衣海東

摘 要：近年來，基于全控型器件的電壓源換流器的高壓直流輸電系統(tǒng)在我國得到了廣泛的應(yīng)用，隨著高壓直流輸電系統(tǒng)的電壓等級和容量不斷提升，短路容量也不斷提高，因此對系統(tǒng)保護(hù)的動作性能有了更高的要求，本文基于直流輸電系統(tǒng)的保護(hù)種類和保護(hù)分區(qū)原理，結(jié)合目前直流繼電保護(hù)的配置方案，對直流輸電系統(tǒng)的保護(hù)設(shè)計進(jìn)行了探討和分析。

關(guān)鍵詞：高壓直流;全控型;換流器

0 引言

基于高壓直流輸電系統(tǒng)獨特的優(yōu)點，近年來，高壓直流輸電系統(tǒng)在我國遠(yuǎn)距離大容量輸電和大區(qū)聯(lián)網(wǎng)中得到了廣泛的應(yīng)用。截至2019年11月，中國已建成并投運(yùn)二十多條特高壓輸電線路，隨著特高壓直流輸電系統(tǒng)電壓等級的不斷提升，其短路容量也不斷增大，這對直流系統(tǒng)的保護(hù)也有了更高的要求。

高壓直流輸電系統(tǒng)保護(hù)（以下簡稱直流系統(tǒng)保護(hù)）用于檢測發(fā)生在直流輸電系統(tǒng)中換流站、直流輸電線路及相關(guān)交流系統(tǒng)的故障，并發(fā)出相應(yīng)的處理信號和指令，以保護(hù)直流輸電系統(tǒng)免受過/低電壓、過電流、過熱和過大電動力的危害，防止系統(tǒng)事故進(jìn)一步擴(kuò)大[1]。本文主要對直流輸電系統(tǒng)的保護(hù)特點、種類和分區(qū)進(jìn)行了探討和分析。

1 直流輸電系統(tǒng)保護(hù)種類

直流輸電系統(tǒng)發(fā)生故障或者不正常運(yùn)行情況時，系統(tǒng)的觸發(fā)角、電壓、電流、阻抗和功率及諧波等電氣量都將發(fā)生異常變化，工程中一般利用正常運(yùn)行時的電氣量與非正常運(yùn)行時的電氣量進(jìn)行比較、判斷，來對系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，根據(jù)不同電氣量、參數(shù)或者運(yùn)行特性的原理，直流系統(tǒng)分為過/低電壓保護(hù)、過電流保護(hù)、行波保護(hù)、諧波保護(hù)、觸發(fā)角保護(hù)、差動保護(hù)（含縱差保護(hù)、橫差保護(hù)及其他差動原理保護(hù)）等等[2]。

直流輸電系統(tǒng)中如果按照被保護(hù)對象的不同可以分為交流側(cè)保護(hù)、直流側(cè)保護(hù)和直流線路保護(hù)三大類，其中，直流側(cè)保護(hù)和直流線路保護(hù)又稱為直流保護(hù)。

（1）交流側(cè)保護(hù)

主要包括換流變壓器保護(hù)和交流濾波器保護(hù)等。

（2）直流側(cè)保護(hù)

主要包括換流器保護(hù)、極母線保護(hù)、極中性母線保護(hù)、雙極中性母線保護(hù)接地極引線保護(hù)、直流濾波器保護(hù)以及平波電抗器保護(hù)。

（3）直流線路保護(hù)

直流線路保護(hù)系統(tǒng)主要由行波保護(hù)、低電壓保護(hù)、縱差保護(hù)和橫差保護(hù)等保護(hù)構(gòu)成，其中行波保護(hù)為主保護(hù)，低電壓保護(hù)為其后備保護(hù)，縱差保護(hù)和橫差保護(hù)為上兩者的后備保護(hù)。

2 直流輸電系統(tǒng)保護(hù)特點

直流輸電系統(tǒng)的保護(hù)必須根據(jù)實際工程區(qū)別配備，主要是由于其跟直流控制系統(tǒng)、交流系統(tǒng)繼電保護(hù)和其他換流站等有密切的關(guān)系[1～3]。

（1）與直流控制系統(tǒng)關(guān)系密切

一般地，在直流系統(tǒng)故障時或者異常運(yùn)行狀況下，首先將通過控制系統(tǒng)對故障進(jìn)行抑制，主要是基于控制系統(tǒng)的快速性，所以直流系統(tǒng)保護(hù)應(yīng)與直流控制系統(tǒng)的功能和參數(shù)應(yīng)正確協(xié)調(diào)配合。

（2）與交流系統(tǒng)繼電保護(hù)關(guān)系密切

對于直流輸電系統(tǒng)，由于其兩側(cè)（整流側(cè)和逆變側(cè)）分別通過換流變壓器和交流輸電系統(tǒng)相連，所以，交流系統(tǒng)故障時或者異常運(yùn)行狀況下，都會對直流輸電設(shè)備產(chǎn)生影響。

（3）兩端換流站的保護(hù)控制關(guān)系密切

直流輸電線路縱差保護(hù)的部分判據(jù)需要根據(jù)兩站極間通信傳輸數(shù)據(jù)，以獲取對側(cè)站的信息，當(dāng)輸電線路發(fā)生故障時，保護(hù)必須故障及時切除，以避免兩側(cè)設(shè)備受到過應(yīng)力影響。

直流輸電系統(tǒng)保護(hù)還跟設(shè)備集成、微機(jī)化、多重冗余配置和技術(shù)方案等方面的因素有關(guān)[5]。

3 直流輸電系統(tǒng)保護(hù)分區(qū)

直流輸電系統(tǒng)根據(jù)其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)配置可以劃分為以下三個保護(hù)劃分方案，方案一和方案二保護(hù)配置方案分別圖1和2所示[2]。

方案三和方案二保護(hù)分區(qū)基本相同，不同之處在于，方案三中直流濾波器區(qū)為單獨保護(hù)分區(qū)，不在保護(hù)4內(nèi)。

4 總結(jié)

本文針對直流輸電系統(tǒng)的保護(hù)種類和保護(hù)分區(qū)原理進(jìn)行了探討，并對不同保護(hù)分區(qū)方案進(jìn)行了總結(jié)分析。隨著我國高壓直流輸電系統(tǒng)電壓的不斷提升，短路電流的不斷增大，以及多端直流系統(tǒng)的不斷形成，對控制和保護(hù)設(shè)備的性能要求也必將不斷提高。

參考文獻(xiàn)

[1]中國電力工程顧問集團(tuán)中南電力設(shè)計院有限公司.高電壓直流設(shè)計手冊[M].中國電力出版社，2017.

[2]中國南方電網(wǎng)超高壓輸電公司，華南理工大學(xué)電力學(xué)院.高壓直流輸電系統(tǒng)繼電保護(hù)原理與技術(shù)[M].中國電力出版社，2013.

[3]趙成勇.柔性直流輸電建模和仿真技術(shù)[M].中國電力出版社，2014.

[4]耿建風(fēng).柔性直流輸電系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)[M].中國電力出版社，2013.

[5]趙畹君.高壓直流輸電工程技術(shù)[M].中國電力出版社，2016.