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【摘 要】 随着高压直流输电在我国的大力推广，高压直流输电发展问题不断的在高压直流输电线路中出现，而在这其中新形势下高压直流输电线路发展的效果，是直接关系到高压直流输电线路的最后效果的关键因素之一。因此，本文主要就高压直流输电线路故障定位研究进行分析。
【关键词】 高压；直流输电；线路故障
一、前言
如何做好新形势下高压直流输电线路故障定位研究发展工作，为高压直流输电线路故障定位研究实现可持续发展提供坚实的安全保障，是现在高压直流输电线路故障定位研究面临的迫在眉睫、函需解决的头等课题。
二、高压直流输电线路继电保护技术的应用现状
高压直流输电的早期技术支持主要是换流技术，其在我国于1954年诞生，随后在控制阀、控制特性、系统结构等多个方面都取得了很大的成效。目前我国在高压直流输电线路中，主要应用的换流器主要分为两种：第一是基于半控型器件晶闸管的电流源换流器高压直流输电（CSC-HVDC），其在实际应用中，主要用在远距离和大容量的电能传输上；第二是基于全控型器件（如绝缘栅双极型晶体管（IGBT）、门极可关断晶闸管（UTO））的电压源换流器高压直流输电（VSC-HVDC，也被称作HVDC Light、HVDC Plu、或HVDC Flexible），其主要用在受端弱系统或者分布式电源接入电网等情况下。经过多年的发展，高压直流输电系统由原来的两端系统，更新到了现在的多端系统；在输电线路方式方面，由原来的海底电缆发展到了现在的架空线与电缆有机配合的方式；不仅如此，目前高压直流输电系统在电压等级和输送功率等多个方面都有很大的进步。高压直流输电系统的更新也带动了继电保护技术的发展，在继电保护技术应用中，应该根据高压直流输电系统的变化及特性，及时的改变其保护方法，从而更高效的适用到不断变化的高压直流输电系统中去。
三、直流输电线路的故障
1、常见故障
特高压直流输电过程中的主要参数控制对象为直流电压、直流电流和线路功率，若这三项参数中任一项参数失控，均会导致特高压直流电路发生故障。特高压直流电路中的故障主要包括以下几个方面：①阀组电流值异常降低，当电流值低于电路元件的最低工作电流，则会导致电路发生电流中断故障，形成过电压，进而造成换流阀故障；②线路故障而导致单极闭锁，出现单极或双极停运；③电路系统中的交流段故障，导致控制开关或换流器拒动。
2、原因分析
（一）电流控制失误：正常情况下，当整流侧的直流电流参考值与实际值发生偏差，偏差值将会使阀组控制系统中的触发角发生相应偏差，从而达到电流控制的目的。但在实际运营过程中，外部干扰因素将导致电流控制系统发生转移，逆变侧的电流裕度将产生补偿功能，进而导致补偿后的电流参考值低于整流侧的正常参考值，造成电路故障。
（二）电压参数控制不足：特高压直流输电工程的电压控制包括高端阀组电压值和低端阀组电压控制两个内容。一方面，当逆变侧直流电压的极控系统所设定的直流电压参数值与与高、低端阀组的实际电压值存在较大误差，则会导致电路局部故障；另一方面，整流侧的电压控制过程极易与电流控制发生冲突，若直流电流或电压控制过程中发生作用，均会引起另一控制系统发生紊乱，可能造成电路设备故障。
（三）熄弧角數值设定错误：当逆变侧电路的熄弧角数值水平下降到参考值以下，弧角控制器将发挥作用，使熄弧角恢复正常。若弧角控制器的熄弧角参数值设定错误或弧角控制器内部故障，均将造成熄弧角错误，从而导致交流电路故障，对整个直流输电系统造成故障。
四、特高压直流输电线路具体保护措施探究
1、纵联电流差动保护
