特高壓直流線路行波保護(hù)簡(jiǎn)析

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）