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摘要：电力系统建设是国家现代化建设发展中的重要组成部分，高压直流输电线路在电力系统中具有广泛的应用，发挥着调节功率、完成大容量电力输送的重要作用。然而，在电力系统中，随着高压直流输电线路的应用程度不断增加，且其自身具有结构复杂、电压大、功率大等特点，导致其在实际应用中经常会出现电路毁损的情况。基于此，加强高压直流输电线路继电保护技术的应用，提高高压直流输电线路的稳定性和安全性是非常必要的。文章通过分析高压直流输电线路维护，探讨高压直流输电线路继电保护技术的应用，并最终进行仿真实验验证，通过数据证明高压直流输电线路继电保护技术应用能够有效降低电路故障，提高输电线路的稳定性。
关键词：继电保护技术；高压直流输电线；应用
1 引言
近年来，越来越多的直流电源和直流负载被投入到实际运行中，直流装置需要通过电力电子设备换流后，才能与交流电网互联，而电力电子设备的运用导致交流电网中含有大量的谐波。所以，具有电能质量良好、无须无功补偿且线路损耗小等优点的直流配电网，更有利于分布式电源发挥出其价值，未来发展的潜力非常大。对于直流微电网这个新生事物，国内外在直流配电网的拓扑结构、控制方式和经济调度等方面进行了一些研究，并取得了一定成果。
2 继电保护原理及方案研究现状
（1）电流及电压保护。过电流保护和低电压保护是传统的交流配电网保护方法，通过电流、电压幅值或其变化率的变化实现故障的识别。该种方法原理简单，但在直流配电网尤其是双端或多端直流配电网中，其在选择性和速动性等方面会存在一定的问题，因此国内外学者针对传统电流电压保护原理进行了改进以提高其在直流配电网中的适用性。（2）纵联保护。纵联保护综合线路两端提取到的故障特征进行故障区域的区分，一般可利用线路两端故障电流的方向、采样值及变化率等。针对双极短路故障提出了一种基于暂态电流突变量的纵联保护。线路发生区内故障时，由于电容电流向故障点放电，线路两端暂态电流的突变量都为正；而区外故障时，线路两端暂态电流的突变量为一正一负，根据此特征实现了故障区域的识别。（3）测距式保护。测距式保护一般通过计算保护安装处到故障点的等效阻抗判断故障位置，确定保护的动作区及动作时间。针对双极短路故障，提出了一种基于改进RL算法的测距式保护方法。使用RL模型分析故障回路并列写时域微分方程，利用故障时测得的电气量和线路参数求解故障距离，通过故障距离识别区内外故障。在求解过程中，利用限流电抗器两端电压与故障电流导数成正比的特点，用电抗器上的测量电压计算故障电流的导数，减小了电流导数求取过程中的误差。
3 直流配电网继电保护措施
3.1 换流端保护区
1）交流连接线保护区域：包括交流引线至桥臂电抗器网侧之间的所有设备。2）换流器保护区域：包括桥臂电抗器网侧至直流线路母线之间的所有设备。3）直流极保护区域：包括换流器直流侧出口母线、直流线路以及直流开关等设备。换流端区保护可根据系统情况选择配置以下保护功能：桥臂过电流保护、桥臂电抗器差动保护或换流器差动保护。
3.2 行波暂态量保护
通过高压直流输电线里的运行状况，能够得出行波暂态量保护具体包括两种方案，一种是ABB（阿西布朗勃法瑞），另一种是SIEMENS（西门子）。ABB是一种从地膜波和极波理论角度出发而形成的一种行波保护方案，应用ABB能够使工作人员在快速时间内完成对高压直流输电线路中反行波的检测，在对其的实际应用中，可以以10m/s的速度，对输电线路中的反行波图变量进行检测，从而加强工作人员对其掌握程度。SIEMENS是一种建立在电压积分原理上的行波保护方案，当高压直流输电线路出现故障时启动，并且在16～20s之内就可以对行波开始保护。
