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特高压直流线路保护研究现状分析徐浩原

发表时间：2020/3/3 来源：《电力设备》2019年第20期作者：徐浩原

[导读] 摘要：电能是人们生活中最重要的能源之一，其本身为可再生能源，也可以通过各种能源进行转换，这遵守能量守恒定律。

        （±800KV特高压扎鲁特换流站内蒙古通辽 028000）
        摘要：电能是人们生活中最重要的能源之一，其本身为可再生能源，也可以通过各种能源进行转换，这遵守能量守恒定律。但很多人并不知道，其使用的电能为什么形式，目前电能的主要表现形式为两种，第一种是直流电，另一种为交流电。通常人们认为直流电的危险性要比交流电小，但实际上，无论交流电还是直流电，自身的危险性都较高，主要看电压的大小。所以，特高压直流电的危险也非常大。因此，我国对于特高压直流电的使用，也需要进行进行线路保护建设。则本文将从直流线路及特高压直流线路的特点入手，全面解析特高压直流线路保护研究现状分析。
        关键词：高压直流；输电线路；结构特点；继电保护
        在人们日常的生活用电中，其大部分的电源都是交流电，而很少使用直流电。其主要是人们生活中所需要的电压是根据需求变动，而交流电相对于直流电而言，可以直接通过变压器进行电压的变动。所以交流电的使用非常广泛。同时，这也是两大科学家特斯拉和爱迪生争论中，特斯拉取胜的产物。事实上，在特斯拉没有赢得胜利之前，世界中一直流行的电源是爱迪生所提倡的直流电，而当特斯拉发明了交流电发电机之后，才让交流电流行起来。所以，实质上基于直流电的发电设备出现的时间更早，只是后期人们更加关注交流电，所以放弃了部分直流电的研究。而在目前人们重新关注直流电，主要是直流电在工业中用处更大。但是由于直流电的可控性不高，所以需要在特高压直流线路中进行保护方式的研究，强化对直流电的管控。其具体如下：
        1直流线路的特点
        直流线路是指使用直流电的线路，其本身最大的特点是基于直流电的特点。一般分为两个方面：第一个方面电流方向具有明确指向性，且电压不变。这是直流电的基础属性，也是区别直流电和交流电的主要方式，而交流电则是按照一个方向，往返交互，达到每一秒五十次。因此，交流电是可以使用变压器进行电压改变的，因为其可以通过对冲风方式削弱电压，或者增强电压。但是直流电却不可以。第二个方面是直流电具有更大的危险。对于人造成伤害的主要是电压，即人体可承受电压。事实上，无论是直流电还是交流电，都会引发危险。但由于交流电的电流是往返的，人体肌肉受到刺激后，也呈现出收缩、扩张的趋势，所以有机会离开电流。而直流电则是定向的，所以其肌肉会向着同一个方向收缩，难以脱离，危险更大。
        2直流输电线路继电保护现状
        1）行波及暂态量保护。当直流输电线路出现故障后，其故障点会向其电路的两端进行行波信号传递，此行波使用反向行波。行波暂态保护主要是通过对其进行相应的故障识别，为其线路故障的主保护措施。针对其保护主要是通过两种积分来识别故障的内外位置，即电压积分和反行波积分。当前主要采用ABB、SIEMENS的行波保护方案来进行具体的保护工作。其中，ABB主要采用极波检测故障，地模波确定故障极；而SIEMENS则主要是通过电压微积分对其故障数据进行具体的判断，对反行波的突变量检测来判定故障。其中SIEMENS行波采用积分环节，比较ABB的行波保护，在动作时间上相对较慢。由于其采用积分环节，使其保护过程中比ABB的抗噪声干扰能力强。对于行波保护的主要问题包括，对具体故障的采样率较高，分析理论不严谨，对其具体的研究结果，需要大量的仿真实验依据。针对其问题，经过相关研究，采用小波变换行波方向保护原理。有效的提升了行波保护的总体抗干扰能力，选择性，及灵敏度。通过直流电输电线路中的高频分量和低频分量，对其主要的故障进行相应的判定。在利用小波变换的同时，将行波与暂态量相结合来进行故障的评测。研究直流输电线路边界特性，采用暂态电压行波首波头的小波变换模中的极大值幅值构造来相应的进行数据判断。还可通过暂态电压中的高频和低频分量中的小波能量比值构造的动作来作为判断数据。
        2）微分欠压保护。主要保护方式是通过对电压微分数值的检测，以及电压幅值水平的检测来实行具体保护措施。针对当前的SIEMENS和ABB的微分欠压保护，都是上述所说的方式开展。其中，对电压微分定值的保护和行波保护大致一样，只是在上升沿的时间不同，比行波的要多一些。所以，其可在行波保护退出后，给予相应的填充保护作用。但是其耐过度的电阻能力较低。比较微分欠压保护和行波保护，前者的速度较慢一些，但在可靠性和灵敏度上较高。

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不过也不排除存在有电阻能力差，仿真实验多，且灵敏度低的现象。
        3）低电压保护。此保护主要是通过对电压幅值水平的检测来实现。在具体的直流输电线路中，很少见到低电压保护的身影，因此，此相关的保护原理依据较少。其主要的保护方式分为极控低电压保护、线路低电压保护。其中，前者的保护定值比后者的保护定值低。在实行线路低电压保护动作后，会启动线路重启程序，实行极控低电压保护工作后，会将其故障极闭锁。
        3直流输电线路继电保护配置及性能具体情况
        在实际的工作中，针对直流输电线路的具体保护动作，对其电路中的过渡性电阻短路障碍问题不能有效的识别，当发生高阻电流故障时，会出现故障极闭锁现象。主要是由于当直流线路在通过高阻接地线路时，其中的直流电压速度会逐渐的变慢下降，在此过程中，又由于行波保护及微分欠压保护的相应电压微分元件灵敏度不高，未能及时有效的启动，导致差动保护动作本来是用来切除高阻故障的，但是直流控制调节系统的作用使其线路内的电流发生了变化，增加了差动保护的延长时间，从而使极低控电压启动，将其故障极线路闭锁。
        4直流输电线路继电保护问题
        针对直流输电线路的问题，主要从两个角度来分析；1、保护原理角度；理论性，可靠性不足；主要表现为主保护的灵敏度，相关故障改善参考数据，及故障反应时间，动作查找中的抗干扰能力，采样率等相关方面都存在问题。针对其后备差动保护动作速度较慢，低电压不仅速度有问题，故障整定依据也有问题，没有相应的选择空间。2、保护配置角度；较为简单，没有可靠性，故障反应速度慢。针对这些问题，可相应的借鉴交流电路中的相关结构模式，进行具体的改善。
        结束语
        综上所述，特高压直流线路保护是当前直流电使用中主要建设的内容之一，其主要的原因是基于直流电更加不可控，危险更大而必须要采取的方式。直流电和交流电在安全方面最大的区别就是直流电本身不能通过变压器进行电压的改变，所以特高压直流电本身的危险性非常大，其在使用中，只能一直使用特高压的状态，而不能通过变压器将其改变为低压。所以，想要合理的使用特高压直流线路就需要做好相应的保护措施，才能确保特高压直流线路不会出现太大的危险。则本文针对特高压直流线路保护提出了上述内容，希望我国的电力企业能够谨慎的参考其中的内容，做好特高压直流线路保护的内容建设。但是需要注意的是，本文中的内容大部分为参考性内容，想要在特高压直流线路保护之中有效的使用，则需要按照特高压直流线路保护的具体情况入手，做出适当的调整，才能确保特高压直流线路保护发挥效果。
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