（中国南方电网超高压输电公司广州局 广东省广州市 510405）
摘要：高压直流输电由于输送容量大、传送距离远、方便电网互联及易于功率调节等优点，得到了更多关注和更为普遍的应用。直流输电工程的远距离跨区域输电特性，需跨越不同气候条件的地区，对技术要求较高，同时线路故障率也随之升高。因此，对于直流输电线路的继电保护研究具有重要意义。本文主要是对高压直流输电线路继电保护的相关内容进行了阐述。
关键词：高压直流；输电线路；继电保护
继电保护是电力系统正常运行过程中的重要环节，保证电力系统安全、稳定的运行。直流输电线路输电距离长，以及直流与交流之间不同的特性，决定了在线路保护配置上，直流必然与交流线路保护原理和配置不同。因此，现阶段在高压直流输电线路应用越来越广泛的背景下，加强对直流继电保护技术的研究具有重要意义。
1 高压直流输电线路继电保护设计原则
第一，输电线路主保护设计，即设计人员在实践线路设计过程中应注重综合多样化影响因素，并参照高压直流电路实际情况，对输电线路主保护进行合理化选择。同时，在设计过程中注重对保护装置加以区分。例如，某直流输电系统在实践运行过程中为了确保继电保护的可靠性，采用三套独立的直流保护装置，每套保护装置分别进行判据比较，从而实现保护的冗余性和可靠性。
第二，后备保护，即在继电保护设计过程中后备保护起着至关重要的影响作用，当线路主保护因异常原因未启动时，保护装置可以通过后备保护隔离故障，避免影响电网正常运行。
第三，线路重启逻辑，即设计人员在继电保护设计过程中，综合分析线路故障情况、站间通信情况等，判断采用何种重启方式，甚至直接极闭锁，继而达到最佳的设计状态，且就此达到继电保护设计目标。
2 继电保护技术常见形式
2.1 低电压保护
这种保护设计是高压直流输电线路中常用的保护方式之一，它的工作原理是通过对电压幅值的检测来实现对直流输电线路的保护。其工作方式主要包括两种：一种是线路低压保护，另一种则是极控低压保护。这种低压保护的设计相对比较简单，但是系统性较弱，所以实施保护的动作也较为缓慢。
2.2 电压突变量保护
电压突变量保护主要通过对电压幅度的变化以及电压微分值的幅度进行检测来实现保护。它是作为高压直流输电的主要保护措施而存在的，同时也是行波保护的后备保护措施。当前，SIEMENS 与ABB 的电压突变量保护的工作方式都基本相同，即都是通过对电压幅度的变化以及电压微分值的幅度进行检测来实现保护。电压突变量保护能够在行波保护失去作用时，起到后备的保护作用。但值得注意的是，由于其耐电阻过渡能力相对有限，所以虽然与行波保护相比具有灵敏度和可靠性较强的特点，却依旧需要改善。
2.3 线路纵差保护
这种保护模式采用了多端电气量，从理论上讲可以保证绝对的选择优势。但问题在于高压直流输电因为其构造和电容等方面的影响，线路纵差保护的判据只有在暂态消失之后才能够成立。故而，这种保护方式便呈现出了在故障发生了较长时间才能确认的想象。
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2.4 电磁暂态过程
该线路在使用过程中，拥有较长的线路，一旦操作过程中产生故障，将会导致较大的高频分量幅值，因此导致滤除高频分量的过程中将会产生极大的阻碍，促使偏差在电气测量结果中加大，并且，在高频分量的半波算法当中，无法提升其准确性，这样一来就很容易导致饱和现象产生于电流互感器当中。
3 在高压直流输电线路下常用的继电保护技术
3.1 行波保护技术
