浅谈高压直流输电对交流电网继电保护影响

浅谈高压直流输电对交流电网继电保护影响

摘要：目前在交流电网的继电保护工作中尚且存在许多不足之处，需要工作人

员引起注意并且加以解决，比如直流输电的交流母线通过多条线路和多落点接入

交流电网，对含有直流馈入的电网做仿真分析，在直流馈入点附近采用受影响小

的继电保护装置等等，这些都是可取的措施。

关键词：高压直流；输电；交流电网；继电保护；分析

1导言

近年来我国尤其是沿海经济发达地区用电需求增长很大,但是我国能源丰富地

区大都在西部,这种能源和负荷分布不平衡的局面促使我国实行“西电东送”工程,因此,大力开发西南水电,采用特高压直流将电能输送到沿海经济发达地区势在必行。 2直流偏磁成因

对于特高压直流输电来讲，较之于常规高压直流输电有所区别，而且运行方

式也非常的复杂，即便是一个双极特高压直流输电系统其运行方式也可能达到二

十多种。当电极不对称以大地作为回路运行过程中，直流电流就会以大地作为一

部分构成一个回路，如此强大的电流会在接地极址位置形成相对比较恒定的电流场，进而对接地极与周围交流系统产生巨大的影响。实践中可以看到，距离接地

极址越近，则直流电场就越大，反之亦然。

2高压直流输电线路继电保护的整体情况和存在问题

2.1高压直流输电线路继电保护的整体情况

从新中国成立以来，以换流技术为基础的交流电网继电保护技术就开始有了

进步，尤其是在高压直流输电上取得了更可喜的发展成果。在当前情况下，用作

长距离高能量电能传输的更多的是依靠半控型器件晶闸管的电流源换流器高压直

流输电（CSCHVDC）；而由全控型器件构成的电压源换流器高压直流输电（VSC-HVDC）则偏向于受端弱系统。与此相对应的，高压直流输电线路的电网构造从之前的两端系统拓展成多段的体系；电网的线路也发生了改变，从之前单纯的海底

电缆形式转变成架空线路和电缆共存的形式；此外，高压直流输电在运输的地域

宽度、功率大小、电压高低等方面都展现了更突出的优势。目前的直流输电电网

继电保护工作在开展时，主要依靠ABB和SIEMENS公司，分为几种不同的保护方式。

2.2高压直流输电线路继电保护的现存问题

从保护效果的形成机制看，目前的直流输电继电保护工作成效不高，主要是

因为设计理念不先进、方案可实施性不强，主保护工作不力是因为系统的灵敏性弱、故障处理不到位、整体规划不强、采样率要求太高和对干扰的抵抗程度低等等。而后备保护工作不到位，则是因为保护的时效性不强、低电压保护缺少根据

等等原因。就交流电网的保护配置方面看，直流输电的保护类型太过单调，不够

可靠，一旦发生故障不能及时处理。

3交流电网的现状

自从第一个交流发电站成立以来，交流电网凭借以下的优势迅速的发展并被

广泛的使用。一是利用建立在电磁感应原理基础上的交流发电机可以很经济方便

地把机械能（水流能、风能）、化学能等其他形式的能转化为电能；交流电源和

交流变电站与同功率的直流电源和直流换流站相比，造价大为低廉。二是交流电

可以方便地通过变压器升压和降压，这给配送电能带来极大的方便。随着技术的

不断深入，交流电网出现了一些问题，主要有以下几方面：一是交流输电不能做

太远距离输电交流输电由来已久，交流输电线路中，除了有导线的电阻损耗外还

有交流感抗的损耗.为了解决交流输电电阻的损耗，采用高压和超高压输电来减小

电流来减小损耗，但是交流电感损耗不能减小。因此交流输电不能做太远距离输电。二是交流输电的功率损耗严重交流输电的功率损耗不仅表现在阻抗上，线路

中的电抗功率损耗也相当严重。一条200kV的电缆，每1km的电容约为0.2μf，

每1km需要供给充电的功率相当于3000km，在每1km输电线路上，每年的损耗

非常高，造成资源的严重浪费。

4在高压直流输电情况下常用的继电保护技术

4.1行波保护

在直流输电的情况下，行波保护作为主要的保护机制，其工作原理是首先辨

识出线路故障中出现问题的点，然后向电网线路两端传播反行波，借此对故障的

具体情况做出科学的评判。的目前情况下，实际的直流输电行波保护方案往往是

分成ABB和SIEMENS两种主要形式。在利用ABB方案的过程中，采取极波查验

故障，并且用地模波判断故障级；而在采取SIEMENS方案时，更多的是将电压微

分当作启动的依据，并且借助反行波在10MS内的突变量微分进行故障的判断。

这两种方法的检测过程不一样，优缺点也各有差异，SIEMENS方案因为涉及微分

环节，因此需要花费更长的时间，但是在抵抗干扰上的作用更强大。

4.2微分欠压保护

微分欠压保护的方法是直流输电线路中发挥主保护作用的装置，而且也充当

着后备保护的角色，更多的是借助检测电压微分数值和电压幅值水平的方法来达

到保护的效果。就微分欠压保护而言，ABB和SIEMENS都是按照测定电压微分及

幅值的工作原理进行的。与行波保护比较而言，微分欠压保护的运作速率会更慢

一些，然而在准确度上的水平更高。

5直流输电对交流保护影响的解决措施

5.1直流输电的交流母线通过多条线路和多落点接入交流电网

在直流输电的前期设计和施工阶段，就着眼于交流电网继电保护工作的开展，从前者对后者的影响出发加以考虑，比如利用多条输电线路及多落点接入交流电

网的方法等。利用这种方法，交流电网中出现了故障，尤其是在和直流体系的交

流母线相联处，流经有关线路的短路电流往往会携带很多来源于交流电网各个位

置的短路电流，导致流经保护测验点的短路电流中交流系统中的比例居高。

5.2对含有直流馈入的电网做仿真分析

采取仿真分析方法，指的是在实际操作中，可以借助电磁暂态仿真等等软件

做相应的深入探讨，实际过程包含了针对交流电体系、直流电体系、继电保护设

备等等一系列对象而展开的建模工作。而交流电体系的建模更多的是为了针对直

流馈入点周边以及电网中原来就存有的电流进行处理。而直流系统则往往是采取

细致的电磁暂态模型。继电保护的建模是专为高压线路的主保护而设计的一种思路。在已经搭建好的交流电网体系内部，可以对多个区域做各种故障的仿真研究，观察继电保护的实际运转状态，并且总结出其中已经出现了误动情况的继电保护

装置，作必要的更换处理。

6结论

综上所述，加强对高压直流输电对交流电网继电保护影响问题的探讨，有助

于保证电网的顺利运行。相关工作人员需要明确高压直流输电线路继电保护的整

体情况和存在问题，同时把握在高压直流输电情况下常用的继电保护技术，分析

直流输电对交流保护影响的机理，在此基础上研究直流输电对交流保护影响的解