交直流系統(tǒng)碰線故障下繼電保護的適應(yīng)性挑戰(zhàn)與應(yīng)對策略研究一、引言1.1研究背景與意義隨著電力需求的持續(xù)增長和能源結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整，交直流輸電技術(shù)在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。高壓直流輸電以其輸送容量大、輸電距離遠、損耗小等優(yōu)勢，在我國西電東送、全國聯(lián)網(wǎng)等工程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，我國已建成世界上規(guī)模最大的交直流混聯(lián)電網(wǎng)。與此同時，柔性直流輸電技術(shù)憑借其能夠?qū)崿F(xiàn)有功和無功的獨立靈活控制、適用于分布式電源接入等特性，在城市配電網(wǎng)、新能源并網(wǎng)等領(lǐng)域的應(yīng)用也日益增多。然而，受輸電走廊限制，不同系統(tǒng)輸電線路近距離架設(shè)的現(xiàn)象不可避免，這使得線路間電氣距離較近處存在較大的碰線故障風險。交流線路與交流線路同塔架設(shè)時，由于電磁耦合緊密，在惡劣天氣或設(shè)備老化等情況下，易發(fā)生交-交流碰線故障；而交流與直流線路交叉跨越處，因線路間距較小以及外界因素影響，交-直流碰線故障也時有發(fā)生。例如，每年臺風季，超強風雨就給廣東電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行帶來嚴峻考驗，交直流碰線故障概率增加。交直流系統(tǒng)發(fā)生碰線故障后，各故障系統(tǒng)的電氣量會通過故障點產(chǎn)生交互影響，呈現(xiàn)出區(qū)別于單系統(tǒng)線路故障的復(fù)雜特征。在交-交流碰線故障中，同塔架設(shè)線路間的強磁耦合會導(dǎo)致序電流和相電流特性發(fā)生變化，影響因素眾多；交-直流碰線故障時，換流器的非線性使得故障電氣量計算困難，故障點直流側(cè)和交流側(cè)的故障特性也與常規(guī)故障不同。這些特殊的故障特性會對繼電保護性能造成嚴峻挑戰(zhàn)，可能導(dǎo)致保護誤動作、拒動作，進而影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，造成大面積停電事故，給社會經(jīng)濟帶來巨大損失。繼電保護作為電力系統(tǒng)安全運行的重要保障，需要能夠快速、準確地識別和切除故障，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。深入研究交直流系統(tǒng)不同碰線故障下繼電保護的適應(yīng)性及對策具有重要的現(xiàn)實意義，這有助于提高繼電保護裝置在復(fù)雜故障情況下的動作準確性和可靠性，保障交直流混聯(lián)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行，促進電力行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在交直流系統(tǒng)碰線故障特性研究方面，國內(nèi)外學者已取得了一系列成果。對于交-交流碰線故障，國外學者[參考文獻1]通過建立詳細的電磁暫態(tài)模型，深入分析了同塔雙回交流線路不同碰線故障下的電氣量變化規(guī)律，指出線路間的強磁耦合會導(dǎo)致零序電流和負序電流出現(xiàn)異常波動，影響故障特征的準確提取。國內(nèi)研究人員[參考文獻2]考慮了線路參數(shù)的分布特性以及故障過渡電阻的影響，對交-交流碰線故障的序電流和相電流特性進行了更全面的分析，揭示了故障點位置、故障過渡電阻大小與電氣量之間的定量關(guān)系。針對交-直流碰線故障，國外研究團隊[參考文獻3]利用PSCAD/EMTDC等仿真軟件，模擬了不同系統(tǒng)狀態(tài)和故障情況下的換流閥導(dǎo)通狀態(tài)，找出了交流短路通道，并計及直流控制保護快速動作及單極閉鎖情況，對交-直流碰線短路故障特性進行了深入研究。國內(nèi)學者[參考文獻4]則從理論分析的角度，基于換流器的工作原理，推導(dǎo)出了交-直流碰線故障時故障點兩側(cè)電氣量的解析表達式，為后續(xù)的繼電保護研究提供了理論基礎(chǔ)。在繼電保護適應(yīng)性研究方面，國內(nèi)外也開展了大量工作。國外學者[參考文獻5]對傳統(tǒng)的電流選相元件在交-交流碰線故障下的適應(yīng)性進行了評估，發(fā)現(xiàn)當多相同時發(fā)生碰線故障時，由于電流相量的畸變和相互干擾，傳統(tǒng)選相元件容易出現(xiàn)誤判。國內(nèi)學者[參考文獻6]提出了基于故障分量的電流選相方法，通過提取故障瞬間的電流變化量來進行選相，提高了選相的準確性和可靠性。對于交-直流碰線故障下的繼電保護適應(yīng)性，國外研究人員[參考文獻7]分析了距離保護在交-直流碰線故障下的動作特性，發(fā)現(xiàn)由于換流器的非線性和故障電氣量的復(fù)雜變化，距離保護可能會出現(xiàn)拒動或誤動的情況。國內(nèi)學者[參考文獻8]則針對直流線路的交-直流碰線保護，提出了基于行波特征的保護改進方案，利用故障行波在直流線路上的傳播特性來快速準確地識別故障，提高了保護的動作速度和可靠性。在保護對策研究方面，國內(nèi)外也提出了多種改進措施。國外學者[參考文獻9]提出了一種基于自適應(yīng)保護原理的方法，根據(jù)系統(tǒng)運行狀態(tài)和故障類型自動調(diào)整保護的動作特性，以提高繼電保護在交直流碰線故障下的適應(yīng)性。國內(nèi)研究團隊[參考文獻10]則從優(yōu)化保護配置和協(xié)調(diào)配合的角度出發(fā)，提出了一種交直流系統(tǒng)保護協(xié)調(diào)控制策略，通過合理設(shè)置保護的動作時限和整定值，實現(xiàn)了交直流系統(tǒng)相關(guān)保護之間的有效配合，降低了碰線故障對系統(tǒng)的影響。