摘要：对特高压直流输电线路差动保护改进，是采用特定电压、电流与电阻之间能等效转换的平衡关系，采用积分算法，把线路两端突变差流当作动作量，把线路两端电压突变差和线路电阻的比值作为制动量，进行改进方案建设。据调查显示，如果出现区外故障时，动作量会严重小于制动量；如果出现内部故障时，动作量会明显超过制动量，结果非常明确。此方案的改进主要就是针对特高压直流输电线路差动保护进行的。
关键词：特高压直流输电线路；差动保护；改进方案
一、特高压直流输电线路的现况及保护措施
特高压直流输电线路的输送功率较大，其成本比较低，而且比较好控制。因此，在距离长、功率大的输电当中应用极为广泛。不过因特高压直流输电线路的距离长、功率大以及环境复杂等特殊性，使得故障问题成为了特高压直流输电系统中最关键的问题之一。所以加强对特高压直流线路的保护有着非常重要的作用。对特高压直流输电线路的主要保护方法是行波保护和微分欠压保护，对其辅助保护方法是电流差动保护以及低电压保护。其中行波保护的速度较快，不会受到电阻、负载以及分布电容的影响，不过其缺少波头捕捉的方法，而且定值整定难度较大、可靠度较低；微分欠压保护和行波保护的特点基本一样；电流差动保护是用来监测线路高阻接地故障的，因环境的影响，可能还会关联到电力电子以及分布电容的因素。整定门槛和运行时间很难调和，门槛的值多数是以提高仿真数据可靠系数的形式来整定的，缺少稳定的制动量。所以对特高压直流输电线路差动进行保护改进方案是非常有必要的。为了增强差动保护的特性，大量的电力专家和学者作了研究。当前就有一些专家学者提出了可用在特高压直流输电线路的电流差动保护方法，此方法采取了高低不同的整定值来进行配置和应用，其有很好的特性，不过对两端的数据同步、通信效率以及取样频率有一些要求。还有人提出对于分布电容电流补偿的直流差动保护算法，以增强直流差动保护的灵活度和可靠度，不过对补偿算法的要求很高。也有人提出采用区内故障和区外故障的突变量方向差异建设为保护依据，可以有效地判断出特高压直流线路的区内故障和区外故障，有很强的实用性、价值性以及借鉴性。根据特高压直流线路传统差动保护的特点，再参照交流线路的纵向阻抗内容，以及线路两端的电压、电流和电阻之间的关系，进一步完善了差动保护改进方案。参照故障附加网络模型的结果，可知线路两端的电压、电流和电阻之间具有专门的平衡机制以及转换关系，借助此特性设置转变公式，能够改善差动保护的改进方案。由于高频谐波分量对差动保护方面的干扰，借助积分算法能够将高频分量有效地去除与过滤，以增强对故障的判定结果。当出现区内故障的时候，线路两端的电流突变量以及直流分量就会不断地变大，以加大故障的反应。与传统的差动保护比较，此方案的机理简洁，既能够完善传统差动保护所缺少的稳定制动量问题，还能够抑制电力及电容所具有的高频谐波影响。
二、特高压直流输电线路传统的差动保护
（一）传统的差动保护
特高压直流输电线路传统的差动保护缺少工频，就没有像交流线路差动保护那样的制动电流，仅凭区外故障的实际瞬时最大不平衡电流来提高可靠性系数，来设置固定的门槛值。传统的电流差动保护的方程式为：
|im（t）+in（t）|> Iset
当中的m、n是线路整、逆两端的测量点；t是时间；im（t）、in（t）是t时线路m与n测量点的电流值；Iset是动作的整定值。在此方程式中，直流线路差动保护把线路两端直流电流差值作为动作量，从理论上看确保了差动保护的绝对性选择。因为传统的差动保护会受到线路电容、电子以及控制设施的影响，所以差动保护应该设立短延时以及高定值来避免区外故障当中出现的电流不平衡的问题，用来保护特高压直流输电线路。
（二）积分滤波算法的差动保护
