浅析高压直流输电线路继电保护技术.doc
郭蕾
摘 要：高压直流输电线路在传输容量、输电距离、经济性方面具备显著优势，这也是其广泛应用于我国大容量远距离输电领域的原因，基于此，本文简单分析了常见的高压直流输电线路继电保护技术，并简单介绍了新型高压直流输电线路继电保护技术，希望由此能够为相关业内人士带来一定启发。
关键词：高压直流输电线路；继电保护；小波能量相对熵
中图分类号：TM773 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）14-0202-02
近年来我国高压直流输电线路领域进步迅速，±800kV糯扎渡直流输电工程、向家坝至上海的±800kV直流输电工程的相继投入运行也证明了这一点，但在笔者的实际调查中发现，我国逐渐扩大化的交直流互联电网格局存在控制复杂、落点密集、输送容量大等特点，而为了避免这类特点对直流输电线路的稳定运行造成影响，正是本文围绕高压直流输电线路继电保护技术开展具体研究的原因所在。
1 常见的高压直流输电线路继电保护技术
1.1 常见技术分析
在高压直流输电线路继电保护领域，行波暂态量保护、微分欠压保护、纵联电流差动保护属于较为常见的保护技术，三种技术的各自特点如下所示。
1.1.1 行波暂态量保护技术
该技术能够利用高压直流输电线路故障时产生的反行波识别故障，由于反行波具备从故障点向两端传播的特征，这使得行波暂态量保护技术广泛应用于我国高压直流输电线路继电保护领域，这种广泛应用与行波暂态量保护技术具备的算法简单特点存在直接联系。但在笔者的实际调研中发现，现阶段行波暂态量保护技术存在易受干扰的不足，这是由于该技术在运行中存在灵敏度低、抗干扰能力差、对装置采样率要求高、需考虑雷电干扰问题等不足，这些不足必须得到高度关注[1]。
1.1.2 微分欠压保护技术
该技术能够依靠检测电压微分数值和电压幅值水平实现高压直流输电线路继电保护，很多时候微分欠压保护会兼做行波保护的后备。在笔者的实际调研中发现，相较于行波暂态量保护技术，微分欠压保护技术动作速度略慢但灵敏度和可靠性稍高，但考虑到高压直流输电线路继电保护现实需要，该技术仍存在的可靠性低、耐过渡电阻能力差等不足必须得到关注。
1.1.3 纵联电流差动保护
该技术属于现阶段我国高压直流输电线路继电保护领域的常用技术，该技术利用了双/多端电气量原理，但由于技术本身未考虑输电线路分布电容影响，纵联电流差动保护技术的差动保护判据成立需要等暂态过程消失，这种不足使得该保护技术往往动作速度过慢，作为后备保护的纵联电流差动保护往往很少有动作机会。
1.2 常见技术的改进
结合上述分析，本文选择了S地高压直流输电线路继电保护失配案例作为研究对象，图1为该案例的直流线路保护逻辑，可见该线路综合应用了行波暂态量保护技术、微分欠压保护技术、纵联电流差动保护技术，但故障特征的提取仅围绕线路自身的电压与电流故障特征展开[2]。
2017年12月18日，S地500kV甲线复电操作（合上50221隔离开关）过程发生了ABBHBL550型断路器L1相断口电容器爆炸、50221隔离开关拉弧故障，L1、L2出现相间短路故障，但受断路器保护动作失灵影响，线路同串的500kV2号主变压器跳闸，由此引发了一系列保护误动作，电力传输收到了严重负面影响。为深入了解故障，技术人员应用RTDS平台开展了不同保护区域故障保护失配情况梳理，由此可发现线路保护误动的出现与阀侧交流故障、极母线故障联系紧密，而线路保护选择性的失去则源于接地故障，高压直流输电线路继电保护技术受到的影响必须得到关注。