1.3研究目標與內(nèi)容本研究旨在深入剖析交直流系統(tǒng)不同碰線故障特性，全面評估繼電保護在這些故障下的適應(yīng)性，并提出有效的應(yīng)對策略，以提升繼電保護在復(fù)雜故障情況下的性能，保障交直流混聯(lián)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。具體研究內(nèi)容如下：交直流系統(tǒng)不同碰線故障特性研究：針對同塔架設(shè)的不同交流系統(tǒng)間易發(fā)生的交-交流碰線故障，考慮線路間強磁耦合的影響，深入分析各類故障下的序電流和相電流特性及其影響因素。通過建立精確的電磁暫態(tài)模型，模擬不同故障場景，研究故障點位置、故障過渡電阻、線路參數(shù)等因素對電氣量的影響規(guī)律，為后續(xù)的繼電保護研究提供理論基礎(chǔ)。對于交流與直流線路交叉跨越處易發(fā)生的交-直流碰線故障，分別從故障點直流側(cè)和交流側(cè)入手，分析其故障特性。針對換流器的非線性問題，基于換流器導(dǎo)通基本原理，分析不同保護動作時序下工頻電氣量在換流器處的流通特性，建立換流器的等效模型，以便準確計算故障電氣量。交-交流碰線故障下繼電保護適應(yīng)性分析及選相方案研究：詳細分析各類交-交流碰線故障下電流選相元件的適應(yīng)性，基于相量法對傳統(tǒng)電流選相元件在不同故障情況下的性能進行評估，找出其在單系統(tǒng)多相同時發(fā)生碰線故障時適應(yīng)性不足的原因。依據(jù)故障相電流波形的基本變化規(guī)律，提出基于皮爾遜信號相關(guān)性的相電流波形自相關(guān)系數(shù)和改進自相關(guān)系數(shù)的故障選相方案。該方案通過計算相電流波形的自相關(guān)系數(shù)，利用故障相電流波形與正常相電流波形的差異來識別故障相，同時配備序分量輔助選相判據(jù)，以提高在強磁耦合影響下選相的準確性和可靠性。交-直流碰線故障下繼電保護適應(yīng)性分析及保護改進判據(jù)研究：深入分析交-直流碰線故障下直流線路交-直流碰線保護的適應(yīng)性，針對換流器的非線性使得故障電氣量計算困難的問題，提出換流器工頻等值阻抗分段線性化的分析方法。通過將換流器的工頻等值阻抗進行分段線性化處理，簡化故障電氣量的計算過程。對比分析線路主保護移相指令前后保護處工頻電氣量解析表達，探究線路控保移相動作對交-直流碰線保護適應(yīng)性的影響。針對移相動作后交-直流碰線保護無法迅速閉鎖故障極的問題，綜合考慮保護處工頻電壓和極波變化特征，提出保護改進新判據(jù)。該判據(jù)利用故障時工頻電壓和極波的變化規(guī)律，快速準確地判斷故障并實現(xiàn)對故障極的閉鎖，提高保護的動作速度和可靠性。交-直流碰線故障下保護動作風險分析及新方案研究：綜合考慮交-直流碰線故障后交直流兩系統(tǒng)相關(guān)保護間的配合關(guān)系，深入探究不同類型交-直流碰線故障時現(xiàn)有保護動作存在的風險，如直流線路無法實現(xiàn)自適應(yīng)重啟、交流系統(tǒng)存在帶故障運行的風險等。為此，建議在交流側(cè)新增交-直流碰線保護判據(jù)，通過分析交流側(cè)電氣量的變化特征，識別交-直流碰線故障。提出一種基于交直流兩系統(tǒng)保護協(xié)調(diào)配合的新型交-直流碰線故障保護方案，通過合理設(shè)置交直流系統(tǒng)保護的動作時限、整定值等參數(shù)，實現(xiàn)兩系統(tǒng)保護之間的有效配合，降低碰線故障對系統(tǒng)的影響。1.4研究方法與技術(shù)路線本研究將綜合運用理論分析、仿真建模和案例研究等多種方法，確保研究的全面性和深入性。理論分析方面，深入剖析交直流系統(tǒng)碰線故障的物理過程，基于電路原理、電磁暫態(tài)理論等基礎(chǔ)理論，推導(dǎo)故障電氣量的計算公式，揭示故障特性的內(nèi)在規(guī)律。對于交-交流碰線故障，運用電磁耦合理論分析線路間強磁耦合對序電流和相電流的影響；針對交-直流碰線故障，依據(jù)換流器的工作原理和數(shù)學模型，分析不同保護動作時序下工頻電氣量在換流器處的流通特性。仿真建模方法借助專業(yè)的電力系統(tǒng)仿真軟件，如PSCAD/EMTDC、MATLAB/Simulink等，搭建交直流系統(tǒng)的詳細模型。在模型中精確設(shè)置線路參數(shù)、換流器參數(shù)、控制保護參數(shù)等，模擬各種實際運行工況和碰線故障場景。通過對仿真結(jié)果的分析，獲取故障電氣量的變化曲線和特征數(shù)據(jù)，驗證理論分析的正確性，為繼電保護適應(yīng)性分析和對策研究提供數(shù)據(jù)支持。案例研究則收集實際電力系統(tǒng)中發(fā)生的交直流碰線故障案例，深入分析故障發(fā)生的原因、過程和影響。結(jié)合現(xiàn)場實際運行數(shù)據(jù)和保護動作記錄，評估現(xiàn)有繼電保護裝置在實際故障中的表現(xiàn)，總結(jié)經(jīng)驗教訓，為研究提供實際應(yīng)用背景和實踐依據(jù)。技術(shù)路線上，首先明確研究目標和內(nèi)容，對交直流系統(tǒng)不同碰線故障特性展開研究。通過理論分析和仿真建模，獲取故障電氣量的變化規(guī)律和影響因素。在此基礎(chǔ)上，分析繼電保護在不同碰線故障下的適應(yīng)性，找出存在的問題和不足。然后，針對問題提出相應(yīng)的對策和改進方案，包括新的選相方案、保護判據(jù)和保護協(xié)調(diào)配合策略等。對提出的方案進行仿真驗證和案例分析，評估其有效性和可行性。根據(jù)驗證結(jié)果對方案進行優(yōu)化和完善，最終形成一套完整的交直流系統(tǒng)不同碰線故障下繼電保護適應(yīng)性及對策研究成果。二、交直流系統(tǒng)碰線故障類型與特性分析2.1交-交流碰線故障2.1.1同塔架設(shè)線路碰線故障場景在電力系統(tǒng)中，受輸電走廊資源緊張的限制，同塔架設(shè)不同交流系統(tǒng)線路的情況十分常見。