1、第十二章第十二章 高压直流输电系统的保护高压直流输电系统的保护第一节第一节 直流输电系统故障直流输电系统故障第二节第二节 直流输电系统保护原理与配置直流输电系统保护原理与配置第三节第三节 直流输电系统保护装置直流输电系统保护装置第一节 直流输电系统故障 随着电力需求日益增长、远距离大容量输电线路不断增随着电力需求日益增长、远距离大容量输电线路不断增加、电网扩大，传统的交流输电联网方式将带来如低频加、电网扩大，传统的交流输电联网方式将带来如低频振荡、大面积停电、短路电流水平超限等大电网存在的振荡、大面积停电、短路电流水平超限等大电网存在的问题；问题；直流输电在远距离大容量输电、海底电缆输电和不同
2、频直流输电在远距离大容量输电、海底电缆输电和不同频率联网方面显示了其独特的优势，利用直流输电异步联率联网方面显示了其独特的优势，利用直流输电异步联网既可以取得联网效益，又能避免大电网带来的问题，网既可以取得联网效益，又能避免大电网带来的问题，还可以改善原交流电网的运行性能。还可以改善原交流电网的运行性能。随着电力电子技术、计算机技术和控制理论的迅速发展，随着电力电子技术、计算机技术和控制理论的迅速发展，直流输电的建设费用和运行能耗也不断下降，可靠性逐直流输电的建设费用和运行能耗也不断下降，可靠性逐步提高，越来越显示出其优越性。步提高，越来越显示出其优越性。目前，电力系统中发电和用电单元的绝大部
3、分为交流电，目前，电力系统中发电和用电单元的绝大部分为交流电，如采用直流输电，须进行交如采用直流输电，须进行交直直交的电能交换。交的电能交换。在送电端将交流电变换为直流电（整流），经过直流输电在送电端将交流电变换为直流电（整流），经过直流输电线路将电能传送到受电端，再将直流电变换为交流电（即线路将电能传送到受电端，再将直流电变换为交流电（即逆变），送到受电端的交流系统中去。逆变），送到受电端的交流系统中去。进行整流和逆变的场所分别称为整流站和逆变站，统称进行整流和逆变的场所分别称为整流站和逆变站，统称为为换流站换流站；实现的装置分别称为整流器和逆变器，统称为实现的装置分别称为整流器和逆变器，统
4、称为换流器换流器。一般高压直流输电系统主要包括以下一般高压直流输电系统主要包括以下6大类元件大类元件。（1）换流器。）换流器。直流输电系统的关键设备，实现交流-直流和直流-交流的变换。换流器的主要元件是阀桥和换流变压器。阀桥包含6脉波或12脉波的高压阀，它们依次将三相交流电压连接到直流端，实现相应的变换；换流变压器实现交流系统和直流系统之间的连接，向阀桥提供适当等级的不接地三相电压源。（2 2）谐波滤波器。）谐波滤波器。换流器在运行中会在交流侧和直流侧产生谐波电流和谐波电压，导致电容器和附近的电机过热，并干扰通信系统。为了减少流入交流系统和直流系统的谐波电压和谐波电流，在交流侧和直流侧都装有滤
5、波装置。（3）平波电抗器。）平波电抗器。电感很大，可以降低直流线路中的谐波电压和电流，防止逆变器换相失败，限制直流线路短路期间整流器中的峰值电流。（4）无功补偿装置。）无功补偿装置。直流线路本身在运行中不需要无功功率，但是两端换流器在运行中会消耗大量的无功功率。交流滤波器中的电容可以提供部分无功功率，当其不能满足无功补偿的要求时，需装设静态电容补偿。强交流系统常在换流器附近采用并联电容器补偿。（5）直流输电线路。）直流输电线路。可以为架空线或电缆，除导体数和间距的要求有差异外，与交流线路十分相似。（6）换流站的交流部分。）换流站的交流部分。送电端和受电端的交流系统与直流输电系统有着密切的关系，
