直流輸電系統(tǒng)的保護(hù)

1、直流輸電系統(tǒng)保護(hù)配置,中國(guó)電力科學(xué)研究院系統(tǒng)所直流輸電研究室王明新,直流輸電工程的保護(hù)系統(tǒng),一、  直流保護(hù)的配置原則和特點(diǎn) 二、  直流保護(hù)的功能配置 三、  直流保護(hù)工程實(shí)例,一、 直流保護(hù)的配置原則和特點(diǎn),（一） 配置原則 （二） 直流保護(hù)的特點(diǎn) （三） 直流系統(tǒng)保護(hù)的動(dòng)作策略 (四) 直流系統(tǒng)PT、CT,（一）

2、配置原則,可靠性靈敏性選擇性快速性可控性安全性可修性,可靠性,保護(hù)裝置完全冗余或三取二配置，每套冗余配置的保護(hù)完全一樣，有自己獨(dú)立的硬件設(shè)備，包括專用電源、主機(jī)、輸入、輸出電路和直流保護(hù)全部功能軟件，避免保護(hù)裝置本身故障，引起主設(shè)備或系統(tǒng)停運(yùn)。每個(gè)可以獨(dú)立運(yùn)行的換流系統(tǒng)（例如：極）的所有保護(hù)功能集中放置在本極的保護(hù)裝置中，采用集中冗余配置。雙極部分的保護(hù)功能也應(yīng)配置在每個(gè)極保護(hù)裝置中，并有自己的測(cè)量回路。隨著微機(jī)技術(shù)的

3、發(fā)展，直流系統(tǒng)的一些主設(shè)備保護(hù)逐漸演變成在一定區(qū)域集中配置。,靈敏性,保護(hù)的配置應(yīng)該能夠檢測(cè)到所有可能的，致使直流系統(tǒng)及設(shè)備處于危險(xiǎn)情況的，以及對(duì)于系統(tǒng)運(yùn)行來(lái)說(shuō)不可以接受的故障和異常運(yùn)行情況；直流保護(hù)采用分區(qū)重疊，沒(méi)有遺漏，每一區(qū)域或設(shè)備至少采用相同原理的雙主雙備保護(hù)或不同原理的一主一備保護(hù)配置。,選擇性,直流系統(tǒng)保護(hù)分區(qū)配置，每個(gè)區(qū)域或設(shè)備至少有一個(gè)選擇性強(qiáng)的主保護(hù)，便于故障識(shí)別；可以根據(jù)需要退出和投入部分保護(hù)功能，而不影響系統(tǒng)安

4、全運(yùn)行；單極部分的故障引起保護(hù)動(dòng)作，不應(yīng)造成雙極停運(yùn)；僅在站內(nèi)直接接地雙極運(yùn)行方式時(shí)，某一極故障才必須停運(yùn)雙極，以避免較大的電流流過(guò)站接地網(wǎng)；任何區(qū)域或設(shè)備發(fā)生故障，直流保護(hù)系統(tǒng)中僅最先動(dòng)作的保護(hù)功能作用；本極的關(guān)于極或雙極部分的保護(hù)無(wú)權(quán)停運(yùn)另外的極；保護(hù)盡量不依賴于兩端換流站之間的通信，必須采取措施以避免一端換流器故障時(shí)引起另一端換流器的保護(hù)動(dòng)作。,快速性,充分利用直流輸電控制系統(tǒng)，以盡可能快的速度停運(yùn)、隔離故障系統(tǒng)或設(shè)備，保證

5、系統(tǒng)和設(shè)備安全；措施包括緊急移相、投旁通對(duì)、封鎖觸發(fā)脈沖、跳交、直流側(cè)開(kāi)關(guān)等。,可控性,通過(guò)控制系統(tǒng)控制故障電壓、電流等運(yùn)行參量的方法減輕各種故障對(duì)設(shè)備的危害程度。,安全性,保護(hù)應(yīng)既不能拒動(dòng)，也不能誤動(dòng)；為了保證設(shè)備和人身的安全，在不能兼顧防止保護(hù)誤動(dòng)和拒動(dòng)時(shí)，保護(hù)及跳閘回路的配置寧可誤動(dòng)也不拒動(dòng)；跳閘回路應(yīng)為獨(dú)立的雙跳閘線圈、雙操作電源。,可修性,各種直流保護(hù)功能的參數(shù)便于修改；保護(hù)的配置應(yīng)該考慮到裝置試驗(yàn)和維護(hù)時(shí)不會(huì)影響到被

6、保護(hù)的系統(tǒng)運(yùn)行。,（二） 直流保護(hù)的特點(diǎn),1．微機(jī)化 2．與直流控制系統(tǒng)的關(guān)系密切 3. 多重冗余配置,1．微機(jī)化,1）  集成度高：可以將單獨(dú)運(yùn)行的換流系統(tǒng)內(nèi)，所有能引起該系統(tǒng)停運(yùn)的設(shè)備故障保護(hù)集中在一套保護(hù)系統(tǒng)中，有關(guān)高一級(jí)的極或雙極的保護(hù)功能也都盡可能集中在這個(gè)基本的保護(hù)系統(tǒng)中。2）  判斷準(zhǔn)確：便于輸入信號(hào)處理、定量計(jì)算、判據(jù)設(shè)定、延時(shí)選擇和冗余配置；因此，提高了保護(hù)動(dòng)作的準(zhǔn)確性和系統(tǒng)的可靠性，

7、便于故障分析處理。3）  便于修改：各種功能可以通過(guò)軟件功能和參數(shù)的修改進(jìn)行修正，方便地投入或退出。4）  經(jīng)濟(jì)性好：由于保護(hù)功能集中，可以節(jié)省保護(hù)硬件投資；通過(guò)軟件修改，提高和完善保護(hù)功能，也節(jié)省了技改經(jīng)費(fèi)；同時(shí)系統(tǒng)可靠性提高也帶來(lái)一定經(jīng)濟(jì)效益。,2．與直流控制系統(tǒng)的關(guān)系密切,由于直流系統(tǒng)的控制是通過(guò)改變換流器的觸發(fā)角實(shí)現(xiàn)的； 直流保護(hù)動(dòng)作的主要措施也是通過(guò)觸發(fā)角變化和閉鎖觸發(fā)脈沖完成的； 直流系統(tǒng)的控制與

