對(duì)高壓直流輸電線路的故障我處及其線路保護(hù)進(jìn)行了分析與探討，針對(duì)直流線路故障的特點(diǎn)，對(duì)各種保護(hù)原理進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，認(rèn)為行波保護(hù)作為HVDC系統(tǒng)線路保護(hù)的主保護(hù)符合高壓直流輸電線路故障特征并具有絕對(duì)的優(yōu)越性，為高壓直流輸電線路行波保護(hù)的分析與研究提供了理論基矗

　　關(guān)鍵詞：高壓直流輸電;線路保護(hù);行波保護(hù)

　　0引言

　　高壓直流輸電近年來(lái)在世界上得到了訊速的發(fā)展，到目前為止，總?cè)萘窟_(dá)50GQW左右。其中，在我國(guó)相繼建成了100KV舟山海底電纜送電工程、500KV葛上直流輸電工程、500KV天廣直流輸電工程，以及正在建設(shè)的三峽直流輸電工程。因此，如何提高直流線路運(yùn)行的安全性與可靠性已成為迫切需要解決的問(wèn)題，而高壓直流線路保護(hù)則是直流線路安全穩(wěn)定運(yùn)行的基本保障，因此，有必要對(duì)直流線路保護(hù)的主保護(hù)-行波保護(hù)的原理與保護(hù)方案進(jìn)行進(jìn)一步的研究與改進(jìn)。

　　1HVDC系統(tǒng)故障特征及其線路保護(hù)

　　1.1高壓直流輸電技術(shù)的優(yōu)越性及其應(yīng)用

　　現(xiàn)代直流輸電技術(shù)普遍采取交流-直流-交流的換流方式，高壓直流輸電技術(shù)之所以得到如此蓬勃的發(fā)展，是因?yàn)樗徒涣鬏旊娤啾龋哂忻黠@的優(yōu)越性：

　　1)同樣截面的導(dǎo)線能輸送更大的功率，并且有功損耗更小;

　　2)直流輸電能迅速精確地實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)控制，以提高電能質(zhì)量和供電可靠性;

　　3)流只有正負(fù)兩極，輸電線路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且當(dāng)輸電距離大于交直流輸電等價(jià)距離時(shí)直流線路更節(jié)省投資;

　　4)每根導(dǎo)線都可以作為一個(gè)獨(dú)立回路運(yùn)行，并且可以采用大地或海水作回路;

　　5)http://www.mechnet.com.cn/

　　6)電纜線路可以在較高的電位梯度下運(yùn)行;

　　7)直流輸電的兩端交流系統(tǒng)之間有存在同步運(yùn)行穩(wěn)定問(wèn)題;

　　8)可以聯(lián)絡(luò)兩個(gè)不同頻率的交流系統(tǒng)，聯(lián)絡(luò)線上的功率易于控制。

　　目前，高壓直流輸電技術(shù)在遠(yuǎn)距離大容量輸電、海底電纜輸電、兩個(gè)交流系統(tǒng)的互聯(lián)、大城市地下輸電、減小短路容量、配合新能源輸電等方面都得到了廣泛的應(yīng)用。

　　1.2直流線路故障過(guò)程

　　直流架空線路發(fā)生故障時(shí)，從故障電流的特征而論，短路故障的過(guò)程可以分為行波、暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)三個(gè)階段。

　　1)初始行波階段

　　故障后，線路電容通過(guò)線路阻抗放電，沿線路的電場(chǎng)和磁場(chǎng)所儲(chǔ)存的能量相互轉(zhuǎn)化形成故障電流行波和相應(yīng)的電壓行波。其中電流行波幅值取決于線路波阻抗和故障前瞬間故障點(diǎn)的直流電壓值。線路對(duì)地故障點(diǎn)弧道電流為兩側(cè)流向故障點(diǎn)的行波電流之和，此電流在行波第一次反射或折射之前，不受兩端換流站控制系統(tǒng)的控制。電壓、電流行波的波動(dòng)方程分別為：