如今我国特高压直流输电线路都是使用双十二脉动的换流器接线方法。不论在稳定工作时，还是在发生故障时，换流器都会出现明显的特征与非特征谐波。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆想要避免暂态谐波分量的影响，就应在直流线路的两边安置除去特征谐波的直流滤波器与平波电抗器。但是当系统外部出现故障时，就会产生很多的非特征谐波，给故障暂态当中的电流及电压测量带来影响。暂态谐波电流会减弱差动保护的功能，对直流差动保护产生误动和拒动，所以想要有效地抑制交流分量并使直流信号完整，就应利用数字滤波方法来去除暂态谐波的影响。积分滤波算法有三大特点：1.整次谐波。可以有效地去除整次谐波，滤除高频分量的功能极强。2.非整次高频谐波。当积分的步长大于半个周波时，虽无法全部滤除非整次高频谐波，不过对其还是有显著的抑制效果。3.衰减的高频谐波分量。只要确保积分的时间，就会对振荡部分产生抑制。
三、仿真分析
（一）仿真模型
通常使用的仿真软件是PSCAD/EMTDC电磁暂态，是±800 kV双极直流输电系统的仿真模型，其直流功率是5000MW，额定的电压是±800 kV，额定的电流是3.125kA，线路的长是1418 km，电阻是0.04633Ω/km，线路的模型使用的是依频参数模型杆塔结构。
（二）区外故障时的保护特性分析
区外故障主要就是整流侧区外故障，是指整流侧交流母线出现单相接地故障，故障在5 ms中制动量就会超过动作量，改进差动保护就可迅速判断出此故障是区外故障，既确保了改进差动保护在区外故障时不动作，又保证的可靠性。在区外故障中，电容、电流等不平衡因素在电压的制动下以及积分算法的效果下，对方案的影响会很小，当制动量超过动作量时，改进差动保护就可进行判定，证明了其保护的可靠程度。
（三）区内故障的保护特性分析
当故障点距线路两端的保护测量点很近时，差动保护就及时进行判断，随着电阻的不断变大，判断的时间就会延长，动作量和制动量都会降低，不过保护的灵敏度都很大，能够迅速、灵敏地判定出是区内故障.
（四）两侧同步误差对保护动作特性分析
改进方案需借助线路的数据，所以要对数据进行同步。现阶段同步的方法包括乒乓法、参考矢量同步法及GPS同步法。乒乓法的结果产生了2ms的偏差，不过两侧同步误差其最大偏差也都设置是2ms。为了加强改进方案在两侧数据不同步时的可靠就做了具体实验，其结果充分的表明了保护的可靠性。
四、总结
本文做出的改进方案是借助积分算法和电压等效转换来实现的，此改进方案有明确的依据，而且原理简单。
参考文献：
[1] 李爱民，蔡泽祥，李晓华，等.高压直流输电线路行波保护影响因素分析及改进[J].电力系统自动化，2010，34（10）：76–80.
[2] 刘琪，宋国兵.利用时域波形比对的高压直流输电线路电流差动保护[J].电力系统自动化，2015，39（24）：87–95.
[3] 高淑萍，索南加乐，宋国兵，等.高压直流输电线路电流差动保护新原理[J].电力系统自动化，2010，34（17）：45–49.
[4]卜强生，宋亮亮，张道农，等.基于GPS 对时的分散采样差动保护同步测试方法研究[J].电力系统保护与控制，2013，41（22）：149–153.
[5] 夏经德，索南加乐，刘凯，等.基于各纵联阻抗原理的输电线纵联保护综述[J].浙江大学学报：工学版，2011，45（10）：1827–1835.
论文作者:陈林,吴兴海,陈光,宋伟
论文发表刊物:《电力设备》2019年第1期
论文发表时间:2019/6/21
标签：线路论文; 差动论文; 故障论文; 电流论文; 谐波论文; 区外论文; 特高压论文; 《电力设备》2019年第1期论文;