特高压直流输电线路电压突变量保护优化

特高压直流输电线路电压突变量保护优化

赵震

江西腾达电力设计院有限公司 江西省南昌市 330000

摘要：特高压直流输电线路保护一般都配置行波保护、电压突变量保护作为主保护，线路低电压保护、线路纵差保护作为后备保护。近几年来，特高压直流输电工程的直流输电线路长度不断创造新的记录，直流输电线路越长，两极直流输电线路之间的耦合越紧密。在特高压直流工程的试验过程中，经常发现当某一极的2个阀组处于运行状态，而另外一极只有1个阀组处于运行状态时，2个阀组运行的一极发生线路故障会导致只有1个阀组运行的一极的电压突变量保护发生误动。特高压直流工程在两极线路相继发生故障时会直接双极闭锁而不进行直流线路故障再重启逻辑，极大地增加了特高压直流工程的双极闭锁风险。

关键词：特高压；直流输电线路；电压突变量；

引言

随着我国电力的不断发展，输电线路的使用数量不断增加，且输电线路最高电压值也在不断上升。国家提出了110～750kV输电线路施工及验收阶段的标准，其中提到了电压在220kV以上线路应采用张力放线来进行施工，该方法可以减少导地线与地面的摩擦。然而在实际放线过程中，由于导地线、牵引绳等的柔性使系统在放线过程中会产生一定的波动，进而在放线过程中需要加大功率以完成放线工艺。为了减小系统的功率输出，需要研究放线过程中的振动情况。

1时模变换

相对于线路的电抗、电容来说，因为其电导、电阻很小，所以文中忽略2条直流输电线路的电导和电阻，并且定义特高压直流输电系统额定电压为+800kV的极为正极，额定电压为－800kV的极为负极。直流输电线路故障发生以后，故障特征量以波的形式从故障点向线路的两端传播，两极直流输电线路任意一处的电压和电流间的关系如式所示式中:U1，U2分别为正极、负极的电压;I1，I2分别为为正极、负极的电流;x为线路的某一处距坐标点的长度;L为单位长度线路的自感;C为单位长度线路的自容;ML，MC分别为单位长度线路的互感和互容;t为时间。

2正弦激励下的谱分析

由于正弦振动是随机振动中的特例，故而可以采用该方法来进行求解。通过系统进行谐响应分析得出，在输入正弦载荷Fy=sin(0．102πt)(f0=5．1×10－2Hz)的条件下，系统的总位移幅值在共振点附近达到了近50m，为了分析正弦激励作用下的瞬态振动，且验证稳态结果的正确性，本文对在该载荷作用下系统施加点y向位移采用随机振动分析方法来进行计算。在进行响应谱分析之前，需要求解正弦载荷的功率谱密度函数。本文采用一种求解功率谱密度的方法，即功率谱密度为x(t)的自相关函数的傅里叶变换，该方法也被称为维纳－辛钦定理。根据该定理，先求解其自相关函数为:通过对其进行傅里叶变换可以得到正选激励的功率谱密度(f≥0)为:式中:δ(f－5．1×10－2)为狄拉克函数，该函数在定义域上除f=5．1×10－2Hz处函数值为∞，其余函数值均为0，其在整个定义域上的积分等于1。则S(f)在定义域上的积分为1/2，与正弦激励Fy的方差相等，也进一步说明该定理的正确性。

3双极直流线路差动保护的实用判据

双极直流输电系统的线路发生故障时，双极线路间及线路与大地间均存在电气量的耦合，这种耦合将影响故障分析的准确性，为此，采用如下的相模变换矩阵来解耦线路上各电气量。解耦后得线模电流1I和地模电流0I分别为式中，poI和neI分别为流经正极线路和负极线路的电流，下标po和ne分别表示正极和负极。相应地，输电线路各模量参数为ZL、ZM和YL、YM分别为单位长度线路的自阻抗、互阻抗和自导纳、互导纳，Zc1、Zc0和1、0为传输线的线模特征阻抗、地模特征阻抗和线模传播常数、地模传播常数，下标1和0表示线模和地模。由式(12)可知，地模电流仅在线路发生不对称故障（即单极接地故障）时存在，而线模电流在线路发生单极故障和极间故障时均存在。

4特高压直流电压突变量保护的改进

4.1保护原理

正极和负极共模分量的传输回路都包含大地，而且极性相同，而差模分量只在由两极线路、阀组所构成的回路上传输。接地故障发生后，故障电流的回路包含了大地，所以接地故障必定产生故障波共模分量变化量。当正极发生接地故障时，共模分量的变化量小于零(地电压减正极初始电压)，如式所示。当负极发生接地故障时，共模分量的变化量大于零(地电压减负极初始电压)，如下式所示。当没有接地故障时，共模分量的变化量等于0。综上，将共模分量变化量的极性作为电压突变量保护的判据能解决差模分量引起的非故障极电压突变量保护误动问题。

4.2性能分析

区内故障时，在差模分量到达保护测点时刻，传统的电压突变量保护不满足电压定值不会动作，必须要等到共模分量也到达保护测点处才能满足定值。根据推荐的整定方法，在本极发生区外故障时，增加的共模变化量极性判据仍然可以满足。因此，在本极线路发生区外接地故障时，改进后的电压突变量保护的可靠性、灵敏性和耐过渡电阻的特性取决于Uset1(或－Uset1)和Uset2(或－Uset2)，与改进前相比并无差异。在另外一极线路发生接地故障时，增加的共模分量变化量的极性判据避免了双极线路的耦合导致保护误动，提高了可靠性。另外，因为改进算法的核心理论是基于共模分量和差模分量传播速率的差异，而共模分量和差模分量传播速率只取决于线路的参数，与接地故障电阻大小无关，所以改进算法既适用于金属性接地故障，又适用于非金属性接地故障。

4.3根据运行季节的特点，做好电源通道的日常维护工作

输配电线路运行环境的有效管理对保证线路运行安全具有重要意义。在日常运行管理实践中，要做好日常清洁工作。比如，在某个辖区内，大部分树木在山区生长旺盛，输配电线路运行环境复杂，增加了运行安全隐患。树木与线路的安全距离不达标，雷雨季节极易造成线路跳闸事件。为给线路提供畅通的走廊，确保迎峰度夏期间的供电安全，组织开展通道清理工作，消除树木隐患。通过对通道的安全检查和隐患排查，对多余的枝叶进行修剪和切割，全面解决树与线的矛盾，不留死角，确保10kV及以下低压线路走廊安全畅通，确保人身安全和线路安全运行电网，保证供电的可靠性。在清除树障的过程中，要在做好法律法规宣传的同时，增强用户的保护意识，维护输配电线路的安全运行，营造良好的供配电环境。

结束语

特高压直流输电系统在两极运行阀组数目不一致时，传统的电压突变量保护存在误动风险，如果误动，两极线路相继故障会导致特高压直流双极闭锁。电压突变量保护在区内故障时，其灵敏性、可靠性、快速性、选择性与传统的电压突变量保护无本质区别，但是在区外故障时，其可靠性和选择性优于传统的电压突变量保护，降低了特高压直流工程双极闭锁风险。

参考文献

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