　　上式的達(dá)朗貝爾解為：

　　則是指反向電壓行波(backwardwave)。

　　2)暫態(tài)階段

　　經(jīng)過(guò)初始行波的來(lái)回反向和折射后，故障電流轉(zhuǎn)入暫態(tài)階段。直流線路故障電流主要分量有：帶有脈動(dòng)而且幅值有變化的直流分量(強(qiáng)迫分量)和由直流主回路參數(shù)所決定的暫態(tài)振蕩分量(自由分量)。在此階段，控制系統(tǒng)中定電流控制開(kāi)始起到較顯著的作用，整流側(cè)和逆變側(cè)分別調(diào)節(jié)使滯后觸發(fā)角增大，抑制了線路兩端流向故障點(diǎn)的電流。

　　3)穩(wěn)態(tài)階段

　　最終，故障電流進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，兩側(cè)故障電流提供的故障電流穩(wěn)態(tài)值被控制到等于各自定電流控制的整定值，兩側(cè)流入故障點(diǎn)的電流方向相反，故障點(diǎn)電流為兩者之差，即為電流裕額△Id。

　　1.3高壓直流線路保護(hù)的要求與配置

　　直流線路發(fā)生故障時(shí)，一方面可以利用橋閥控制極的控制來(lái)快速地限制和消除故障電流;一方面由于定電流調(diào)節(jié)器的作用，故障電流與交流線路相比要小得多。因此，對(duì)直流線路故障的檢測(cè)，有能依靠故障電流大小來(lái)判別，而需要通過(guò)電流或電壓的暫態(tài)分量來(lái)識(shí)別。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

　　然而，系統(tǒng)中運(yùn)行的絕大多數(shù)繼電保護(hù)都是反映于后穩(wěn)態(tài)工頻信息而動(dòng)作的，例如電流增大、電壓降低、電流和功率方向改變、測(cè)量阻抗減小等故障信息。并且這類保護(hù)依靠的是穩(wěn)態(tài)工?量信息，需要較長(zhǎng)的時(shí)間(數(shù)據(jù)窗)來(lái)獲取，限制了微機(jī)保護(hù)動(dòng)作的速度;電流互感器飽和造成二次傳變電流失真，使得微機(jī)保護(hù)中的計(jì)算值與實(shí)際故障電流的差別很大，從而引起保護(hù)裝置的不正確動(dòng)作;工頻距離保護(hù)不能正確區(qū)分線路區(qū)內(nèi)故障和系統(tǒng)振蕩。可見(jiàn)，依賴工頻量信息的傳統(tǒng)保護(hù)已經(jīng)不能適應(yīng)超高壓長(zhǎng)距離直流輸電的需要了。因此，一種基于故障態(tài)信息的新原理保護(hù)---行波保護(hù)成為解決問(wèn)題的關(guān)鍵。

　　目前，世界上廣泛采用行波保護(hù)作為高壓直流線路保護(hù)的主保護(hù)，它是利用故障瞬間所傳遞的電流、電壓行波來(lái)構(gòu)成超高速的線路保護(hù)。由于暫態(tài)電流、電壓行波不受兩端換流站的控制，其幅值和方向皆能準(zhǔn)確反映原始的故障特征而有受影響，可見(jiàn)其可靠性是很高的。而且，同基于工頻電氣量的傳統(tǒng)保護(hù)相比，行波保護(hù)具有超高速的動(dòng)作性能，其保護(hù)性能不受電流互感器飽和、系統(tǒng)振蕩和長(zhǎng)線分布電容等的影響。

　　另一方面，相比于交流系統(tǒng)，在直流系統(tǒng)中行波保護(hù)具有更明顯的優(yōu)越性。首先，在交流系統(tǒng)中，如果在電壓過(guò)零時(shí)刻(初相角為0°)發(fā)生故障，則故障線路上沒(méi)有故障行波出現(xiàn)，保護(hù)存在動(dòng)作死區(qū);直流系統(tǒng)中不存在電壓相角，則無(wú)此限制。其次，交流系統(tǒng)中電壓、電流行波的傳輸受母線結(jié)構(gòu)變化的影響圈套，并且需要區(qū)分故障點(diǎn)傳播的行波和各母線的反射波以及透射波，難度較大;由于高壓直流線路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，也不存在上述問(wèn)題。

