后，因為被分布電容等因素所干擾，因此繼電保護裝置的測量阻抗和故障高壓直流輸電線路的線性關系也會隨之發生變化，最終限制了繼電保護裝置整體效果的發揮。在這一狀態下，電網企業務必落實完善的策略，加強高壓直流輸電線路的保護力度。

3.3電池暫態過程

一般情況下，電網企業是在大跨距的電網系統內應用高壓直流輸電線路，當處理故障隱患時，將會形成巨大幅度的高頻分量幅值，難以有效實施高頻分量的過濾、消除等多項工作。該種現象的出現將會增加電氣測量環節中測量數據的誤差，難以確保結果的準確程度，同時還會導致電流互感器處于飽和的狀態，阻礙了高壓直流輸電線路的穩定運行[6]。

4高壓直流輸電線路繼電保護設計過程中遵循的基本原則要點

當實施高壓直流輸電線路繼電保護設計工作期間，應當嚴格遵循以下幾方面的設計原則。

4.1后備保護

在設計高壓直流輸電線路器件，電網企業應當遵循后備保護的基本原則，將該項原則當成設計的一項指標，全面去除高壓直流輸電線路兩側的故障差，避免產生不良的誤差現象，嚴格控制設備的相間距離，加強接地距離的保護程度。當電網企業設計高壓直流輸電線路距離保護特征時，普遍受到了圓形、四邊形的設計方式的影響，有著一定的缺陷性。所以，要想解決缺陷，就必須摒棄以往單一模式的約束，引進合理的微機保護模式，從根本上增強高壓直流輸電線路系統運行的安全性和質量。

4.2輸電線路的主保護

當前階段，對數電線路主保護產生影響的因素表現為多樣化的特征，這就需要依照高壓直流電路的具體情況，規范性地選取。在具體的設計期間應用兩項不同原理的裝置，第一種類型的保護裝置以分項電流差動縱聯保護裝置為主；第二種類型的保護裝置則是以電壓補償，縱向保護裝置為主，兩種類型的裝置采取的通道也是不一樣的。

4.3自動重合閘

在高壓直流輸電線路運行狀態下，電網企業應當依照線路具體過電壓水平以及怎樣避免過電壓操作的基本理念選取合理的自動重合閘方式。在這其中，高壓直流輸電線路自動重合閘方式包含了快速集中重合閘、單項重合閘和三項重合閘這3個方面，處于非全項狀態下，當過電壓倍數在合理范圍中，就可以以單項重合閘的方式為主，一旦電壓倍速不符合標準范圍則是以三項重合閘模式為主。所以，在具體運行過程中，電網企業應當從高壓直流輸電線路兩側的重合順序等多方面入手，合理地控制時間，明確具體的參數，使其符合標準要求。

4.4并聯電抗器保護

在高壓直流輸電線路并聯電抗器操作過程中，一旦出現了故障隱患以后，高壓直流輸電線路將會結合電抗器存在的故障發出相關的指令，進而開啟電抗器自動保護裝置，確保電抗器處于穩定運行的狀態。在高壓直流輸電線路發生故障隱患以后，電網企業必須嚴格遵循并聯電抗器保護的基本理念故障電流和故障電壓不符合高壓直流輸電線路標準要求的情況下，馬上切除處于電抗器周圍的斷路器，以此達到電抗器不會受損的目的。

5高壓直流輸電線路繼電保護技術的具體應用

5.1微分欠壓保護

現階段，在應用高壓直流輸電線路的微分欠壓保護技術過程中，主要是利用電壓幅值水平和電壓微分數值有效地保護線路，性能高壓直流輸電線路的主保護和后備保護是一項基本的模式。結合制訂的相關方案來看，微分欠壓保護技術是將電壓水和電壓微分的測量數據當成基本的指標。該項技術在檢驗電壓微分定值上升情況的過程中，當出現了行波保護退出運行的情況下，那么此種類型的技術能夠將后備保護的優勢發揮出來。但是從具體應用現狀來看，微分欠壓保護技術也有著一些缺陷存在，具體表現為靈敏度不高，過渡電阻性能受到限制等，所以，就要求電網企業做好微分欠壓保護技術的創新和改進力度，將存在的隱患有效解決。

5.2行波暫態量保護

高壓直流輸電線路發生故障以后產生了反行波情況，這一情況直接阻礙了高壓直流輸電線路系統的正常運行。基于此，電網企業可以將行波站太量保護技術落實于高壓直流輸電線路保護環節中，達到保護線路的目的，提升線路的穩定性和質量。其中，將行波站態量保護劃分為多方面，分別是通道行波保護和無通道行波保護。前者涉及了行波電流極性比較式方向保護。現階段，電網企業通過制訂相關的方案，實施了行波保護工作。在制訂的方案中，電網企業結合具體的測量原理檢驗反行波圖變量，借助電流圖變量、微分啟動圖變量等一系列方式，基于特殊狀態下動態性的識別方案中還論述了借助電壓積分原理對發型波展開保護的要點。與以往傳統類型的方案相比較來看，抗干擾效果特別強，不過啟動保護的速度處于緩慢狀態，發行波保護措施實施期間也有著一些不足之處，具體表現為理論系統不規范、缺少良好的支撐依據，所以，電網企業應當加強處理力度，在判斷行波保護期間，經由不同電阻的電壓變量圖分析故障情況完善保護計劃，探究高壓直流輸電線路的具體運行狀態，選取與之相符的保護模式，以此達到高壓直流輸電線路穩定運行的目的。

