直流輸電控制保護系統

1、1許玉香西北電力設計院2010年3月3日 西寧一、前言一、前言二、國內外直流控制保護技術的介紹二、國內外直流控制保護技術的介紹三、高壓直流控制系統三、高壓直流控制系統四、高壓直流保護系統四、高壓直流保護系統五、高壓直流遠動系統五、高壓直流遠動系統六、換流站運行人員控制和監(jiān)視（六、換流站運行人員控制和監(jiān)視（SCADASCADA）系統系統2換流站二次系統包括直流控制、直流保護、交流場控制保護、SCADA系統等，其中直流控制保護技術是換流站二次系統的核心技術，交流場控制及SCADA系統與交流變電站的控制系統相似。3 高壓直流輸電與交流輸電相比較的一個顯著特點是可以通過對兩端換流器的快速調節(jié)，控制直流

2、線路輸送功率的大小和方向，以滿足整個交直流聯合系統的運行要求，也就是說直流輸電系統的性能，極大地依賴于它的控制保護系統。4多端直流輸電系統由于控制器協調困難等原因極少使用，故關于多端直流輸電系統的控制調節(jié)在此不加以敘述。下面我們針對兩端直流輸電系統的控制保護系統進行講述 ：56（一）國外直流控制保護系統（一）國外直流控制保護系統 國外先進的直流控制保護系統典型的有ABB的MACH2 和SIEMENS的SIMADYN D這兩種系統 。下面對這兩種系統作簡單介紹：1 1）ABBABB公司的公司的MACH2MACH2系統系統78MACH2硬件系統采用高可靠性的多處理器的工業(yè)PC作為主計算機，是ABB

3、公司在MACH系統的基礎上發(fā)展起來的。MACH2系統具有很高的集成度，可將所有的控制功能，所有的保護（直流和交流），遠方控制接口，暫態(tài)故障記錄，事件順序記錄和人機接口計算機連接功能集成在整個系統內。MACH2系統已廣泛用于工業(yè)控制系統和直流輸電工程9ABB公司在控制保護系統設計中采用的主要接口板有：PS830系列計算機網絡連接板；PS850系列數字量I/O接口板；PS850系列模擬量I/O接口板；PS870系列通訊接口板；PS890系列電源單元；PS900系列閥控單元等。各種不同類型的接口板組合成不同的控制接口柜來實現各種控制及測量功能。監(jiān)控系統的通信采用了分層次的串行總線結構，使用國際標準總

4、線。10現場總線現場總線監(jiān)控設備之間的通信通過冗余的控制區(qū)域網（CAN現場總線）和分時多路總線（TDM現場總線）實現各監(jiān)控設備間的數據交換。柜外的現場總線均采用光纖電纜聯接。CANCAN現場總線現場總線CAN總線具有短信息結構和低延遲的雙向高速通信功能，用于傳送二進制信號，沒有主從關系。對于比較長的通訊通道，采用CAN/HDLC橋電路對CAN母線進行延伸，從而實現整個換流站內設備的通信。11 TDMTDM現場總線現場總線TDM總線是一種單向傳送、大容量、低遲延的高速總線，用于模擬量信號的高速傳送。冗余的控制保護柜的TDM現場總線是完全獨立分開的，各控制區(qū)域內控制設備和I/O子系統之間的通信是單

5、發(fā)單收的，沒有交叉?？偪刂茀^(qū)域的控制設備通過冗余的SCADA LAN網絡與SCADA系統通訊，實現網上各設備之間的數據共享。12數據總線傳輸速率數據總線傳輸速率：SCADA系統LAN總線：100MbpsCAN現場總線：1MbpsTDM現場總線：1040Mbps132) 2) SIEMENSSIEMENS的的SIMADYN DSIMADYN D系統系統西門子公司在控制系統設計中采用了SIMADYN D和SIMATIC S5兩種控制硬件（1 1）SIMADYN DSIMADYN DSIMADYN D是一種快速多微處理器可編程控制系統，可適于高速（0.5ms10ms）控制，具有多于300種的標準功能

6、塊，可實現各種控制功能，1415其圖形編輯功能可使運行人員在完全沒有編程知識的情況下很容易地掌握使用，靈活地修改控制框圖16（2）SIMATIC S5SIMATIC S5 硬軟件均屬標準化設計，用于執(zhí)行速度較慢的控制功能和順序控制（50m300ms），具有模塊化結構，并有事故安全保證。SIMATIC S5已廣泛用于工業(yè)控制系統，直流輸電方面也有較多應用。17西門子公司在SCADA系統設計中采用的部件有I0單元SU200，就地聯鎖控制裝置8TK，光纖接口單元0LM，光纖，傳感器和對時接口等。全站控制系統分為極1控制、極2控制、DC站控、交流站控四部分。高壓直流保護按極三重化配置，通過SU200作

7、為極控系統的一個就地單元與主機交換信息，高壓直流保護柜的動作出口采用三取二出口方式 18這兩種系統都具有先進的體系結構，圖形化的軟件開發(fā)環(huán)境，系統集成化和標準化程度高的特點，在工程中都有成功運行經驗。19 國內直流控制保護系統的研究開始比較早，但在2000年前我國自主研制的直流控制保護系統中目前幾乎沒有一項技術通過了國家級的鑒定，而其設計的工程對象也是小容量低電壓等級的六脈動系統，雖為我國直流輸電技術積累了經驗，但與國內目前正在建設的超高電壓等級的系統在復雜程度方面要小得多。20為了能在較短的時間內設計和制造出具有國際先進水平的直流控制保護系統，國家采取了積極的技術引進策略。2001年南京南瑞

