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摘要：我国电力行业自改革开放发展至今已经取得了非常不错的成就。近年来，直流输电技术以其线损小、输送距离远、输送容量大、无需同步运行、可以快速调节功率等巨大优势，在跨区域送电、各大电网互联、分布式能源接入、孤岛供电以及大城市供电等领域得到了广泛的应用，中国电网逐渐呈现出“强直弱交”的特性。架空输电线路暴露在空气中，工作条件恶劣，是整个输电系统中发生故障概率最高的元件，直流线路发生故障会危害电气设备的安全运行，中断功率的正常传输，直流系统闭锁、停运会引发系统电压和频率稳定问题甚至造成大停电。
关键词：高压直流输电线路；故障清除及恢复策略
引言
科技的快速发展使我国电力行业有了新的发展空间和发展机遇，改革开放在我国已经走过四十个年头，科学技术为人们的日常生活带来翻天覆地的变化，对于能源的需求越来越高，高压直流输电线路的建设逐渐增多。
1高压直流输电线路概述
高压直流输电线路是利用稳定的直流电进行电力的传输，具有无感抗、无容抗、无同步等优点，与交流输电相比，直流输电的输送电容量更高、输电的距离更远、电流网络的建立更加容易、高压功率的调节更加方便等众多的优势特点，被广泛的应用在大功率远距离的直流输电之中，高压直流输电线路相较于交流输电更适合我国地缘辽阔的特点。输电过程为直流，通常是运用海底电缆输电与陆地高空架线两种方式，国际上第一条高压直流输电线路是1954年在瑞典被建造成功投入使用。高压直流输电可以将两大电力系统的非同时联网运行与不同频率的电力系统进行联网，可以减小输电过程中造成的低频振动现象。与此同时，高压直流输电线路在应用的过程中也面临着很多的不足和缺陷，主要包括直流输电系统目前来说只能实现定点输送，不能在输电的过程中进行电流的分支建立，尽管在创新应用的过程中已经有电力公司研发出三端直流输电，但是还不能解决电路在分流过程中的功率控制问题，并且成本投入过高，还不能进行实际上的投入使用。
2直流线路故障重启动功能
交流输电线路上发生的故障多数是瞬时性的，约占线路总故障次数的60％-90％，为了提高供电的连续性、可靠性，采用交流断路器跳闸后再自动重合的方法来清除故障和恢复运行。断路器跳开后，故障被隔离，故障电流在过零点能自动熄灭。对于瞬时性故障，经过一段时间后线路绝缘恢复，重合断路器即能恢复供电；对于永久性故障，由于故障仍然存在，断路器重合后保护再次动作，断路器再次跳开，不再重合。直流输电线路瞬时性故障的概率也高达90％。但是如果仍通过交流侧断路器隔离故障需要经历闭锁换流器—跳开交流断路器—等待去游离时间—重合交流断路器—解锁换流器等过程，从故障发生到系统恢复需要几秒甚至更长时间，可能会造成系统频率的大幅下降、电压波动、健全线路长时间过负荷运行等问题，影响电能质量，不利于系统的稳定；直流故障电流没有自然过零点，不能自行熄灭，能直接开断直流故障电流的直流断路器技术尚未完全成熟，LCC-HVDC系统不采用断路器来处理直流线路故障.1）移相。控制保护系统接收到线路故障信号后，将整流侧触发角紧急移相为120°，阀控系统保持脉冲的正常触发，即将整流站变为逆变状态运行，储存在直流系统中的能量通过两端的换流器被送回到交流系统中，直流电流迅速降低。2）去游离。当直流电流下降到零后，经过预设的去游离时间，使故障点绝缘恢复。3）重启。整流侧去除移相信号，改变为最小触发角控制，恢复到整流状态运行，若故障已经消失且故障点绝缘已经恢复，在控制系统的作用下直流电流开始增大，直流电压开始上升，最终都稳定在设定值，重启成功；若因绝缘未恢复导致重启过程中再次发生故障，或者故障尚未消失，直流电压将无法重新建立，重启失败。
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3直流线路故障重启动功能设置
