廖毅敏

摘 要：高壓直流輸電系統(tǒng)以其輸送距離長(zhǎng)、功率大、低損耗等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)在電力系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用，其運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性要求很高?？焖偾谐到y(tǒng)中故障成為系統(tǒng)保護(hù)設(shè)備、提供優(yōu)質(zhì)電能的有效措施之一。從現(xiàn)有直流輸電工程運(yùn)行可見(jiàn)，線路故障是系統(tǒng)停運(yùn)主要原因，且現(xiàn)有直流線路保護(hù)存有缺陷。因此迫切需要進(jìn)行直流輸電線路保護(hù)研究、提高直流輸電線路保護(hù)可靠性?；诖?，本文主要對(duì)高壓直流輸電線路暫態(tài)保護(hù)與展望進(jìn)行分析探討。

關(guān)鍵詞：高壓直流輸電線路;暫態(tài)保護(hù);展望

1、前言

目前國(guó)內(nèi)的所有直流輸電控制與保護(hù)系統(tǒng)均采用ABB和西門子的裝備和技術(shù)。高壓直流線路保護(hù)通常采用行波保護(hù)作為主保護(hù)，微分欠壓保護(hù)作為行波保護(hù)的后備保護(hù)，縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)作為直流線路發(fā)生高阻短路時(shí)的后備保護(hù)及前二者的后備保護(hù)。大量運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)與研究表明，上述高壓直流輸電保護(hù)的原理、方案以及配置有較大缺陷，多起直流輸電系統(tǒng)的閉鎖停運(yùn)事故是由于保護(hù)的誤動(dòng)和拒動(dòng)引起的。研究高速、可靠、高靈敏度的行波保護(hù)新原理和方案是高壓直流輸電系統(tǒng)亟待解決的問(wèn)題。

2、現(xiàn)有高壓直流輸電線路單端暫態(tài)保護(hù)原理

目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究高壓直流輸電線路暫態(tài)保護(hù)的基本思想是：平波電抗器、直流濾波器構(gòu)成高壓直流輸電線路邊界，該邊界對(duì)高頻量有很強(qiáng)的衰減，利用保護(hù)元件來(lái)區(qū)分本端的區(qū)內(nèi)和區(qū)外故障?？梢苑Q之為利用保護(hù)元件區(qū)分本端區(qū)內(nèi)外故障的高壓直流輸電線路單端電壓暫態(tài)保護(hù)原理，該暫態(tài)保護(hù)原理如圖1所示。

現(xiàn)有利用保護(hù)元件區(qū)分本端區(qū)內(nèi)外故障的特高壓直流輸電線路單端電壓暫態(tài)保護(hù)原理的基本原理為：直流輸電線路的兩端均加裝有平波電抗器和直流濾波器，平波電抗器和直流濾波器構(gòu)成直流輸電線路固有的邊界。該直流輸電線路邊界的頻率特性為：高壓直流輸電線路邊界是一個(gè)低通濾波器，對(duì)高頻量有很強(qiáng)的衰減作用。該原理忽略直流輸電線路的影響，即不考慮直流輸電線路對(duì)高頻量的衰減作用。所以該原理認(rèn)為：當(dāng)直流輸電線路區(qū)外d3點(diǎn)故障時(shí)，故障暫態(tài)電壓高頻量由于直流輸電線路邊界的衰減作用，在保護(hù)安裝處檢測(cè)到暫態(tài)電壓的高頻分量很小;而直流輸電線路區(qū)內(nèi)d1點(diǎn)、d2點(diǎn)故障時(shí)，由于不考慮直流輸電線路對(duì)高頻量的衰減作用，故障暫態(tài)電壓的高頻分量將無(wú)衰減地傳至保護(hù)安裝點(diǎn)，于保護(hù)安裝處檢測(cè)到的故障暫態(tài)電壓的高頻分量較大。所以，該暫態(tài)保護(hù)原理認(rèn)為利用區(qū)內(nèi)、區(qū)外故障時(shí)在保護(hù)安裝點(diǎn)檢測(cè)到的暫態(tài)電壓高頻分量大小的差異就能準(zhǔn)確地區(qū)分直流輸電線路的區(qū)內(nèi)、區(qū)外故障。