同塔架設(shè)的線路通常在桿塔上緊密排列，這使得線路間的電磁耦合非常緊密。在實際運行中，同塔架設(shè)線路碰線故障多發(fā)生在惡劣天氣條件下，如強風、暴雨、雷擊等。強風可能導(dǎo)致導(dǎo)線舞動，使不同線路的導(dǎo)線相互靠近并接觸，從而引發(fā)碰線故障；雷擊可能使絕緣子閃絡(luò)，造成線路間的電氣連接，進而引發(fā)碰線故障。此外，線路設(shè)備老化、維護不當?shù)纫蛩匾矔黾优鼍€故障的發(fā)生概率。例如，線路絕緣子長期受環(huán)境因素影響，可能出現(xiàn)老化、破損等情況，導(dǎo)致其絕緣性能下降，容易在正常運行電壓下發(fā)生閃絡(luò)，引發(fā)碰線故障；線路金具的松動、磨損等問題，可能導(dǎo)致導(dǎo)線固定不牢，在風力作用下發(fā)生位移，增加碰線故障的風險。同塔架設(shè)線路碰線故障的常見場景包括：不同電壓等級的交流線路同塔架設(shè)時發(fā)生的碰線故障，如110kV線路與220kV線路同塔架設(shè)時的碰線；不同輸電方向的交流線路同塔架設(shè)時發(fā)生的碰線故障，如送電線路與受電線路同塔架設(shè)時的碰線；同塔多回交流線路中不同回線路之間發(fā)生的碰線故障，如同塔四回交流線路中某兩回線路之間的碰線。這些碰線故障場景會導(dǎo)致不同系統(tǒng)之間的電氣量相互影響，故障特性較為復(fù)雜，給繼電保護帶來嚴峻挑戰(zhàn)。2.1.2故障下序電流和相電流特性在交-交流碰線故障中，線路間的強磁耦合對序電流和相電流特性有著顯著影響。以同塔雙回線路為例，當發(fā)生單相碰線故障時，故障線路的零序電流不僅與本線路的參數(shù)有關(guān)，還會受到另一回線路零序互感的影響。由于強磁耦合作用，非故障線路會通過零序互感向故障線路傳遞零序電流，使得故障線路的零序電流增大，其變化規(guī)律與正常運行時的零序電流特性截然不同。在分析零序電流特性時，可建立考慮線路間互感的電路模型。假設(shè)同塔雙回線路的自阻抗為Z_{11}和Z_{22}，互阻抗為Z_{12}，故障點的零序電壓為U_{0f}。根據(jù)基爾霍夫定律，可列出故障線路和非故障線路的零序電流方程：I_{01}=\frac{U_{0f}}{Z_{11}+Z_{12}}I_{02}=\frac{U_{0f}}{Z_{22}+Z_{12}}從上述方程可以看出，故障線路和非故障線路的零序電流都受到互阻抗Z_{12}的影響，且互阻抗越大，零序電流的變化越明顯。同時，故障點位置的不同也會導(dǎo)致零序電流的分布發(fā)生變化。當故障點靠近線路始端時，零序電流相對較大；當故障點靠近線路末端時，零序電流相對較小。對于負序電流，在發(fā)生不對稱碰線故障時，由于系統(tǒng)的對稱性被破壞，會產(chǎn)生負序電流。負序電流的大小和分布與故障類型、故障點位置以及線路間的強磁耦合程度密切相關(guān)。在兩相碰線故障中，故障相的負序電流會隨著故障點位置的變化而變化，且受到非故障相通過互感產(chǎn)生的影響。由于強磁耦合作用，非故障相的電流會在故障相中感應(yīng)出負序分量，使得故障相的負序電流特性變得更加復(fù)雜。相電流特性同樣受到強磁耦合的影響。在多相碰線故障中，各相電流之間會通過互感相互作用，導(dǎo)致相電流的幅值和相位發(fā)生變化。當同塔雙回線路發(fā)生兩相碰線故障時，故障相的電流不僅包含自身的故障電流分量，還會受到另一回線路對應(yīng)相電流通過互感產(chǎn)生的影響。這種影響使得故障相電流的波形發(fā)生畸變，不再是正常運行時的正弦波，給基于相電流特性的繼電保護判據(jù)帶來了困難。影響序電流和相電流特性的因素眾多。除了線路間的強磁耦合外，故障過渡電阻也是一個重要因素。故障過渡電阻的存在會使故障電流減小，導(dǎo)致序電流和相電流的幅值發(fā)生變化，同時也會影響電流的相位關(guān)系。當故障過渡電阻較大時，零序電流的變化可能不明顯，容易導(dǎo)致零序電流保護的靈敏度降低。線路參數(shù)的變化也會對序電流和相電流特性產(chǎn)生影響。線路的電阻、電感、電容等參數(shù)會隨著線路的運行狀態(tài)、環(huán)境溫度等因素而發(fā)生變化，這些變化會改變線路的電氣特性，進而影響序電流和相電流的特性。在高溫天氣下，線路電阻會增大，導(dǎo)致電流幅值減小，相位發(fā)生變化。故障點位置的不同會導(dǎo)致電氣量的分布不同，從而影響序電流和相電流特性。故障點距離變電站的遠近會影響電流的大小和相位，靠近變電站的故障點會使電流變化更加明顯，而遠離變電站的故障點對電流的影響相對較小。2.2交-直流碰線故障2.2.1交直流線路交叉跨越碰線故障場景在輸電網(wǎng)絡(luò)中，由于輸電走廊資源的限制，交流線路與直流線路交叉跨越的情況普遍存在。交直流線路交叉跨越處碰線故障通常發(fā)生在以下場景：在山區(qū)等地形復(fù)雜的區(qū)域，為了減少線路建設(shè)成本和對地形的影響，交流線路和直流線路往往選擇在同一區(qū)域交叉跨越。在這種情況下，線路可能會受到山體滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的影響，導(dǎo)致線路桿塔傾斜、導(dǎo)線移位，從而增加交直流碰線故障的發(fā)生概率。在惡劣天氣條件下，如強風、暴雨、雷擊等，也容易引發(fā)交直流碰線故障。強風可能會使導(dǎo)線劇烈舞動，導(dǎo)致交流線路與直流線路的導(dǎo)線相互靠近并接觸；暴雨可能會導(dǎo)致絕緣子閃絡(luò)，使交流線路和直流線路之間的絕緣性能下降，從而引發(fā)碰線故障；雷擊可能會瞬間擊穿線路之間的空氣間隙，造成交直流碰線。線路設(shè)備老化、維護不當?shù)纫蛩匾彩墙恢绷髋鼍€故障的重要誘因。隨著線路運行時間的增長，導(dǎo)線、絕緣子等設(shè)備會逐漸老化，其機械強度和絕緣性能會下降，容易在正常運行條件下發(fā)生故障。維護工作不到位，如未能及時發(fā)現(xiàn)和處理線路設(shè)備的缺陷，也會增加碰線故障的風險。