引言

特高压直流输电系统相对交流输电系统的优势之一是输送功率变化速率较大，可以在短时间内实现直流系统的启动和停运。直流输送功率的变化会导致直流母线电压变化，为了维持直流电压的稳定，换流变压器的分接开关会频繁动作。当采用分接开关控制方式来控制直流电压时，分接开关档位的变化会导致换流变压器分接开关过极性，过极性放电会造成换流变压器分接开关内乙炔含量增加，影响换流变压器的寿命，威胁电网安全稳定运行。

一、直流输电保护功能

与直流重启动功能有关的特高压直流输电线路保护主要包括行波保护、突变量保护、低电压保护和纵差保护。直流行波保护用于检测两站平波电抗器之间直流线路的故障，通过控制系统清除故障电流，若条件允许，则在故障清除后恢复功率输送。当线路发生故障时，会产生峰值故障电流，该波会在输电线路上传播，根据波阻抗及采样电压与电流值就可以判断出是否发生直流线路故障。直流线路突变量保护的原理是，若直流电压幅值的变化及变化率均超过整定值，且电流变化率也超过整定值，则判断线路发生故障，启动直流线路故障恢复顺序。直流线路低电压保护的原理为检测直流线路电压值，保护动作时进行线路重启动。考虑站间通信正常与否进行保护定值整定，该保护的后备保护为直流欠电压保护。直流线路纵差保护用于检测直流线路接地故障，尤其是线路高阻抗接地故障，其保护原理为比较本站及对侧站的直流电流，若大于整定值，则延时跳闸。保护在站间通信正常时有效。

二、直流输电线路保护新进展

（一）利用小功率运行时分接开关的调节能力减少无功功率损耗

若系统无功功率无法平衡，系统电压持续降低，会导致电网电压崩溃。建议在直流解锁及小功率运行时不启用动态电压控制策略；当逆变站低端换流变压器分接开关调整至16档时，自动启用动态电压控制策略，改变直流电压死区；直流功率进一步增大时，改变实际运行的直流电压以维持分接开关档位不变，由于并未越过分接开关的极性档位，不会产生乙炔。采用这种方式可以缩小直流系统降压的幅度，相同有功功率下，直流运行电压的提高减小了直流系统消耗的无功功率，此时在动态电压控制策略动作过程中，交流滤波器投切可依旧采用原策略，减少1~2组滤波器的投入，有利于降低直流故障扰动时交流过电压的水平。

(二）纵联差动保护

纵联差动保护作为后备保护主要是用于检测线路高阻接地故障，利用通讯通道对两端电气量进行比较，从而判断故障位置决定是否切断故障。由于纵联差动保护需要两端数据，对通信要求较高，而且由于输电线路分布电容电流的存在需要通过延时闭锁来保证其准确动作反应速度比较慢。纵联差动保护作为高压输电线路后备保护，能检测出高阻接地故障但是对通讯要求较高而且受线路分布电容影响较大，响应速度较慢。基于控制保护融合的思路，利用故障后直流控制暂态阶段两换流站侧的触发角变化特征，提出一种基于触发角变化特性的高压直流线路纵联保护新原理，所提方案可在直流控制暂态阶段识别故障，可作为高压直流线路的快速后备保护。

（三）利用分接开关小档位调节能力提高直流系统功率输送上限

充分利用逆变站换流变压器分接开关在极性档位以下时的调节能力，以实现更有效的电压控制，当逆变站低端换流变压器分接开关调整至16档时，自动启用动态电压控制策略。直流解锁时低端换流变压器分接开关档位维持10档不变。若直流解锁后直流功率上升，且交流系统电压受其他因素影响下降，无需维持换流变压器分接开关档位，可以通过升高分接开关档位的方式调节直流系统电压，通过提高直流系统电压下限的方式间接降低相同功率运行情况下直流电流的数值，减少过电流风险，提高直流系统输送功率的上限。

（四）动态电压控制策略改进措施

（1）利用小功率运行时分接开关的调节能力减少无功功率损耗。若系统无功功率无法平衡，系统电压持续降低，会导致电网电压崩溃。建议在直流解锁及小功率运行时不启用动态电压控制策略；当逆变站低端换流变压器分接开关调整至16档时，自动启用动态电压控制策略，改变直流电压死区；直流功率进一步增大时，改变实际运行的直流电压以维持分接开关档位不变，由于并未越过分接开关的极性档位，不会产生乙炔。采用这种方式可以缩小直流系统降压的幅度，相同有功功率下，直流运行电压的提高减小了直流系统消耗的无功功率，此时在动态电压控制策略动作过程中，交流滤波器投切可依旧采用原策略，减少1~2组滤波器的投入，有利于降低直流故障扰动时交流过电压的水平。（2）利用分接开关小档位调节能力提高直流系统功率输送上限。充分利用逆变站换流变压器分接开关在极性档位以下时的调节能力，以实现更有效的电压控制，当逆变站低端换流变压器分接开关调整至16档时，自动启用动态电压控制策略。直流解锁时低端换流变压器分接开关档位维持10档不变。若直流解锁后直流功率上升，且交流系统电压受其他因素影响下降，无需维持换流变压器分接开关档位，可以通过升高分接开关档位的方式调节直流系统电压，通过提高直流系统电压下限的方式间接降低相同功率运行情况下直流电流的数值，减少过电流风险，提高直流系统输送功率的上限。（2）充分利用熄弧角调节直流电压。在低端换流变压器分接开关升至极性档位（16档）时，动态电压控制策略自动激活，可以维持16档不变，最大程度降低换流变压器分接开关过极性的次数。也可通过熄弧角和分接开关的综合调节，保证直流解锁时及在0.1~1.0 p.u.功率范围内运行时，低端换流变压器分接开关均运行在极性档位以上，以解决分接开关过极性问题。

三、特高压直流输电线路保护研究展望

通过以上分析可以知道现阶段有大量的直流输电线路保护方案，其保护原理各不相同。（1）根据现在的特高压输电线路保护性原理可以进一步研究各个保护原理之间的协调配合、保护的硬件架构和软件的实现，进一步完善高压直流输电线路保护的整体方案。（2）在实际工程中各种保护判据的整定是一个难点，因为系统的参数各不相同，所以相应的整定值也有差异，可以进一步研究故障的变化规律，进行数学解析为判据定值整定提供理论支撑。（3）未来的特高压直流电网的保护与控制系统息息相关，所以研究直流线路保护、开关器件以及控制系统相配合的动作时间和投入方式非常重要，除此之外还需要研究相应的协调使用策略，最大化提升直流电网处理故障能力。

结语

动态电压控制策略通过增大直流电压死区，可有效降低换流变压器分接开关动作的次数，提高直流系统换流变压器的稳定性，具有较好的工程应用价值。动态电压控制策略还存在一些问题，仍需要在提高直流系统输送功率限额、防止换流变压器分接开关过极性等问题上进行深入研究。

参考文献

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