8、繼保電氣公司從ABB公司引進MACH2直流控制和保護系統的制造技術,1999年許繼電氣開始從SIEMENS公司引進SIMADYN D直流控制和保護系統的制造技術, 兩公司利用自身的技術和人才優(yōu)勢，分別學習ABB、SIEMENS公司的直流控制和保護技術，截止2009年底，兩公司已為我國多條直流輸電工程提供了控制保護系統，并做了一些改進工作 。2122高壓直流控制系統要完成以下基本控制功能： （1）直流輸電系統的起?？刂疲唬?） 直流輸送功率的大小和方向的控制 ；（3）抑制換流器不正常運行及所連交流系統的干擾；（4）發(fā)生故障時，保護換流站設備；（5）對換流站、直流線路的各種運行參數，如電壓 及電流

9、等以及控制系統本身的信息進行監(jiān)視。23（1）控制系統多重化設計 為了達到直流工程所要求的可用率及可靠性指標，直流輸電系統全都采用多重化設計，通常采用雙通道設計，其中一個通道工作時，另一通道處于熱備用狀態(tài)。當工作中的通道發(fā)生故障時，切換邏輯將其退出工作，處于熱備用狀態(tài)的通道則自動切換至工作狀態(tài)，這種自動切換不應對直流輸送功率產生明顯的擾動。24 直流控制系統雙重化或多重化的范圍從測量二次線圈開始包括完整的測量回路，信號輸入、輸出回路，通信回路，主機，和所有相關的直流控制裝置。雙極、極和換流單元層次及閥冷卻系統都按雙重化的原則配置控制裝置。25（2）控制系統分層結構的設計 所謂直流輸電控制系統分層

10、結構，是將直流輸電換流站和直流輸電線路的全部控制功能按等級分為若干層次而形成的控制系統結構。以典型的雙極直流輸電系統為例，其控制系統一般分為四層：整體控制、主控制、極控制和換流橋控制。2627整體控制：是指考慮直流輸電系統在整個電力系統中的位置和影響，涉及到的一些控制策略，如根據電網的穩(wěn)定性要求而對直流輸電系統輸送的功率值的限制等。主控制：根據功率指令等確定電流指令，并提供協調的電流指令給所有的極。通過提供極控制和整體系統控制之間的一個界面，把調度中心要求輸送的直流功率根據當前的雙極各自的運行模式轉化為具體的電流指令，分發(fā)到各個極中。所以主控實際即為雙極層的控制。28極控制：協調一個極內換流橋

11、的控制。從電流整定值到觸發(fā)角整定值的轉換，分接頭控制，以及部分與觸發(fā)角等密切相關的保護功能的實現，都是在極控制這一層完成。這一層是直流輸電控制系統的核心部分。換流橋控制：確定一個換流橋內各閥的觸發(fā)時刻，即由極控制得到的觸發(fā)角獲得對應各閥的觸發(fā)脈沖，分發(fā)到各個閥上，同時也對觸發(fā)脈沖的返回信號進行一定的處理。該層在控制系統中具有最快的響應。29 物理上，控制功能盡可能按不同等級配置到較低的控制層次。與雙極功能有關的裝置盡可能的分設到極和換流單元控制層，使得與雙極功能有關的裝置減至最少；對于那些不能分設到極或換流單元控制層的與雙極功能有關的裝置，放在雙極功能組中，但進行雙重化及耐故障設計。30 直流

12、系統基本控制特性示意圖（a）電流裕度控制特性 （b）直流系統實用控制特性 31電流裕度控制：電流裕度控制：為了避免兩端電流調節(jié)器同時工作引起調節(jié)的不穩(wěn)定，逆變側調節(jié)器的定值比整流側一般小0.1pu（標幺值），這就是電流裕度。根據電流裕度控制原則，此電流裕度無論在穩(wěn)態(tài)運行還是暫態(tài)情況下都必須保持，一旦失去電流裕度，直流系統就會崩潰。32若電流裕度取得太大，當發(fā)生控制方式轉換時，傳輸功率就會減少太多；若電流裕度取得太小，則可能因為運行中直流電流的微小波動導致兩端電流調節(jié)器都參與控制，造成運行不穩(wěn)定。絕大多數高壓直流工程所采用的電流裕度都是0.1pu33 正常運行時，通常以整流側定直流電流，逆變側定

13、直流電壓運行，其運行工作點為圖（a）中的N。當整流側交流電壓降低或逆變側交流電壓升高很多時，使整流器進入最小觸發(fā)角控制，此時逆變側則自動轉為控制直流電流，其整定值比整流側的小0.1pu，其運行工作點為圖（a）中的M。這種整流器和逆變器控制特性的組合，就是電流裕度控制特性。34直流輸電的控制除了包括實現各種運行方式的基本控制模式外，還包括各種基本的控制器和限制器等。正常情況下，整流側控制直流電流，逆變側控制直流電壓 ：35（1 1） 電流控制器電流控制器整流側和逆變側配置完全一致的閉環(huán)電流控制器，電流控制器為閉環(huán)控制。正常工況下，整流側控制直流電流，逆變側控制直流電壓，這是通過在逆變側的電流指令

14、中減去一個電流裕度來實現 的 。 36（2 2） 電壓控制器電壓控制器電壓控制器功能包括： （a) 空載加壓試驗控制； (b) 過電壓限制器（僅整流側）； (C) 直流電壓控制器；逆變側的直流電壓控制器將直流電壓控制在允許范圍內。直流電壓參考值由VARC 功能進行計算。整流側和逆變側都有電壓控制器。37（3 3） 最小電流限制最小電流限制為防止換流閥在低電流導通期間熄火，將最小電流限制為0.1倍的額定電流值。38（4 4） 低壓限電流低壓限電流如果交流電壓降低，交流濾波器和并聯電容器產生的無功也會下降。為避免交流電壓崩潰，降低換流器的無功消耗是很重要的。低壓限電流控制的一個主要目標就是快速降低