2.2.2故障點直流側(cè)和交流側(cè)特性在交-直流碰線故障中，故障點直流側(cè)和交流側(cè)呈現(xiàn)出不同的故障特性。從直流側(cè)來看，換流器的非線性是導(dǎo)致故障特性復(fù)雜的關(guān)鍵因素。換流器由多個晶閘管或其他電力電子器件組成，其工作過程涉及到開關(guān)動作和電能的交直流轉(zhuǎn)換，具有很強的非線性。在正常運行時，換流器按照特定的控制策略將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，其輸出的直流電壓和電流相對穩(wěn)定。當發(fā)生交-直流碰線故障時，換流器的工作狀態(tài)會發(fā)生急劇變化。由于故障點的存在，直流側(cè)的電氣量會受到交流側(cè)電氣量的影響，導(dǎo)致?lián)Q流器的觸發(fā)角、換相角等參數(shù)發(fā)生改變。在故障瞬間，交流側(cè)的短路電流可能會通過故障點流入直流側(cè)，使直流電流瞬間增大，換流器的導(dǎo)通狀態(tài)也會發(fā)生紊亂。這種非線性特性使得故障電氣量的計算變得極為困難。傳統(tǒng)的線性電路分析方法無法準確描述換流器在故障情況下的工作狀態(tài)，需要采用更加復(fù)雜的分析方法，如基于開關(guān)函數(shù)的建模方法、動態(tài)相量模型等。這些方法可以考慮換流器的開關(guān)動作和非線性特性，對故障電氣量進行更準確的計算和分析。從交流側(cè)來看，交-直流碰線故障會導(dǎo)致交流系統(tǒng)的電壓和電流發(fā)生畸變。在故障瞬間，交流側(cè)會出現(xiàn)短路電流，其幅值和相位會受到直流側(cè)電氣量的影響。由于換流器的非線性，交流側(cè)的短路電流中可能會包含大量的諧波成分，使得電流波形不再是標準的正弦波。交流系統(tǒng)的電壓也會受到故障的影響而下降。故障點的存在會導(dǎo)致交流系統(tǒng)的阻抗發(fā)生變化，使得電壓分布發(fā)生改變。在靠近故障點的區(qū)域，電壓下降更為明顯，可能會影響到周邊電力設(shè)備的正常運行。換流器的非線性還會對交流系統(tǒng)的功率因數(shù)產(chǎn)生影響。由于換流器在故障時的工作狀態(tài)不穩(wěn)定，會導(dǎo)致交流系統(tǒng)的無功功率需求發(fā)生變化，從而影響系統(tǒng)的功率因數(shù)。這可能會進一步加劇交流系統(tǒng)的電壓波動和電能質(zhì)量問題。三、交直流碰線故障對繼電保護的影響3.1對交流線路繼電保護影響3.1.1距離保護適應(yīng)性分析在交-直流碰線故障中，換流器的非線性特性對距離保護有著顯著影響。距離保護是基于測量故障點到保護安裝處的阻抗來判斷故障位置的，其動作特性通常以阻抗圓或多邊形來表示。在正常運行情況下，交流系統(tǒng)的電氣量呈周期性正弦變化，距離保護能夠準確地測量故障阻抗，從而可靠地動作。然而，當發(fā)生交-直流碰線故障時，換流器的非線性使得交流側(cè)的電氣量發(fā)生畸變，故障電流中包含了大量的諧波成分。這些諧波會導(dǎo)致距離保護測量到的阻抗值發(fā)生偏差，影響其對故障位置的準確判斷。由于換流器的開關(guān)動作，交流側(cè)的電壓和電流波形會出現(xiàn)突變和畸變，使得距離保護所依據(jù)的工頻電氣量的測量變得困難。從故障特性來看，在交-直流碰線故障瞬間，交流側(cè)會出現(xiàn)短路電流，其幅值和相位受到直流側(cè)電氣量的影響。換流器在故障時的導(dǎo)通狀態(tài)發(fā)生變化，會導(dǎo)致交流短路通道的阻抗發(fā)生改變，進而影響距離保護測量到的故障阻抗。在某些情況下，由于換流器的非線性作用，故障電流的相位可能會發(fā)生突變，使得距離保護的測量阻抗超出其動作范圍，導(dǎo)致保護拒動。為了更直觀地說明問題，以一個簡單的交直流互聯(lián)系統(tǒng)為例。假設(shè)交流線路與直流線路在某點發(fā)生碰線故障，交流系統(tǒng)的等值電源電動勢為E，系統(tǒng)等值阻抗為Z_{s}，線路阻抗為Z_{l}，故障點到保護安裝處的距離為x，故障過渡電阻為R_{f}。在正常情況下，距離保護測量到的阻抗為：Z_{m}=\frac{U_{m}}{I_{m}}=Z_{l}x+R_{f}其中，U_{m}和I_{m}分別為保護安裝處測量到的電壓和電流。當發(fā)生交-直流碰線故障時，由于換流器的非線性，交流側(cè)的電流I_{m}中包含了大量的諧波成分，使得測量到的阻抗Z_{m}不再準確反映故障點到保護安裝處的實際距離。換流器的導(dǎo)通狀態(tài)變化會導(dǎo)致交流短路通道的等效阻抗發(fā)生改變，進一步影響Z_{m}的計算。如果換流器在故障時進入一種不穩(wěn)定的工作狀態(tài)，交流側(cè)的電流波形可能會出現(xiàn)嚴重畸變，導(dǎo)致距離保護測量到的阻抗值出現(xiàn)大幅波動，甚至可能超出其正常動作范圍，從而使保護無法正確動作。3.1.2電流選相元件適應(yīng)性分析基于相量法分析電流選相元件在交-交流碰線故障下的適應(yīng)性，有助于深入理解其在復(fù)雜故障情況下的性能表現(xiàn)。電流選相元件的基本原理是根據(jù)故障時各相電流的幅值、相位等相量特征來判斷故障相。在正常運行時，三相電流大小相等、相位互差120^{\circ}，而在發(fā)生故障時，故障相電流會發(fā)生明顯變化，通過比較各相電流的相量差異來確定故障相。在交-交流碰線故障中，同塔架設(shè)線路間的強磁耦合會對電流選相元件產(chǎn)生顯著影響。以同塔雙回線路發(fā)生兩相碰線故障為例，故障線路的相電流不僅包含自身的故障電流分量，還會受到另一回線路對應(yīng)相電流通過互感產(chǎn)生的影響。這種影響使得故障相電流的幅值和相位發(fā)生畸變，不再符合正常故障時的相量特征。假設(shè)同塔雙回線路的自阻抗為Z_{11}和Z_{22}，互阻抗為Z_{12}，故障點的電壓為U_{f}。