特高压直流线路保护研究现状分析论文_白逢恕,孙一博,张竞馨,杨柳,高衣辰

特高压直流线路保护研究现状分析论文_白逢恕,孙一博,张竞馨,杨柳,高衣辰

(辽宁省送变电工程有限公司)

摘要:本文以特高压直流线路保护为主,主要对特高压直流线路保护现状进行了分析。本文首先对目前特高压直流系统结构进行了具体的分析,然后找出其存在的一些问题,针对这些问题给出一些保护方法,最后,再对特高压直流线路保护技术给予一些展望和建议。

关键词:特高压直流线路;行波保护;微分欠压保护;低电压保护;电流纵差保护

我国是一个地大物博的国家,但是能源的分布非常不平衡,由此,在我国经济不断增长的情况下大容量长距离输电问题就变得尤为突出。如今,随着科技的不断进步以及过去直流输电的设备成本较大、技术也不是十分完善等问题,使得特高压直流输电变得越来越重要。和以往高压直流输电设备比较,特高压直流输电设备的组成更加繁琐,运作形式也更加多样化,因此,对其的保护要求也就更高。数据显示,如今特高压直流输电设备继电保护的性能逐渐变低,并且直流线路的故障情况最为显著。因此,本文主要对目前特高压直流输电设备继电保护当中出现的问题进行了分析,对直流线路的行波保护、微分欠压保护、低电压保护、电流差动保护方面进行了具体的研究,对特高压直流线路保护技术给予一些展望和建议。

一、特高压直流系统结构分析

特高压直流系统主要是由整流站、逆变站及直流线路三方面组成的。其中的整流站是由换流变压器、换流器、平波电抗器、交流滤波器及交流无功补偿装置、交/直流滤波器、控制和保护设备等组成的。一般的高压直流系统中单极仅有1个 12 脉动换流器,但是在特高压直流系统里,有两组 12 脉动换流器,使电压加强了整整一倍,不过也使晶闸管和换流变压器的数量增加了很多,运作形式也变得更加复杂,对其控制与保护的要求也变得更多。

二、特高压直流线路保护存在的问题

目前,特高压直流线路保护方式主要分为行波保护、微分欠压保护、低电压保护、电流纵差保护。行波保护及微分欠压保护是主要的保护方式,电流纵差保护与低电压保护是后备保护。当前特高压直流线路保护的措施还存在许多问题。第一,可靠性低、灵敏度低、保护措施不完善。行波保护是目前特高压直流线路的主要保护方式,不过它也存在很多的缺点,比如耐过渡电阻力度不够、采样频率较为频繁、论述不严谨等。相比之下,微分欠压保护的可靠性就相对高些,不过也存在耐过渡电阻力度不够、采样频率较为频繁、没有严谨的依据。恰恰低电压保护就解决了这些问题,但它的性能较差,运行速度也较慢。电流纵差保护方式可对两端换流站线路电流进行对比,然后鉴别故障,因此其性能具备选择性,不过它因线路分布电容的干扰,必须等暂态结束之后保护才能启动,所以运行周期较长。第二,特高压直流线路保护的技术的形式较为单一。行波保护的动作通常大概是十毫秒,微分欠压保护通常 是二十毫秒,电流纵差保护因分布电容电流的干扰动作的时间较晚,通常在故障后的一秒以后。所以在故障后的二十到一千一百毫秒内没有保护。

三、特高压直流线路关键保护分析

(一)行波保护

因电流调节器对电流的调节,使直流线路故障瞬间的过冲电流及故障稳态电流与交流线路故障对比要小的多,就难以根据正常和故障时的稳态电流来鉴定故障,就需根据电压变化值及电流的稳态分量来鉴定故障,这就是行波保护的运作原理。如今,特高压直流线路保护的研究人员提出很多行波保护方面的原理及实施方式。当前特高压直流线路行波保护使用较多的就是SIEMENS 以及ABB公司的方案。不过这两种方案还存在一些缺点,理论也不太严谨、耐过渡电阻力度不够、采样频率较为频繁。为解决行波保护中具有的问题,学者们做了很多工作:1.将小波变换、数学形态学等信号处理方法引入到行波保护里;2.因直流线路的故障暂态特点,以不同的角度来对直流线路的故障进行鉴定,包括直流线路的单端暂态保护、双端暂态保护、自适应行波保护等。