3、直流線路行波保護(hù)研究現(xiàn)狀

目前的高壓直流輸電線路的行波保護(hù)以及其后備保護(hù)的原理和配置還有許多漏洞，需要進(jìn)一步研究新的保護(hù)原理和算法。事實(shí)上，交流輸電線路的行波保護(hù)自20世紀(jì)70年代就已經(jīng)出現(xiàn)，包括行波方向判別式、行波距離、行波極性判別式等保護(hù)原理。進(jìn)入90年代以來(lái)，隨著小波分析、多分辨分析與波形奇異性檢測(cè)等技術(shù)的不斷成熟和發(fā)展，研究者們又賦予了行波保護(hù)新的內(nèi)涵，即不再僅局限于行波波頭的信息，而是對(duì)在一個(gè)時(shí)間段內(nèi)的整個(gè)暫態(tài)行波波形的時(shí)頻信息進(jìn)行綜合分析，得到區(qū)內(nèi)外故障的特征差異，進(jìn)而構(gòu)造新的暫態(tài)保護(hù)或邊界保護(hù)。

近年來(lái)，在交流輸電線路的行波保護(hù)、暫態(tài)保護(hù)以及邊界保護(hù)的啟發(fā)下，眾多保護(hù)研究者將交流輸電線路的行波保護(hù)原理“移植”到高壓直流輸電線路的保護(hù)中，取得了一系列的成果。

文獻(xiàn)根據(jù)線路內(nèi)部故障時(shí)故障暫態(tài)高頻分量較為豐富而外部故障時(shí)高頻分量較少的特征，利用小波多分辨分析，提出了高壓直流線路暫態(tài)邊界保護(hù)判據(jù)，并對(duì)雷電沖擊進(jìn)行了識(shí)別。文獻(xiàn)則利用區(qū)內(nèi)故障行波極性相同，而區(qū)外故障行波極性相反的特征，利用小波變換工具，提出了直流線路的行波極性比較式的保護(hù)判據(jù)。

4、問(wèn)題總結(jié)

要想提出可靠的高品質(zhì)直流輸電線路的保護(hù)，必須解決下面幾個(gè)方面的基礎(chǔ)理論問(wèn)題。

（1）邊界保護(hù)類型實(shí)際上是利用直流輸電線路邊界對(duì)高頻暫態(tài)分量的影響特征：區(qū)外故障時(shí)，初始暫態(tài)行波透過(guò)線路邊界，而區(qū)內(nèi)故障時(shí)不需透過(guò)線路邊界，從而使得區(qū)內(nèi)外故障在高頻分量特征上具有較大差異。那么具有非線性電力電子開(kāi)關(guān)器件的線路邊界的透射系數(shù)的模型，當(dāng)故障發(fā)生在整流或逆變的交流側(cè)行波透過(guò)非線性的線路邊界后的特征就成為必須解決的問(wèn)題。

（2）行波距離保護(hù)類型是利用檢測(cè)初始行波和在本端線路邊界發(fā)射后再?gòu)墓收宵c(diǎn)反射的行波之間的時(shí)間差構(gòu)成保護(hù)原理，那么對(duì)于具有非線性邊界的直流線路邊界的反射系數(shù)的模型和行波在邊界反射后的特征的研究就對(duì)行波距離保護(hù)的可靠性和安全性至關(guān)重要。

（3）目前所有的行波保護(hù)的新原理都是基于故障后的疊加原理，即認(rèn)為故障后的故障附加網(wǎng)絡(luò)是在故障點(diǎn)疊加一個(gè)與故障前電壓大小相等方向相反的電壓源，在這個(gè)附加電源的作用下，行波向線路兩端傳播，例如行波極性判別式原理。但疊加原理僅適用于線性網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于非線性的直流輸電系統(tǒng)，這一原理是否有效就值得深入研究，探索新的適合直流系統(tǒng)故障暫態(tài)過(guò)程分析的方法是解決高壓直流輸電線路暫態(tài)保護(hù)的基礎(chǔ)問(wèn)題之一。

（4）對(duì)于暫態(tài)行波保護(hù)來(lái)說(shuō)，高過(guò)渡電阻短路是一道很難逾越的鴻溝，因?yàn)楫?dāng)過(guò)渡電阻較大時(shí)，行波波頭中含有的高頻分量大量減少，從而導(dǎo)致波頭不明顯，給暫態(tài)行波檢測(cè)帶來(lái)困難。因此必須有一套能夠反映包括暫態(tài)量和穩(wěn)態(tài)量在內(nèi)的克服較大過(guò)渡電阻的保護(hù)作為高過(guò)渡電阻故障的主保護(hù)，由于故障后低電壓限流等控制系統(tǒng)的作用，電流縱差動(dòng)保護(hù)不能滿足速動(dòng)性要求。研究反映全部電氣量信息具有靈敏度高，抗過(guò)渡電阻能力強(qiáng)，故障特征持續(xù)，不受控制系統(tǒng)作用的影響，不受線路邊界特征的影響等，這些新型直流輸電線路的暫態(tài)保護(hù)原理、判據(jù)、算法和方案是繼電保護(hù)研究者的重要內(nèi)容。

參考文獻(xiàn)

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