结合RTDS测试，技术人员得出了如下S地高压直流输电线路继电保护失配案例改进措施：（1）保护误动改进。测试中发现桥短路保护87CSY在误动作同时发生动作，因此采用了桥短路保护87CSY动作出口作为行波保护与微分欠压保护的闭锁信号，经过模拟后验证了这一改进措施的有效性。（2）失去选择性改进。结合RTDS测试，可发现行波暂态量保护技术、微分欠压保护技术动作判据均能够满足动作要求，但受闭锁信号RESFFPA影响，信号不能完全闭锁微分欠压保护技术保护输出，由此导致的技术失去选择性必须得到关注。考虑到微分欠压保护技术的保护展宽时间必须小于行波暂态量保护技术，因此需结合公式：
其中，代表时间裕度，其计算公式为：
公式中的、分别为欠压定值与微分定值，经过计算可得出ms、、为53ms，结合仿真波形分析，可以确定这一改进能够满足线路保护选择性要求。（3）保护拒动改进。结合实际分析，确定了行波暂态量保护技术采用50ms展宽0延迟输出，采用了用延时500ms纵差保护的纵差保护（53ms展宽20延迟输出）。结合近期实践成果，可以确定围绕S地高压直流输电线路继电保护失配案例开展的研究具备较高借鉴价值，RTDS测试的开展能够有效弥补各类继电保护技术存在的不足[3]。
2 新型高压直流输电线路继电保护技术
为更好满足我国高压直流输电线路继电保护需要，近年来我国涌现了一大批新型高压直流输电线路继电保护技术，基于小波能量相对熵的高压直流输电线路继电保护便属于其中典型，该技术能够通过识别小波能量相对熵判别高压直流输电线路故障信号，这使得该技术在高压直流输电线路纵联保护、单端保护领域均能够发挥不俗的效用。
结合图2开展分析不难发现，Z、iR1、il1、iR2、il2分别为输电线等效阻抗、正极线路R端检测到的电流值、正极线路I端检测到的电流值、负极线路R端检测到的电流值、负极线路I端检测到的电流值，由此开展深入分析可得出正极线路区内故障特征、负极线路区内故障特征，如两条线路发生短路故障，便会出现整流侧保护安装处测得的电压故障分量和电流故障分量方向相反情况。
结合高压直流输电线路电压和电流突变量方向特征，即可实现小波能量相对熵在其中的应用，其中小波能量相对熵的信息频带范围为：
统一化处理可得出：
Dj（k）指的是信号x（k）在不同尺度下的分量，继续分析可得出所有信号在尺度j下的能量和为：
xi（k）能量所占的比率为：
xi（k）相对于信号xl（k）的小波能量相对熵为：
由此将两信号小波能谱矩阵处理成概率分布序列，即可判断信号差别并满足高压直流输电线路继电保护需要。其算法流程可以描述为：“开始→获取电压、电流数据→计算电压、电流故障分量→小波分解重构→得到小波量矩阵→计算两端電压小波能量相对熵MR→计算两端电流故障分量小波能量相对熵MI→判断故障→结束”。结合上述流程不难发现，基于小波能量相对熵的高压直流输电线路继电保护技术能够以高压直流线路两端相对熵比值作为判据，开展相关仿真，可确定该技术在抑制噪声干扰、明确故障位置方面具备的优势。
3 结语
综上所述，高压直流输电线路继电保护技术具备较为广阔的应用前景。而在此基础上，本文涉及的基于小波能量相对熵的高压直流输电线路继电保护技术等内容，则证明了研究的实践价值。因此，在相关领域的理论研究和实践探索中，本文内容能够发挥一定参考作用。
参考文献
[1]胡如月.高压直流输电线路的继电保护技术[J].电子技术与软件工程，2018，（04）：233.
[2]赵航，林湘宁，喻锟.基于模量Hausdorff距离波形比较的直流输电线路选择性快速保护方案[J].中国电机工程学报，2017，37（23）：6888-6900+7079.
[3]郑茂然，余江，陈宏山.基于KPI的继电保护运行评价指标体系构建[J].山东大学学报（工学版），2017，47（06）：13-19.