當線路1發(fā)生AB兩相碰線故障時，線路1的A相電流I_{A1}可表示為：I_{A1}=\frac{U_{f}}{Z_{11}+Z_{12}}+\frac{U_{f}}{Z_{11}+Z_{12}}\angle-120^{\circ}+\frac{U_{f}}{Z_{11}+Z_{12}}\angle120^{\circ}線路2的A相電流I_{A2}會通過互感對I_{A1}產(chǎn)生影響，其表達式為：I_{A1}'=I_{A1}+\frac{Z_{12}}{Z_{22}}I_{A2}從上述公式可以看出，由于互感的存在，故障相電流I_{A1}'的幅值和相位發(fā)生了變化，不再是簡單的故障相電流特性。這種變化會導(dǎo)致基于相量法的電流選相元件在判斷故障相時出現(xiàn)困難。在某些情況下，故障相電流的相量特征可能與正常運行時的相量特征相似，使得選相元件誤判為正常運行，從而無法及時準確地選出故障相。當多相同時發(fā)生碰線故障時，情況會更加復(fù)雜。各相電流之間通過互感相互作用，使得電流相量的畸變更加嚴重，選相元件難以準確地從復(fù)雜的電流相量中識別出故障相。在同塔雙回線路發(fā)生三相碰線故障時，各相電流的幅值和相位都受到其他相電流的強烈影響，電流相量的變化規(guī)律變得十分復(fù)雜，傳統(tǒng)的基于相量法的電流選相元件很難適應(yīng)這種復(fù)雜的故障情況，容易出現(xiàn)誤選相的情況。3.2對直流線路繼電保護影響3.2.1交-直流碰線保護適應(yīng)性分析在交-直流碰線故障下，直流線路的交-直流碰線保護面臨著諸多挑戰(zhàn)，其適應(yīng)性問題值得深入探討。換流器的非線性特性是影響保護適應(yīng)性的關(guān)鍵因素之一。在正常運行時，直流線路的電氣量相對穩(wěn)定，交-直流碰線保護能夠依據(jù)預(yù)設(shè)的判據(jù)可靠地動作。然而，當發(fā)生交-直流碰線故障時，由于換流器的非線性，故障點的電氣量會發(fā)生復(fù)雜的變化。換流器由多個晶閘管或其他電力電子器件組成，其工作過程涉及到開關(guān)動作和電能的交直流轉(zhuǎn)換，這使得故障電氣量的計算變得極為困難。在故障瞬間，交流側(cè)的短路電流可能會通過故障點流入直流側(cè)，導(dǎo)致直流電流瞬間增大，換流器的導(dǎo)通狀態(tài)也會發(fā)生紊亂。這種情況下，傳統(tǒng)的基于線性電路理論的保護算法難以準確地識別故障，容易出現(xiàn)誤動作或拒動作的情況。以某實際交直流互聯(lián)系統(tǒng)為例，當交流線路與直流線路發(fā)生碰線故障時，直流線路的交-直流碰線保護在故障初期未能及時動作，導(dǎo)致故障進一步擴大。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，由于換流器的非線性，故障電氣量中包含了大量的諧波成分和非周期分量，使得保護裝置測量到的電氣量與正常運行時的電氣量差異較大，超出了保護的動作范圍，從而導(dǎo)致保護拒動。此外，故障點位置的不同也會對交-直流碰線保護的適應(yīng)性產(chǎn)生影響。當故障點靠近直流線路的始端時，保護裝置能夠更快地檢測到故障信號，保護動作的可靠性相對較高。然而，當故障點位于直流線路的末端時，由于電氣量在傳輸過程中的衰減和畸變，保護裝置可能難以準確地判斷故障，導(dǎo)致保護動作的延遲或不準確。故障過渡電阻的大小也是影響保護適應(yīng)性的重要因素。在交-直流碰線故障中，故障過渡電阻的存在會使故障電流減小，導(dǎo)致保護裝置測量到的電氣量發(fā)生變化。當故障過渡電阻較大時，故障電流可能會低于保護的動作門檻，從而使保護無法及時動作。在一些山區(qū)的交直流線路碰線故障中，由于故障點周圍存在較高的過渡電阻，交-直流碰線保護未能及時動作，給電力系統(tǒng)的安全運行帶來了隱患。3.2.2換流器對保護的影響分析換流器的非線性對故障電氣量的計算和保護具有顯著影響，這是交-直流碰線故障中需要重點關(guān)注的問題。由于換流器的工作原理基于電力電子器件的開關(guān)動作，其在交-直流碰線故障時的導(dǎo)通狀態(tài)會發(fā)生劇烈變化，導(dǎo)致故障電氣量的波形出現(xiàn)嚴重畸變。在故障瞬間，交流側(cè)的短路電流會通過故障點流入直流側(cè)，使得換流器的觸發(fā)角、換相角等參數(shù)發(fā)生改變。這些參數(shù)的變化會影響換流器的導(dǎo)通狀態(tài)，進而導(dǎo)致直流側(cè)的電氣量出現(xiàn)異常波動。換流器在故障時可能會出現(xiàn)部分晶閘管提前導(dǎo)通或延遲關(guān)斷的情況，使得直流電流和電壓的波形出現(xiàn)尖峰和畸變，這給故障電氣量的準確計算帶來了極大的困難。傳統(tǒng)的故障電氣量計算方法通常基于線性電路理論，假設(shè)電氣量為正弦波，而在交-直流碰線故障中，這種假設(shè)不再成立。由于換流器的非線性，故障電氣量中包含了大量的諧波成分和非周期分量，傳統(tǒng)的傅里葉變換等分析方法難以準確地提取故障特征。這就導(dǎo)致基于傳統(tǒng)計算方法的保護裝置在交-直流碰線故障下無法準確地判斷故障，容易出現(xiàn)誤動作或拒動作的情況。為了應(yīng)對換流器非線性對保護的影響，需要采用更加先進的分析方法和保護原理。一種可行的方法是利用開關(guān)函數(shù)模型來描述換流器的工作狀態(tài)。開關(guān)函數(shù)模型通過定義晶閘管的導(dǎo)通和關(guān)斷狀態(tài)，能夠準確地描述換流器在不同工作條件下的電氣特性。通過對開關(guān)函數(shù)進行傅里葉級數(shù)展開，可以得到換流器兩側(cè)電氣量的諧波傳遞機理，從而為故障電氣量的計算提供更準確的依據(jù)。還可以采用動態(tài)相量模型來分析換流器在故障過程中的暫態(tài)特性。動態(tài)相量模型能夠考慮換流器的動態(tài)響應(yīng)，更加準確地描述故障電氣量的變化過程。通過建立動態(tài)相量模型，可以對交-直流碰線故障下的電氣量進行實時監(jiān)測和分析，為保護裝置的動作提供更可靠的決策依據(jù)。