6、它们给整流器和逆变器提供换相电压。送电端交流系统作为直流输电的电源，提供传输的功率；受电端交流系统则相当于负荷，接受和消耗由直流输电线路送来的功率。直流系统故障类型及特点直流系统故障类型及特点 直流输电系统任何一个部分发生故障或者运行状态异常，直流输电系统任何一个部分发生故障或者运行状态异常，都会影响整个直流输电系统运行的可靠性和有关设备的安都会影响整个直流输电系统运行的可靠性和有关设备的安全。全。直流保护用于保护换流站各直流设备，在故障或异常工况直流保护用于保护换流站各直流设备，在故障或异常工况下快速切除系统中的短路故障或不正常运行设备，防止设下快速切除系统中的短路故障或不正常运行设备，防止
7、设备损坏或干扰系统其他部分的正常工作，保证直流输电系备损坏或干扰系统其他部分的正常工作，保证直流输电系统的安全运行。统的安全运行。直流输电系统故障类型多，且大多数直流保护动作都配合直流输电系统故障类型多，且大多数直流保护动作都配合控制系统来进行故障隔离和消除，因此消除每种故障或异控制系统来进行故障隔离和消除，因此消除每种故障或异常状态的方法也有所区别。常状态的方法也有所区别。按照故障的设备区域分为按照故障的设备区域分为 换流器故障 直流开关场与接地极故障 换流站交流设备故障 直流线路故障等。直流保护策略的设计和配置应考虑故障情况下暂态性能要求，主要是直流保护策略的设计和配置应考虑故障情况下暂态
8、性能要求，主要是各种短路、接地故障以及过电流和过电压。各种短路、接地故障以及过电流和过电压。此外直流系统还配备了针对交流系统扰动的有关控制保护此外直流系统还配备了针对交流系统扰动的有关控制保护 次同步振荡 交流系统故障对直流系统的扰动 直流控制系统误动对直流系统的扰动等1 1、换流器故障、换流器故障包括阀短路、换相失败、直流侧出口短路、交流侧相间短路、交流侧接包括阀短路、换相失败、直流侧出口短路、交流侧相间短路、交流侧接地短路、直流侧对地短路等。地短路、直流侧对地短路等。（1）换流桥故障。桥臂短路、桥阀短路、阀组过流、换相失败、阀误导通、不导通故障。（2）晶闸管阀故障。晶闸管元件、阀阻尼均压回
9、路、触发部件、阀基电子设备以及阀的冷却系统等故障。这一部分的保护通常就地配置，如可由阀基电子设备屏、阀冷控制保护屏提供。（3）阀交流侧故障。换流变压器阀侧绕组过电压、换流变压器阀侧至阀厅内的交流连线的接地或相间短路故障。（4）阀厅内接地故障。阀组中点接地故障等。2 2、直流开关场与接地极故障、直流开关场与接地极故障包括直流极母线故障、中性母线故障、直流滤波器故障、直流接线方包括直流极母线故障、中性母线故障、直流滤波器故障、直流接线方式转换开关故障、平波电抗器本体故障、接地极及引线故障、站内接式转换开关故障、平波电抗器本体故障、接地极及引线故障、站内接地网故障等。地网故障等。（1）极母线设备的闪
10、络或接地故障。极母线设备包括平波电抗器、直流滤波器等。（2）极母线直流过电压、过电流以及持续的直流欠压。（3）中性母线开路或接地故障。（4）站内接地网过流。（5）接地极引线开路或对地故障、接地极引线过负荷。（6）直流滤波器过流、过负荷、失谐，高压电容器不平衡以及有源部分的故障(如果是有源滤波器)。3 3、换流站交流侧故障、换流站交流侧故障 换流站交流设备包括换流变压器、交流开关场设备、交流换流站交流设备包括换流变压器、交流开关场设备、交流母线、交流出线、交流馈线等。主要故障包括换流变故障、母线、交流出线、交流馈线等。主要故障包括换流变故障、交流侧三相短路、交流侧单相短路、交流滤波器故障、站交流
11、侧三相短路、交流侧单相短路、交流滤波器故障、站用电系统故障等。用电系统故障等。（1）与直流系统相连的交流系统故障。包括换流站远端交流系统短路故障、换流母线故障、交流系统功率振荡或次同步振荡、交流系统持续的扰动、换流站内交流母线电压的欠压和过压等对直流系统产生的扰动。（2）换流变压器保护区内接地、相间短路、匝间短路故障。（3）换流变压器过励磁、直流偏磁等。4 4、直流线路故障、直流线路故障 由于高压直流线路长度均在由于高压直流线路长度均在800km800km以上，此线路上任一点以上，此线路上任一点发生故障都会导致直流系统故障，故直流线路故障在直流发生故障都会导致直流系统故障，故直流线路故障在直流