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(二)微分欠压保护

微分欠压保护的灵敏度及可靠性都非常高,因此其也是主要保护方式之一。它的工作原理是通过检测电压、电流的变化率以及电压的幅值来对特高压直流线路进行保护,总被用来检测直流线路上的接地故障。微分欠压保护分为微分与欠压两个部分,根据两个部分的信息能加强其可靠性。微分方面的特征量是电压变化率,来检测故障行波。欠压的特征量是线路低电压水平,来对低电压进行鉴别,实现故障鉴别的作用。对高压直流线路的微分欠压保护方式进行研究,发现电压变化率在两极线路出现故障时会较大,低电压对本极及对极故障的差异较为明显。总而言之,微分欠压保护在微分时的时间要比行波保护长,所以运作速度比行波保护要慢,不过可靠性较高。此外,耐过渡电阻能力也有限,同时还要较高的采样频率。

(三)低电压保护

特高压直流线路最常见的故障就是高阻接地故障,能够较快准确地检测故障对保护特高压直流线路系统的稳定具有非常大的意义。低电压保护是以降低电压为主,主要是用来检测高阻接地故障的。想要有效的解决行波保护当中高阻接地时所出现的问题,就应该采用低电压保护的方法。但是,它的判别通常是固定值,就会出现保护在高、低负荷时有拒动及误动的情况发生。对于此种情况所采取的方法是根据不同的系统及负荷情况对鉴定值进行调整。虽然对低电压保护的整体进行了改进,但还存在选择性较差、运作速度慢的缺点。

(四)电流纵差保护

特高压直流线路的电流纵差保护主要是对两端的换流站线路的电流进行对比,然后再鉴别故障,具有绝对的选择性,不过因线路分布电容的影响,要等暂态完事后才能进行保护,所以运作时间较长,总被用在切除高阻故障当中。电流纵差保护要有专门的通道,但其通道的可靠性较差。因此,本文对电流纵差保护具有的问题及不足进行了改善。目前特高压直流线路的电流纵差保护工作原理是对两端换流站线路的电流进行对比以鉴别故障,不过受线路分布电容的影响,运行时间较长。因此,电流纵差保护的性能有待完善。

四、对特高压直流线路保护研究的展望

经过以上的论述,可见对特高压直流线路保护研究随着科技的进步,正在不断的完善。所以对特高压直流线路保护方面的研究应主要考虑这5个方面:1.交流线路的保护措施较为完善,特高压直流应参考交流线路保护的成功之处。2.特高压直流线路保护措施和高压直流线路对比并未改变,所以应借助并参照高压直流线路的保护机制,再根据具体情况做出一些改进措施;3.因直流系统的保护与控制系统较为紧密,所以对特高压直流线路保护的研究要重点关注其控制方面的影响;4.可借助边界元件、特征频率、先进信号处理方法以及先进算法的保护措施;5.根据实际情况以及特高压直流系统的特点,采用多种措施相结合的方法来加强对特高压直流线路整体的保护。

五、总结

本文先对特高压直流线路系统结构进行了分析,然后重点对当前特高压直流线路保护存在的问题进行了研究,针对这些问题再给出一些保护措施。最后,对特高压直流线路保护研究给予了一些展望。

参考文献:

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[5] 宋国兵,高淑萍,蔡新雷等. 高压直流输电线路继电保护技术综述[J]. 电力系统自动化,2012,36(22):123-129.

论文作者:白逢恕,孙一博,张竞馨,杨柳,高衣辰

论文发表刊物:《电力设备》2018年第35期

论文发表时间:2019/5/27

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