8、保護(hù)功能關(guān)系密切； 直流控制和保護(hù)的配合，既能快速抑制故障的發(fā)展，迅速切除故障，又能在故障消除后迅速恢復(fù)直流系統(tǒng)的正常運(yùn)行。,3. 多重冗余配置,直流系統(tǒng)的保護(hù)基本屬于系統(tǒng)保護(hù)，它包括換流器、直流開(kāi)關(guān)場(chǎng)、中性母線、直流線路及交流開(kāi)關(guān)場(chǎng)保護(hù)等不同保護(hù)區(qū)域的保護(hù)功能。 直流輸電系統(tǒng)為了防止直流保護(hù)裝置本身的故障，造成運(yùn)行可靠性降低，直流保護(hù)裝置采用了冗余配置。 直流保護(hù)的冗余用于提高保護(hù)裝置本身的可靠性，最終達(dá)到提高整個(gè)系統(tǒng)可靠性的目

9、的。 三套硬件和電源獨(dú)立的，功能完全相同的保護(hù)通道，輸出采用“三選二”方式（即：兩兩之間先“與”，三個(gè)輸出再“或”），可以避免任何一套保護(hù)裝置本身故障造成的保護(hù)設(shè)備誤動(dòng)和拒動(dòng)。,（三） 直流系統(tǒng)保護(hù)的動(dòng)作策略,1. 告警和啟動(dòng)錄波 2. 控制系統(tǒng)切換 3. 緊急移相 4. 投旁通對(duì) 5. 閉鎖觸發(fā)脈沖 6. 極隔離 7. 跳交流側(cè)開(kāi)關(guān) 8. 直流系統(tǒng)再起動(dòng),(四) 直流系統(tǒng)PT、CT,1.兩端換流站直流場(chǎng)設(shè)備測(cè)點(diǎn)和測(cè)

10、量裝置配置2.兩端換流站換流變3.交流濾波器測(cè)點(diǎn)和測(cè)量裝置配置,直流系統(tǒng)PT、CT類型,1.直流電流 零磁通CT，電流的采集是通過(guò)零磁通CT 的一組二次線圈和位于直流測(cè)量盤的放大器共同完成的，最終形成0-2V 直流電壓輸出。 光CT，地電位將電源轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，通過(guò)光纖給高電位電路供電；電路將電流相關(guān)的電壓轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)，再變成光信號(hào)送到地電位。,直流系統(tǒng)PT、CT類型,2.直流電壓 采集采用電容式分壓器原理，直接送入

11、直流測(cè)量盤。,直流輸電系統(tǒng)直流場(chǎng)設(shè)備測(cè)點(diǎn)配置圖,直流場(chǎng)測(cè)量裝置配置,（1） 直流出線CT，采集IdYL，OSKFG500（2） 直流分壓器，采集Vd to gnd 1（3） 中性線CT，采集Id DL（4） 直流分壓器,采集Vee（5） 接地極引線CT，采集Iee1（6） 直流高壓極線CT，采集Id YC（7） 直流低壓極線CT，采集Id DC,（8） 直流濾波器測(cè)點(diǎn)配置,換流變測(cè)點(diǎn)和測(cè)量裝置配置,換流變測(cè)點(diǎn)和測(cè)量裝置配置,

12、(1) 換流變網(wǎng)側(cè)CT，6 個(gè)二次線圈(2) 換流變網(wǎng)側(cè)靠近中性點(diǎn)的CT，1 個(gè)二次線圈(3) 換流變閥側(cè)Y 繞組CT，4 個(gè)二次線圈(4) 換流變閥側(cè)D 繞組CT，4 個(gè)二次線圈(5) 換流變末屏VT(6) 換流變支路PT，采集Ua,b,c,交流濾波器測(cè)點(diǎn)和測(cè)量裝置配置,二、  直流保護(hù)的功能配置,直流系統(tǒng)保護(hù)采取分區(qū)配置，通常將直流側(cè)保護(hù)、交流側(cè)保護(hù)和直流線路保護(hù)三大類，分為6個(gè)保護(hù)分區(qū)：① 換流器保護(hù)區(qū)，包括

13、換流器及其連線和控制保護(hù)等輔助設(shè)備；② 直流開(kāi)關(guān)場(chǎng)保護(hù)區(qū)，包括平波電抗器和直流濾波器，及其相關(guān)的設(shè)備和連線；③ 中性母線保護(hù)區(qū)，包括單極中性母線和雙極中性母線；④ 接地極引線和接地極保護(hù)區(qū)；⑤ 換流站交流開(kāi)關(guān)場(chǎng)保護(hù)區(qū)，包括換流變壓器及其閥側(cè)連線、交流濾波器和并聯(lián)電容器及其連線、換流母線；⑥ 直流線路保護(hù)區(qū)。,（一） 換流器保護(hù)區(qū),本區(qū)域主要包括：在閥廳交、直流穿墻套管之內(nèi)，換流器各種設(shè)備故障的電流差動(dòng)保護(hù)、過(guò)流保護(hù)以

14、及換流器觸發(fā)保護(hù)和本體保護(hù)等: 電流差動(dòng)保護(hù)組 過(guò)流保護(hù)組 觸發(fā)保護(hù)組 電壓保護(hù)組 本體保護(hù)組,電流差動(dòng)保護(hù)組,(1) 閥短路保護(hù)保護(hù)目的:保護(hù)晶閘管換流器，免受故障造成的過(guò)應(yīng)力。工作原理:利用閥短路、換流器交流側(cè)相間短路或閥廳直流端出線間短路時(shí)，換流器交流側(cè)電流大于直流側(cè)電流的故障現(xiàn)象作為保護(hù)的判據(jù)。動(dòng)作策略:快速地檢測(cè)故障并且不投旁通對(duì)，立即