12、系统故障中出现的几率是最大的。系统故障中出现的几率是最大的。一般故障包括雷击、对地闪络、高阻接地、与交流线路碰一般故障包括雷击、对地闪络、高阻接地、与交流线路碰线、断线等。线、断线等。（1）直流线路金属性短路，高阻接地故障或开路故障，交直流碰线故障。（2）金属回线导体开路或接地故障。（3）直流甩负荷、直流系统或设备在动态过程中发生故障等对直流系统产生的扰动。（4）直流控制系统误动对直流系统产生的扰动。直流系统保护策略还要根据系统或设备情况对直流系统保护策略还要根据系统或设备情况对 换流阀点火系统、晶闸管结温、大触发角运行工况等 提供必要的监测。提供必要的监测。故障类型故障类型 基本特点描述基本
13、特点描述整流侧桥臂短路整流侧桥臂短路交流电流很快升高，直流电流交流电流很快升高，直流电流下降下降逆变侧换相失败逆变侧换相失败直流电压下降，直流电流增大直流电压下降，直流电流增大阀导通不正常阀导通不正常一般直流电压下降，逆变侧直流电流增大，与换相失败一般直流电压下降，逆变侧直流电流增大，与换相失败相似相似直流线路故障直流线路故障整流侧直流电压下降、直流电流上升，整流侧直流电压下降、直流电流上升，逆变侧直流电压和直流电流均下降逆变侧直流电压和直流电流均下降直流线路操作过电压直流线路操作过电压直流过电压直流过电压整流侧交流系统故障整流侧交流系统故障交流电压下降，直流电压、电流可能相应下降，不对称故障
14、交流电压下降，直流电压、电流可能相应下降，不对称故障时有较大的非特征性时有较大的非特征性谐波谐波逆变侧交流系统故障逆变侧交流系统故障交流电压下降，可能引起换相失败，不对称故障时有较大的交流电压下降，可能引起换相失败，不对称故障时有较大的非非特征谐波特征谐波表表12-1 12-1 直流输电系统典型故障及特点直流输电系统典型故障及特点 在故障发生开始，控制系统会迅速做出响应，对故障的发在故障发生开始，控制系统会迅速做出响应，对故障的发展有一定的抑制展有一定的抑制作用作用 采采用用不同控制系统不同控制系统时，直流系统的暂态性能也略有不同，时，直流系统的暂态性能也略有不同，这是直流输电的特点之这是直流
15、输电的特点之一。一。在在研究保护策略时，除交直流模型外，必须结合相应的控研究保护策略时，除交直流模型外，必须结合相应的控制系统。制系统。第二节第二节 直流输电系统保护原理与配置直流输电系统保护原理与配置一、直流线路故障过程一、直流线路故障过程 直流架空线路发生故障时，从故障电流的特征而论，直流架空线路发生故障时，从故障电流的特征而论，短路故障的过程可以分为短路故障的过程可以分为初始行波初始行波、暂态暂态和和稳态稳态三个阶段。三个阶段。1 1、初始行波阶段初始行波阶段-与交流输电线路故障时的波过程相似，直流输电线故障后，沿线路的电场和磁场所储存的能量相互转化形成故障电流行波和相应的电压行波。-电
16、流行波幅值取决于线路波阻抗和故障前瞬间故障点的直流电压值。-线路对地故障点弧道电流为两侧流向故障点的行波电流之和，此电流在行波第一次反射或折射之前，不受两端换流站控制系统的控制。2 2、暂态阶段暂态阶段-经过初始行波的来回反射和折射后，故障电流转入暂态阶段。-直流线路故障电流主要分量有：带有脉动且幅值有变化的直流分量（强迫分量）和由直流主回路参数所决定的暂态振荡分量（自由分量）。-在此阶段，控制系统中定电流控制开始起到较显著的作用，整流侧和逆变侧分别调节使滞后触发角增大，抑制线路两端流向故障点的电流。3 3、稳态阶段稳态阶段-最终，故障电流进入稳态，整流侧和逆变侧提供的故障电流稳态值被控制到等
