高压直流输电线路保护的前加速
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摘要：电力的发展是我国整体经济发展之基础。目前高压/特高压直流输电工程中基于行波等原理的直流线路快速保护的耐高阻能力不强，而针对高阻接地故障的基于差动等原理的慢速保护的动作速度又很慢。交流线路保护中靠近电源侧的前加速先无选择性地快速动作，而后再通过重合闸来纠正这种非选择性动作。
关键词：高压直流输电;线路保护;前加速
引言
随着我国经济的快速发展，人们生活水平的提高，对于用电需求与日俱增。科学技术在不断的创新发展之中，电气工程对于社会生产发挥着越来越重要的作用，应用的范围愈加广泛，直流输电线路是电力系统的重心所在，将电能的产出与用电进行连接，起到传输电能的重要作用。
1高压直流输电线路概述
高压直流输电线路是利用稳定的直流电进行电力的传输，具有无感抗、无容抗、无同步等优点，与交流输电相比，直流输电的输送电容量更高、输电的距离更远、电流网络的建立更加容易、高压功率的调节更加方便等众多的优势特点，被广泛的应用在大功率远距离的直流输电之中，高压直流输电线路相较于交流输电更适合我国地缘辽阔的特点。输电过程为直流，通常是运用海底电缆输电与陆地高空架线两种方式，国际上第一条高压直流输电线路是1954年在瑞典被建造成功投入使用。高压直流输电可以将两大电力系统的非同时联网运行与不同频率的电力系统进行联网，可以减小输电过程中造成的低频振动现象。与此同时，高压直流输电线路在应用的过程中也面临着很多的不足和缺陷，主要包括直流输电系统目前来说只能实现定点输送，不能在输电的过程中进行电流的分支建立，尽管在创新应用的过程中已经有电力公司研发出三端直流输电，但是还不能解决电路在分流过程中的功率控制问题，并且成本投入过高，还不能进行实际上的投入使用。
2直流线路保护的分区定义
常规直流线路保护的分区是根据保护设备的范围而定的，区内是直流输电线路，常规以直流线路侧电流测量点为边界;区外是除直流输电线路之外的任何电网区域。引入前加速概念后，对直流线路保护的分区领域给出如下定义。直流线路保护区内的定义：两换流站高压极母线线路侧直流电流测量点之间的直流输电线路区域，简称区内。直流线路保护区外的定义：全电网可判断并隔离的、不造成直流线路所在极停运的区域，简称区外。直流线路保护模糊区的定义：直流线路快速保护前加速段能够动作，而常规直流线路快速保护不动作（即不属于区内）;本身属于直流线路所在极的故障区，能够区分区外故障（即不属于区外），简称模糊区。逆变站站外交流电网接地故障一般会造成换相失败，整流站站外交流电网接地故障会造成直流谐波保护满足定值门槛。换流站外交流电网接地故障被隔离后，直流输电系统（或称直流线路所在极）仍然可以运行。根据定义，这种故障属于直流线路保护区外故障。虽然换流站母线接地故障给直流输电造成的现象与换流站外交流电网接地故障类似，但是母线故障被隔离后（指常规双母线均被隔离）直流输电系统并不能继续运行。所以换流站单母线接地故障属于直流线路保护区外故障，而引起换流站双母线被隔离的接地故障不属于区外故障。换流变压器故障被隔离后直流输电系统并不能继续运行。所以换流变压器故障也不属于区外故障。中性母线、双极区和接地极引线接地故障会造成直流系统停运，但一般不会造成直流线路快速保护（含前加速段）动作，这些区域接地故障不属于区外故障，也不属于模糊区故障，更不属于区内故障。另一极故障（不仅限于另一极线路故障）属于区外，因为另一极故障下另一极可以自行处理和隔离，符合直流线路保护区外的定义。
3特高压直流输电线路故障检测技术
当前阶段，技术水平不断提高，紫外、红外检测开始在高压、超高压输电线路检测中发挥作用，其效果非常显著，这两种检测技术也可以在特高压直流输电线路中加以运用。基于此，将紫外、红外检测技术为和信息技术进行融合，进行特高压输电线路检测。紫外检测技术本身带有不接触带电的优势，操作起来比较简单，能够对单位时间以内所有电晕脉冲数进行准确统计，以此明确当时的放电强度，对微小且稳定性强的局部放电进行检测，从而确定是否存在导线断股或者电晕放电等故障。红外检测技术可以支持远距离检测，同时具有不停电以及不接触等优势，设备温度分布通过图像的方式显示出来，如此便可以实现彻底消除故障。红外成像色谱分析最终生成的图片，从中可以将连接金具以及绝缘子等设备发热状况进行了解，做好线路状态评价。通过对特高压输电工程的分析可知其本身具有特殊性，选择红外、紫外成像仪的过程中，最好选择度数比较大的镜头，方便检测塔高以及山区等地区的电路。
4直流线路保护的前加速
4.1前加速段的实现
直流线路行波保护、电压突变量保护在原理上可以做到快速响应;通过降低保护的定值门槛水平可以保护高阻接地故障。直流线路保护前加速段的实现可以采用低门槛定值的直流线路行波保护、电压突变量保护，不排除增加一些辅助判据。具体而言，仿真试验中行波保护前加速段降低零模、线模突变定值;电压突变量保护前加速段提升电压突变定值（绝对值降低）;辅助判据提升直流电压低定值。这样设计的结果是，在直流线路保护模糊区的接地故障（可以含一定的接地过渡电阻）直流线路保护的前加速段会动作，且有纠正措施。直流线路保护的前加速段动作后处理策略---触发再启动逻辑，其实际第一个动作后果采用移相去游离而不是闭锁，这是能够实施纠正的有利条件，且期望这个纠正措施能够起作用。直流线路保护的前加速段允许超越区内界线，进入模糊区。而根据定义，模糊区属于直流的故障区，同时有配置的换流器保护、极区保护动作产生闭锁停运直流信号。在换流站间通信正常的情况下，直流线路保护模糊区（逆变站）的接地故障整流站直流线路保护前加速段动作，执行再启动逻辑的移相去游离;移相过程中收到逆变站换流器保护或极区保护动作产生的闭锁停运信号，中断移相重启逻辑而改为执行闭锁逻辑。而目前常规直流输电对同样故障的处理过程，整流站由于没有配置前加速段而没有任何保护动作，直至收到逆变站换流器保护或极区保护动作产生的闭锁停运信号，执行闭锁逻辑。对比可见，增加直流线路保護前加速段在整个故障期间及故障后处理过程中提前进行了移相，对直流输电并没有造成额外的效果，更没有造成危害，甚至还有益。
4.2带电作业间隙
以往超高压输电线路设计时，对需要带电作业的杆塔，应考虑带电作业所需的安全空气间隙距离。由于带电作业的方式是灵活多样的，根据多年的设计及运行经验，在一般情况下不会也不宜因考虑带电作业而增大塔头尺寸。不过，在设计中应尽可能从塔头结构及构件布置上为带电作业创造方便条件。
结语
将交流线路保护的前加速概念引入直流输电线路快速保护中，达到直流线路故障既快速又能适应高阻接地的目的;前加速段先动作而后通过闭锁等措施来纠正这种非选择性动作。
参考文献
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