5.3低電壓保護技術要點

高壓直流輸電線路低壓保護技術產生的作用是非常高的，主要是全面檢驗電壓幅值水平高低情況。不過，雖然該項技術被普遍應用到了高壓直流輸電線路領域內，可是在繼電保護方面的探究以及應用少之又少，極控低電壓保護技術和線路低電壓保護技術屬于電網企業經常使用的兩種技術。與線路低電壓保護技術相比較，極控低電壓保護技術有著保護定值較低以及故障閉鎖等一系列特征。線路低壓保護技術在探究了線路發生故障隱患以后，將會重新啟動基本流程，所以在高壓直流輸電線路中，對于線路低電壓保護技術的應用比較普遍。一些低電壓保護技術操作十分便利，不過本身也有著反應速度緩慢、總體依據缺失等一系列現象。所以，在后期發展階段中依舊需要對其加以完善和創新。

5.4縱聯電流差動保護

結合雙多端電氣量對線路故障期間的保護動作絕對選擇性加以保障，這是重聯電流差動保護技術運行過程中的基本原理。應用高壓直流輸電線路期間，電網企業將關注點放在了線路保護方面，但是從根本上忽視了高壓直流輸電線路分布電容產生的一系列影響，這就導致差動保護的判斷完成暫態工作以后才可以形成。所以，縱聯電流差動保護技術的基本作用是將高度故障徹底解決，確定故障以后投入的具體時間，被稱之為高壓直流輸電線路內的后備保護。

6高壓直流線路繼電保護裝置創新策略

第一，創新和改進行波保護和微分欠壓保護軟件。這兩種軟件產生的作用是非常高的，應當適當增加保護裝置對自身電壓和電流值的有效錄波，錄波功能是完成了重差保護動作以后才可以發揮出來，同時體現出錄波的功效。第二，創新外部故障錄波系統。在軟件更新的過程中，應當加強外部故障錄波系統的改進力度，延伸周期，從根本上確保線路自身安全性，利用錄波分析和了解到線路運行中存在的故障隱患。第三，改進直流線路保護系統軟硬件。無論是應用何種類型的保護裝置都需要開啟外部故障錄波系統，并且制定出相應的保護策略。當前階段應用的故障錄波系統，加劇了保護動作的繁瑣性和復雜性，使用起來不是特別方便，當只存在一套保護動作，缺少準確錄波信息的情況下，很難精準地判斷保護裝置動作情況，后續保護動作也會受到影響。在高壓直流輸電線路繼電保護期間應當正確地了解到高壓交流輸電各項理論以及知識點。其中高壓直流輸電系統是控制和保護為一體的系統，保護表現為控制系統閉鎖和重啟方面。當展開高壓直流輸電繼電保護工作期間，由于線路發生故障過程期間，暫態環節與直流系統控制特征有著密切的聯系性。因此，在高壓直流輸電線路繼電保護中重點考慮到直流系統的控制特征。該線路都有著明確的邊界，可以根據邊界的特征設計高壓直流輸電線路的保護方式，全面分析存在的故障，暫態環節中包含了諸多的特殊頻率信號，可以按照這些特殊頻率信號落實繼電保護技術的具體應用策略，高壓直流輸電系統的繼電保護技術有的諸多的應用方式，在具體運行狀態下，可以按照高壓主流輸電系統的特征創建完善的保護體系，體現出高壓直流輸電中繼電保護技術的整體優勢。結合具體論述來看，高壓直流輸電線路本身具備電壓高、電容大等一系列特征，這對于繼電保護工作提出了特別嚴格的要求。繼電保護除了與傳統保護的目標相符合之外，還應當限制線路過電壓，增強設備和系統運行的穩定性。目前，高壓直流輸電線路受到了普遍的應用，可是繼電保護技術還有著諸多的缺陷存在，這就需要更好地展開探究，保障高壓直流輸電線路繼電保護技術朝著更好的趨勢發展。

7結語

從以上論述來看，在電網發展的背景下，繼電保護技術產生了非常高的效果，這就要求電網企業深入內部地探究高壓直流輸電線路繼電保護技術的具體應用情況，借助該項技術有效地保護高壓直流輸電線路系統的穩定性，并且了解到繼電保護技術具體應用中存在的各項隱患并加以完善和改進，制定相應的措施，為經濟發展提供一定的電能保障。

參考文獻

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[2]龐鵬,譚明,邱冠英,等.高壓直流輸電線路繼電保護技術[J].電子技術與軟件工程,2022(9):225-226.

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[6]鄭俊超.高壓直流輸電線路繼電保護方案研究[D].武漢:華中科技大學,2019.

作者:蔣陳根 李愛晨 單位:楚雄供電局