17、于各自定电流控制的整定值，两侧流入故障点的电流方向相反，故障点电流为两者之差。二、直流输电线路保护原理 直直流线路发生故障时，桥阀控制极的控制可以快速地限制流线路发生故障时，桥阀控制极的控制可以快速地限制和消除故障电流，同时由于定电流调节器的作用，故障电和消除故障电流，同时由于定电流调节器的作用，故障电流与交流线路相比要小得流与交流线路相比要小得多。多。对对直流线路故障的检测不能依靠故障电流大小来判别，而直流线路故障的检测不能依靠故障电流大小来判别，而需要通过电流或电压的暂态分量来识需要通过电流或电压的暂态分量来识别。别。采用行波保护作为高压直流线路保护的主保护 采用低电压保护、横联差动保护、
18、纵联差动保护等作为行波保护的后备保护。保护动作时，发出线路跳闸信号，起动直流线路故障恢复顺序控制（整流侧），即按预先设定的次序，整流站延迟触发角以去电离，并在去电离后全压起动或降压起动故障的直流极；若重起动后仍不成功，将闭锁两端阀组。行波保护利用故障瞬间所传递的电流、电压行波来构成行波保护利用故障瞬间所传递的电流、电压行波来构成超高速超高速的线路保的线路保护。护。对对于暂态电流、电压行波的幅值和方向皆能准确反映原始故障于暂态电流、电压行波的幅值和方向皆能准确反映原始故障的的特征。特征。同同基于工频电气量的传统保护相比，行波保护具有基于工频电气量的传统保护相比，行波保护具有超高速及高超高速及高可
19、靠性可靠性的动作性能，且其保护性能不受电流互感器饱和、系统的动作性能，且其保护性能不受电流互感器饱和、系统振荡和长线分布电容等的影响。振荡和长线分布电容等的影响。行波保护在直流系统中相比于交流系统具有更明显行波保护在直流系统中相比于交流系统具有更明显的的优越性优越性。在交流系统中，如果在电压过零时刻发生故障，则故障线路上没有故障行波出现，保护存在动作死区；直流系统中不存在电压相角，则无此缺点。交流系统中电压、电流行波的传输受母线结构变化的影响，并且需要区别故障点传播的行波和各母线的反射波以及透射波，难度较大；由于高压直流线路结构简单，也不存在上述问题。行波保护的判据为行波保护的判据为 如果直流
20、线路发生接地故障，波会由故障点向两端换流如果直流线路发生接地故障，波会由故障点向两端换流站发站发射。射。通通过整定直流线路电压和电流的变化率，行波保护可以过整定直流线路电压和电流的变化率，行波保护可以对这种故障进行监对这种故障进行监测。测。如果电压的变化率和电压变化的幅值超过了整定值，保护系统计算电流变化的幅值，如果也超过了设定值，保护动作。行行波保护在两站波保护在两站失去通信失去通信的情况下仍能正常工的情况下仍能正常工作。作。;dtduI;U 低电压保护的判据为低电压保护的判据为 低低电压保护通过整定一个低电压和直流线路电电压保护通过整定一个低电压和直流线路电压的变化率来对线路故障进行监压的
21、变化率来对线路故障进行监测。测。如果电压的变化率和线路电压值超过设定值，保护动作。低低电压保护属于电压保护属于后备保护后备保护，在，在两站失去通信两站失去通信的的情况下仍能正常工情况下仍能正常工作。作。dLU;dtdu 纵联差动保护的判据为纵联差动保护的判据为 式中：式中：为直流线路电流；为直流线路电流；为对站直流线路电流。为对站直流线路电流。纵联差动保护比较来自整流站和逆变站的直流电流，如纵联差动保护比较来自整流站和逆变站的直流电流，如果两站电流差值超过了设定值，保护动果两站电流差值超过了设定值，保护动作。作。纵纵联差动保护属于联差动保护属于后备保护后备保护，主要反应高阻线路故，主要反应高阻
22、线路故障。障。由由于其所需的电流通过远程控制在两站之间传输，失去于其所需的电流通过远程控制在两站之间传输，失去通信时该保护被通信时该保护被闭闭锁锁。|.othdLdLIIdLIothdLI.横联差动保护的判据为横联差动保护的判据为 式中：式中：为极为极1 1线路电流；线路电流；为极为极2 2线路电流。线路电流。横联差动保护是比较来自一个站内两极的直流线路电横联差动保护是比较来自一个站内两极的直流线路电流，如果两极电流差值超过了设定值，保护动流，如果两极电流差值超过了设定值，保护动作。作。横横联差动电流保护属于联差动电流保护属于后备保护后备保护，只适用于，只适用于单极金属单极金属回线方式。回线方