15、閉鎖換流器。 （2） 換相失敗保護(hù)保護(hù)目的:減少因交流電網(wǎng)擾動(dòng)和其它異常換相條件造成的逆變器換相失敗次數(shù)；保證直流系統(tǒng)設(shè)備的安全。工作原理:根據(jù)交流側(cè)電流大幅度降低，同時(shí)直流側(cè)電流大幅度增加的故障特征。動(dòng)作策略:控制系統(tǒng)切換，并且不投旁通對(duì)，延時(shí)閉鎖換流器。 （3） 換流器差動(dòng)保護(hù)保護(hù)目的:檢測(cè)換流器保護(hù)范圍內(nèi)的接地故障。工作原理:直流中性端穿墻套管和極線端穿墻套管上的直流電流互感器的電流差值 。動(dòng)作策略:閉鎖換流器，跳

16、開(kāi)交流斷路器，進(jìn)行極隔離。,過(guò)流保護(hù)組,（1） 直流過(guò)流保護(hù) 保護(hù)目的：防止造成換流設(shè)備尤其是晶閘管閥過(guò)電流損壞。工作原理：測(cè)量換流器直流側(cè)電流的最大值，當(dāng)發(fā)生故障電流超過(guò)給定值時(shí)，閉鎖換流器。動(dòng)作策略:閉鎖換流器，跳開(kāi)交流斷路器，進(jìn)行極隔離。（2）交流過(guò)流保護(hù) 此保護(hù)與直流過(guò)流保護(hù)不同的僅是監(jiān)測(cè)量為換流器交流側(cè)電流。,觸發(fā)保護(hù)組,閥觸發(fā)異常保護(hù)保護(hù)目的：檢測(cè)發(fā)出控制脈沖后換流閥是否導(dǎo)通，檢測(cè)意外的閥觸發(fā)，防止

17、被選為旁通對(duì)的閥不能導(dǎo)通，檢測(cè)旁通對(duì)閥的意外導(dǎo)通。工作原理：換流器的觸發(fā)系統(tǒng)按要求的導(dǎo)通間隔，向每個(gè)閥發(fā)送觸發(fā)脈沖，比較觸發(fā)脈沖與返回的觸發(fā)信息，檢測(cè)閥是否發(fā)生故障。這樣，閥在觸發(fā)脈沖間隔之外觸發(fā)（誤觸發(fā)）或在間隔之內(nèi)不能觸發(fā)（丟失脈沖）都能檢測(cè)到。動(dòng)作策略:先切換到冗余控制系統(tǒng)，如果故障仍然存在，則閉鎖換流器。,電壓保護(hù)組,電壓應(yīng)力保護(hù)保護(hù)目的：通過(guò)聯(lián)鎖換流變壓器分接開(kāi)關(guān)，避免交流電壓對(duì)所有換流設(shè)備產(chǎn)生過(guò)高的電氣應(yīng)力，避免閥避雷

18、器過(guò)應(yīng)力以及換流變過(guò)勵(lì)磁。工作原理：采用交流換流母線電壓、分接開(kāi)關(guān)位置來(lái)計(jì)算理想空載直流電壓Udi0，當(dāng)電壓值超過(guò)預(yù)設(shè)的整定值時(shí)，保護(hù)動(dòng)作。動(dòng)作策略：Udi0高于一定值，立即禁止進(jìn)一步增大Udi0方向的分接開(kāi)關(guān)動(dòng)作；Udi0高于一個(gè)更高的定值，將使分接開(kāi)關(guān)向降低Udi0方向動(dòng)作；切換到冗余的控制系統(tǒng)。對(duì)于再高的Udi0，則閉鎖換流器，跳開(kāi)換流變壓器交流側(cè)開(kāi)關(guān)。直流過(guò)電壓保護(hù)保護(hù)目的：防止所有由于分接開(kāi)關(guān)不正常運(yùn)行或不正常的換流器

19、開(kāi)路運(yùn)行。工作原理：通過(guò)測(cè)量直流電壓，結(jié)合直流電流、觸發(fā)角來(lái)防止直流線路過(guò)電壓。動(dòng)作策略：閉鎖換流器，跳開(kāi)換流變壓器交流側(cè)開(kāi)關(guān)。,換流器本體保護(hù)組,(1) 晶閘管監(jiān)測(cè)：當(dāng)一個(gè)閥內(nèi)的晶閘管故障數(shù)目達(dá)到預(yù)先整定的數(shù)量時(shí)，給出報(bào)警。當(dāng)換流器充電、且任何一個(gè)閥內(nèi)晶閘管故障的數(shù)目超過(guò)整定值時(shí)，需跳開(kāi)換流變壓器交流斷路器。其工作原理是每個(gè)閥的閥控單元可以檢測(cè)每個(gè)晶閘管在一定時(shí)間內(nèi)是否加上了電壓。當(dāng)晶閘管加上電壓時(shí)，將通過(guò)光纖將一個(gè)指示脈沖傳到閥

20、控，說(shuō)明此晶閘管是正常的，否則就是損壞了。(2) 大觸發(fā)角監(jiān)視：檢查和限制主回路設(shè)備在大觸發(fā)角運(yùn)行時(shí)所受的應(yīng)力。用大角度監(jiān)測(cè)功能，計(jì)算因特殊要求增加觸發(fā)角和關(guān)斷角時(shí)，在主回路設(shè)備上增加的應(yīng)力。大角度保護(hù)根據(jù)閥阻尼電路、閥避雷器和閥內(nèi)電抗器的理論模型計(jì)算換流器最大允許的功率損耗。當(dāng)大角度運(yùn)行時(shí)，如果超過(guò)晶閘管的功率損耗限制值，同時(shí)具有較高的Udi0，大角度監(jiān)測(cè)將在一定延時(shí)后，向分接開(kāi)關(guān)發(fā)出降低Udi0的指令，并給出告警信號(hào)。若晶閘管閥上