行波保护技术的应用旨在透过电压微分、返行波对电力系统运行状况及继电故障问题进行识别，就此来对故障问题进行有效处理。就当前的现状来看，ABB、SIEMENS行波保护被应用于行波暂态量继电保护中，但两种行波保护方式存在着一定的差异性，即ABB行波保护强调了对极波、地膜波的应用，而SIEMENS更为注重将电压微分作为判断依据，同时注重将其变量维持在10ms范围内，由此实现对故障信息的有效识别，并在此基础上提升整体识别效率。此外，两种行波保护形式在应用过程中亦凸显出SIEMENS比ABB保护慢的特点，同时其动作时间仅维持在18ms左右的状态下，因而，相关技术人员在对电力系统进行操控过程中应着重强调对行波保护方式的合理化选择，以此来达到最佳的继电保护状态。另外，SIEMENS行波保护方式在应用过程中具备忍受3%干扰噪音的优势，为此，电力部门在高压直流输电线路操控过程中，应结合线路实际情况对SIEMENS行波保护方式进行应用。
3.2 电压突变量保护技术
作为一种重要的保护措施，电压突变量保护在使用过程中，需要对电压微分数值以及电压幅值水平进行应用，该保护措施在使用过程中，不仅可以进行有效的主体包含，还能够充分发挥后背保护作用。目前，ABB 和SIEM ENS 两种方案在使用过程中，主要将电压微分以及电压水平在该线路中的体现作为主要的检测对象，在使用中，前者能够实现20ms 的上升延时，上升沿宽度产生于电压变化当中，当未达到某一标准的过程中，该保护措施的后备保护功能可以得到充分的发挥，但是该保护技术在应用过程中并没有耐过渡电阻效率。同行波保护相比，该保护方式拥有更加强烈的灵敏度和稳定性，但是动作速度相对缓慢，现阶段以上两种技术在使用过程中，都还存在一定的不足。
3.3 低电压保护
低电压保护是行波保护和电压突变量保护的后备保护，它的原理仅仅通过检测电压幅值来进行故障判断和继电保护，按照设计，应主要用于切除在行波保护和电压突变量保护就未能动作的高阻故障，但实际应用中，很大部分的直流工程并未配备低电压保护措施。低电压保护分为线路低电压保护和极控低电压保护两种，前者比后者保护定值高，且前者动作后启动线路重启程序，而后者动作后闭锁故障极。虽然低电压保护原理简单，但存在选择性差、动作速度低、难以准确区分区内与区外高阻故障等问题。
3.4 线路纵差保护
线路纵差保护是直流输电的后备保护，它的原理是利用双端电气量来实现绝对的选择性，按照设计，仅用于切除高阻故障。现行的线路纵差保护，由于并未完全考虑电容电流问题，仅利用电流两端的加和作为差动判据，需要较长时间等待，相对动作速度慢。以SIEMENS的线路纵差保护方案为例，在故障初期电流波动大，差动保护会延迟600ms作用，加上差动判据本身的500ms延时，也就是说差动动作最快也要在故障1100ms后才能作用，而在这个期间内，可多次发生由于极控低电压保护直接闭锁故障极的事故，设备失去重启机会，线路纵差保护未能真正发挥后备保护的作用。
综上可知，当前高压直流输电线路在继电保护工作开展过程中仍然存在着灵敏度低等问题，影响到了电力系统运行的稳定性，因而在此基础上，为了满足继电保护需求，要求相关技术人员在对电力系统进行运维过程中应注重对现代化继电保护技术的应用，如行波暂态量保护技术、微分欠压保护技术等，以及发现并解决继电保护存在的问题，提高保护的可靠性，使直流系统运行更加平稳。
参考文献：
[1] 宋国兵,高淑萍,蔡新雷,张健康,饶菁,索南加乐. 高压直流输电线路继电保护技术综述[J]. 电力系统自动化,2012,22:123-129.
[2] 董鑫. 高压直流输电线路行波保护的研究[D]. 东北电力大学,2008.
[3] 阎俏. 特高压输电线路继电保护问题研究[D]. 山东大学,2012.
论文作者:陈思远
论文发表刊物:《电力设备》2016年第14期
论文发表时间:2016/10/13
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