23、式。|2.1.dLdLII1.dLI2.dLI三、直流系统保护的配置三、直流系统保护的配置（一）（一）直流系统保护设计原则直流系统保护设计原则-（1）满足可靠性、灵敏性、选择性、速动性的基本要求。-（2）在直流系统各种运行方式下，对全部运行设备都能提供完全 的保护。能检测到设备的故障和异常情况，并从系统中切除影响运行的故障设备。-（3）保护系统应至少双重化配置，每一保护区域具备充分冗余度。保证保护不误动或拒动，如有可能，后备保护应尽可能使用不同的测量原理。-（4）相邻保护区应有重叠，保证无保护死区。采用分区保护、保护区搭接的方式。-(5）各保护之间配合协调，并能正确反映故障区域，保护动作尽量避
24、免双极停运。-（6）与直流控制系统能密切配合，控制系统故障不引起保护跳闸。1 1、可靠性可靠性-（1）保护装置完全冗余或三取二配置，每套冗余配置的保护完全一 样，有自己独立的硬件设备，包括专用电源、主机、输入、输出电路和直流保护全部功能软件，避免保护装置本身故障，引起主设备或系统停运。-（2）每个可以独立运行的换流系统（例如极）的所有保护功能集中放置在本极的保护装置中，采取集中冗余配置。-（3）双极部分的保护功能也应配置在每个极保护装置中，并有自己的测量回路。-（4）随着微机技术的发展，直流系统的一些主设备保护逐渐演变成在一定区域集中配置。2 2、灵敏性、灵敏性-（1）保护的配置应该能够检测到
25、所有可能的、危及系统运行或设备安全的故障和异常运行情况。-（2）直流保护采用分区重叠，没有保护死区，每一区域或设备至少采用相同原理的双主双备保护或不同原理的一主一备保护配置。-（3）单极部分的故障引起保护动作，不应造成双极停运（仅在站内直接接地双极运行方式时，某一极故障才必须停运双极，以避免较大的电流流过站接地网）。-（4）保护尽量不依赖于两端换流站之间的通信。3 3、选择性、选择性-（1）直流系统保护分区配置，每个区域或设备至少有一个选择性强的主保护，便于故障识别。-（2）可以根据需要退出和投入部分保护功能，而不影响系统安全运行。4 4、速动性、速动性-（1）充分利用直流输电控制系统，以尽可
26、能快的速度停运、隔离故障系统或设备，保证系统和设备安全。-（2）快速切除故障的措施包括紧急移相、投旁通对、封锁触发脉冲、跳交、直流侧断路器等。（二）（二）直流输电系统保护配置分类直流输电系统保护配置分类 按保护所针对的情况，按保护所针对的情况，配置的保护配置的保护分为四类。分为四类。第一类为针对第一类为针对故障故障的保护，如阀短路保护、极母线保护等；的保护，如阀短路保护、极母线保护等；第二类为针对第二类为针对过应力过应力的保护，如过压、过载；的保护，如过压、过载；第三类为针对第三类为针对器件损坏器件损坏的保护，如电容器不平衡保护、转换开关保护；的保护，如电容器不平衡保护、转换开关保护；第四类为
27、针对第四类为针对其他故障其他故障的保护，如功率振荡等。的保护，如功率振荡等。对于第一类保护，其保护区应尽量配置对于第一类保护，其保护区应尽量配置双套两种不同原理双套两种不同原理的保护，互为后备，正常运行时保护区内存在双套主保护、的保护，互为后备，正常运行时保护区内存在双套主保护、双套后备保护。双套后备保护。对于第二、三、四类保护，至少配置对于第二、三、四类保护，至少配置双套一种原理双套一种原理的保护，的保护，正常运行时保护区内至少存在双套保护。正常运行时保护区内至少存在双套保护。（三）直流系统保护的配置直直流系统保护采取分区配置，保护范围及功能如下。流系统保护采取分区配置，保护范围及功能如下。