　　目前，高壓直流線路保護(hù)普遍以行波保護(hù)(travelingwaveprotection)作為主保護(hù)，當(dāng)直流線路發(fā)生故障時(shí)，從故障點(diǎn)到兩端換流站會(huì)分別反射不同的故障電壓、電流行波，據(jù)此可以檢測(cè)故障。行波保護(hù)動(dòng)作時(shí)，將起動(dòng)直流線路故障恢復(fù)順序控制(整流側(cè))，即按預(yù)先設(shè)定的次數(shù)，按一定的去游離時(shí)間，全壓起動(dòng)或降壓起動(dòng)故障的直流極;若經(jīng)重起動(dòng)后仍不成功，將閉鎖兩端閥組。

　　同時(shí)，高壓直流線路保護(hù)采用低電壓保護(hù)(lowvoltageprotection)、斜率保護(hù)(derivativeandlevelprotection)、縱差保護(hù)(longitudinaldifferentialprotection)等作為行波保護(hù)的后備保護(hù)。

　　2行保護(hù)的分類與HVDC發(fā)展動(dòng)向

　　迄今為止，國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了基于多種原理的行波保護(hù)，按照有無(wú)通道分，主要有兩類：有通道保護(hù)和無(wú)通道保護(hù)，如表1所示：

　　目前，高壓直流輸電正處于大力發(fā)展階段。我國(guó)和世界上其它許多國(guó)家一樣，正在現(xiàn)有的建設(shè)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，積極開(kāi)展直流輸電技術(shù)的研究和發(fā)展工作。由于高壓直流輸電技術(shù)所涉及的問(wèn)題非常廣泛，為了突出重點(diǎn)，下面簡(jiǎn)要介紹直流輸電的幾個(gè)主要發(fā)方向以及研究課題：

　　1)輸電參數(shù)越來(lái)越高。目前民辦上運(yùn)行參數(shù)最高的巴西伊泰普(Itapu)直流輸電工程的運(yùn)行參數(shù)已經(jīng)達(dá)到：±600KV，3150MW，783km。

　　2)基于串聯(lián)電容換相的換流器技術(shù)。

　　3)基于電壓源換流器的輕型直流輸電系統(tǒng)。

　　4)研制高參數(shù)大容量可控硅元件，改進(jìn)換流閥的機(jī)、電、熱各方面的結(jié)構(gòu)，以進(jìn)一步降低換流器的造價(jià)和可靠性。

　　5)研究交、直流的并列(或并聯(lián))運(yùn)行和調(diào)節(jié)，以提高輸送功率的極限。

　　6)研制直流斷路器和發(fā)展多端直流系統(tǒng)。

　　7)緊湊型換流站的設(shè)計(jì)和應(yīng)用。

　　8)應(yīng)用新技術(shù)縮短直流線路的保護(hù)動(dòng)作時(shí)間和提高保護(hù)動(dòng)作的可靠性。

　　3結(jié)論

　　本文對(duì)高壓直流輸電的故障特征及其線路保護(hù)進(jìn)行了一些探討，可得出以下結(jié)論：#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

　　1)高壓直流輸電的故障特征和對(duì)線路保護(hù)的要求決定了行波保護(hù)作為線路保護(hù)主保護(hù)的地位。

　　2)基于現(xiàn)有的CT、PT的傳變特性，可采用前述的檢測(cè)電壓下降率，行波突變量以及地模波極性的方法來(lái)作為行波保護(hù)判據(jù)，其動(dòng)作性能具有一定的可靠性。

　　3)隨著光CT、光PT、高速數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)以及GPS的應(yīng)用，基于小波變換的行波距離保護(hù)作為一種高速可靠的行波保護(hù)方案，已具有實(shí)用性。