[发明专利]基于高压直流输电线路的电流差动保护方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统高压直流输电线路继电保护的研究领域，具体地，涉及一种基于高压直流输电线路的电流差动保护方法。

背景技术

随着我国科学技术的发展，超高压、特高压直流输电系统在我国得到了广泛的运用，现已建成、正在筹建多条±800kV特高压直流输电线路，为我国未来电能输送将发挥无可替代的巨大贡献。为了确保上述线路安全稳定地发挥效能，必然需要相应可靠的继电保护来保驾护航。

由于历史缘故，受技术、工艺等因素的制约，不像交流输电那样控制与保护彼此分开、相互独立的特点，即直流系统的相关故障有时不得不通过潮流控制消除。正是由于其特殊的运行机理和控制方式，造成了相关的运行事故。根据我国已投运的直流输电系统所配备的继电保护主要来源于ABB公司和SIEMENS公司的事实，因此在此所涉及传统的继电保护主要包括以行波保护、微分欠压保护等构成的主保护和以电流差动保护、低电压保护等构成的后备保护，由此形成直流输电线路相对完整的继电保护体系。

行波保护的特点在于有效地利用了故障发生时从故障点向外侧传播的暂态故障行波，达到鉴别故障性质的目的。各公司在利用行波的特性时所反映的状态将有所不同，因此在动作时间、抗干扰能力和耐故障电阻等方面也体现出微量的差异。但是行波保护的最大缺陷是可靠性较差，容易受到外界电磁干扰的影响，特别是雷电等干扰因素的影响，往往会引导发生保护误动；其次，也体现出行波保护在耐故障电阻、故障分辨灵敏度以及保护整定等方面存在着不可克服的原理性缺陷；最后，它对数据的采集速率和测量精度都提出了较高的技术要求。

微分欠压保护的特点在于如何获得电压的微分计算结果以及实际幅值的变化定量确定保护的动作情况，它既是直流输电线路的主保护，又承担行波保护的后备保护作用。它的动作速度略微迟于行波保护，特别作为微分欠压保护，可以在行波保护退出、电压变化率不足以启动保护时发挥相关作用。但是耐故障电阻能力低、故障甄别灵敏度差和缺乏必要理论支持是它的主要弱点。

低压保护的特点在于对运行电压幅值状态进行检测以确定保护动作，它的实际使用率不高且理论研究也相对不足。低压保护主要包括线路和极控两种，前者的整定值相对较高，它动作后将启动线路重启程序，而后者则动作后将闭锁故障极，因此已经超出线路保护的范畴。它应该在行波保护、微分欠压保护未动并且电流差动保护来不及动作的情况下发挥其保护功能。但是它的主要问题在于整定缺乏依据、没有方向识别功能及动作速度仍较慢等。

传统电流差动保护的特点在于无论直流线路的拓扑结构如何，都能确保其具有绝对的故障甄别选择性。但是在该算法中没有考虑超长距离线路分布电容以及潮流控制所呈高频谐波的影响，也缺乏交流差动保护所设制动量的平衡，因此只能通过调高动作门槛或者增加等待延时等待两种方法确保相关保护的可靠性。通过调高动作门槛可以避免相关干扰所带来的影响，但是同时也降低了故障甄别的灵敏度。通过增加等待延时可以获得干扰衰减后灵敏甄别故障的效果，但是保护的速度将明显降低。实际动作速度较交流差动保护要慢许多，根据分析等待延时需达到秒级。由于在直流输电的调控过程中，电力电子控制的反应速度相对更快，因此多次引发极控低压保护及最大触发角保护的动作，造成闭锁故障极，线路因此被迫停运这样的运维事故；同时，该差动保护几乎不能甄别高阻故障。

除了上述诸项保护之外，还根据在交流系统中成熟的实践经验相应提出了的若干种其它的保护方案，如电流横差保护和线路距离保护，以及根据在直流输电中所呈现功率倒向现象、方向元件适用性等方面广泛获得的研究成果。由于上述保护也都存在原理性的局限性，因此只能作为后备保护或者某项保护的辅助功能项。

继电保护往往缺乏严密的定性分析结论和可信的定量估测结果，因此不得不依靠基于理想模型的分析结论，通过实验仿真验证去实际调整保护的整定，没有明确的分辨界限和甄别裕度，同时分析的目标过于单调，缺乏关联性和对比性，一旦其中任何一个电气信号的测量状态发生变化都会严重扭曲保护的整体性能，因此继电保护—特别在直流输电中—延时就成为一种不可缺少的补偿手段。

综上所述，现有技术存在以下缺陷：现有的继电保护往往缺乏严密的定性分析结论和可信的定量估测结果，因此不得不依靠基于理想模型的分析结论，通过实验仿真验证去实际调整保护的整定，没有明确的分辨界限和甄别裕度，同时分析的目标过于单调，缺乏关联性和对比性，一旦其中任何一个电气信号的测量状态发生变化都会严重扭曲保护的整体性能。

发明内容