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电力系统前沿知识讲座
课题名称：超高压直流输电线路保护的探讨
学校名称：昆明理工大学城市学院
专
业：电气工程及其自动化
班
级：电气
1012
姓
名：万明贵
学
号：
2
指导教师：赵四洪
超高压直流输电线路保护的探讨
摘要
对高压直流输电线路的故障我处及其线路保护进行了分析与探讨，针对
直流
线路故障的特点，对各种保护原理进行了简要分析，认为行波保护作为
HVDC
系统线路保护的主保护符合高压直流输电线路故障特征并具有绝对的
优越性，为高
压直流输电线路行波保护的分析与研究提供了理论基础。
高压直流输电
近年来在世界上得到了讯速的发展，到目前为止，总容量
达
50GW
左右。
其中，
在我国相继建成了
100KV
< p>舟山海底电缆送电工程、500KV
葛上直流输电工程、
天广直流输电工程，以及正在建设的三峡直流输
电工程。
因此，如何提高直流线路运行的安全性与可靠性已成为迫切需要解
决的问题，而高压直流
线路保护则是直流线路安全稳定运行的基本保障，因
此，有必要对直流线路保护的主保护
-
行波保护的原理与保护方案进行进一
步的研究与改进。
关键词：
高压直流输电；线路保护；行波保护
1
HVDC
系统故障特征及其线路保护
1.1
高压直流输电技术的优越性及其应用
现代直流输电技术
普遍采取交流－直流－交流的换流方式，
高压直流输电技
术之所以得到如
此蓬勃的发展，是因为它和交流输电相比，具有明显的优越性：
（
1
）同样截面的导线能输送更大的功率，并且有功损耗更小；< /p>
（
2
）直流输电能迅速精确地实现多目标 控制，以提高电能质量和供电可
靠性；
（
3
）流只有正负两极，输电线路结构简单，而且当输电距离大于交直流
输电等价距离时直流线路更节省投资；
（
4< /p>
）每根导线都可以作为一个独立回路运行，并且可以采用大地或海水
作回路
；
（
5
）直流线路在稳态运行时没有电 容电流，沿线电压分布比较平衡，并
且没有集肤效应；
（
6
）电缆线路可以在较高的电位梯度下运行；
（
7
）直流输电的两端交流系统之间有存在同步运行稳定问题；
（
8
）可以联络两个不同频率的交流系 统，联络线上的功率易于控制。
目前，
高压直流输电技术在远距离大容量输电、
海底电缆输电、
两个交流系
统的互联、
大城市地下输电、
减小短路容量、
配合新能源输电等方面都得到了广
泛的应用。
1.2
直流线路故障过程
直
流架空线路发生故障时，
从故障电流的特征而论，
短路故障的过程可以分
为行波、暂态和稳态三个阶段。
1
）初始行波阶段
故障后，<
/p>
线路电容通过线路阻抗放电，
沿线路的电场和磁场所储存的能量相
< br>互转化形成故障电流行波和相应的电压行波。
其中电流行波幅值取决于线路波阻
< p>抗和故障前瞬间故障点的直流电压值。
线路对地故障点弧道电流为两侧流向故障
点的行波电流之和，
此电流在行波第一次反射或折射之前，
不 受两端换流站控制
系统的控制。
为了研究行波
对直流线路故障的影响，首先我们对行波传播理论进行研究：
在图
1
中，
当一个正弦电压源施加到传输线时，
电压会沿线路分布参数等效电 路
蔓延。
然而，
由于分布电容和电抗器的存在，
电压或电流对这些储能元件不能突
然改变，
总是有一个充电和放电 过程。
分布电感将建立磁场和而分布电容将建立
电场。在导线周围的空间
，电场和磁场的能量是相同。
“电压行波和电流行波的
传播过程实际就是
电磁场的能量传输过程。
电压和电流行波之间的关系以及输电线路的参数，均可用波动方程表示：
?
u
?
L
0
?
x
?
i
< br>?
?
C
0
?
x
?
上式又可写成
?
i
?
t
?
u< /p>
?
t
（
1
）
?
2
u
?
L
0
C
0
2
?
x
?
2
i
< br>?
L
0
C
0
2
?
x
< br>?
2
i
?
t
2
?
2
u
?
t
2
（
2
）
图
1
分布式参数等值电路及单行波传输
在方程
（
1
）
和
（
2
）
，
L0
是每线长度的电抗，
单位的
H /
公里，
C0
是每单位长度的电容，
单位为
F /
公里
;
ü我所代表的位置，这是电压和电流
从故障点的
x
公里。上述方程的一般解公式（
< p>达朗贝尔解
）
：
x
x
u
?
u
1<
/p>
(
t
?
)
?
u
2
(
t
?
)< /p>
v
v
1
x
x
（
3
）
i
?
[
u
1
(
t
?
)
?
u
2
(
t
?
)]
zc
v
v
（
3
）式中
L
为波阻抗
v
?
< p>C
1
?
x
?
表示行波传输速度
u
1
?
t
?
?
表示向前传输的前行波
LC
< br>?
v
?
它的物理意义是随着时间
增大，前行波沿正方向远离故障点
?
x
?
u
1
?
t
?
?
表示向后传输的后行波
根据指定的故障情况下，一个特殊的解决方案可以得到
?<
/p>
v
?
波动方程。
（四）在 图
2
所示，初始行波产生故障的额外电压源。假设故障发生在
t0
，叠加
的电压源是：
e
k
?
t
?
?<
/p>
?
e
f
sin
?
wt
?
?
F
1
?
（
4
）
行波故障分析
以简单单相无损耗线路
为例，假定故障发生在
F
1
处，如图<
/p>
2
（
a
）所示，根据叠加原理，