在實際應(yīng)用中，還可以結(jié)合人工智能技術(shù)，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機等，對故障電氣量進行智能分析和識別。這些技術(shù)能夠自動學習故障電氣量的特征，提高保護裝置對復(fù)雜故障的適應(yīng)性和準確性。通過訓練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，可以使其能夠準確地識別交-直流碰線故障，并根據(jù)故障特征快速做出保護動作決策。四、交直流系統(tǒng)碰線故障案例分析4.1實際碰線故障案例介紹4.1.1案例基本信息本案例發(fā)生于2021年7月15日，地點位于南方某地區(qū)的交直流混聯(lián)輸電網(wǎng)絡(luò)。該區(qū)域的輸電網(wǎng)絡(luò)包含多條交流輸電線路和直流輸電線路，其中交流線路主要為220kV和500kV等級，直流線路為±800kV特高壓直流輸電線路。故障發(fā)生在一段交流500kV線路與±800kV直流線路交叉跨越的區(qū)域，該交叉跨越處的線路架設(shè)高度較高，周圍地形復(fù)雜，受強風等惡劣天氣影響較大。在故障發(fā)生前，該交直流混聯(lián)系統(tǒng)處于正常運行狀態(tài)，各線路的負荷分布穩(wěn)定，電力系統(tǒng)的運行參數(shù)均在正常范圍內(nèi)。交流系統(tǒng)的電壓、頻率穩(wěn)定，直流系統(tǒng)的功率傳輸正常，控制保護設(shè)備運行可靠。4.1.2故障發(fā)生過程2021年7月15日下午，該地區(qū)遭遇強對流天氣，出現(xiàn)了8-10級的強風。強風導(dǎo)致交流500kV線路的導(dǎo)線發(fā)生劇烈舞動，與下方的±800kV直流線路發(fā)生碰線故障。故障發(fā)生瞬間，交流系統(tǒng)的短路電流通過碰線點流入直流系統(tǒng)，導(dǎo)致直流電流迅速增大。直流線路的保護裝置首先檢測到電流異常增大，立即啟動快速保護動作，對直流線路進行保護。由于換流器的非線性特性，故障電流中包含了大量的諧波成分，使得直流線路的電氣量發(fā)生嚴重畸變。在保護裝置動作過程中，由于故障電氣量的復(fù)雜變化，部分保護判據(jù)出現(xiàn)誤判，導(dǎo)致保護動作延遲。與此同時，交流線路的距離保護和電流選相元件也受到了故障的影響。距離保護測量到的阻抗值由于故障電流中的諧波成分而發(fā)生偏差，無法準確判斷故障位置；電流選相元件在復(fù)雜的電流相量下，難以準確選出故障相，導(dǎo)致交流線路的保護動作也出現(xiàn)了異常。在故障發(fā)生后的幾分鐘內(nèi)，電力系統(tǒng)的調(diào)度人員迅速采取措施，對故障進行隔離和處理。通過遠程操作，將故障線路兩側(cè)的斷路器斷開，成功隔離了故障。隨后，檢修人員迅速趕赴現(xiàn)場，對故障線路進行檢查和修復(fù)。經(jīng)過數(shù)小時的搶修，故障線路恢復(fù)正常運行，電力系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定。4.2案例中繼電保護動作分析4.2.1原保護動作情況在本次交直流碰線故障發(fā)生時，原有的繼電保護裝置按照預(yù)設(shè)的邏輯和定值進行動作。直流線路的保護裝置首先檢測到直流電流的異常增大，啟動了過電流保護和行波保護。過電流保護通過比較測量電流與預(yù)設(shè)的動作閾值，當測量電流超過閾值時，發(fā)出跳閘信號。行波保護則利用故障行波在直流線路上的傳播特性，快速檢測到故障的發(fā)生，并迅速動作。交流線路的距離保護在故障發(fā)生后，測量到故障點到保護安裝處的阻抗值發(fā)生變化。由于故障電流中包含了大量的諧波成分，導(dǎo)致距離保護測量到的阻抗值出現(xiàn)偏差。在故障初期，距離保護根據(jù)測量到的阻抗值判斷故障位置，發(fā)出了跳閘信號。電流選相元件在復(fù)雜的電流相量下，難以準確選出故障相。由于同塔架設(shè)線路間的強磁耦合以及故障電流的畸變，各相電流的幅值和相位發(fā)生了復(fù)雜的變化，使得電流選相元件無法準確地從這些變化的電流中識別出故障相。4.2.2保護動作存在問題原保護動作存在諸多問題和不足。在直流線路保護方面，由于換流器的非線性，故障電氣量中包含了大量的諧波成分和非周期分量，這使得傳統(tǒng)的基于傅里葉變換的保護算法難以準確地提取故障特征，容易出現(xiàn)誤動作或拒動作的情況。在本次故障中，部分保護判據(jù)由于受到諧波的干擾，未能及時準確地判斷故障，導(dǎo)致保護動作延遲。對于交流線路的距離保護，故障電流中的諧波成分導(dǎo)致測量阻抗出現(xiàn)偏差，影響了距離保護對故障位置的準確判斷。在某些情況下，測量阻抗可能超出距離保護的動作范圍，導(dǎo)致保護拒動。這會使故障無法及時切除，進一步擴大故障范圍，對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行造成嚴重威脅。電流選相元件在復(fù)雜的電流相量下難以準確選相，也是原保護動作存在的一個重要問題。在交-交流碰線故障中，同塔架設(shè)線路間的強磁耦合使得各相電流之間相互影響，電流相量發(fā)生畸變。傳統(tǒng)的基于相量法的電流選相元件無法適應(yīng)這種復(fù)雜的故障情況，容易出現(xiàn)誤選相的情況。在本次故障中，電流選相元件未能準確選出故障相，導(dǎo)致交流線路的保護動作出現(xiàn)異常，無法及時有效地隔離故障。五、提高繼電保護適應(yīng)性的對策研究5.1交-交流碰線故障保護對策5.1.1基于信號相關(guān)性的選相方案在交-交流碰線故障中，由于同塔架設(shè)線路間的強磁耦合，傳統(tǒng)的電流選相元件在單系統(tǒng)多相同時發(fā)生碰線故障時往往適應(yīng)性不足。為解決這一問題，依據(jù)故障相電流波形的基本變化規(guī)律，提出基于皮爾遜信號相關(guān)性的相電流波形自相關(guān)系數(shù)和改進自相關(guān)系數(shù)的故障選相方案。