21、的應(yīng)力進(jìn)一步增加，大角度監(jiān)測(cè)在一定延時(shí)后閉鎖換流器。,（二） 直流線路保護(hù)區(qū),1.  直流線路故障保護(hù)組2.  直流系統(tǒng)保護(hù)組,1.  直流線路故障保護(hù)組,(1)  直流線路行波保護(hù)：直流線路故障的主保護(hù)，其目的是檢測(cè)直流線路上的接地故障；故障的恢復(fù)策略見(jiàn)下面再起動(dòng)邏輯。（2） 微分欠壓保護(hù)：直流線路故障的后備保護(hù)，保護(hù)的目的和動(dòng)作策略與行波相同。（3） 直流線路縱差保護(hù)：保護(hù)的目

22、的是檢測(cè)直流線路上的行波和微分欠壓保護(hù)不能檢測(cè)到的高阻接地故障。保護(hù)的工作原理是，測(cè)量并比較兩站的極線電流，對(duì)測(cè)量電流可能出現(xiàn)的時(shí)間差應(yīng)進(jìn)行延時(shí)補(bǔ)償；故障的恢復(fù)策略見(jiàn)下面再起動(dòng)邏輯。（4） 再起動(dòng)邏輯：在行波、微分欠壓、縱差等直流線路保護(hù)動(dòng)作后，執(zhí)行故障清除程序，進(jìn)行再起動(dòng)嘗試的功能。當(dāng)檢測(cè)到故障時(shí)，向電流調(diào)節(jié)器發(fā)出“暫?！敝噶?，并立即將觸發(fā)角增大到90度以上，使整流器進(jìn)入逆變運(yùn)行，整流站和逆變站都使直流線路放電，直流電流很快降到零，

23、在一定的去游離時(shí)間之后，進(jìn)行再起動(dòng)嘗試。如果故障已經(jīng)清除，再起動(dòng)邏輯將監(jiān)測(cè)直流電壓的建立，恢復(fù)傳輸功率。如果直流電壓不能建立，說(shuō)明故障依然存在，再起動(dòng)不成功，重新進(jìn)行移相、降電流的去游離過(guò)程。再啟動(dòng)的次數(shù)是根據(jù)系統(tǒng)研究預(yù)先定好的。在絕緣出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)(如：絕緣子污染)，為維持電壓應(yīng)力在較低水平，可采取降壓再起動(dòng)。當(dāng)最后一次再起動(dòng)不成功時(shí)，將閉鎖換流器，停運(yùn)直流系統(tǒng)。,2.  直流系統(tǒng)保護(hù)組,（1） 直流欠電壓保護(hù):直流系統(tǒng)的后備保

24、護(hù)；保護(hù)通過(guò)測(cè)量直流電壓或直流電流，并結(jié)合觸發(fā)角α，檢測(cè)直流線路上的低電壓故障。（2） 線路開(kāi)路試驗(yàn)監(jiān)測(cè)：檢測(cè)線路開(kāi)路試驗(yàn)期間，本站直流場(chǎng)和直流線路的接地故障；工作原理是：如果直流電流超過(guò)一預(yù)先設(shè)置值或者直流電壓沒(méi)有按預(yù)期地上升，表明有接地故障發(fā)生。當(dāng)交流側(cè)電流過(guò)大時(shí)，保護(hù)也會(huì)動(dòng)作。保護(hù)動(dòng)作閉鎖換流器。（3） 功率反向保護(hù)：檢測(cè)控制系統(tǒng)故障造成的功率反向，功率反向的判據(jù)是，在沒(méi)有功率反向指令的條件下，如果線路電壓在一定時(shí)間(如0.5

25、秒)內(nèi)極性改變并且超過(guò)設(shè)定的值，保護(hù)動(dòng)作閉鎖該極。（4） 直流諧波保護(hù)：檢測(cè)由于交直流線路碰線、閥故障、交流系統(tǒng)故障和控制設(shè)備缺陷等；工作原理是，從直流電流中濾出基波和二次諧波，當(dāng)諧波電流超過(guò)預(yù)定值一段時(shí)間后，保護(hù)動(dòng)作；當(dāng)諧波電流較小時(shí)，在一定延時(shí)后報(bào)警；當(dāng)諧波電流較大時(shí)，則閉鎖換流器。保護(hù)動(dòng)作策略：切換到冗余控制系統(tǒng)、閉鎖換流器、跳開(kāi)交流斷路器、進(jìn)行極隔離等。,(三) 直流開(kāi)關(guān)場(chǎng)和中性母線保護(hù)區(qū),1. 直流開(kāi)關(guān)場(chǎng)電流差動(dòng)保護(hù)組

26、2. 直流濾波器保護(hù)組 3. 平波電抗器保護(hù)組,1. 直流開(kāi)關(guān)場(chǎng)電流差動(dòng)保護(hù)組,（1） 直流極母線差動(dòng)保護(hù)：保護(hù)的范圍是從極母線的直流線路出口的直流電流互感器到閥廳穿墻套管上的直流電流互感器之間的直流母線和設(shè)備。有的工程使用中性母線套管上的直流電流測(cè)量設(shè)備，將保護(hù)范圍擴(kuò)展到換流器；工作原理：檢測(cè)到電流差值按定時(shí)限動(dòng)作；保護(hù)動(dòng)作為切換到冗余控制系統(tǒng)，并且在一定的延時(shí)之后，閉鎖換流器、跳開(kāi)交流斷路器、進(jìn)行極隔離。(2) 直流中性母線差