15、直流電流以降低無功消耗。低壓限電流控制的另一個特點是在電壓恢復過程中，利用電流指令增加進行恢復以降低換相失敗的可能性。39低壓限電流控制特性40（5 5）與交流電壓變化有關的控制模式改變）與交流電壓變化有關的控制模式改變整流器標稱點火角為15，最小點火角為5。逆變器標稱點火角為 17，對于電流控制，在整流站交流母線電壓下降2.25%或逆變站交流母線電壓升高2.25%時，這個范圍足可以保持整流器電流控制，逆變器電壓控制，不會改變控制模式。41（6 6） 接地極電流限制和監(jiān)視接地極電流限制和監(jiān)視在雙極平衡運行時，可使用調節(jié)器將功率分配到兩個極以使極電流最小。因此接地極電流不超過30A。調節(jié)器設有運

16、行人員可以調節(jié)的死區(qū)范圍。在運行人員工作站上，可顯示接地極的安培小時總數。42（7 7） 過負荷控制過負荷控制在控制過程中，控制系統一直連續(xù)不斷地計算極功率的過負荷能力。雙極功率控制的電流指令對兩個站每個極的固有過負荷能力的最小值進行限制。43（8 8） 換流變壓器分接頭控制換流變壓器分接頭控制 換流變壓器分接頭控制是直流輸電控制系統中用于自動調整換流變壓器有載調壓分接頭位置的一個環(huán)節(jié)，其目的是為了維持整流器的觸發(fā)角alpha（或逆變器的熄弧角gamma）在指定的范圍內或者維持直流電壓或換流變壓器閥側繞組空載電壓在指定的范圍內。其控制策略需要與換流器控制方式相配合，通常分為角度控制和電壓控制兩

17、大類：44（a a）角度控制）角度控制 當整流器使用直流電流控制時，通過調整換流變壓器分接頭位置，把換流器觸發(fā)角維持在指定的范圍內（如15 2.5 )；當逆變器使用直流電壓控制時，通過調整換流變壓器分接頭位置，把換流器熄弧角維持在指定的范圍內（如18 2.5 )。45（b b）電壓控制）電壓控制當逆變器使用熄弧角控制時，通過調整換流變壓器分接頭位置，把直流線路電壓維持在指定范圍內，如0.981.02額定直流電壓。另一種電壓控制策略是通過調整換流變壓器分接頭位置，把整流器（或逆變器）的換流變壓器閥側繞組空載電壓維持在指定值。46角度控制方式和電壓控制方式相比：角度控制方式和電壓控制方式相比：其優(yōu)

18、點是：換流器在各種運行工況下都能保持較高的功率因數，即輸送同樣的直流功率，換流器吸收的無功功率較少。其缺點是：分接頭動作次數較頻繁，分接頭調節(jié)范圍要求寬些。47 由于換流變壓器分接開關至今都是機械式的，轉換一檔通常需要35S的時間，對控制的響應較慢。所以，它只能是調整直流輸電系統輸送功率的輔助手段。48 無功功率控制是整個直流極控系統中一個重要的功能模塊， 無功功率控制的目的是將站內交流母線電壓、交流諧波電流及與站外交換的無功功率控制在允許范圍內。換流站的無功功率控制通過投切交流濾波器來實現。無功控制具有以下各項功能，并按各優(yōu)先級決定濾波器的投切：49Abs Min FilerAbs Min

19、Filer:絕對最小濾波器控制，為了防止濾波設備過負荷所需投入的濾波器組。正常情況時，該條件必須滿足。U Umaxmax: : 最高/最低電壓控制，監(jiān)視交流母線的穩(wěn)定電壓，避免穩(wěn)態(tài)過電壓引起保護動作。Q Qmaxmax： 最大無功交換限制，根據當前運行狀況，限制投入濾波器組的數量，限制穩(wěn)態(tài)過電壓。Min Filer:Min Filer:最小濾波器容量要求，為滿足濾除諧波的要求需投入的最小濾波器組。Q controlQ control： 無功交換控制，控制換流站和交流系統的無功交換量為設定的參考值。50以上5項無功控制子功能依次具有以下優(yōu)先級，其中優(yōu)先級1為最高優(yōu)先級：優(yōu)先級1：Abs Min

20、Filer優(yōu)先級2：Umax優(yōu)先級3：Qmax優(yōu)先級4：Min Filer 優(yōu)先級5：Q control51無功控制應根據各子功能的優(yōu)先級，協調由各子功能發(fā)出的投切濾波器組的指令。某項子功能發(fā)出的投切指令僅在不與更高優(yōu)先級的限制條件沖突時才有效。521、換流站基本運行方式雙極運行單極大地回線運行單極金屬回線運行532 2、基本控制模式、基本控制模式基于以上基本運行方式，換流站直流控制系統采用如下基本控制模式：（1 1） 雙極功率控制模式雙極功率控制模式雙極功率控制是換流站直流系統的基本控制模式，可手動也可自動進行。在自動模式下，可按預先設置的功率傳送曲線進行功率控制。雙極功率控制使直流傳輸功率

21、與主導站運行人員設置功率保持一致。功率指令和功率變化率具有階躍功能。功率變化率在1MW/分至9999MW/分之間可調。54雙極功率控制功能分配到每一極實現，任一極都可以設置為雙極功率控制模式。如果兩個極都運行在雙極功率控制模式下時，雙極功率控制功能為每個極分配相同的電流參考值，以使接地極電流最小。如果兩個極的運行電壓相等，則每個極的傳輸功率是相等的。但是，如果一極處于降壓運行狀態(tài)而另外一極是全壓運行，則兩個極的傳輸功率比和兩個極的電壓比一致。55（2） 極功率獨立控制模式在極功率獨立控制模式下，傳輸的直流功率保持在運行人員設置的功率參考值。在此模式下極間功率傳輸不起作用。56（3 3） 同步極