单纯的从理论角度来说，纵联电流差动保护主要是采用多端电气量，充分保证电路的选择性，但是直流输电线路的差动保护主要是在两端电流进行简单的加和差动判断，并没有考虑输电线路中的电容分布的影响，要等暂态过程完全消除后差动保护的判断依据才能真正成立，换句话说就是在线路发生故障后相对长的一段时间后差动保护装置才能进行判断。相关人员为了尽量减少由于差动保护出现的延时情况，对直流输电线路差动保护性能进行了一定的提升，比如通过对电容电流进行补偿操作，来提高直流输电线路中电流差动的灵敏度。还有研究人员提出了一种关于直流输电线路暂态能量保护的思想，具体是利用暂态过程汇总线路两侧低频能量产生的差值来判定故障的种类，从而实现对线路内故障的迅速识别。部分研究人员目前已经将通信技术应用在直流输电线路的保护方面，比如将直流输电线路的高频线路转化为光纤通道，结合光纤通道来提高差动保护动作速度。
2、行波暂态量保护
根据日常的管理经验来说，特高压直流输电线路如果发生故障，会从故障发生点沿着输电线路向两端进行传播，而所谓的行波保护就是采用发行波来判别故障发生的地点，也就是所谓的直流输电线路的主保护。经过研究人员对运行中行波存在的问题进行深入研究后，目前提出了多种提高行波保护可靠性的方法，其中通过提高行波保护的抗干扰能力来提高行波保护运行的稳定性是目前应用较为广泛的一种，该技术主要是利用数学形态中的滤波技术来实现直流输电线路的暂态行波滤波来获得故障行波。还有目前比较先进的行波保护方法就是利用暂态量边界保护混合结构来实现，具体是通过对直流输电线路中对暂态量边界特性的分析来进行故障判定。比如利用暂态电压的行波首波头的小波变换模极大值来进行故障判别，利用其电压高低不同产生的能量比值结构的不同来实现，但是目前这种方式还有待完善，正在逐步成熟中。
五、高压直流输电线路故障测距的方法
1、方法概述
传统的单端行波测距算法众多，包括：求主频率法、相关法、匹配滤波器法、导数法等。由于行波中频谱最强的分量决定故障距离，主频率法依据较长时间段考察行波频率范围，从而降低所求行波主频率并影响定位精度；相关法主要建立在通过互相关函数求得到达母线行波和从故障点反射回母线时间的差值；通过导数法判定行波波头是否到达母线的依据是保护安装处电气分量行波的一阶、二阶导数值与整定值的大小关系，该方法常应用于行波中含有高频分量的故障，但其精度易受噪声影响；匹配滤波器法主要基于相关法，行波波头分量一般通过高通滤波器反映，可提高故障测距的可靠性和精度。
2、方法评估
作为已被人熟知的两种行波测距方法，单端法与双端法互有优劣。相比于后者，前者的成本降低一半以上；后者需要GPS全球定位系统和专门的两端通信通道，而前者则不需要，且实时性更高；前者测距不受时间同步的影响，但只有当能确保故障点反射或折射回测量处行波波头的准确性时，其测距精度才能满足电力系统对于精确故障定位的要求，而后者误差可在500m以内，能够满足电力系统对于精确故障定位的要求，其测距结果精度高；就原理而言，前者存在较大的缺陷，在故障情况和多线路结构下无法进行测距，并存在测距死区的问题，而后者在测量多回线路结构系统的故障定位时，需要单端行波法作为补充；由于后者两端母线都只需检测初始行波波头，因此电弧特性、系统运行方式、分布电容及负荷电流等对测距不会造成大的影响，相对于前者而言其结果的可靠性更高。
六、结束语
综上所述，本文所提到的高压直流输电线路故障定位研究的研究工作，希望可以对高压直流输电线路故障定位研究的发展提供参考价值。随着高压直流输电线路故障定位研究的不断开展，对建高压直流输电线路故障定位研究的研究工作也将成为保障高压直流输电线路故障定位研究的重要工作。
参考文献：
[1]宋国兵，蔡新雷，高淑萍，张健康，李德坤，索南加乐.高压直流输电线路故障定位研究综述[J].电力系统保护与控制.2012（05）：133-137+147.
[2]陈仕龙，束洪春，谢静，叶波，常勇.特高压直流输电线路故障暂态信号高频特性研究[J].电力系统保护与控制.2012（21）：84-89.