27、動(dòng)保護(hù)：保護(hù)范圍是從閥廳內(nèi)中性端上的直流電流互感器到極中性母線出口直流電流測(cè)量互感器之間的設(shè)備；工作原理是：檢測(cè)到的電流差值作為接地故障的判據(jù)，定時(shí)限動(dòng)作；保護(hù)動(dòng)作的策略與極母差保護(hù)相同。(3) 直流極差保護(hù)：保護(hù)的范圍是從直流極母線出口，到中性母線出口的直流電流測(cè)量點(diǎn)之間，包括換流器、直流濾波器在內(nèi)的整個(gè)直流開(kāi)關(guān)場(chǎng)，作為直流開(kāi)關(guān)場(chǎng)接地故障的后備保護(hù)；極直流電流由安裝在中性母線和極母線上的電流互感器測(cè)量，同時(shí)測(cè)量避雷器和直流濾波器的電

28、流，這些電流共同判斷保護(hù)范圍內(nèi)的接地故障；保護(hù)動(dòng)作策略與極母差保護(hù)相同。,2. 直流濾波器保護(hù)組,(1) 直流濾波器電抗器過(guò)載保護(hù)：此保護(hù)是直流濾波器的元件保護(hù)，檢測(cè)直流濾波電抗器諧波過(guò)載，使濾波器免受過(guò)應(yīng)力；保護(hù)具有與電流平方成比例的反時(shí)限特性；測(cè)量通過(guò)濾波器組的電流，并將它與保護(hù)整定值比較。跳閘有足夠的延時(shí)，以避免短時(shí)過(guò)載保護(hù)誤動(dòng)作；保護(hù)的整定與濾波器元件的耐熱特性相配合；保護(hù)動(dòng)作為，切換到冗余控制系統(tǒng)，斷開(kāi)濾波器，如果是最后一組站

29、極濾波器或故障電流很大時(shí)，則閉鎖換流器。(2) 直流濾波電容器不平衡保護(hù)：保護(hù)目的是檢測(cè)電容器的故障，避免直流濾波器組中電容單元的雪崩故障；工作原理是測(cè)量電容器中點(diǎn)100Hz、300Hz、600Hz三種頻率的不平衡電流，每一種不平衡電流都與流過(guò)整個(gè)濾波器主電流中的同一頻率電流相比較；保護(hù)動(dòng)作為：1段報(bào)警；2段報(bào)警并延時(shí)切除濾波器；3段立即切除濾波器；如果是一個(gè)站極最后一組濾波器，則閉鎖換流器。(3) 直流濾波器差動(dòng)保護(hù)：檢測(cè)直流濾波

30、器范圍內(nèi)的接地故障。在極線側(cè)和中性線側(cè)測(cè)量流過(guò)濾波器的諧波電流差值，并與保護(hù)整定值比較；保護(hù)動(dòng)作為切除濾波器；故障電流很大或此濾波器為該站極最后一組濾波器時(shí)，則閉鎖換流器。,3. 平波電抗器保護(hù)組,平波電抗器有干式和油浸式兩種。 干式平波電抗器的故障由直流系統(tǒng)極母差保護(hù)兼顧。 油浸式平波電抗器除了直流系統(tǒng)保護(hù)外，還有同換流變壓器類似的本體保護(hù)繼電器，主要有油泵和風(fēng)扇電機(jī)保護(hù)；油位監(jiān)測(cè)；氣體監(jiān)測(cè)；油溫檢測(cè)；壓力釋放；油流指

31、示；繞組溫度；穿墻套管SF6壓力等。,(四) 接地極引線和接地極保護(hù)區(qū),1. 雙極中性線保護(hù)組 2. 轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)保護(hù)組 3. 金屬回線保護(hù)組 4. 接地極引線保護(hù)組,1. 雙極中性線保護(hù)組,(1) 雙極中性母線差動(dòng)保護(hù)：保護(hù)測(cè)量接地極引線、金屬回線母線和兩極中性母線等流入和流出雙極公共中性母線的直流電流，并求代數(shù)和；代數(shù)和值超過(guò)定值是保護(hù)區(qū)內(nèi)接地故障的判據(jù)。在金屬回線方式運(yùn)行時(shí)，有其

32、它保護(hù)，此保護(hù)不用。 (2) 站內(nèi)接地過(guò)流保護(hù)：保護(hù)測(cè)量接地極引線、金屬回路和中性母線上的直流電流，這些電流的代數(shù)和超過(guò)一定值時(shí)，表明保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生接地故障，發(fā)出告警；雙極運(yùn)行首先進(jìn)行冗余系統(tǒng)切換和極平衡調(diào)整，投入中性母線接地開(kāi)關(guān)，轉(zhuǎn)移故障電流便于極隔離，如果已經(jīng)使用站內(nèi)接地網(wǎng)，則延時(shí)停運(yùn)直流系統(tǒng)；單極運(yùn)行，冗余系統(tǒng)切換后故障依然存在，則停運(yùn)直流系統(tǒng)，跳開(kāi)交、直流側(cè)開(kāi)關(guān)，進(jìn)行極隔離。,2. 轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)保護(hù)組,(1) 中性母線斷

33、路器保護(hù)：中性母線斷路器位于極中性母線上，起連接或隔離換流器和中性線的作用。該斷路器保護(hù)的目的是，在一極停運(yùn)時(shí)，此斷路器斷開(kāi)該極換流器與中性母線的連接，將直流電流轉(zhuǎn)移到接地極引線；如果斷路器不能正確地轉(zhuǎn)移電流，保護(hù)將使其重合閘。保護(hù)工作原理是測(cè)量中性母線的直流電流，當(dāng)發(fā)出中性母線斷路器打開(kāi)命令后一段時(shí)間，電流不為零，保護(hù)將對(duì)它發(fā)出重合閘指令。此保護(hù)用于極隔離。(2) 中性母線接地開(kāi)關(guān)保護(hù)：保護(hù)的目的是在不能從站接地網(wǎng)向接地極引線轉(zhuǎn)移電