皮爾遜相關(guān)系數(shù)是一種用于衡量兩個變量之間線性關(guān)系強度和方向的統(tǒng)計量。在電力系統(tǒng)中，可利用其來分析故障相電流波形與正常相電流波形的差異。對于三相電流信號I_a、I_b、I_c，其相電流波形自相關(guān)系數(shù)的計算基于皮爾遜相關(guān)系數(shù)公式。以I_a為例，計算其在一個周期內(nèi)的自相關(guān)系數(shù)r_{aa}，假設(shè)電流信號的采樣點為i_{a1},i_{a2},\cdots,i_{an}，則：r_{aa}=\frac{\sum_{k=1}^{n}(i_{ak}-\overline{i_a})(i_{ak}-\overline{i_a})}{\sqrt{\sum_{k=1}^{n}(i_{ak}-\overline{i_a})^2}\sqrt{\sum_{k=1}^{n}(i_{ak}-\overline{i_a})^2}}其中，\overline{i_a}為I_a的均值。在正常運行時，三相電流波形具有良好的周期性和對稱性，相電流波形自相關(guān)系數(shù)接近1。當發(fā)生碰線故障時，故障相電流波形會發(fā)生畸變，其自相關(guān)系數(shù)會明顯減小。通過比較三相電流的自相關(guān)系數(shù)，可初步判斷故障相。然而，在實際應(yīng)用中，僅依靠相電流波形自相關(guān)系數(shù)可能會受到噪聲等因素的干擾，導(dǎo)致選相不準確。為此，提出改進自相關(guān)系數(shù)。考慮到故障相電流在故障瞬間的變化特征，引入一個時間窗T_w，在故障發(fā)生后的時間窗內(nèi)，對相電流進行加權(quán)處理。以I_a為例，改進自相關(guān)系數(shù)r_{aa}'的計算如下：r_{aa}'=\frac{\sum_{k=1}^{n}w_{ak}(i_{ak}-\overline{i_a})(i_{ak}-\overline{i_a})}{\sqrt{\sum_{k=1}^{n}w_{ak}(i_{ak}-\overline{i_a})^2}\sqrt{\sum_{k=1}^{n}w_{ak}(i_{ak}-\overline{i_a})^2}}其中，w_{ak}為加權(quán)系數(shù)，在時間窗T_w內(nèi)，靠近故障瞬間的采樣點賦予較大的權(quán)重，遠離故障瞬間的采樣點賦予較小的權(quán)重。這樣可以突出故障瞬間相電流的變化特征，提高選相的準確性。在實際應(yīng)用中，可設(shè)定一個閾值r_{th}，當某相電流的改進自相關(guān)系數(shù)小于r_{th}時，判斷該相為故障相。通過大量的仿真實驗和實際案例分析，驗證了該基于皮爾遜信號相關(guān)性的相電流波形自相關(guān)系數(shù)和改進自相關(guān)系數(shù)的故障選相方案在交-交流碰線故障中的有效性和可靠性。在某實際同塔雙回線路的交-交流碰線故障模擬中，傳統(tǒng)選相元件誤選相，而該方案能夠準確地選出故障相，為繼電保護的正確動作提供了有力支持。5.1.2序分量輔助選相判據(jù)在交-交流碰線故障中，僅依靠基于信號相關(guān)性的選相方案可能在某些復(fù)雜情況下無法完全準確地選相。為實現(xiàn)強磁耦合影響下的正確選相，配備序分量輔助選相判據(jù)是十分必要的。序分量選相利用故障時產(chǎn)生的零序分量、負序分量等序分量的特性來判斷故障相。在正常運行時，三相系統(tǒng)對稱，零序電流和負序電流均為零。當發(fā)生碰線故障時，系統(tǒng)的對稱性被破壞，會產(chǎn)生零序電流和負序電流。對于不同類型的碰線故障，零序電流和負序電流的幅值和相位會呈現(xiàn)出不同的特征。在單相碰線故障中，故障相的零序電流和負序電流具有特定的相位關(guān)系，可通過比較零序電流和負序電流的相位來判斷故障相。以A相接地碰線故障為例，此時零序電流I_0和負序電流I_2的相位關(guān)系滿足：\angle(I_0-I_2)=\theta_{A}，其中\(zhòng)theta_{A}為特定的相位角。通過測量保護安裝處的零序電流和負序電流，并計算它們的相位差，與預(yù)設(shè)的相位角\theta_{A}進行比較，若相位差在一定的允許范圍內(nèi)，則可判斷A相為故障相。對于兩相碰線故障，如AB相碰線故障，零序電流和負序電流的幅值和相位也有其獨特的特征。此時，可利用零序電流和負序電流的幅值關(guān)系以及它們與正序電流的關(guān)系來輔助選相。通過計算零序電流與負序電流的幅值比K_{02}=\frac{|I_0|}{|I_2|}，以及負序電流與正序電流的幅值比K_{21}=\frac{|I_2|}{|I_1|}，并與預(yù)設(shè)的閾值進行比較。若K_{02}和K_{21}滿足特定的條件，則可判斷AB相為故障相。序分量輔助選相判據(jù)還可以與基于信號相關(guān)性的選相方案相結(jié)合，形成更加完善的選相機制。在基于信號相關(guān)性的選相方案初步判斷出故障相后，利用序分量輔助選相判據(jù)進行進一步的驗證和確認。如果兩者的判斷結(jié)果一致，則可確定故障相；如果兩者的判斷結(jié)果不一致，則需要進一步分析故障特征，綜合考慮各種因素來確定故障相。通過實際的仿真分析和現(xiàn)場試驗，驗證了序分量輔助選相判據(jù)與基于信號相關(guān)性的選相方案相結(jié)合的有效性。在多種復(fù)雜的交-交流碰線故障場景下，該組合選相方法能夠準確、快速地選出故障相，提高了繼電保護在交-交流碰線故障下的動作準確性和可靠性。5.2交-直流碰線故障保護對策5.2.1換流器工頻等值阻抗分析方法在交-直流碰線故障中，換流器的非線性使得故障電氣量的計算變得極為復(fù)雜。為解決這一難題，提出換流器工頻等值阻抗分段線性化的分析方法。換流器在不同的工作狀態(tài)下，其工頻等值阻抗呈現(xiàn)出不同的特性。通過對換流器的工作原理和導(dǎo)通特性進行深入研究，發(fā)現(xiàn)可以將換流器的運行過程劃分為多個階段，每個階段對應(yīng)不同的工頻等值阻抗。