直流输电保护系统功能及原理

直流输电保护系统功能及原理

前面介绍了继电保护基本的原则、应用和交流保护，那么我国交流电网的建设发展非常迅速，目前已经到了1000kV，特高压的等级，但是针对我国的能源情况，比方西部的能源非常丰富，但是在东南的负荷非常重，需要进行远距离输电，这样直流输电技术就显示出了它的优势。目前，我国直流输电技术迅速发展，最早葛南89年形成的第一套高压直流输电保护系统，额定输出功率是1200000kW，那么现在特高压800kV的功率已经增长了5—10倍，到了12000000kW，可想而知一旦发生故障或者是误动给系统会带来多大的冲击，那么同时柔性输电由于它在孤岛运行，在城市配电网的增容改造、交流电网大规模互联、风电场并网上都有比较强的优势，因此我国从2006年左右开始对柔性直流输电进行研究，目前在舟山、厦门、南澳、罗平等地都要开展工程应用，马上张家口也要建四端柔直。目前最大电压能够到300到320kV、1000MW这样一个水平。

在介绍直流输电（常规直流或者柔性直流输电保护系统）之前，首先简单的介绍下常规和柔直的保护系统、控制系统、输电系统之间的差异，常规直流输电通常采用晶闸管方式，与采用IGBT或者可关断元器件的直流输电来说，技术上有一些差异，比方说常规是通过相位角来控制的，然后使开断频率在50-60Hz；柔直是上百Hz可自由的关断。对于常规直流来说，会产生谐波，会需要无功补偿而柔直不需要无功补偿。控制常规直流不需要换相，后面会提到换相失败会带来什么样的影响，而柔性是无需交流电网提供换相帮助的，那么常规直流目前做到了±800千伏以上，传输功率达到6400MW，非常适合大系统之间大规模的功率传输，但是它是端对端传输，那么柔直的好处就是占地比较小，不需要电源，适用于风电联网情况，但是目前的电压等级和传输功率有限。

以特高压直流工程为例，来介绍一下直流保护，和交流保护一样，其实都是要保护设备和保护相应的区域在发生故障时快速的隔离，那么直流保护一般是按照区域来进行配置的。根据直流系统的网架结构分为双极区、极区、换流器区就是阀区（我们称之为），还有换流变区、直流滤波器和交流滤波器这几个区域，下面我会把双极区、极区和换流器区这几个保护进行简要的功能介绍和配置，因为换流变、直流滤波器、交流滤波器相对来说比较容易理解就不详细介绍了，其实总的来说直流输电保护比交流保护应该说从原理上还是简单些的，实践起来也不用考虑振荡等复杂的因素，基本上都是门槛值的判断，

图3 换流器保护区保护配置

这里简单介绍几个主要的保护功能，对于换流器区有一些测点参量，实际上就是电流，电压，比如说阀短路，阀短路就是换流变压器阀侧的电流大于直流区域的电流，那么大于门槛值就是阀短路保护，这个动作时间是非常快的，最快500us。像交流保护，最快的差动保护是10 ms到20 ms之内，那么换流器差动保护也是采用这种差动电流大于一定门槛值动作。旁通开关保护是根据特定的特高压来配置的，主要是因为旁通开关没有办法断弧，这时候就要通过是不是有相应的差流、开关是不是在合位来进行判断。