34、流時(shí)，保護(hù)中性母線接地開(kāi)關(guān)。保護(hù)測(cè)量與開(kāi)關(guān)串聯(lián)的直流電流互感器的電流，當(dāng)發(fā)出中性母線接地開(kāi)關(guān)打開(kāi)命令后一段時(shí)間，電流不為零，保護(hù)將對(duì)它發(fā)出重合閘指令。(3) 大地回線轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(GRTS)保護(hù)：當(dāng)電流從金屬回線向大地回線轉(zhuǎn)移失敗時(shí)，保護(hù)大地回線轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。保護(hù)測(cè)量流過(guò)GRTS的直流電流；當(dāng)GRTS打開(kāi)，但電流在一定時(shí)間后仍不為零時(shí)，保護(hù)將重合開(kāi)關(guān)。(4) 金屬回線轉(zhuǎn)換斷路器(MRTB)保護(hù)：當(dāng)電流從大地回線向金屬回線轉(zhuǎn)移失敗時(shí)，保護(hù)金屬

35、回線轉(zhuǎn)換斷路器。保護(hù)測(cè)量?jī)蓷l接地極引線的直流電流。當(dāng)斷路器斷開(kāi)時(shí)如果直流電流在一定時(shí)間后仍不為零，保護(hù)重合斷路器。,3. 金屬回線保護(hù)組,(1) 金屬回線橫差保護(hù)：保護(hù)只在金屬返回線方式運(yùn)行期間，且在直流系統(tǒng)接地的換流站有效。運(yùn)行極的保護(hù)測(cè)量?jī)蓚€(gè)極中性線電流和金屬回線電流來(lái)檢測(cè)金屬返回導(dǎo)線上的接地故障。(2) 金屬回線縱差保護(hù)：保護(hù)只在金屬返回線方式運(yùn)行時(shí)可用。保護(hù)根據(jù)兩個(gè)站測(cè)量的金屬返回線電流識(shí)別金屬回線上的接地故障。此外

36、，補(bǔ)償可能的通信延時(shí)，通信中斷時(shí)保護(hù)被聯(lián)鎖。(3) 金屬回線接地故障保護(hù)：保護(hù)只在金屬返回線方式運(yùn)行期間，且在直流系統(tǒng)通過(guò)接地極接地的換流站有效。保護(hù)測(cè)量站內(nèi)接地電流和兩條接地極引線電流來(lái)檢測(cè)金屬返回導(dǎo)線上的接地故障。,4. 接地極引線保護(hù)組,(1) 接地極引線斷線保護(hù)：保護(hù)使中性母線設(shè)備免受接地極斷線造成的過(guò)電壓；保護(hù)測(cè)量極中性母線對(duì)地電壓，較大的持續(xù)過(guò)電壓作為接地極引線開(kāi)路的判據(jù)；當(dāng)中性母線電壓過(guò)高時(shí)，保護(hù)將發(fā)出閉合站內(nèi)

37、接地開(kāi)關(guān)的指令。(2) 接地極引線過(guò)載保護(hù)：保護(hù)測(cè)量接地極引線導(dǎo)線上的直流電流，整定值需要與接地極引線承受過(guò)載水平配合，采用定時(shí)限特性，超過(guò)整定值一定時(shí)間保護(hù)動(dòng)作；保護(hù)動(dòng)作為切換到冗余控制系統(tǒng)、降到一個(gè)預(yù)定的功率運(yùn)行。(3) 接地極引線阻抗監(jiān)測(cè)：保護(hù)目的是檢測(cè)接地極引線故障；通過(guò)串聯(lián)諧振電路向接地極引線注入高頻電流，測(cè)量諧振電抗上產(chǎn)生的電壓和注入接地極引線的電流，通過(guò)濾波計(jì)算處理后可得到一個(gè)從輸入端看進(jìn)去的阻抗；阻抗的改變是接地極引

38、線故障的判據(jù)；以接地極引線無(wú)故障時(shí)，注入電流下的阻抗為整定值，保護(hù)動(dòng)作為報(bào)警；保護(hù)的后備是接地極引線不平衡監(jiān)測(cè)。(4) 接地極引線不平衡監(jiān)測(cè)：保護(hù)目的是檢測(cè)兩條接地極引線之間的電流不均勻分布；測(cè)量?jī)山拥貥O引線間的電流差，此電流差值構(gòu)成接地極引線導(dǎo)線接地故障或開(kāi)路故障的判據(jù)；保護(hù)動(dòng)作為報(bào)警。,(五) 交流開(kāi)關(guān)場(chǎng)保護(hù)區(qū),1. 換流變壓器差動(dòng)保護(hù)組 2. 換流變壓器過(guò)應(yīng)力保護(hù)組 3. 換流變壓器不平衡保護(hù)組 4. 換流變壓器本體

39、保護(hù) 5. 交流開(kāi)關(guān)場(chǎng)和交流濾波器保護(hù),1. 換流變壓器差動(dòng)保護(hù)組,(1) 換流器交流母線和換流變差動(dòng)保護(hù)：保護(hù)范圍是從換流器交流母線斷路器電流互感器到換流變二次側(cè)電流互感器。按相比較流入、流出保護(hù)范圍的電流，當(dāng)電流的矢量和超過(guò)整定值時(shí)保護(hù)動(dòng)作；保護(hù)僅對(duì)基波電流敏感，對(duì)穿越電流、涌流和過(guò)勵(lì)磁是穩(wěn)定的。(2) 換流變差動(dòng)保護(hù)：保護(hù)檢測(cè)換流變從一次側(cè)套管上的CT到二次側(cè)套管上的CT之間的故障；保護(hù)比較換流變一次側(cè)和二次側(cè)的電流矢量，其