22、電流控制模式同步極電流控制模式是直接按運行人員下達的極電流指令進行調節(jié)以確定傳輸功率， 且兩站將自動協調電流指令，以免喪失電流裕度的控制方式。同步極電流控制模式應該在每個極單獨實現。 在同步極電流控制模式下，雙極功能被閉鎖。雙極功率控制與同步極電流控制不能實現自動切換。在這一模式下運行時，所有功率調制功能仍起作用。57 兩個極都從極功率獨立控制或電流控制切換至雙極控制時，將自動平衡極電流以使中性點電流最小。只有一個極在雙極功率控制模式時，這個極將自動補償另一極可能的功率傳輸限制。雙極功率控制不能自動切換至同步極電流控制。58（4 4） 緊急極電流控制模式緊急極電流控制模式在兩站極間快速通訊系統

23、故障時，將自動切換至緊急極電流控制模式。在緊急極電流控制模式下，也應能進行功率的升降，逆變側的極電流參考值要跟蹤實際的傳輸電流值。遠動通信恢復以后，控制系統應自動地恢復到通信故障前的運行模式或極功率獨立控制模式。59（5 5）極功率傳輸方向反轉）極功率傳輸方向反轉換流站直流系統控制和保護的設計使每個功率傳輸方向具有完全相同的控制保護功能。直流功率和電壓以整流端測量電壓和電流作為參量60（6 6）極降壓運行控制模式）極降壓運行控制模式高壓直流的每個極都具有極降壓運行控制模式。在極降壓運行控制模式下，直流極降壓的定值在500kV和350kV之間可調。在直流線路故障后，可手動也可自動進入極降壓運行控

24、制模式。分接頭控制將調節(jié)點火角使其盡可能小以與極降壓運行控制相一致。在任何時候都可停止電壓的上升或下降過程。在這一模式下運行時，所有基本控制功能仍起作用。61換流站控制保護系統設置易于操作的順序控制與聯鎖系統，其目的是為換流站提供安全可靠的設備投切，直流傳輸系統的平穩(wěn)啟動和停運及各控制模式間的平穩(wěn)過渡。順序控制與聯鎖系統包含以下四個部分：62（a a） 極順序控制包括：極順序控制包括： 閥廳聯鎖 極解鎖/閉鎖順序控制 極啟動/停止 功率/電流控制 正常/反轉功率控制 常壓/降壓運行模式轉換 直流濾波器連接/隔離 直流線路開路試驗順序控制63（b b） 雙極順序控制雙極順序控制與雙極功能有關的順

25、序控制包括： 雙極啟動/停止 主站/從站協調 金屬回線/大地回線運行方式轉換（c c）閉鎖順序）閉鎖順序 處理閉鎖順序和保護的閉鎖順序64（d d）開關控制）開關控制控制開關場的開關和斷路器，開關控制中的功能是： 對于所有可操作斷路器/開關的聯鎖 處理來自操作員控制的斷路器和開關的手動命令 同期校驗 打開/閉合閥廳接地刀閘 極連接/極隔離 極充電/放電 直流濾波器連接/隔離65 聯鎖包括硬件聯鎖和軟件聯鎖。其中硬件聯鎖的種類包括機械聯鎖、電磁聯鎖和電氣聯鎖。軟件聯鎖是在順序控制軟件中實現的，通過極控和站控系統對開關設備進行操作時起作用。6667 高壓直流系統由各不同部件構成： 兩個換流站通常相

26、互間的距離很遠； 架空線路的聯接線路； 兩個接地極及相關的地極線。 高壓直流系統是一相當復雜的系統因此，在進行保護功能規(guī)劃時必須對系統的這一復雜特點予以充分的考慮大量的保護功能之間需要精確配合 并且遵從交流電網技術中關于保護重疊區(qū)的慣用原則 ，實現對整個系統的覆蓋，消除保護盲區(qū)， 實現保護的選擇性，從而在發(fā)生故障時投入恰當的保護功能。68根據換流站的特點要求，直流保護設計應滿足以下原則：（1） 極1與極2的保護分開，其輸入回路測量裝置也相應分開。（2） 兩個極公共設備的保護設在雙極層，稱為雙極保護。每極都有自己獨立的一套雙極保護，其輸入回路測量裝置也相應獨立。（3） 不允許與故障極或雙極有關的

27、保護在雙極運行中誤跳另外的極。（4） 出現故障或擾動時，任何單一的保護動作不應造成雙極停運。 （5） 雙極保護不應根據單一的判據動作。（6） 保護冗余配置。69換流站直流保護包括五個主要保護區(qū)換流站直流保護包括五個主要保護區(qū)： 換流器保護區(qū)（設備位于閥廳）直流極保護區(qū)（設備區(qū)域包括直流開關場，極中性母線，直流線路，直流濾波器）雙極保護區(qū)（包括雙極中性線，地極線） 換流器交流母線和換流變壓器保護區(qū) 交流濾波器/組保護區(qū)70 直流保護分區(qū)配置，廠家不同分區(qū)不同，但每個保護區(qū)與其它保護區(qū)均有重疊區(qū)域，確保沒有保護死區(qū)?，F將每區(qū)保護配置說明如下：（1 1） 換流器（閥組）保護換流器（閥組）保護7172