28、1 1、换流器保护区、换流器保护区 该保护区包括换流器及其连线等辅助设备。该保护区包括换流器及其连线等辅助设备。-电流差动保护组（阀短路保护、换相失败保护、换流器差动保护）-过电流保护组（直流侧过电流保护、交流侧过电流保护）-触发保护组（阀触发异常保护）-电压保护组（电压应力保护、直流过电压保护）-阀检测组（晶闸管监测、大触发角监视）等 2 2、直流极线及中性母线保护区、直流极线及中性母线保护区-平波电抗器和直流滤波器、-单极中性母线和双极中性母线、-相关的设备和连线。直流极线电流差动保护组（直流极母线差动保护、直流中性母线差动保护、直流极差动保护）直流滤波器保护组（直流滤波电抗器过载保护、直
29、流滤波电容器不平衡保护、直流滤波器差动保护）平波电抗器保护组（干式平波电抗器的故障由直流系统保护兼顾）。油浸式平波电抗器除了直流系统保护外，还有非电量保护继电器，主要有瓦斯保护、油泵和风扇电机保护、油位监测、气体监测、油温检测、压力释放、油流指示、绕组温度等）。3 3、接地极引线和接地极保、接地极引线和接地极保护区护区-双极中性线保护组（双极中性母线差动保护、站内接地过电流保护）-转换开关保护组（中性母线断路器保护、中性母线接地开关保护、大地回线转换开关保护、金属回线转换断路器保护）-金属回线保护组（金属回线横差保护、金属回线纵差保护、金属回线接地故障保护）-接地极引线保护组（接地极引线断线保
30、护、接地极引线过载保护、接地极引线阻抗监测、接地极引线不平衡监测、接地极引线脉冲回波监测）等。4 4、换流站交流开关场保、换流站交流开关场保护区护区-换流变压器及其阀线侧连线-交流滤波器和并联电容器及其连线-换流母线（换流器交流母线差动保护、换流器交流母线过电压保护等）。换流变压器保护换流变压器保护与常规变压器相比，其特点是流过绕组中的电流含有较大的谐波成分。对于内部短路等严重故障，在跳开相应断路器之前，应快速停运直流系统。而对于油温过高等情况，则应区别情况，进行报警或延时发出跳闸信号及停运直流系统信号。-换流变压器差动保护组（换流器交流母线和换流变差动保护、换流变差动保护、换流变绕组差动保护
31、）-换流变压器过应力保护（换流变过流保护、换流器交流母线和换流变过电流保护、换流变过负荷保护、换流变过励磁保护）-换流变压器不平衡保护组（换流变中性点偏移保护、换流变零序电流保护、换流变饱和保护）-换流变压器本体保护（瓦斯保护、压力释放、气体检测、油泵和风扇电机保护、油温、油位检测、绕组温度等）。交流滤波器及并联电容器交流滤波器及并联电容器交流滤波器及并联电容器分组的每一元件都应得到适当保护，使其不被过电压、过电流或过负载所损坏。电容器组或电容器元件故障及接地故障也应进行保护。在交流滤波器分组中发生过负载、接地故障或电容器故障引起的保护跳闸，只应跳开此分组的断路器；过电压时则应跳开整组以及各分
32、组的断路器。由于在交流滤波器及并联电容器组中有大量的电容器单元，少量的电容器单元故障对滤波器特性的影响不大，往往并不需要立即切除相关的滤波器分组，而可以根据损坏的电容器单元数的多少，采取不同的保护措施。常配置有差动保护、反时限过电流保护、过流保护、电流速断保护、电常配置有差动保护、反时限过电流保护、过流保护、电流速断保护、电容器过压保护、电容器不平衡保护等。容器过压保护、电容器不平衡保护等。双调谐滤波器还配置谐波过电流保护。双调谐滤波器还配置谐波过电流保护。5 5、直流线路保护区、直流线路保护区配置有以下几种：-直流线路故障保护组（直流线路行波保护、微分欠电压保护、直流线路纵差保护、再起动逻辑
33、）-直流系统保护组（直流欠压保护、功率反向保护、直流谐波保护等）。四、直流输电保护动作策略四、直流输电保护动作策略 根据故障的严重程度以及对系统运行的影响，故障发生后根据故障的严重程度以及对系统运行的影响，故障发生后保护常采用以下八种动作策略。保护常采用以下八种动作策略。-（1）报警与启动录波：使用灯光、音响等提醒运行人员；自动启动故障录波和事件记录，便于故障分析。-（2）控制系统切换：利用冗余的控制系统，通过系统切换排除控制系统设备故障的影响。-（3）紧急移相：将触发角迅速增加到以上，将换流器从整流状态变成逆变状态，从而保证能快速熄灭线路上的电流。-（4）投旁通对：同时触发6脉冲换流器在交流
