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隨著超遠(yuǎn)距離超大功率的電力傳輸需求與日俱增，交流半波長輸電技術(shù)因具有無功功率自平衡、無靜穩(wěn)極限等運(yùn)行優(yōu)點(diǎn)，有利于充分發(fā)揮特高壓交流輸電技術(shù)的優(yōu)勢，在其問世80余年后再次引起學(xué)術(shù)界與工程界的廣泛關(guān)注。為此，國家電網(wǎng)公司就半波長輸電技術(shù)立項(xiàng)開展專題研究，于2017年最新制定《國家電網(wǎng)公司繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展綱要》，明確將“推進(jìn)半波長輸電線路保護(hù)新技術(shù)研究”列為需優(yōu)先發(fā)展的繼電保護(hù)前瞻性技術(shù)專題。

雖然目前的半波長輸電技術(shù)在理論和工程應(yīng)用方面仍存在系統(tǒng)穩(wěn)定性、過電壓耐受能力等可行性的爭議。但隨著電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，新的解決方式不斷被引入，其所具有的應(yīng)用潛力也將得到挖掘與開發(fā)。

在繼電保護(hù)領(lǐng)域，半波長交流輸電面臨的挑戰(zhàn)主要有兩個(gè)：其一，超長輸電距離導(dǎo)致顯著的分布參數(shù)特性以及傳播函數(shù)的衰減，現(xiàn)有的幾乎所有的線路主保護(hù)、尤其是距離類和差動(dòng)類的保護(hù)均不再適用；其二，超長輸電距離縱聯(lián)保護(hù)的兩側(cè)數(shù)據(jù)交互時(shí)間增長，保護(hù)出口動(dòng)作速度被延長至若干周波，不利于系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

近年來我國繼保工作者針對半波長線路保護(hù)已經(jīng)相繼開展了諸多原創(chuàng)性工作，并提出了相應(yīng)的適用保護(hù)方法。目前的一致觀點(diǎn)是：半波長線路100%無死區(qū)主保護(hù)宜采用縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)。

• 有學(xué)者基于分布參數(shù)模型，詳細(xì)分析了差動(dòng)保護(hù)的靈敏性問題，并提出了改進(jìn)方案。
• 有學(xué)者提出了基于貝瑞隆模型的半波長交流輸電線路電流差動(dòng)保護(hù)原理，并做了進(jìn)一步改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了區(qū)內(nèi)外故障的有效區(qū)分。
• 有學(xué)者研究了半波長輸電線路故障后的方向特性。
• 有學(xué)者分析了線路頻變參數(shù)對半波長輸電線路行波差動(dòng)保護(hù)的影響，指出使用工頻分量能夠有效地避開線路頻變參數(shù)的影響。但是，縱聯(lián)保護(hù)在半波長線路上應(yīng)用時(shí)存在動(dòng)作延時(shí)過長的痼疾。由于半波長線路極長，通過光纖進(jìn)行信息單向傳輸?shù)臅r(shí)延就達(dá)到15ms，加上故障波的傳播時(shí)間，嚴(yán)重影響了保護(hù)的速動(dòng)性，這在特高壓輸電系統(tǒng)中顯然無法接受。

利用單端信號進(jìn)行故障判別與定位避開了信號的傳輸，是解決信號通路障礙的有效方法。

• 有學(xué)者提出了一種基于故障行波全波形信息的混聯(lián)輸電線路單端定位方法，基于故障行波的傳輸特性和折、反射機(jī)理，截取時(shí)間窗進(jìn)行故障行波時(shí)頻譜矩陣分析，可實(shí)現(xiàn)全線準(zhǔn)確故障定位。但是由于其需要故障行波的全波形信息，對于半波長輸電線路來說所需時(shí)間過長，無法滿足保護(hù)的速動(dòng)性。
• 有學(xué)者也提出一種特高壓直流輸電線路單端電流方向暫態(tài)保護(hù)方法，利用區(qū)內(nèi)區(qū)外故障電流突變方向與經(jīng)過逆變側(cè)后的故障信號最高頻的差異來識(shí)別區(qū)內(nèi)外故障。這些利用單端信號量進(jìn)行故障定位與識(shí)別的方法給予了半波長保護(hù)新的思路。

由架空線路的麥克斯韋方程求解結(jié)果可知，故障后，線模行波和零模行波將以不同的速度傳播，通過檢測線模行波與零模行波到達(dá)時(shí)間差，理論上能實(shí)現(xiàn)故障位置的確定，這一原理可應(yīng)用于單端故障測距，構(gòu)成單端就地量保護(hù)。

對此也有研究者針對半波長保護(hù)開展了單端就地量保護(hù)原理的研究。

• 有學(xué)者提出了一種改進(jìn)距離相間保護(hù)，改進(jìn)判據(jù)的測量阻抗在半波長輸電范圍內(nèi)單調(diào)變化?；谶@一特性，設(shè)計(jì)出一種可用的單端量距離保護(hù)。但是，該判據(jù)無法識(shí)別接地故障，而線路故障中90%以上的故障為接地故障，因此該判據(jù)的有效作用域比較有限。
• 有學(xué)者提出了自由波能量保護(hù)，實(shí)現(xiàn)出口附近故障的加速切除。但是，對于非出口處的絕大部分故障，該判據(jù)仍無能為力。

為了進(jìn)一步提高基于單端量保護(hù)的性能，強(qiáng)電磁工程與新技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（華中科技大學(xué)）的研究人員，針對現(xiàn)有半波長線路縱聯(lián)類保護(hù)動(dòng)作速度受兩側(cè)數(shù)據(jù)交換固有時(shí)延制約、動(dòng)作速度無法進(jìn)一步提升，且現(xiàn)有就地類保護(hù)存在誤/拒動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)的問題，從單端波速度差行波測距原理入手，基于半波長線路行波線模分量與行波零模分量在考慮頻變參數(shù)時(shí)的波速與衰減特性，分析了線-零模行波到達(dá)時(shí)差的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的行波到達(dá)時(shí)刻識(shí)別判據(jù)，實(shí)現(xiàn)了對接地故障發(fā)生位置的判別。

圖1 仿真系統(tǒng)

同時(shí)，研究者將測距判據(jù)與方向判據(jù)、選相判據(jù)相結(jié)合，構(gòu)造了適用于半波長線路的測距式超高速就地主保護(hù)。所提判據(jù)能在近端故障發(fā)生后0.1ms動(dòng)作，即便是遠(yuǎn)端故障，動(dòng)作速度也顯著快于縱聯(lián)類保護(hù)以及現(xiàn)有的就地式保護(hù)，具備突出的速動(dòng)性優(yōu)勢。

同時(shí)，所提判據(jù)單獨(dú)工作時(shí)的覆蓋距離范圍達(dá)到2980km，為全線范圍的99.3%，形成了準(zhǔn)全線速動(dòng)就地式主保護(hù)，并基于DSETT可實(shí)現(xiàn)半波長線路全線范圍內(nèi)的快速動(dòng)作。由于兩頭覆蓋范圍均能達(dá)到99.3%，即便通道完全失效，所提判據(jù)仍能獨(dú)立迅速響應(yīng)發(fā)生在線路98.6%范圍內(nèi)的故障并在半個(gè)周波內(nèi)予以切除。

相關(guān)研究成果已發(fā)表在2019年第24期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》上，論文標(biāo)題為“面向接地故障辨識(shí)的半波長線路測距式超高速就地主保護(hù)新原理研究”，作者為陳樂、彭詠泉、林湘寧、李正天、金能。