28、 （a a） 第一套和第二套閥短路保護第一套和第二套閥短路保護 此保護檢測換流變壓器交流電流，直流極線和中性母線直流電流。用于保護閥短路和換流變壓器直流側相對相短路故障。 （b b） 第一套換相失敗保護第一套換相失敗保護 此保護檢測換流器直流中性點電流和交流母線電壓。用于保護由于交流系統擾動或其它異常換相工況所引起的十二脈動換流器的換相失敗。 （c c）第二套換相失敗保護）第二套換相失敗保護此保護檢測交流電流IVY和IVD及直流電流IDP和IDNC。用于保護由于其它異常換相工況所引起的十二脈動換流器的換相失敗。73 （d d）阻尼回路過應力保護）阻尼回路過應力保護利用換流變壓器分接頭聯鎖保護所

29、有換流器設備免受交流電壓應力。檢測閥避雷器過應力并避免變壓器過激磁。主要利用換流變交流母線電壓、分接頭位置和頻率計算出理想的Udio。當Udio超過一定值時，保護動作。 （e)e) 直流電壓過壓保護直流電壓過壓保護此保護測量直流電壓，結合直流電流和點火角以檢測直流線路過壓。用于保護所有設備免受由于誤操作引起的直流電壓侵害。74（f f） 閥點火失敗保護閥點火失敗保護此保護用于檢測接到控制脈沖后，閥是否導通失敗及閥的誤點火。避免閥選擇旁通對的導通失敗或選擇旁通對引起的閥誤導通。 (g(g） 可控硅監(jiān)視保護可控硅監(jiān)視保護只有換流器充電時才投入此保護。閥控單元在規(guī)定時間內對閥的每個可控硅元件承受的電

30、壓進行檢測。如果沒有電壓，說明可控硅損壞。如果閥的可控硅故障的數量超過一個預先設定的值，則報警。75（h h） 直流過流保護直流過流保護 此保護用于檢測并限制高溫對換流器設備的過應力，尤其是可控硅閥。當計算的可控硅溫度過高時，用此保護限制電流。（i i）后備直流過流保護）后備直流過流保護檢測可能給換流設備特別是對可控硅閥帶來過應力的過電流。主要測量最大中性母線直流電流和IVY、IVD。保護的一部分是速動的，由過電流啟動。保護的另一部分是可控硅閥的過載過熱保護。76（j j）大角度監(jiān)測）大角度監(jiān)測由于運行中的額外要求使點火角和熄弧角增大，會造成主回路設備承受的應力增加，因此要配置大角度監(jiān)測（HA

31、S）功能。HAS計算出對直流輸電系統的種種限制，它包含一個考慮閥阻尼電路、閥避雷器和閥電抗器的理論模型。77（k k） 閥直流差動保護閥直流差動保護此保護用于檢測在閥廳內的接地故障。保護范圍包括從低壓端至閥廳高壓母線的直流互感器（用于測量極直流電流）。在高壓端和低壓端測量的電流差值是保護區(qū)內接地故障的判據。閥直流差動保護由兩部分組成：快速但相對不靈敏的部分和慢速但比較靈敏的部分。 （l l） 后備閥直流差動保護后備閥直流差動保護檢測保護區(qū)內的接地故障。保護范圍及動作判據與閥直流差動保護相同。7879（a a） 直流諧波保護直流諧波保護檢測由于閥擾動、交流系統擾動和控制設備擾動等產生的異常諧波。

32、如果諧波電流超過預定值，保護動作。對于較低的諧波電流值，延時動作報警，對于較高的諧波電流值，切除換流器。 （b b）直流高壓母線差動保護）直流高壓母線差動保護此保護用于檢測保護區(qū)內的接地故障。保護區(qū)包括從閥廳高壓母線直流互感器（IDP）到極母線直流電流測點（IDL）。兩電流的差值是接地故障的判據。保護按定時限動作。 80（c c） 直流中性母線差動保護直流中性母線差動保護此保護用于檢測在保護區(qū)內的接地故障。直流中性母線差動保護的保護區(qū)是從閥廳內低壓母線直流互感器（IDNC）到中性母線直流測點（IDNE）。兩個電流的差值是接地故障的判據。保護按定時限動作。81(d)(d) 直流極差動保護直流極差

33、動保護用于檢測保護區(qū)內的接地故障，切除故障的換流器極。直流極差動保護的保護區(qū)是從換流變閥側到換流器高、低壓側直流電流測點（IDL和IDNE），包括直流濾波器。極直流電流由安裝在中性母線及高壓母線的直流電流互感器和/或光纖電流互感器測得，同時測量避雷器和直流濾波器上的交流電流，由這些電流共同判斷保護區(qū)內的接地故障。極直流差動保護具有兩個部分：快速欠敏感部分和慢速敏感部分。82(e)(e) 接地極引線開路保護接地極引線開路保護用于檢測接地極引線/電纜開路，使中性母線上的設備免受由線路開路造成的過電壓。測量極中性母線電壓，較大的持續(xù)過電壓是接地極引線開路的判據。當中性母線電壓過高時，保護發(fā)出閉合換流

34、站直流中性母線接地刀閘的指令。假如在出現高電壓的同時，存在一個較低的中性母線電流，這表明接地極的引線開路，電流流過了靠近換流器的避雷器。保護動作出口。83(f)(f) 直流濾波器過載保護直流濾波器過載保護用于檢測直流濾波器元件，使之免受過應力。測量通過濾波器電容器組的電流，并和保護整定值比較。跳閘指令具有足夠的時間延遲，以避免在短時過負荷情況下的誤動。(g)(g) 直流濾波器電容器組不平衡保護直流濾波器電容器組不平衡保護保護測量電容器橋的電流和濾波器中性點的電流。用于檢測故障電容器，避免直流濾波器組中電容器單元的雪崩損壞事故。84（h h） 直流濾波器差動保護直流濾波器差動保護測量濾波器在極線