34、同一相上的一对换流阀，形成直流侧短路，快速降低直流电压到零，隔离交直流回路，以便交流侧断路器快速跳闸。-（5）闭锁换流器：取消可控硅的控制脉冲，当流过换流阀的电流为零时，阀停止导通。-（6）极隔离：隔离直流母线与直流线路、换流器中性线与接地线，不影响另一极正常运行，便于停运极直流设备检修。-（7）跳开交流侧断路器：断开环流变压器的交流侧电源，隔离交流系统向换流变阀侧提供电源，同时消除阀上的交流电压，以防止阀承受不必要的过应力。-（8）直流系统再启动：整流器控制角迅速增大到，变为逆变运行，快速释放直流系统储能，经一定延时后，短路弧道去游离，整流器触发角按一定速率减小，恢复运行。第三节第三节 直流
35、输电系统保护装置直流输电系统保护装置 直直流输电技术发展的主要表现流输电技术发展的主要表现是是高高速发展的电子信息技术速发展的电子信息技术在直流控制保护中的在直流控制保护中的应用应用 实时多处理器技术 光通信技术 网络技术等。直流系统的控制和保护之间关系密切直流系统的控制和保护之间关系密切，控控制和保护制和保护系统几系统几乎都采用相同的硬件平台和软件平台，甚至集成在同一机乎都采用相同的硬件平台和软件平台，甚至集成在同一机柜之柜之中。中。直直流系统保护装置采用流系统保护装置采用多套冗余配置多套冗余配置，每套有自己的计算、，每套有自己的计算、测量、电源测量、电源等。等。一、核心处理器一、核心处理器
36、自从有了晶体管和集成电路，直流输电控制保护的计算系统使控制保自从有了晶体管和集成电路，直流输电控制保护的计算系统使控制保护性能得到了极大改善，从护性能得到了极大改善，从模拟式发展到数字式模拟式发展到数字式。尤其在。尤其在2020世纪世纪7070年年代，以代，以微处理器微处理器为基础的电子计算机的发展，对直流输电控制及保护为基础的电子计算机的发展，对直流输电控制及保护性能的提高、推动晶闸管阀为标志的直流输电的普及与发展起了推动性能的提高、推动晶闸管阀为标志的直流输电的普及与发展起了推动作用。作用。近年来，直流输电控制保护的基本功能没有发生革命性的变化。但是近年来，直流输电控制保护的基本功能没有发
37、生革命性的变化。但是随着电子信息技术的高速发展，处理器的随着电子信息技术的高速发展，处理器的计算速度计算速度越来越快，越来越快，存储空存储空间间越来越大，越来越大，并行运行并行运行的处理器越来越的处理器越来越多。多。微微处理器技术遍布整个直流系统各个设备的控制和保护，比如：极控、处理器技术遍布整个直流系统各个设备的控制和保护，比如：极控、站控（交流场站控（交流场/直流场）、直流系统保护、换流变压器控制保护、交直流场）、直流系统保护、换流变压器控制保护、交/直流滤波器控制保护、换流器冷却系统控制保护、站用电系统控制保直流滤波器控制保护、换流器冷却系统控制保护、站用电系统控制保护护等。等。二、测量
38、装置二、测量装置 1 1、直流电压测量、直流电压测量在换流站的直流开关场中，为了测量直流极线电压及中性母线电压，向直流控制及保护系统提供信号，直流极母线和中性母线上都需要装设直流电压测量装置。高压直流工程早期所使用的直流电压测量装置主要有阻容分压器加隔离运算放大器型。如今，随着光纤技术的进步，已能制造出光电型的直流电压测量装置，即将直流分压器的输出信号经光电转换后，用光缆送往主控制室。这种直流电压测量装置具有良好的抗电磁干扰性能。直流电压检测装置的输出信号，用于控制和保护，如直流线路行波保护、直流欠压保护、直流回路开路保护等。所以，其测量精度取决于控制要求，其测量范围取决于保护要求。2 2、直