[3]蔡新雷，宋国兵，高淑萍，索南加乐，李广.利用电流固有频率的VSC-HVDC直流输电线路故障定位[J].中国电机工程学报.2011（28）：112-119.
【关键词】 高压；直流输电；线路故障
一、前言
如何做好新形势下高压直流输电线路故障定位研究发展工作，为高压直流输电线路故障定位研究实现可持续发展提供坚实的安全保障，是现在高压直流输电线路故障定位研究面临的迫在眉睫、函需解决的头等课题。
二、高压直流输电线路继电保护技术的应用现状
高压直流输电的早期技术支持主要是换流技术，其在我国于1954年诞生，随后在控制阀、控制特性、系统结构等多个方面都取得了很大的成效。目前我国在高压直流输电线路中，主要应用的换流器主要分为两种：第一是基于半控型器件晶闸管的电流源换流器高压直流输电（CSC-HVDC），其在实际应用中，主要用在远距离和大容量的电能传输上；第二是基于全控型器件（如绝缘栅双极型晶体管（IGBT）、门极可关断晶闸管（UTO））的电压源换流器高压直流输电（VSC-HVDC，也被称作HVDC Light、HVDC Plu、或HVDC Flexible），其主要用在受端弱系统或者分布式电源接入电网等情况下。经过多年的发展，高压直流输电系统由原来的两端系统，更新到了现在的多端系统；在输电线路方式方面，由原来的海底电缆发展到了现在的架空线与电缆有机配合的方式；不仅如此，目前高压直流输电系统在电压等级和输送功率等多个方面都有很大的进步。高压直流输电系统的更新也带动了继电保护技术的发展，在继电保护技术应用中，应该根据高压直流输电系统的变化及特性，及时的改变其保护方法，从而更高效的适用到不断变化的高压直流输电系统中去。
三、直流输电线路的故障
1、常见故障
特高压直流输电过程中的主要参数控制对象为直流电压、直流电流和线路功率，若这三项参数中任一项参数失控，均会导致特高压直流电路发生故障。特高压直流电路中的故障主要包括以下几个方面：①阀组电流值异常降低，当电流值低于电路元件的最低工作电流，则会导致电路发生电流中断故障，形成过电压，进而造成换流阀故障；②线路故障而导致单极闭锁，出现单极或双极停运；③电路系统中的交流段故障，导致控制开关或换流器拒动。
2、原因分析
（一）电流控制失误：正常情况下，当整流侧的直流电流参考值与实际值发生偏差，偏差值将会使阀组控制系统中的触发角发生相应偏差，从而达到电流控制的目的。但在实际运营过程中，外部干扰因素将导致电流控制系统发生转移，逆变侧的电流裕度将产生补偿功能，进而导致补偿后的电流参考值低于整流侧的正常参考值，造成电路故障。
（二）电压参数控制不足：特高压直流输电工程的电压控制包括高端阀组电压值和低端阀组电压控制两个内容。一方面，当逆变侧直流电压的极控系统所设定的直流电压参数值与与高、低端阀组的实际电压值存在较大误差，则会导致电路局部故障；另一方面，整流侧的电压控制过程极易与电流控制发生冲突，若直流电流或电压控制过程中发生作用，均会引起另一控制系统发生紊乱，可能造成电路设备故障。
（三）熄弧角數值设定错误：当逆变侧电路的熄弧角数值水平下降到参考值以下，弧角控制器将发挥作用，使熄弧角恢复正常。若弧角控制器的熄弧角参数值设定错误或弧角控制器内部故障，均将造成熄弧角错误，从而导致交流电路故障，对整个直流输电系统造成故障。
四、特高压直流输电线路具体保护措施探究
1、纵联电流差动保护