同时，这种方案还具有较强的抗干扰性，但相对于前一种方案，其启动时间较长。此外，在高压直流输电线路行波暂态量保护应用中，还存在一定的缺陷，如其存在抵抗过渡性，并且当前的继电保护技术的基础理论与体系相对来说不够健全，对行波暂态量保护技术的应用产生一定的影响。针对此，目前我国相关领域专家提出了结合数学形态学滤波技术，旨在改进其技术应用，加强对输电线路行波保护的有效性。
3.3 距离保护
（1）交直流系统短路比。短路比越大，交流系统短路容量越大，系统弱馈特性越明显，系统侧提供的短路电流和逆变站提供的短路电流幅值比越大，附加阻抗幅值也就越大，对逆变站侧距离保护影响越严重；反之，短路比越小，两侧短路容量越接近，附加阻抗幅值越小，对逆变站侧距离保护影响越小。由于直流侧提供的短路电流较之背侧是交流电源的情况更小，因此，直流侧距离保护躲过渡电阻的能力更弱。（2）故障期间逆变站无功控制方式。在电网故障期间可提供一定的无功功率支撑，即故障电流相角与逆变站无功控制方式有关。MMC逆变站处于单位功率因数运行条件下，逆变站侧故障电流相位超前交流系统侧故障电流，Zf具有负的阻抗角。当逆变站在故障期间发出无功功率时，逆变站馈出短路电流I′M相位超前角度θ逐渐将减小。
3.4 零序电流保护
柔性直流系统换流变压器接线方式一般采用网侧星形直接接地方式，阀侧三角形接法。在逆变站交流侧线路上处发生接地短路时，零序等效网络中xMg和xNg分别为母线M和母线N到故障点的零序电抗，xT和xN分别为换流变和交流系统零序电抗，IM0和IN0分别为故障点两侧的零序电流。零序电流的分布主要取决于输电线路的零序阻抗和中性点接地变压器的零序阻抗。零序电流大小与母线M背侧系统阻抗无关，因此，交流系统零序电流大小不受柔性直流系统接入的影响。由于零序电流实际流向是故障点流向各个中性点接地的变压器，当换流站处于逆变状态时，零序电流元件不会因为方向性和换流站侧阻抗大小受影响。
3.5 直流母线保护配置
电流突变量方向可使直流母线保护判断是否有故障发生。当电流突变量方向在延时内被判定为负时，保护就会开始动作。所以，不需进行数值整定。目前全球在保护配置方面的研究才稍有起色，而且直流配电网的推广也还没有普及，还需要进行深入的研究与分析。在直流设备保护方面，过去将保护和控制一体化；但是随着直流设备的数量增加、组网结构复杂化，对于直流配电网配置一套独立的不依赖于控制系统的继电保护系统是必不可少的。
4 结束语
在未来，配电网的构建有了统一的划分标准，直流配电网故障特征分析转变为从控制特性所主导入手，研究出较为可靠的故障定位技术、保护方案以及形成一套独立的保护系统，整个电网系统将会更加稳定可靠，为用户提供的供电质量更加高效优化。所以对于直流配电网继电保护的研究任重道远，对人类社会的发展具有重大的意义。
参考文献
[1] 罗飞,焦在滨,马钊,李蕊,孙丽敬,杨霖泽,顾瀚文.直流配电网故障分析和继电保护综述[J].供用电,2018,35(06):3-11.
[2] 孙丽敬,张海,刘瑛琳,罗国敏,吴鸣.一种基于极性判别的环状直流配电网线路后备保护方法[J].电力建设,2018,39(06):49-55.
[3] 向东. 电子电力变压器对配电网继电保护的影响[D].华中科技大学,2018.
[4] 丁凡凡. 交直流配电网的故障分析与保护方法研究[D].北京交通大学,2018.
[5] 陈文学. 交直流配电网故障对继电保护的影响及方案研究[D].山东理工大学,2017.