39、流电流测量、直流电流测量 在换流器高压侧及中性线侧出口（通常在穿墙套管中）、直流线路入口及接地极线路入口、直流滤波器高压端和中性端及接地的断路器都应装设直流电流测量装置，向直流控制保护系统输出直流电流信号。直流电流测量装置有磁放大器型和光电型，前者运行经验已很丰富，但测量信号容易受到干扰；后者是20世纪90年代开始应用的新技术，抗干扰能力很强。3 3、交流电压测量、交流电压测量 对于交流开关场，除按常规装设交流电压互感器外，还在换流变压器进线侧装设一只交流电压互感器，向换流器控制系统提供换相电压过零点信号，作为计算换流器触发角的计时参考点，向换流器提供触发同步信号。此交流电压互感器要求有很好的
40、抗干扰能力，如果采用电容电压式电压互感器，则应考虑适当的抗干扰措施；如果采用电磁式电压互感器，则应考虑防铁磁谐振措施。4 4、交流电流测量、交流电流测量 在交流开关场中及各种滤波器回路中，需要装设各种不同规格的交流电流互感器。换流阀的导通和关断点的测量通常采用电磁型的微分电流互感器，这种微分电流互感器还可用于直流线路故障定位系统中，以测量进入换流站的陡波前电压。三、数据传输装置三、数据传输装置 在直流输电系统中，为了保证直流系统的安全稳定运行，在直流输电系统中，为了保证直流系统的安全稳定运行，分布在换流站的各个控制保护设备之间需要相互传递有关分布在换流站的各个控制保护设备之间需要相互传递有关信
41、息。信息。原先的信息传递采用专门的原先的信息传递采用专门的串行通道串行通道，在传送速度和冗余，在传送速度和冗余上有一定的限制，并且备品、备件易受制造厂的制约。上有一定的限制，并且备品、备件易受制造厂的制约。随着局域网技术的发展，目前换流站分布控制的信息传送随着局域网技术的发展，目前换流站分布控制的信息传送从从专用电缆变成了局域网专用电缆变成了局域网传送方式。传送方式。四、通信装置四、通信装置 在高压直流输电的两个换流站之间、各换流站与各自的调在高压直流输电的两个换流站之间、各换流站与各自的调度所之间，都必须配备适当的通信设备，用以传递与直流度所之间，都必须配备适当的通信设备，用以传递与直流线路
42、运行相关的控制信息、保护动作信息、设备状态信息、线路运行相关的控制信息、保护动作信息、设备状态信息、运行参数测量信息、运行操作信息等。运行参数测量信息、运行操作信息等。通信装置通信装置以极为基础以极为基础进行配置，目的是保证双极中各级运进行配置，目的是保证双极中各级运行的独立性。行的独立性。两极的通信系统两极的通信系统在电气上和物理结构上都应予以在电气上和物理结构上都应予以分开分开，以，以便使各系统能够独立运行。便使各系统能够独立运行。需要传送的双极共用信息尽可能的少，必须传送的双极信需要传送的双极共用信息尽可能的少，必须传送的双极信号应通过各极的通道同时传送。对于每一极的通信系统，号应通过各
43、极的通道同时传送。对于每一极的通信系统，也应考虑信号通道多重化的要求以确保可靠性。也应考虑信号通道多重化的要求以确保可靠性。在两换流站间交换的信息，对通信速度有两类在两换流站间交换的信息，对通信速度有两类要求要求 第一类是要求速度很高的信息，如直流电流指令、紧急停运信号；第二类是速度可以慢些的，如各种状态显示信号、测量显示信号。为了保证信号的可靠传输，要求信号的误码率低为了保证信号的可靠传输，要求信号的误码率低于于1010-6-6。每个信号都应各自满足该可靠性每个信号都应各自满足该可靠性水平。水平。应应有专门有专门冗余冗余的传输通道，不受其他信号干扰。的传输通道，不受其他信号干扰。四、四、电源 控制保护系统一般由控制保护系统一般由蓄电池蓄电池系统直接供电，蓄电系统直接供电，蓄电池通过站用交流电源池通过站用交流电源浮充电浮充电运行。运行。为了保证系统的可靠性，蓄电池及充电系统都应为了保证系统的可靠性，蓄电池及充电系统都应冗余冗余配置。配置。
