鄒根水 王永勝
【摘 ?要】行波保護(hù)作為直流線路的主保護(hù),通過檢測(cè)直流線路故障后行波波頭,快速隔離故障。本文結(jié)合行波保護(hù)工程中的實(shí)際應(yīng)用,分析了直流線路行波保護(hù)原理、適用性、存在問題等內(nèi)容。
【關(guān)鍵詞】直流線路;行波保護(hù);原理
引言
隨著吉泉、靈紹等多個(gè)直流輸電工程的投運(yùn),直流輸電電壓等級(jí)越來越高,輸送距離越來越遠(yuǎn)。直流線路走廊沿途地理氣候條件復(fù)雜,跨越山河、丘陵無數(shù),線路故障已經(jīng)成為直流系統(tǒng)故障的多發(fā)因素??煽康闹绷骶€路保護(hù)是直流系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要保證,行波保護(hù)憑借著直流線路故障中優(yōu)越的速動(dòng)性,一直占據(jù)著主保護(hù)的地位。
1 行波的概念
當(dāng)線路很長(zhǎng)或電源頻率很高時(shí),同一時(shí)刻線路上不同位置的電壓電流數(shù)值并不相同,即電壓和電流是時(shí)間和空間的函數(shù)。假定線路為均勻無損傳輸線,電感、對(duì)地電容均勻分布,單根導(dǎo)線微段的等效電路如下圖:
其中,波速 ,波阻抗 。式中電壓和電流的解都包括兩個(gè)部分:一個(gè)是 的函數(shù),表示對(duì)一固定數(shù)值 ,將以速度 向 的正方向移動(dòng);一個(gè)是 的函數(shù),表示對(duì)一固定數(shù)值 ,將以速度 向 的反方向移動(dòng)。可以理解為線路某端合于直流電壓源時(shí),近處電容立即充電;而遠(yuǎn)處的電容由于電感的存在隔一段時(shí)間才能充電。即一個(gè)電壓波以一定的速度沿 方向傳播,在導(dǎo)線周圍建立電場(chǎng)的過程。同理,電容充放電時(shí),將有電流流過電感,所以也有一個(gè)電流波同時(shí)沿 方向傳播,在導(dǎo)線周圍逐步建立磁場(chǎng)的過程。這種電壓和電流以波的形式沿導(dǎo)線傳播稱之為行波。
2 直流線路行波保護(hù)優(yōu)勢(shì)及原理
直流線路故障時(shí),控制系統(tǒng)會(huì)通過調(diào)整觸發(fā)角的方式減小故障電流的增加,因此故障電流不會(huì)像交流線路那樣大。因此通過比較正常和故障時(shí)的穩(wěn)態(tài)電流來判定是否發(fā)生故障是非常困難的,且傳統(tǒng)的反映于穩(wěn)態(tài)工頻量信息的變化動(dòng)作的繼電保護(hù)已不能適用于直流線路保護(hù)。
行波傳輸特性:行波傳輸時(shí)遇到線路某點(diǎn)上的參數(shù)或波阻抗發(fā)生變化,就將在變化點(diǎn)發(fā)生折射和反射。經(jīng)折射的波被電感、電容緩沖,使得波頭拉長(zhǎng),且隨著電感、電容值的增大,對(duì)波的平緩作用越明顯。
3 行波保護(hù)中故障判斷方法
3.1 軟件基本原理
3.2 極波變化率判定故障發(fā)生
由式1可得,極波數(shù)學(xué)本質(zhì)上是故障所致不平衡方程,物理本質(zhì)則是故障點(diǎn)的電壓反行波。通過實(shí)測(cè)電流 (A)與極波波阻抗 (?)求得波頭電壓與實(shí)測(cè)電壓 (kV)差值即極波值( )。采集離散信號(hào),差分代替微分的方法計(jì)算極波變化率:測(cè)量2次極波采樣值的差值來檢測(cè)波頭。若該差值超過閥值,保護(hù)被啟動(dòng)并保存前一個(gè)點(diǎn)為波前點(diǎn),并與之后3個(gè)不同的測(cè)量值相差來決定此波頭是否超過閥值。若這3次差值均大于閥值,就認(rèn)為線路故障。
3.3 電流變化率判定區(qū)內(nèi)故障
根據(jù)直流系統(tǒng)不同的故障,線路兩端電壓、電流呈現(xiàn)出不同極性變化,電流的正極性變化可以區(qū)分整流側(cè)區(qū)外故障,利用初始行波的波頭陡度可以區(qū)分逆變側(cè)區(qū)外故障。
以15個(gè)周期為樣本,通過連續(xù)檢測(cè)電流變化率(陡度),同時(shí)以電流上升作為方向判別元件,當(dāng)連續(xù)4次檢測(cè)電流上升變化率均大于定值時(shí),判定故障為區(qū)內(nèi)故障。
3.4 低電壓閉鎖雷電干擾
線路遭受雷擊同樣會(huì)在線路上產(chǎn)生雷電正向和反向行波,行波特性與故障行波特性非常相似難以區(qū)分。
雷擊后未發(fā)生故障,線路電壓短時(shí)內(nèi)會(huì)圍繞極線電壓上下交替變化但幅值較小;雷擊后發(fā)生接地故障,線路電壓短時(shí)會(huì)出現(xiàn)電壓驟降并圍繞零值上下波動(dòng)。利用此特性,可以區(qū)分雷擊故障和雷電干擾。保護(hù)軟件中通過檢測(cè)故障發(fā)生后線路低電壓現(xiàn)象且延時(shí)2s后仍未恢復(fù)來排除雷電干擾。
3.5 問題
1.當(dāng)線路末端發(fā)生接地故障時(shí),地模波受距離影響衰減較為嚴(yán)重,故配置了微分欠壓保護(hù)作為后備;當(dāng)線路發(fā)生高阻接地故障時(shí),行波經(jīng)線路衰減嚴(yán)重、波頭識(shí)別困難,故又配置了縱差保護(hù)作為高阻接地時(shí)的后備。
2.行波保護(hù)軟件受固件限制實(shí)際采用了離散差分的形式來捕捉電流和電壓瞬時(shí)值,抗干擾能力差。經(jīng)驗(yàn)證,當(dāng)給行波保護(hù)添加了雷電干擾判據(jù)和電流變化率判據(jù)后,行波保護(hù)抗干擾能力明顯加強(qiáng)。
4 總結(jié)
本文結(jié)合行波保護(hù)工程中的應(yīng)用,分析直流線路行波保護(hù)原理、適用性、存在問題等內(nèi)容,為了解特高壓直流線路行波保護(hù)應(yīng)用及原理提供了一定的幫助。
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作者簡(jiǎn)介:
鄒根水(1981-),男,江西新干人,工程師,現(xiàn)在浙江省電力有限公司檢修分公司從事運(yùn)維工作。
(作者單位:國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司檢修分公司)