单纯的从理论角度来说，纵联电流差动保护主要是采用多端电气量，充分保证电路的选择性，但是直流输电线路的差动保护主要是在两端电流进行简单的加和差动判断，并没有考虑输电线路中的电容分布的影响，要等暂态过程完全消除后差动保护的判断依据才能真正成立，换句话说就是在线路发生故障后相对长的一段时间后差动保护装置才能进行判断。相关人员为了尽量减少由于差动保护出现的延时情况，对直流输电线路差动保护性能进行了一定的提升，比如通过对电容电流进行补偿操作，来提高直流输电线路中电流差动的灵敏度。还有研究人员提出了一种关于直流输电线路暂态能量保护的思想，具体是利用暂态过程汇总线路两侧低频能量产生的差值来判定故障的种类，从而实现对线路内故障的迅速识别。部分研究人员目前已经将通信技术应用在直流输电线路的保护方面，比如将直流输电线路的高频线路转化为光纤通道，结合光纤通道来提高差动保护动作速度。
2、行波暂态量保护
根据日常的管理经验来说，特高压直流输电线路如果发生故障，会从故障发生点沿着输电线路向两端进行传播，而所谓的行波保护就是采用发行波来判别故障发生的地点，也就是所谓的直流输电线路的主保护。经过研究人员对运行中行波存在的问题进行深入研究后，目前提出了多种提高行波保护可靠性的方法，其中通过提高行波保护的抗干扰能力来提高行波保护运行的稳定性是目前应用较为广泛的一种，该技术主要是利用数学形态中的滤波技术来实现直流输电线路的暂态行波滤波来获得故障行波。还有目前比较先进的行波保护方法就是利用暂态量边界保护混合结构来实现，具体是通过对直流输电线路中对暂态量边界特性的分析来进行故障判定。比如利用暂态电压的行波首波头的小波变换模极大值来进行故障判别，利用其电压高低不同产生的能量比值结构的不同来实现，但是目前这种方式还有待完善，正在逐步成熟中。
五、高压直流输电线路故障测距的方法
1、方法概述
传统的单端行波测距算法众多，包括：求主频率法、相关法、匹配滤波器法、导数法等。由于行波中频谱最强的分量决定故障距离，主频率法依据较长时间段考察行波频率范围，从而降低所求行波主频率并影响定位精度；相关法主要建立在通过互相关函数求得到达母线行波和从故障点反射回母线时间的差值；通过导数法判定行波波头是否到达母线的依据是保护安装处电气分量行波的一阶、二阶导数值与整定值的大小关系，该方法常应用于行波中含有高频分量的故障，但其精度易受噪声影响；匹配滤波器法主要基于相关法，行波波头分量一般通过高通滤波器反映，可提高故障测距的可靠性和精度。
2、方法评估
作为已被人熟知的两种行波测距方法，单端法与双端法互有优劣。相比于后者，前者的成本降低一半以上；后者需要GPS全球定位系统和专门的两端通信通道，而前者则不需要，且实时性更高；前者测距不受时间同步的影响，但只有当能确保故障点反射或折射回测量处行波波头的准确性时，其测距精度才能满足电力系统对于精确故障定位的要求，而后者误差可在500m以内，能够满足电力系统对于精确故障定位的要求，其测距结果精度高；就原理而言，前者存在较大的缺陷，在故障情况和多线路结构下无法进行测距，并存在测距死区的问题，而后者在测量多回线路结构系统的故障定位时，需要单端行波法作为补充；由于后者两端母线都只需检测初始行波波头，因此电弧特性、系统运行方式、分布电容及负荷电流等对测距不会造成大的影响，相对于前者而言其结果的可靠性更高。
六、结束语
综上所述，本文所提到的高压直流输电线路故障定位研究的研究工作，希望可以对高压直流输电线路故障定位研究的发展提供参考价值。随着高压直流输电线路故障定位研究的不断开展，对建高压直流输电线路故障定位研究的研究工作也将成为保障高压直流输电线路故障定位研究的重要工作。
参考文献：
[1]宋国兵，蔡新雷，高淑萍，张健康，李德坤，索南加乐.高压直流输电线路故障定位研究综述[J].电力系统保护与控制.2012（05）：133-137+147.
[2]陈仕龙，束洪春，谢静，叶波，常勇.特高压直流输电线路故障暂态信号高频特性研究[J].电力系统保护与控制.2012（21）：84-89.
[3]蔡新雷，宋国兵，高淑萍，索南加乐，李广.利用电流固有频率的VSC-HVDC直流输电线路故障定位[J].中国电机工程学报.2011（28）：112-119.