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隨著超遠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)極限等運行優(yōu)點，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)立項開展專題研究，于2017年最新制定《國家電網(wǎng)公司繼電保護技術(shù)發(fā)展綱要》，明確將“推進半波長輸電線路保護新技術(shù)研究”列為需優(yōu)先發(fā)展的繼電保護前瞻性技術(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)。

在繼電保護領(lǐng)域，半波長交流輸電面臨的挑戰(zhàn)主要有兩個：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、尤其是距離類和差動類的保護均不再適用；其二，超長輸電距離縱聯(lián)保護的兩側(cè)數(shù)據(jù)交互時間增長，保護出口動作速度被延長至若干周波，不利于系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

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

• 有學(xué)者基于分布參數(shù)模型，詳細分析了差動保護的靈敏性問題，并提出了改進方案。
• 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保護原理，并做了進一步改進，實現(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保護的影響，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)保護在半波長線路上應(yīng)用時存在動作延時過長的痼疾。由于半波長線路極長，通過光纖進行信息單向傳輸?shù)臅r延就達到15ms，加上故障波的傳播時間，嚴(yán)重影響了保護的速動性，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、反射機理，截取時間窗進行故障行波時頻譜矩陣分析，可實現(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間過長，無法滿足保護的速動性。
• 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別區(qū)內(nèi)外故障。這些利用單端信號量進行故障定位與識別的方法給予了半波長保護新的思路。

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時間差，理論上能實現(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。

對此也有研究者針對半波長保護開展了單端就地量保護原理的研究。

• 有學(xué)者提出了一種改進距離相間保護，改進判據(jù)的測量阻抗在半波長輸電范圍內(nèi)單調(diào)變化。基于這一特性，設(shè)計出一種可用的單端量距離保護。但是，該判據(jù)無法識別接地故障，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，實現(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。

為了進一步提高基于單端量保護的性能，強電磁工程與新技術(shù)國家重點實驗室（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)類保護動作速度受兩側(cè)數(shù)據(jù)交換固有時延制約、動作速度無法進一步提升，且現(xiàn)有就地類保護存在誤/拒動風(fēng)險的問題，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)時的波速與衰減特性，分析了線-零模行波到達時差的特點，設(shè)計了基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的行波到達時刻識別判據(jù)，實現(xiàn)了對接地故障發(fā)生位置的判別。

圖1 仿真系統(tǒng)

同時，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。所提判據(jù)能在近端故障發(fā)生后0.1ms動作，即便是遠端故障，動作速度也顯著快于縱聯(lián)類保護以及現(xiàn)有的就地式保護，具備突出的速動性優(yōu)勢。

同時，所提判據(jù)單獨工作時的覆蓋距離范圍達到2980km，為全線范圍的99.3%，形成了準(zhǔn)全線速動就地式主保護，并基于DSETT可實現(xiàn)半波長線路全線范圍內(nèi)的快速動作。由于兩頭覆蓋范圍均能達到99.3%，即便通道完全失效，所提判據(jù)仍能獨立迅速響應(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》上，論文標(biāo)題為“面向接地故障辨識的半波長線路測距式超高速就地主保護新原理研究”，作者為陳樂、彭詠泉、林湘寧、李正天、金能。