摘要：随着高压直流输电工程中电压等级的升高以及各类新器件的使用，对输电线路的保护要求也更高。由于我国能源和用户负荷分布的不利，国家电网大力发展适用于长距离大容量输电的高压直流技术，以满足清洁能源输送、电力供应的迫切需要。基于此，本文主要对高压直流输电线路继电保护技术做论述。
关键词：高压直流；输电线路；继电保护技术
引言
输电线路一旦发生故障，不仅影响故障极线路，对非故障极线路以及交流系统运行也会造成干扰，严重影响到输电系统稳定可靠的输送电能。因此，输电线路保护对于直流输电系统的稳定运行有重大意义。
1继电保护系统整体功能要求
首先是继电保护系统必须与智能变电站主接线。及整体电网架构相适宜配套，因此在对继电保护系统进行设计时必须遵循以下原则：（1）基于电气设施故障特点配置继电保护系统。根据智能变电站的网络化特征，继电保护系统也必须具备这一特点，能够实时采集电气设施的相关数据并对其运行状态进行监控，再根据所搜集的数据和监控的运行状态来判断所发生故障的电气设施及其位置，进而对故障情况进行迅速处置。（2）基于继电保护对象的电压和重要等级进行设计。针对智能变电站中电压等级在以上的线路，需要继电保护系统同时具有主保护和备用保护相结合的功能。通过主保护设备可实现无延时跳闸，对故障部分迅速切断，由继电保护系统对电压等级较低的线路实现后备保护功能。除此之外，当所发生故障部分的继电保护装置不能正常运行时，其相邻的继电保护装置可实现延时跳闸，对该故障部分进行切断。（3）基于变电站的正常运行需求简化系统二次回路。继电保护装置和二次系统是整个继电保护系统的重要组成部分，二次回路具有保证继电保护装置正确进行保护动作的功能，同变电站安全生产息息相关。若继电保护系统的二次回路十分复杂，则继电保护装置将不能够及时对故障部分进行检测并作出相应保护，因此在满足变电站正常运行需求的基础上，尽量简化系统二次回路的接线。（4）避免相邻电气设施保护出现死区。需要通过合理配置电流互感器绕组和继电保护装置等手段，以避免变电站中相邻电气设施继电保护死区情况的发生。其次是继电保护系统变压器要求。变电站中最核心的设施是变压器，若变压器发生故障则变电站的电力系统将无法运转。针对变压器的特点，其保护装置必须具备高灵敏、快响应以及安全性好、可靠性高等特点。变压器继电保护包括主保护和后备保护两个部分，其中主保护必须具备差动、电流速断的保护功能，而后备保护必须具备过压、过流、过负荷、零序电流和非电量的保护功能。
2双极直流输电模型拓扑结构
在PSCAD/EMTDC仿真软件中的CIGREHVDC标准测试系统是对±500kV高压直流系统进行模拟，且换流站采用单极单个12脉动换流器，此标准测试无法满足本研究需求，因此结合高压直流输电工程的相关参数，建立PSCAD/EMTDC仿真模型。所建立的模型为±800kV双极高压直流输电系统仿真模型，直流线路部分采用相域频变参数模型，该系统的基础参数为：线路全长1418km，整流侧为定电流控制方式，逆变侧为定电流和定熄弧角控制方式，直流额定电压为±800kV，额定电流为3.125kA，直流传输功率为5000MW。
3UHVDC换相失效对AC保护的影响
当AC系统与DC系统相连接时，AC保护操作发生在AC故障引起的DC通信故障和相应的控制操作后的暂态期间。同时，AC系统在运行特性上变化较大，并产生干扰AC电网的非特征谐波，进而影响了基于基波电流相量的传统AC线路保护运行性能。
在AC-DC互联系统中，当AC系统发生故障并触发DC系统换相故障时，由于变换器的非线性特性，AC电网会受到DC系统非特征谐波的严重干扰。尤其是频率在50Hz左右的次谐波和间谐波的干扰不能通过传统保护方法的单周期或半周期傅里叶算法滤除。因此，基波电流相量的提取存在较大的计算误差。
4行波差动保护
根据行波差动电流可识别区内外故障的差异，从而构成行波差动保护。利用少量故障电流行波关键信息的模极大值进行数据交互，重构出能完美复现原故障电流行波的等效故障电流行波，并且能判别柔性直流线路区内的不同故障类型；结合行波保护天然的速动性和纵联差动保护的可靠性特点，提出纵联行波差动保护新原理；结合行波差动判据和行波能量比值闭锁判据的ＶＳＣ－ＨＶＤＣ直流线路行波差动保护方案；利用形态学交替混合滤波器的行波电流差动保护算法，采用电流行波积分差值作为保护动作依据；电气量行波和光纤信号在各个环节的时延效应，提出将总时延作为优化保护装置的选型和同步两侧数据的重要依据。行波差动保护根据线路两侧的电流行波差值判断是否动作，并且可以利用故障行波信息判别故障范围，大大提高了保护的可靠性。但由于计算电流行波时需要考虑传输时延以及行波在半波长线路中的衰减特性，同时对两侧的数据同步、通道速率及采样频率要求较高，从而制约了行波差动保护在柔性直流输电线路上的应用。未来，随着通信技术的发展以及高性能计算芯片的研制，将进一步推动行波差动保护在柔性直流输电线路中的应用。
5继电保护系统方案及配置根据设计原则
一是根据智能变电站特点进行模块化设计；二是采用站控层、间隔层和过程层三层结构布置；三是除主变电量保护之外，其余保护均采用单套配置保护设计方案。智能变电站继电保护系统包括以下三个层级：（1）站控层。远动工作站主机采用单套配置，内置MODEM，并配备３个站控层通讯以太网接口和相应的远动系统软件。站控层采用MMS和GOOSE通讯网络，网速100Ｍｂ／ｓ，单星型结构。操作人员可以通过后台主机和远动工作站采集运行数据、进行远程监测、故障分析以及程序化操作。（2）间隔层。通过间隔层可以实现站控层和过程层之间数据的传输交互，若站控层因故障不能对相关设备下发指令时，间隔层可以独自完成对间隔层相关设备就地控制的功能。并且间隔层还可以对其他间隔单元的非保护采样以及跳闸数据信息进行传输。（3）过程层。变电站相关的电气设备及传感器都在过程层中，通过过程层可对一次设备进行测控，实现一次设备的数字化和智能化，主要有采样电气量数据、执行间隔层指令等功能。过程层的保护功能是通过直接采样和直接跳闸来实现的，采样信号、跳闸信号可以利用P2P的通讯方式在过程层智能终端之间进行互相传输。
结语
总之，随着科技进步和智能化技术的日臻完善，智能变电站也逐步发展并因其经济技术优势而得到广泛应用。继电保护系统是智能变电站的重要组成部分，关系到智能变电站能否正常运行。根据智能变电站具体特点进行继电保护系统的设计，对于智能变电站实现安全高效运行具有重要的研究意义和实用价值。
参考文献
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