鄒根水 王永勝

【摘 ?要】行波保護作為直流線路的主保護，通過檢測直流線路故障后行波波頭，快速隔離故障。本文結(jié)合行波保護工程中的實際應用，分析了直流線路行波保護原理、適用性、存在問題等內(nèi)容。

【關鍵詞】直流線路;行波保護;原理

引言

隨著吉泉、靈紹等多個直流輸電工程的投運，直流輸電電壓等級越來越高，輸送距離越來越遠。直流線路走廊沿途地理氣候條件復雜，跨越山河、丘陵無數(shù)，線路故障已經(jīng)成為直流系統(tǒng)故障的多發(fā)因素?？煽康闹绷骶€路保護是直流系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的重要保證，行波保護憑借著直流線路故障中優(yōu)越的速動性，一直占據(jù)著主保護的地位。

1 行波的概念

當線路很長或電源頻率很高時，同一時刻線路上不同位置的電壓電流數(shù)值并不相同，即電壓和電流是時間和空間的函數(shù)。假定線路為均勻無損傳輸線，電感、對地電容均勻分布，單根導線微段的等效電路如下圖：

其中，波速 ，波阻抗 。式中電壓和電流的解都包括兩個部分：一個是 的函數(shù)，表示對一固定數(shù)值 ，將以速度 向 的正方向移動;一個是 的函數(shù)，表示對一固定數(shù)值 ，將以速度 向 的反方向移動。可以理解為線路某端合于直流電壓源時，近處電容立即充電;而遠處的電容由于電感的存在隔一段時間才能充電。即一個電壓波以一定的速度沿 方向傳播，在導線周圍建立電場的過程。同理，電容充放電時，將有電流流過電感，所以也有一個電流波同時沿 方向傳播，在導線周圍逐步建立磁場的過程。這種電壓和電流以波的形式沿導線傳播稱之為行波。

2 直流線路行波保護優(yōu)勢及原理

直流線路故障時，控制系統(tǒng)會通過調(diào)整觸發(fā)角的方式減小故障電流的增加，因此故障電流不會像交流線路那樣大。因此通過比較正常和故障時的穩(wěn)態(tài)電流來判定是否發(fā)生故障是非常困難的，且傳統(tǒng)的反映于穩(wěn)態(tài)工頻量信息的變化動作的繼電保護已不能適用于直流線路保護。

行波傳輸特性：行波傳輸時遇到線路某點上的參數(shù)或波阻抗發(fā)生變化，就將在變化點發(fā)生折射和反射。經(jīng)折射的波被電感、電容緩沖，使得波頭拉長，且隨著電感、電容值的增大，對波的平緩作用越明顯。

3 行波保護中故障判斷方法

3.1 軟件基本原理

3.2 極波變化率判定故障發(fā)生

由式1可得，極波數(shù)學本質(zhì)上是故障所致不平衡方程，物理本質(zhì)則是故障點的電壓反行波。通過實測電流 （A）與極波波阻抗 （?）求得波頭電壓與實測電壓 （kV）差值即極波值（ ）。采集離散信號，差分代替微分的方法計算極波變化率：測量2次極波采樣值的差值來檢測波頭。若該差值超過閥值，保護被啟動并保存前一個點為波前點，并與之后3個不同的測量值相差來決定此波頭是否超過閥值。若這3次差值均大于閥值，就認為線路故障。

3.3 電流變化率判定區(qū)內(nèi)故障

根據(jù)直流系統(tǒng)不同的故障，線路兩端電壓、電流呈現(xiàn)出不同極性變化，電流的正極性變化可以區(qū)分整流側(cè)區(qū)外故障，利用初始行波的波頭陡度可以區(qū)分逆變側(cè)區(qū)外故障。

以15個周期為樣本，通過連續(xù)檢測電流變化率（陡度），同時以電流上升作為方向判別元件，當連續(xù)4次檢測電流上升變化率均大于定值時，判定故障為區(qū)內(nèi)故障。

3.4 低電壓閉鎖雷電干擾

線路遭受雷擊同樣會在線路上產(chǎn)生雷電正向和反向行波，行波特性與故障行波特性非常相似難以區(qū)分。

雷擊后未發(fā)生故障，線路電壓短時內(nèi)會圍繞極線電壓上下交替變化但幅值較小;雷擊后發(fā)生接地故障，線路電壓短時會出現(xiàn)電壓驟降并圍繞零值上下波動。利用此特性，可以區(qū)分雷擊故障和雷電干擾。保護軟件中通過檢測故障發(fā)生后線路低電壓現(xiàn)象且延時2s后仍未恢復來排除雷電干擾。

3.5 問題

1.當線路末端發(fā)生接地故障時，地模波受距離影響衰減較為嚴重，故配置了微分欠壓保護作為后備;當線路發(fā)生高阻接地故障時，行波經(jīng)線路衰減嚴重、波頭識別困難，故又配置了縱差保護作為高阻接地時的后備。

2.行波保護軟件受固件限制實際采用了離散差分的形式來捕捉電流和電壓瞬時值，抗干擾能力差。經(jīng)驗證，當給行波保護添加了雷電干擾判據(jù)和電流變化率判據(jù)后，行波保護抗干擾能力明顯加強。

4 總結(jié)

本文結(jié)合行波保護工程中的應用，分析直流線路行波保護原理、適用性、存在問題等內(nèi)容，為了解特高壓直流線路行波保護應用及原理提供了一定的幫助。

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作者簡介：

鄒根水（1981-），男，江西新干人，工程師，現(xiàn)在浙江省電力有限公司檢修分公司從事運維工作。

（作者單位：國網(wǎng)浙江省電力有限公司檢修分公司）