40、中考慮了變比和分接開(kāi)關(guān)位置；保護(hù)檢測(cè)基波電流差值，如果穩(wěn)態(tài)勵(lì)磁電流的安匝數(shù)相等條件不滿足，則保護(hù)動(dòng)作；這是判斷內(nèi)部接地故障或繞組匝間短路的依據(jù)；在交流電壓突然上升(如閉合斷路器)之后，將產(chǎn)生短暫的差動(dòng)電流，保護(hù)分析此電流并產(chǎn)生2次諧波制動(dòng)；安匝數(shù)相等這一標(biāo)準(zhǔn)只在換流變不飽和時(shí)有效，在持續(xù)過(guò)電壓期間，換流變可能會(huì)飽和，也存在差動(dòng)電流；保護(hù)通過(guò)檢測(cè)5次諧波分量來(lái)檢測(cè)過(guò)勵(lì)磁電流，并制動(dòng)保護(hù)。保護(hù)中有一個(gè)快速動(dòng)作無(wú)制動(dòng)的功能，僅檢測(cè)大的差動(dòng)電流

41、，不檢測(cè)諧波；保護(hù)在區(qū)外故障有穿越電流時(shí)不應(yīng)動(dòng)作。(3) 換流變繞組差動(dòng)保護(hù)：保護(hù)換流變壓器繞組，使之免受內(nèi)部接地故障的損害。一次繞組每相兩端分別安裝有2個(gè)CT測(cè)量繞組電流；保護(hù)取差動(dòng)電流與整定值逐相比較，以定時(shí)限特性動(dòng)作。閥側(cè)Y繞組和閥側(cè)Δ繞組，每相繞組的兩端也都有2個(gè)CT測(cè)量繞組電流；保護(hù)取差動(dòng)電流與整定值逐相比較，以定時(shí)限特性動(dòng)作。保護(hù)動(dòng)作為閉鎖換流器、跳開(kāi)交流斷路器。,2. 換流變壓器過(guò)應(yīng)力保護(hù)組,(1) 換流變過(guò)流保護(hù)：保護(hù)

42、通過(guò)測(cè)量換流變一次側(cè)電流，檢測(cè)換流變壓器內(nèi)部故障，并以可選的反時(shí)限特性動(dòng)作；定值的選擇能適合保護(hù)保護(hù)范圍內(nèi)的設(shè)備；保護(hù)動(dòng)作為：閉鎖換流器、跳開(kāi)交流斷路器 。(2) 換流器交流母線和換流變過(guò)流保護(hù)：保護(hù)測(cè)量換流器交流母線電流，檢測(cè)換流器交流母線和換流變區(qū)域內(nèi)的故障，并按照可選的反時(shí)限特性動(dòng)作；保護(hù)的整定與在最小短路功率水平和在最大短路功率水平時(shí)，故障清除后交流側(cè)的預(yù)期涌流相配合，能快速地清除嚴(yán)重故障、以及當(dāng)短路功率較小時(shí)能有一定的靈敏度

43、或故障不太嚴(yán)重時(shí)，有一合理的較短的延遲時(shí)間。(3) 換流變熱過(guò)負(fù)荷保護(hù):保護(hù)檢測(cè)換流變壓器過(guò)載，測(cè)量換流變一次繞組電流并按照可選的發(fā)熱時(shí)間常數(shù)動(dòng)作；保護(hù)定值按照變壓器制造廠提供的繞阻溫度與外部溫度的熱曲線設(shè)置；保護(hù)動(dòng)作為報(bào)警。(4) 換流變過(guò)勵(lì)磁保護(hù)：保護(hù)以變壓器制造廠提供的過(guò)勵(lì)磁曲線，選擇換流變交流母線電壓比值與頻率比值和延時(shí)，確定保護(hù)整定值；保護(hù)動(dòng)作為閉鎖換流器、跳開(kāi)交流斷路器。,3. 換流變壓器不平衡保護(hù)組,(1) 換流變中性

44、點(diǎn)偏移保護(hù)：保護(hù)檢測(cè)換流變閥側(cè)交流連接線上的接地故障。對(duì)于每個(gè)6脈動(dòng)換流橋，通過(guò)閥側(cè)換流變套管上的末屏抽頭測(cè)量換流變閥側(cè)三相對(duì)地電壓的矢量和；如果換流器閉鎖且沒(méi)有發(fā)生接地故障，矢量和為零；在發(fā)生單相接地故障時(shí)，只要換流器閉鎖，就不會(huì)有嚴(yán)重的故障電流出現(xiàn)，但在閥側(cè)電壓中會(huì)出現(xiàn)明顯的零序分量。保護(hù)檢測(cè)零序分量并與整定值比較；當(dāng)換流器解鎖時(shí)保護(hù)必須退出。(2) 換流變零序電流保護(hù)：保護(hù)測(cè)量換流變中性點(diǎn)電流，三相電流瞬時(shí)值代數(shù)和輸入保護(hù)，因此

45、保護(hù)對(duì)零序電流分量敏感。保護(hù)分解電流并構(gòu)成涌流(2次諧波)制動(dòng)；保護(hù)動(dòng)作為閉鎖換流器、跳開(kāi)交流斷路器。(3) 換流變飽和保護(hù)：保護(hù)的目的是防止直流電流從中性點(diǎn)進(jìn)入換流變壓器而引起換流變壓器飽和；保護(hù)監(jiān)測(cè)變壓器一次側(cè)中性點(diǎn)電流和；在單極大地運(yùn)行方式，或在雙極不平衡運(yùn)行，直流中性母線接地刀閘閉合時(shí)，將引起的換流站接地網(wǎng)電壓升高，有直流電流流過(guò)換流變中性點(diǎn)，這個(gè)電流較大時(shí)使變壓器直流飽和。保護(hù)動(dòng)作為：報(bào)警、閉鎖換流器、跳開(kāi)交流斷路器后斷路器