35、端和中性母線端的諧波電流，并且和保護整定值比較。用于檢測直流濾波器區(qū)的接地故障。（i i） 行波保護行波保護檢測直流線路的接地故障或交直流碰線故障，并采用控制手段清除故障電流，如果情況允許，在故障清除后恢復電力輸送。（j j） 縱差保護縱差保護檢測直流線路接地故障，比較兩個站的極線測量電流（IDL），對兩站的極線電流時差予以補償。85 （k k）突變量和欠壓保護）突變量和欠壓保護該保護僅在整流側工作。接地故障的重要特征是直流電壓以較高的速率降低（電壓突變）到很低的水平。保護檢測直流電壓和直流電流，并且具有兩個不同的檢測原理：突變量檢測和欠壓檢測突變量檢測部分動作速度快，可以在23ms內檢測出故

36、障。如果低電壓持續(xù)時間超過預定的值，則滿足欠壓條件。86（l l） 線路開路試驗線路開路試驗線路開路試驗的保護配置和正常運行時是一樣的。 （m m） 線路開路監(jiān)測（附加控制功能線路開路監(jiān)測（附加控制功能）用于檢測線路開路試驗期間的直流場和直流線路的接地故障及線路開路試驗期間的換流器相間或接地故障。 （n n） 交流交流/ /直流碰線保護直流碰線保護檢測直流線路上的交流基波分量。用于檢測直流線路與220kV及以上電壓等級的交流線路碰線。保護動作于跳閘。87（o o）直流）直流/ /直流碰線保護直流碰線保護當兩條直流輸電線路發(fā)生碰線的故障時，控制保護系統目前難以對各種可能的情況加以正確判斷。考慮推

37、薦采用在兩直流線路相交處加裝機械防護。（p p）逆功率方向保護）逆功率方向保護檢測控制系統故障引起的功率反轉，保護交流系統及發(fā)電機。當逆功率達到中值時延時跳閘，達到高值時快速跳閘。（q q） 中性母線開關保護中性母線開關保護測量中性母線極電流。當中性母線開關打開而電流不為零則發(fā)出重合命令。88（r r） 自動再起動自動再起動在行波、微分欠壓、縱差等直流線路保護動作后，執(zhí)行故障清除程序，進行再起動嘗試的功能。當檢測到故障時，向電流調節(jié)器發(fā)出“暫?！敝噶?，并立即將觸發(fā)角增大到900以上，使整流器進入逆變運行，整流站和逆變站都使直流線路放電，直流電流很快降到零，經過預先整定的100500ms的弧道去

38、游離時間后， 進行再起動嘗試。如果故障已清除，再起動邏輯將監(jiān)測直流電壓的建立，恢復傳輸功率。 89（r r） 自動再起動自動再起動如果直流電壓不能建立，說明故障依然存在，再起動不成功，重新進行移相、降電流的去游離過程。再起動的次數是根據系統研究預先定好的。在絕緣出現問題（如絕緣子污染）時，為維持電壓應力在較低水平，可采取降壓再起動。當最后一次再起動不成功時，將閉鎖換流器，停運直流系統。9091（a a） 雙極中性母線差動保護雙極中性母線差動保護 用于檢測接地極引線和極中性母線之間的接地故障并且清除故障。 測量直流接地極引線、金屬回線母線和兩個極中性母線的直流電流。所有測點的電流差值是保護區(qū)內接

39、地故障的判據。本保護在金屬回線運行方式下無效。（b b） 換流站接地過電流保護換流站接地過電流保護防止過高的電流流入換流站接地網。換流站接地網流入過多的直流電流會造成換流變飽和。 與換流站接地刀閘串聯的直流互感器測量接地直流電流（IDGND）。過高的換流站接地網電流將導致極（或雙極）跳閘。92 （c c） 后備換流站接地過電流保護后備換流站接地過電流保護檢測過高的站接地電流及保護區(qū)內的接地故障。測量直流接地極引線，金屬回線和中性母線的直流電流，所有測點的電流差值是保護區(qū)內接地故障的判據。 （d d） 金屬回線橫差保護金屬回線橫差保護用于檢測在金屬返回線上的接地故障或開路故障。金屬回路橫差保護通

40、過檢測接地換流站的線路電流差值來判斷接地或開路故障。只有在金屬返回運行方式下有效。 （e e） 金屬回線縱差保護金屬回線縱差保護檢測在金屬返回線上的接地故障或開路故障。金屬回線縱差保護通過檢測兩個換流站的金屬返回線路電流差值來判斷接地或開路故障。93（f f） 金屬回線接地保護金屬回線接地保護檢測在金屬返回線上的接地故障。金屬回線接地保護通過測量換流站接地電流和兩個接地極電流來檢測接地故障。（g g） 中性母線接地刀閘保護中性母線接地刀閘保護當從換流站接地網向接地極轉移電流失敗時，保護中性母線接地刀閘。與刀閘串聯的直流電流互感器測量入地的直流電流（IDGND），如果刀閘不能把電流轉移到接地極，

41、則保護啟動重合刀閘。94（h h） 后備中性母線接地刀閘保護后備中性母線接地刀閘保護保護類別同第1套保護。但檢測原理不同。金屬返回線直流電流與兩個接地極引線電流之和與中性母線直流電流的差值進行比較，因此保護測量流過開關的直流電流。保護動作后，重合中性母線接地刀閘，閉鎖保護。（i i） 中性母線刀閘保護和后備中性母線刀閘保護中性母線刀閘保護和后備中性母線刀閘保護中性母線刀閘的目的是在一極停運時把電流轉移到接地極引線上。刀閘可以斷開極與中性母線的連接。如果刀閘不能遮斷電流，則由保護重合。極直流電流在中性母線處測量，當刀閘打開而測得的電流不是零時，則向刀閘發(fā)出重合的命令。保護功能只有在極隔離的狀態(tài)下

