基于特高压直流保护高仿真度建模和动作行为评价分析
李永飞 李宗后 曹靖伟 刘连园 郝阳 吴佳瑞
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李永飞 李宗后 曹靖伟 刘连园 郝阳 吴佳瑞,. 基于特高压直流保护高仿真度建模和动作行为评价分析[J]. 建模与系统仿真,2022.10. DOI:10.12721/ccn.2022.157096.
摘要:
特高压直流输电具有输送容量大、功率容易调节等优点,截至2020年,我国已投运及在建的特高压直流输电工程有14个。然而特高压直流线路传输距离较远,工作环境复杂,容易发生故障,相关数据表明我国特高压直流输电系统中线路故障占比高达50%以上。因现有的直流输电线路继电保护体系存在理论不完备、原理单一、可靠性差等问题,线路保护正确动作率不高,影响电力系统的安全性、可靠性。因此,研究特高压直流线路保护动作评价,可以帮助运行人员快速处理故障,防止故障范围进一步扩大,对于提高电力系统的安全稳定运行具有重要作用。
关键词: 特高压直流;继电保护;动作行为评价
DOI:10.12721/ccn.2022.157096
基金资助:

引言

电力系统主要由发电、变电、输电、配电、用电五个环节构成。作为电能生产和电能交换使用的中间环节,输电技术是电力系统的重要组成部分。随着国民经济的蓬勃发展,我国的电力系统已经越来越向着特高压、大容量、大电厂、大机组和高度自动化发展。由于电能是不可大量储存的二次能源,故发电量、用电量迅速增长的态势,给我国电力网络的输电环节带来了巨大的挑战。

1特高压直流线路继电保护动作行为

目前,实际工程中特高压直流输电系统的线路保护配置为行波保护、电压突变量保护、直流线路纵差保护等,部分工程还配备了直流线路低压保护。行波保护作为特高压直流输电线路的主保护,用于检测两站平波电抗器之间的直流线路的故障,通过控制系统清除故障电流,如果条件允许,在故障清除后恢复功率输送,重启线路。电压突变量保护也是直流线路的主保护,兼做行波保护的后备保护,作用同行波保护类似。突变量检测电路由一个微分电路构成,将突变量与2个参考值进行比较。较小的突变量参考值用于启动检测电路,如果突变量超过较大的参考值,则达到突变量动作标准。较大的突变量参考值和低电压部分需要持续满足延时,以避免因为电压暂态变化导致的意外动作。直流线路纵差保护和低压保护作为后备保护,用于切除行波保护和电压突变量保护未能动作的高阻接地故障。

2特高压直流输电的缺陷

(1)直流换流站的造价较高。由于受电侧用户使用的都是交流电,要想完成直流输电,需要进行如下电能转换:在送电时将交流电整流成为直流电,在受电时又需要将直流电逆变成为交流电,才可供用户使用。在上述电能变换系统中,将交流电整流成为直流电的节点称为整流站,将直流电逆变成为交流电的节点称为逆变站,整流站带来的经济优势还包含了年运行费用、线路走廊占地以及杆塔成本的节约。因此,在线路成本与运行费用上直流输电技术能够大幅缩减电力系统输电的投资成本。(2)运行更加稳定可靠。直流系统的频率f恒为零,所以不存在电抗X,也就没有了静态稳定性PM的要求和电容充电电流的问题。并且,由于两个系统之间不会由于电抗压降等因素产生频率波动,直流电网十分容易完成互联。而交流输电系统中两个系统由于连接距离较远,会在连接线上产生一定的压降,使得两侧电网的频率不一致,无法进行同步运行,从而很容易造成电压、频率、相角差的问题。此外,在应对极端停电事故,例如单相接地短路时,交流输电系统由于三相之间的关系往往会造成全系统停电,而直流输电系统仅需要停运一根正极或负极导线,另一根导线则利用大地作为回路,输送一半以上的电能。由此可见,直流输电系统对于保障电力系统安全平稳运行也具有一定的优势。

3特高压直流继电保护措施

3.1合理设置继电保护技术人员

继电保护可靠运行离不开维护管理,而相应的维护管理措施则需要专业的技术人员开展实施。基于此,为保证继电保护可靠稳定运行,应合理设置一些专业技术人员,负责继电保护定期监测与维护。在这一过程中,要求设置的技术人员具有较强的专业能力,能够在发现电力设备以及继电保护出现异常状况后,及时采取有效措施加以应对,降低事故带来的影响。为确保相应的技术人员具有足够的能力,还应通过加强教育培训工作,不断提升技术人员的专业素质水平。在这一过程中,还应当以不同技术人员的专业水平情况为依据,科学合理地制定针对性较强的培训计划,从而促使相应技术人员专业能力得到全面提升。在完成培训教育工作后,还应落实相关的考核,确保每个技术人员均能够真正掌握相关的专业技术,最后再合理安排至相应工作岗位,确保相应继电保护运行维护得到有效落实,保证继电保护可靠稳定运行。

3.2完善监督管理体系

为了有效提高继电保护运行的可靠性,需要定期进行试验检测,及时发现火电厂运行过程中继电保护装置和回路是否存在的问题,这也是保证继电保护运行可靠性的最有效方法。安排专人定期对设备电路进行检查,及时发现安全隐患的位置并加以消除。要进行综合考证,要保持认真严谨的态度,做好详细记录。此外,继电保护装置发出的信号还应仔细检查,以保证信号的稳定性,在检查中需要收集各种信息数据和详细记录,并验证数据的准确性。

3.3保护动作行为评价

根据线路发生故障位置以及所造成的影响,特高压直流线路故障可以分为区内故障和区外故障,区内故障包括正极接地故障、负极接地故障和双极接地故障等。保护动作行为可分为整流侧线路保护动作行为和逆变侧线路保护动作行为,即区内故障整流侧线路保护正确动作、区外故障整流侧线路保护不正确动作(误动)、区外故障整流侧线路保护正确不动作、区内故障整流侧线路保护不正确不动作(拒动)、区内故障逆变侧线路保护正确动作、区外故障逆变侧线路保护不正确动作(误动)、区外故障逆变侧线路保护正确不动作、区内故障逆变侧线路保护不正确不动作(拒动)。

4结束语

当特高压直流系统发生故障时,快速、准确地判断故障类型、发生时间,并评价继电保护动作行为,对电力系统的安全稳定运行有重要意义。本文提出的方法,能准确模拟特高压直流输电线路故障时一次侧的电压电流变化情况以及继电保护的动作行为,并能根据直流线路两侧电压电流波形和保护动作行为,准确评价直流线路保护的动作行为。

参考文献

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