46、應(yīng)有效閉鎖，直到變壓器充分冷卻。,4. 換流變壓器本體保護(hù),換流變保護(hù)繼電器主要有：油泵和風(fēng)扇電機(jī)保護(hù)、油位檢測(cè)、氣體檢測(cè)、油溫、壓力釋放、油流指示、繞組溫度、套管SF6密度和油流(分接開(kāi)關(guān))繼電器等。,5. 交流開(kāi)關(guān)場(chǎng)和交流濾波器保護(hù),（1）換流器交流母線差動(dòng)保護(hù)：保護(hù)范圍是從換流器交流母線斷路器電流互感器到換流變一次側(cè)繞組電流互感器；流入保護(hù)范圍的電流按相比較，當(dāng)電流矢量和不為零時(shí)保護(hù)動(dòng)作；保護(hù)僅對(duì)基波電流敏感，對(duì)穿越電流是穩(wěn)定的；

47、保護(hù)動(dòng)作為閉鎖換流器、跳開(kāi)交流斷路器。(2) 換流器交流母線過(guò)壓保護(hù)：保護(hù)防止嚴(yán)重的持續(xù)過(guò)電壓對(duì)換流變壓器和換流器產(chǎn)生損害；保護(hù)測(cè)量換流器交流母線的每相電壓，對(duì)基波電壓敏感，同時(shí)也對(duì)7次以內(nèi)的諧波敏感；相電壓與固定的參照值比較以檢測(cè)異常過(guò)電壓情況；當(dāng)交流過(guò)電壓不能被主要過(guò)壓限制措施限制在規(guī)定的幅值和持續(xù)時(shí)間范圍內(nèi)時(shí)，應(yīng)切除交流濾波器；定值的選擇應(yīng)能避免在交流電網(wǎng)操作過(guò)電壓下保護(hù)誤動(dòng)；保護(hù)動(dòng)作為閉鎖換流器、跳開(kāi)交流斷路器。（3）交流濾

48、波器保護(hù)：對(duì)構(gòu)成交流濾波器的電容器、電抗器和電阻器等每一元件都應(yīng)當(dāng)予以保護(hù)，也包括并聯(lián)電容器組的保護(hù)；處于高壓的電容器組通常布置成H型結(jié)構(gòu)，以便通過(guò)檢測(cè)其中點(diǎn)橋差電流而構(gòu)成電容器組的不平衡保護(hù)；還可以通過(guò)檢測(cè)流過(guò)濾波器的電流，配置并聯(lián)電容器的過(guò)流保護(hù)和電抗器接地故障保護(hù)，還有電抗器和電阻器熱檢測(cè)的過(guò)負(fù)荷保護(hù)、并聯(lián)電抗器內(nèi)部短路接地的電流差動(dòng)保護(hù)，以及通過(guò)對(duì)濾波器中零序電流和各相阻抗值變化的檢測(cè)而設(shè)置的濾波器失諧保護(hù)等。,5. 交流開(kāi)關(guān)場(chǎng)

49、和交流濾波器保護(hù),（4） 最后斷路器保護(hù)：保護(hù)監(jiān)測(cè)換流變進(jìn)線連接狀態(tài)，當(dāng)最后一條進(jìn)線斷開(kāi)，應(yīng)立即閉鎖換流器。保護(hù)監(jiān)測(cè)相關(guān)的連接點(diǎn)，并且綜合考慮最后一條進(jìn)線的跳閘信息或能導(dǎo)致進(jìn)線跳閘的保護(hù)動(dòng)作信號(hào)。（5） 其它：換流站中的輔助設(shè)備，如換流閥的冷卻設(shè)備，變壓器和電抗器的冷卻設(shè)備，斷路器的壓縮空氣系統(tǒng)，蓄電池及其充電系統(tǒng)，不停電電源等，都應(yīng)配置監(jiān)視和保護(hù)裝置。當(dāng)這些設(shè)備失去備用時(shí)，相應(yīng)保護(hù)應(yīng)報(bào)警。當(dāng)某設(shè)備的功能失效，致使它所服務(wù)的設(shè)備可能遭

50、受過(guò)應(yīng)力時(shí)，相應(yīng)保護(hù)應(yīng)發(fā)出跳閘信號(hào)。,三、   直流保護(hù)工程實(shí)例,（一）       天-廣直流工程 （二）       三-常直流工程,（一）        天-廣直流工程,天-廣直流工程的直流保護(hù)采用德國(guó)

51、SIEMENS公司的SIMADYN D系統(tǒng)，是一種高速多微處理器DSP系統(tǒng)。直流保護(hù)的冗余方式同樣為三取二配置。天-廣工程的直流保護(hù)分別放在三個(gè)獨(dú)立的機(jī)柜中，直流測(cè)量信號(hào)通過(guò)光纖直接取自一次回路，兩套三取二選擇硬件電路分別安放在其中兩個(gè)保護(hù)柜中，輸出與其他裝置的保護(hù)跳閘信號(hào)一起分別送給換流器兩個(gè)控制通道及變壓器保護(hù)柜的兩套跳閘回路。,（二）        三-常直流工

52、程,三-常直流工程的直流保護(hù)系統(tǒng)采用瑞典ABB公司的MARCH2系統(tǒng)。它包括以下四組保護(hù)：①換流器保護(hù)；②極保護(hù)(包括：直流開(kāi)關(guān)場(chǎng)保護(hù)、中性母線保護(hù)、直流線路保護(hù)和直流濾波器保護(hù))；③雙極保護(hù)(包括：雙極中性線及接地極引線保護(hù))；④換流器交流母線和換流變壓器保護(hù)。 直流控制保護(hù)系統(tǒng)采用了冗余工作與備用概念。每套系統(tǒng)由主保護(hù)和備用保護(hù)構(gòu)成。兩套主系統(tǒng)中的任何一套都由兩個(gè)主機(jī)（MC1和MC2）構(gòu)成，其中，MC1包括直流控制和第一套保