上述过程中，去游离时间、重启次数、重启电压等级都可以根据实际工程需求和运行经验进行设置。去游离时间一般设置为100-500ms，重启次数可以设置为0-5次，重启电压可以为全压重启、80％降压重启或者70％降压重启。从第二次重启开始，为了提高重启成功率，可以适当增加去游离时间，或者降低重启后的电压水平。一般来说，一次重启所需时间约为500ms，重启动恢复功率传输的时间比正常的系统启动需要的时间短很多。在实际工程中，故障重启动功能是否投入及其参数设置还与系统运行方式、连接的交流系统强弱、故障情况等有关。对于双极运行的系统，如果两极独立进行故障重启动功能控制，当两极同时故障或者在很短时间内相继故障后，两极会同时重启或在很短时间内相继重启。由于直流输电工程传输容量大，这对整个系统而言是很大的功率扰动，如果重启失败更是会对系统造成更大的冲击，增加了系统失稳的风险。因此，对于双极运行的系统，两极的故障重启动功能必须进行协调配合，防止两极同时或相继重启：1）单极线路故障允许重启。2）一极线路故障重启期间，禁止另一极的直流线路故障重启。若此时另一极线路故障，直接闭锁故障极或者闭锁双极。3）一极线路故障重启成功，经过一定时间延时t1后，才开放另一极的直流线路故障重启动功能。4）在一极紧急停运或因线路故障重启不成功闭锁后，经过一定时间延时t2，等电网扰动平息后才允许投入另一极的直流线路故障重启动功能。
4暂态保护原理
特高压直流线路对高频信号有衰减作用，衰减作用随线路长度增加而增加；特高压直流输电线路边界元件对高频信号同样具有很强的衰减作用。线路对高频信号衰减强度与线路长度有关，当线路达到一定长度时，线路对故障高频信号的衰减作用将超过边界对故障高频暂态信号的衰减作用。综合考虑二者衰减作用，提出一种区分对侧区内外故障的特高压直流输电线路单端电压暂态保护原理。保护原理的基本思路是：利用保护元件检测来自对侧的故障信号进而判断故障发生区内还是区外，即利用整流侧保护元件来区分故障发生在线路还是逆变侧区外，利用逆变侧的保护元件区分故障发生在线路还是整流侧区外。保护装置位于整流侧，当逆变侧区外d3故障时，故障高频暂态电压信号通过边界和电线路的双重衰减后到达整流侧保护安装处；而区内线路末端d2故障时，故障高频暂态电压则只经过输电线路的衰减到达整流侧保护安装处。因此，如果在整流侧保护安装点处进行故障信号检测和特征量的提取，那么区内d2故障产生的高频暂态电压的特征量将大于区外d3故障产生的高频暂态电压特征量。显然，线路上除d2外的其他任何位置故障时，由于保护安装点距故障点之间的线路长度必然小于线路全长，那么线路对高频暂态故障信号的衰减将会减小，则保护装置检测到的高频暂态电压特征量将大于d2点故障产生的高频暂态电压特征量，那么必然也会大于d3点故障产生的高频暂态电压特征量，即本原理能够绝对区分对侧区内外故障和实现线路全线保护。
结语
在已有的研究基础上，还需要进一步分析不同直流输电系统线路不同故障状态下的暂态过程，尤其是故障消失后电压、电流等电气量的特征，并结合线路耦合特性、系统控制特性推导能用于故障状态判别的数学表达式，作为构造线路自适应恢复判据、算法的依据。
参考文献:
［1］赵畹君．高压直流输电工程技术［M］．北京：中国电力出版社，2004．
［2］张勇军．高压直流输电原理与应用［M］．北京：清华大学出版社，2012．
［3］郑超，马世英，申旭辉，等．强直弱交的定义、内涵与形式及其应对措施［J］．电网技术，2017，41（8）：2491-2498．
论文作者:白冰
论文发表刊物:《电力设备》2019年第17期
论文发表时间:2019/12/19
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