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几种高压直流线路保护浅析

摘要：本文对高压直流输电线路的几种基本线路保护进行了介绍，对保护原理进行了

简要分析。

关键词：直流线路保护、纵差保护、行波保护、突变量和欠压保护。

0引言

高压直流输电近年在我国得到了飞速发展，直流线路保护是高压直流线路稳定运行

的重要保障，线路保护的正确动作以及动作后再启动程序的正确执行关系到直流系统的稳

定运行。

1直流线路保护介绍

1.1直流线路行波保护

（1）行波保护：

根据波理论，电压和电流都可以看作以接近于光速向两个方向传播的行波。当接地

故障发生时，电压的突然下降会在线路中造成很大的能量释放，这些能量以波的形式进行

传播，所以如果能检测到波的变化，就能检测到故障。

当接地故障发生后，一部分故障电流在线路中传播，一部分故障电流进入大地，所

以引入了极波和地波的概念：Wpm=IDL×Zpm-UDLWgm=IDN×Zgm-UDN

程序通过周期性的比较极波来判断是否发生了接地故障。如果在某点检测到当时的

极波与前两个周期的极波的差值超过了门槛值，然后就以一定的延时再进行三次比较，如

果这三次的差值也超过了门槛值，就认为检测到了接地故障。通过检测地波是增加还是减

少，来区分是本极故障还是另一级故障。

（2）ABB行波保护判据基本原理

当直流线路上发生对地短路故障时，会从故障点产生向线路两端传播故障行波，两

端换流站通过检测极波b（t）＝ID·γ－UD（式中：γ为直流线路的极波阻抗，ID和UD分

别为整流侧直流电流和直流电压）的变化，即可检知直流线路故障，构成直流线路快速保

护；另一方面，故障时两个接地极母线上的过电压吸收电容器上会分别产生一个冲击电流，

利用该冲击电流以及两极直流电压的变化即可构成所谓地模波，根据地模波的极性就能正

确判断出故障极。

1.2线路差动保护原理

图1

在图1的系统图中，设两侧保护的电流IM、IN以母线流向被保护的线路方向规定

为其正方向。以两侧电流的相量和作为继电器的动作电流Id，Id=│IM+IN│，该电流

有时也称做差动电流。另以两侧电流的相量差作为继电器的制动电流Ir，Ir=│IM－

IN│。纵联电流差动继电器的动作特性一般为比率制动特性，是差动继电器常用的动作特

性。式（1）中Iqd为起动电流，Kr是制动系数。制动系数是动作电流与制动电流的比值，

即Kr=Id/Ir。比率制动特性以数学形式表述为下面式中的两个关系式的‘与’逻辑。

（1）

当正常运行或线路外部短路时IM、IN中有一个电流反相，如果忽略线路上的电

容电流则IM=－IN。因而动作电流Id=│IM+IN│=0制动电流Ir=│IM-

IN│=2IM。如果是外部短路，制动电流就是二倍的短路电流，制动电流很大。因此工作

点落在动作特性的不动作区，差动继电器不动作。当线路内部短路时，两侧电流的方向与

规定的正方向相同。此时动作电流等于短路点的电流Ik，Id=│IM+IN│=Ik，动作电

流很大。而制动电流Ir较小，小于短路点的电流Ik，Ir=│IM－IN│=│IM+IN－

2IN│=│IK-2IN│。如果两侧电流幅值相等的话，制动电流甚至就是零，Ir=│IM－

IN│=0。因此工作点落在动作特性的动作区，差动继电器动作。所以这样的差动继电器

可以区分外部短路（含正常运行）和内部短路。继电器的保护范围是两侧TA之间的范围。

从上述原理的分析可以进一步推广得知：只要在线路内部有流出的电流，例如内部

短路的短路电流、线路内部的电容电流都会形成动作电流。只要是穿越性的电流，例如外

部短路时流过线路的短路电流、负荷电流都只形成制动电流而不会产生动作电流。

1.3线路突变量和欠压保护

（1）直流线路突变量保护

突变量部分由一个微分电路构成，并与两个参照值比较。较小突变量的参照值能启

动检测电路，如果突变量超过较大的参照值，