以某常見的兩電平換流器為例，在正常運行時，換流器按照一定的觸發(fā)角和控制策略進行工作，其工頻等值阻抗相對穩(wěn)定。當發(fā)生交-直流碰線故障時，換流器的工作狀態(tài)會發(fā)生急劇變化，觸發(fā)角和換相角也會相應(yīng)改變。根據(jù)換流器在故障過程中的導(dǎo)通狀態(tài)變化，將其分為三個階段：故障初始階段、故障發(fā)展階段和故障穩(wěn)定階段。在故障初始階段，交流側(cè)的短路電流迅速增大，換流器的晶閘管會在短時間內(nèi)承受較大的電流沖擊。此時，換流器的工頻等值阻抗主要取決于晶閘管的導(dǎo)通電阻和換流器的內(nèi)部電感。由于晶閘管在導(dǎo)通瞬間的電阻較大，且換流器內(nèi)部電感的影響，這一階段的工頻等值阻抗相對較大。通過對晶閘管導(dǎo)通特性的分析和實驗數(shù)據(jù)的驗證，可確定這一階段工頻等值阻抗的表達式為Z_{eq1}=R_{on}+j\omegaL_{int}，其中R_{on}為晶閘管導(dǎo)通電阻，\omega為工頻角頻率，L_{int}為換流器內(nèi)部電感。隨著故障的發(fā)展，換流器進入故障發(fā)展階段。在這一階段，換流器的觸發(fā)角和換相角不斷調(diào)整，以適應(yīng)故障電流的變化。此時，換流器的工頻等值阻抗會隨著觸發(fā)角和換相角的變化而改變。通過對換流器控制策略的研究和數(shù)學模型的推導(dǎo)，建立了這一階段工頻等值阻抗與觸發(fā)角、換相角之間的關(guān)系。設(shè)觸發(fā)角為\alpha，換相角為\gamma，則工頻等值阻抗Z_{eq2}的表達式為：Z_{eq2}=f(\alpha,\gamma)=R_{eq}+jX_{eq}(\alpha,\gamma)其中，R_{eq}為等效電阻，X_{eq}(\alpha,\gamma)為等效電抗，是觸發(fā)角\alpha和換相角\gamma的函數(shù)。當故障進入穩(wěn)定階段后，換流器的工作狀態(tài)逐漸穩(wěn)定下來，觸發(fā)角和換相角也趨于穩(wěn)定值。此時，換流器的工頻等值阻抗也相對穩(wěn)定。通過對穩(wěn)定階段換流器工作特性的分析，確定這一階段的工頻等值阻抗為Z_{eq3}=R_{s}+jX_{s}，其中R_{s}為穩(wěn)定階段的等效電阻，X_{s}為穩(wěn)定階段的等效電抗。通過將換流器的工頻等值阻抗進行分段線性化處理，可簡化故障電氣量的計算過程。在計算交-直流碰線故障電氣量時，根據(jù)故障發(fā)生的時間和換流器的工作狀態(tài)，選擇相應(yīng)階段的工頻等值阻抗進行計算。這種方法能夠更準確地反映換流器在故障過程中的電氣特性，提高故障電氣量計算的準確性。為驗證該方法的有效性，利用PSCAD/EMTDC仿真軟件搭建了交直流互聯(lián)系統(tǒng)模型。在模型中模擬了不同類型的交-直流碰線故障，分別采用傳統(tǒng)的非線性分析方法和換流器工頻等值阻抗分段線性化分析方法計算故障電氣量。通過對比分析兩種方法的計算結(jié)果，發(fā)現(xiàn)采用換流器工頻等值阻抗分段線性化分析方法計算得到的故障電氣量與實際仿真結(jié)果更為接近，誤差明顯減小。這表明該方法能夠有效地解決換流器非線性對故障電氣量計算的影響，為交-直流碰線故障下繼電保護的研究提供了更準確的理論依據(jù)。5.2.2保護改進判據(jù)與動作方案在交-直流碰線故障下，線路控保移相動作對交-直流碰線保護的適應(yīng)性產(chǎn)生了重要影響。移相動作后，交-直流碰線保護面臨著無法迅速閉鎖故障極的問題。為解決這一問題，綜合考慮保護處工頻電壓和極波變化特征，提出保護改進新判據(jù)。在交-直流碰線故障發(fā)生時，保護處的工頻電壓和極波會發(fā)生明顯變化。正常運行時，保護處的工頻電壓保持在額定值附近，極波也相對穩(wěn)定。當發(fā)生碰線故障時，故障點的存在會導(dǎo)致保護處的工頻電壓下降，極波也會出現(xiàn)異常波動。通過對大量仿真數(shù)據(jù)和實際故障案例的分析，發(fā)現(xiàn)故障時工頻電壓的變化率和極波的幅值變化具有一定的規(guī)律性。基于此，提出保護改進新判據(jù)：當保護處的工頻電壓變化率\DeltaU_{p}超過預(yù)設(shè)閾值U_{th1}，且極波幅值變化率\DeltaI_{w}超過預(yù)設(shè)閾值I_{th1}時，判定發(fā)生交-直流碰線故障，并立即發(fā)出閉鎖故障極的指令。數(shù)學表達式為：\begin{cases}|\DeltaU_{p}|>U_{th1}\\|\DeltaI_{w}|>I_{th1}\end{cases}其中，\DeltaU_{p}=\frac{U_{p}-U_{p0}}{U_{p0}}，U_{p}為故障時保護處的工頻電壓，U_{p0}為正常運行時保護處的工頻電壓；\DeltaI_{w}=\frac{I_{w}-I_{w0}}{I_{w0}}，I_{w}為故障時的極波幅值，I_{w0}為正常運行時的極波幅值。為進一步提高保護的可靠性，還引入了時間判據(jù)。當滿足上述判據(jù)后，若在一定時間t_{1}內(nèi)，工頻電壓和極波的變化持續(xù)存在，則確認故障并執(zhí)行閉鎖操作。這樣可以避免由于瞬時干擾等因素導(dǎo)致的誤動作。在實際應(yīng)用中，該保護改進判據(jù)與現(xiàn)有的保護裝置相結(jié)合，形成了一套完整的保護動作方案。當保護裝置檢測到電氣量變化滿足保護改進新判據(jù)時，迅速啟動閉鎖故障極的操作。同時，向調(diào)度中心發(fā)送故障信號，以便調(diào)度人員及時采取措施，恢復(fù)電力系統(tǒng)的正常運行。為驗證保護改進判據(jù)和動作方案的有效性，在PSCAD/EMTDC仿真平臺上進行了大量的仿真實驗。模擬了多種不同類型的交-直流碰線故障場景，包括不同的故障點位置、故障過渡電阻和系統(tǒng)運行工況。通過對比分析改進前后保護裝置的動作性能，發(fā)現(xiàn)改進后的保護裝置能夠更快速、準確地識別交-直流碰線故障，并迅速閉鎖故障極，有效縮短了故障