42、有效。95（j j） 大地回線轉換開關保護大地回線轉換開關保護用于電流從金屬回線轉換到大地回線失敗時，保護大地回線轉換開關。測量通過開關的電流。當開關打開但電流不是零時，保護重合開關。（k k） 后備大地回線轉換開關保護后備大地回線轉換開關保護保護范圍和保護動作出口同第1套保護。但檢測原理不同。本保護將流過中性母線接地開關的電流與兩個接地極引線電流之和與中性母線直流電流的差值進行比較，因此保護測量流過開關的直流電流。96（l l） 金屬返回轉換開關保護金屬返回轉換開關保護用于電流從大地返回轉換到金屬返回失敗時，保護金屬返回轉換開關。測量兩個接地極的直流電流。當開關打開但直流電流不是零時，保護動

43、作發(fā)出重合指令。（m m） 后備金屬返回轉換開關保護后備金屬返回轉換開關保護保護目的和保護動作出口同第1套保護。但檢測原理不同。通過金屬返回導體的直流電流與中性母線接地刀閘電流之和與中性母線直流電流的差值的比較，保護測量流過開關的電流。97（n n） 接地極引線過載保護接地極引線過載保護用于檢測接地極引線的過負荷。測量接地極引線的直流電流。其中一個導線的電流過大，則表明有接地故障或另外一個導線有開路故障。保護動作后向功率控制環(huán)節(jié)發(fā)出指令把電流降低到預定值。（o o） 接地極引線阻抗監(jiān)視接地極引線阻抗監(jiān)視主要檢測接地極引線故障。通過一個串聯諧振電路向接地極引線輸入一個高頻電流，測量諧振電感兩端的

44、電壓和注入接地極引線的電流，通過濾波處理后得到一個從輸入端看進去的阻抗。如果該阻抗發(fā)生變化，則說明接地極引線有故障。98（p p） 接地極引線不平衡監(jiān)視接地極引線不平衡監(jiān)視檢測兩個接地極引線的電流分配不平衡。測量兩個接地極引線的電流差值。如果有差值，則表明有接地故障或其中之一開路。99100a a） 換流變壓器差動保護換流變壓器差動保護該保護比較換流變網側及閥側的基波電流矢量，并計及換流變及CT變比的不平衡及調壓分接頭位置變化的影響，其保護區(qū)為網側與閥側的CT之間的換流變及引線。換流變壓器差動保護動作后將閉鎖直流極、啟動換流變交流斷路器跳閘并閉鎖其合閘、啟動斷路器失靈。b b） 換流變壓器過流

45、保護換流變壓器過流保護該保護檢測換流變網側的電流有效值，動作后將閉鎖直流極、起動換流變交流斷路器跳閘并閉鎖其合閘、起動斷路器失靈。該保護可選用反時限特性。101c c） 換流變壓器繞組差動保護換流變壓器繞組差動保護該保護按相檢測換流變壓器各繞組兩側差電流，當差電流大于整定值時保護動作，保護采用定時限特性。本保護主要用于檢測各繞組內部接地故障，保護動作后將閉鎖直流極、起動換流變交流斷路器跳閘并閉鎖其重合閘、起動斷路器失靈。 d d） 換流變壓器交流母線過電壓保護換流變壓器交流母線過電壓保護防止持續(xù)的過電壓損壞換流變壓器及換流橋。保護測量交流母線每相電壓，動作于跳閘。102e e） 換流變壓器零序

46、電流保護換流變壓器零序電流保護該保護裝在換流變壓器網側中性點處，作為換流變及交流引線單相接地故障的后備保護，保護具有二次諧波制動特性。保護動作后將閉鎖直流極、起動換流變交流斷路器跳閘并閉鎖其合閘、起動斷路器失靈。f f） 換流變壓器過勵磁保護換流變壓器過勵磁保護為了防止換流變壓器在過電壓期間長期過勵磁運行，本保護通過測量電壓和頻率的比值監(jiān)視過勵磁。保護配有兩段定值，一段發(fā)告警，二段發(fā)跳閘信號，用于跳閘的定值應與換流變壓器的過勵磁特性曲線相配合。103g g） 換流變壓器飽和保護換流變壓器飽和保護當雙極不平衡運行或大地回線運行方式下，直流電流在換流變中的分流都可能引起換流變飽和。本保護檢測換流變

47、壓器網側星形繞組中性點過電流，其動作特性采用換流變生產廠家指定的反時限特性。飽和保護配有兩段定值分別用于告警及跳閘，跳閘信號除起動交流斷路器跳閘外，另將起動Y型直流閉鎖，即閉鎖直流但僅在逆變側投入旁通對。104h h） 換流變壓器閥側接地保護換流變壓器閥側接地保護該保護的保護區(qū)為換流變壓器閥側的交流導線。對每個六脈動橋，當換流閥組閉鎖且換流變壓器閥側的交流導線沒有接地故障時，換流變壓器閥側各相對地電壓的向量和為零。但當換流閥組閉鎖，而換流變壓器閥側的交流導線出現接地故障且故障電流不大時，換流變壓器閥側各相對地電壓的向量和將出現較大的零序分量，該保護即檢測其零序分量。保護動作后應發(fā)告警信號、禁止

48、閥組解鎖、起動換流變壓器交流斷路器跳閘。一旦閥組解鎖后，本保護即應退出。105i i） 換流變壓器及交流母線差動保護換流變壓器及交流母線差動保護該保護原理及功能與上述的換流變壓器差動保護相同，只是其動作區(qū)包含換流變壓器交流母線。j j） 換流變壓器及交流母線過電流保護換流變壓器及交流母線過電流保護該保護原理及功能與上述的換流變壓器過電流保護相同，只是其動作區(qū)包含換流變壓器交流母線。106k k） 換流變壓器交流母線差動保護換流變壓器交流母線差動保護該保護的動作區(qū)為接換流變壓器的兩臺交流斷路器與換流變網側套管CT之間的一段交流母線。保護采用分相比較，當各側的電流矢量和不為零時保護動作，保護僅對基

