李迅
国网西藏电力有限公司检修公司 西藏拉萨市850000
摘要：高压直流输电系统中主要存在两种故障类型，分别是断线故障和短路故障。在远距离输电过程中，最容易发生的是短路故障。断线故障主要是发生在天气恶劣的情况下，一般在雨雪天气的情况下，导线负载过重，导致断裂，直接造成输电中断。本通过分析高压直流输电的原理，分析故障发生的机理并对保护措施进行了说明。
关键词：高压直流输电线路；故障特性
前言
我国高压直流输电技术的电压等级为±800kV及以上。近年来，随着输电能力的不断提高，输电过程的稳定性和输电设备的安全要求不断提高，特别是经济发达地区，用电需求逐年增加。为了使我国电力资源得到更好、合理的开发和高效利用，我国电力专家开始关注和研究高压直流输电技术。同时，直流输电可以实现远距离输电的目的。此外，由于我国自然资源和能源分布不均，供电侧与用电侧的距离相对较长。与现有相对经济高效的输电方式相比，直流输电技术无疑是首选。它可以降低输电过程中的线损，合理利用地理优势不明显地区的丰富资源，促进能源革命，转变为绿色经济，提高一次能源利用率，有效保护环境。目前，世界上输电技术和电力设备领先的国家已将直流输电作为首选，有效解决输电距离长的问题。直流输电的工作原理是先对交流电源进行整流，再经变换器逆变，最后注入交流电网。与交流输电技术相比，直流输电具有节省设备面积、降低输电损耗、灵活改变输电方式等优点。因此，在当今世界电力系统大规模采用直流输电的今天，开展高压直流输电关键技术研究，分析未来发展趋势，总结高压输电设备运行维护经验，从而确保我国高压直流输电技术不断创新和完善，切实保障国民经济持续高质量发展。
1高压直流输电基本原理
简单高压直流输电系统，整个直流输电网络主要由整流侧和逆变侧还有直流线路组成，输电系统主要包括换流站和输电线路。输电系统中的接线方式主要有单极、双极和同极三种形式。单极接线系统，这种接线原理就是利用一根极性为负的导线为输电导线，将大地考虑为另一根导线，此方法能够大大节约建设成本，设计简单，并且为了提高电压等级和容量，通常都采用两个换流桥，缺点就是容易使地下管道电腐蚀，破坏管道的保护性。双极系统则是采用两根正负导线来进行输电，解决了利用大地为导线使管道腐蚀的问题，但是加大了投资费用。双极接线系统中的双桥换流器一般采用的两种形式。保障换流器正常工作的重要元件是阀元件，基本都是利用晶闸管优良的特性来作为阀元件，为了保证换流器具有良好的电压电流耐受性，通常采用多个换流桥并联构成，这样可以确保换流器在大电压大电流的情况下稳定工作。在整个直流输电系统中，换流桥的主要作用是整流和逆变，并且在运行过程中为了减少高次谐波的产生，需要加装合适的滤波器，减少对电能质量的影响。同时，为了降低直流侧电压电流的波动，在工程上，通常在线路中安装电感值很大的电抗器。
2我国的能源分布情况
随着我国中东部经济的快速发展，电力需求量大，但一次能源储备量低，利用率不高。西南地区水资源充足，有利于水利发电工程的实施。同时，西北地区煤炭资源丰富，有利于火电项目的实施。这种能源分布不集中，导致用电侧与发电侧分布不平衡。西北地区有2/3的煤矿资源，西南地区有2/3的水资源。然而，中国2/3的电力需求集中在东部沿海地区和中南部经济发达地区。因此，电力需求量大的地区与能源产地的距离相对较远，一般可达1000～2500km。目前，高压直流输电技术可以实现远距离输电，具有经济运行成本、灵活性和稳定性，能够有效满足部分经济发达地区的巨大用电需求，保证区域经济平稳高质量发展，符合我国电网长远发展规划。
3直流输电线路的故障分析与保护
3.1直流输电线路故障特点
在直流输电线路的网路架构上，在多个方面有着明显的优势。结构上，分布简单，层次分明;造价上，由于线路不复杂，导线需求相比交流少，可节约大量资金。输送性能上也比较强。直流输电线路双极输电结构，可见，该输电线路的结构对称，在进行相关潮流分析时，由于线路分布参数一致，可大大进行简化。在2014年，我国建成的哈密南到郑州的高压直流输电线路全长约为2192km。大多数比较长的输电线路，经过的地理位置条件不一，在不同的地区，气候因素影响重大，线路极易发生故障。根据国家电网公布的故障数据，在直流输电系统总故障中，线路故障占比50%以上。其中，线路故障的特点，主要表现在四个方面:
(1)发生故障后，线路中的故障电流会导致电弧的产生，容易引起火灾，在自然情况没有人为干预的情况下，难以熄灭。在交流系统中发生这种故障时，通常采用交流断路器切除即可，但在直流系统中，该方法无效。为了解决这一问题，基本是都是采用控制换流站触发延迟角的方法。
(2)在直流系统中采取的控制措施，对该系统的线路保护和后备保护的影响需要进行考虑。直流输电系统的控制对系统的各个特征量具有强相关性，所以，控制措施不能像交流系统一样，忽略对保护的影响。
(3)直流输电线路的故障发生的位置不同对线路的保护也有较大影响。
(4)采用运行方式不同的直流输电系统，当发生故障时，各种电气量的变化情况也不一样，加大了线路保护的困难。
3.2直流输电线路保护方法
经过对直流输电线路保护长期探索，常用的两种保护方式为行波保护和微分欠压保护。其中行波保护在直流输电系统中至关重要，能够在线路发生故障时，及时响应，进行故障的切除，保证系统损害最小;微分欠压保护，则是为了当行波保护没有产生效果时，提供给系统的另一种保护方式，主要是为了加强系统的安全性。故障发生时，系统中电气特征量的变化非常迅速，行波保护的原理就是根据系统中电压的变化和电流的变化为依据，通过机器识别出故障行波各个电气量变化情况，对不同的故障类型进行分类，再根据故障进行针对处理，完成对线路的最佳保护。在实际工程应用中，行波保护在进行故障处理时，常常没有延时设置，当行波保护启动后，将会使得线路处于恢复过程中，知道正常运行。微欠压保护相比于行波保护，在启动时比较缓慢，所以常常作为次保护方式，这种保护方式基本上都只安装在整流侧，当事故发生时，故障信号进行传递，微欠压保护进行启动。具体的保护判据如下:
可知，该保护方式具有微分和欠电压两种形式，但是实际运用过程中，还需要考虑延时，进行故障的识别来对进行更好的保护。
结束语
通过对高压直流输电线路故障的分析，得出了直流输电线路中的四种故障的表现形式，当系统故障发生后，针对不同电气量的变化，采用行波保护的方式对线路进行保护，可以较好的进行故障切除，使线路恢复到正常的工作状态。
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