49、波電流敏感且對外部穿越性故障具有制動特性。保護動作后將閉鎖直流極、起動換流變交流斷路器跳閘并閉鎖其合閘、起動斷路器失靈。107l l） 換流變壓器限制接地故障保護換流變壓器限制接地故障保護該保護防止由內部接地故障或繞組故障引起的換流變初級繞組損壞。保護具有低阻特性，比較高壓初級繞組與中性點的零序電流。超過定值保護動作。m m） 換流變壓器本體保護主要包括：換流變壓器本體保護主要包括： 泵及電動機保護、油位檢測、氣體探測 、油溫監(jiān)視、 壓力釋放、 油流指示、 繞組溫度、SF6密度開關、分接頭壓力釋放及油流指示等。108109110111112113交流濾波器保護使各交流濾波器小組的每一部件都得到

50、保護，使其免受過電流、過電壓、過負荷損壞，對失去電容器或電容器元件以及接地故障也可提供保護，交流濾波器保護還為濾波器的電抗器及電阻器配置了必要的保護。114交流濾波器大組保護交流濾波器大組保護a a）濾波器母線差動保護）濾波器母線差動保護用于保護濾波器母線免受區(qū)內故障損壞。該保護采用分相比較流入保護區(qū)的電流，如果向量和不為零，保護動作。保護僅對基波電流敏感，對穿越電流不反應。b b）交流濾波器和母線差動保護）交流濾波器和母線差動保護該保護用于保護交流濾波器母線和濾波器組免受區(qū)內故障損壞。保護采用分相比較流入保護區(qū)的電流，如果向量和不為零，保護動作。保護僅對基波電流敏感，對穿越電流不反應。115

51、c c） 過電壓保護過電壓保護該保護用于保護交流母線和相連的設備，使其免受持續(xù)的過電壓損壞。保護測量濾波器母線上每相的電壓，保護對基波和直至7次諧波電壓敏感。116交流濾波器小組保護交流濾波器小組保護a a）電容器組不平衡保護）電容器組不平衡保護電容器不平衡保護的主要目標是保護高壓電容器組因電容元件故障導致的雪崩損壞。該保護檢測兩串電容器之間的不平衡電流，其中一串的電容器故障將引起不平衡電流有較大的升高。并且測量總的濾波器電流來平衡由于電容器制造公差引起的初始電流不平衡。保護具有3個動作水平：報警、延時跳閘、瞬時跳閘。117b)b)電阻電阻/ /電抗器諧波過負荷保護電抗器諧波過負荷保護該保護用

52、于保護電抗和電阻免受過負荷。保護檢測濾波器電抗和電阻的諧波電流，并構成這些元件的過熱保護。C)C)零序過流保護零序過流保護該保護用于交流濾波器的接地故障，特別是靠近大地的接地故障。保護測量交流濾波器中性線側的零序電流，該保護僅對基波比較敏感。118d)d) 高通高通3 3次諧波低電壓電容量保護次諧波低電壓電容量保護保護低壓側電容器，保護動作跳濾波器小組。e)e) 交流濾波器差動保護交流濾波器差動保護該保護的保護區(qū)域是濾波器中從高電位電流互感器到中性點電流互感器之間的區(qū)域。保護主要用于檢測接地故障和電容器組相間短路。該保護比較電容器組相與相之間的電流，如果向量和不為零，保護動作。保護僅對基波敏感

53、。119f)f) 過流過流/ /過負荷保護過負荷保護該保護用于保護高壓電容免受過電流和過負荷。保護測量濾波器的總電流，僅對基波敏感。g) g) 斷路器失靈保護斷路器失靈保護各濾波器分組都配置有斷路器的失靈保護。該保護將每相的測量電流和殘余電流與各自的整定值進行比較，按4取2邏輯來判斷故障。斷路器失靈保護由其他保護送來的邏輯上冗余的信號啟動。保護動作將跳相應的斷路器。 120閥冷卻控制、保護系統是直流控制保護系統的一個部分。每極閥組配置兩套完全獨立的冷卻控制、保護系統，一運一備。閥冷卻控制、保護主系統故障時將自動切換到備用系統，其切換過程對高壓直流輸電系統輸送功率沒有影響。當閥冷卻機械系統的工作

54、電源故障時，閥冷卻控制、保護系統將其切換到備用電源上。切換過程不會使閥冷卻控制、保護系統啟動閥組跳閘。當閥冷卻機械系統的兩套輔助電源都失去時，閥冷卻控制、保護系統啟動閥組跳閘，所用時間不會造成閥過熱而損壞。121直流保護出口動作類型如下直流保護出口動作類型如下： 告警和啟動故障錄波 切換到冗余的控制和保護系統（閥保護不切換） （利用冗余的控制保護系統，通過系統切換排除控制保護系統設備故障的影響） 閉鎖觸發(fā)脈沖（閉鎖換流器觸發(fā)脈沖，使換流器各閥在電流過零后關斷，在雙極都閉鎖時，需切除所有的交流換流器） 換流器緊急移相（是將觸發(fā)角迅速增加到900以上，將換流器由整流狀態(tài)轉換為逆變狀態(tài)，以減少故障電

55、流，加快直流系統能量釋放，便于換流器閉鎖。） 換流器閉鎖：包括X類（不投旁通對）、Y類（整流側不投旁通對，逆變側投旁通對）、Z類（投旁通對）閉鎖。122 跳交流側斷路器（同時啟動斷路器失靈保護并閉鎖重合閘） 自動再起動 功率回降 極隔離 閉合中性母線隔離開關 重合轉換開關 極控制平衡 閉合中性母線接地刀閘123在這里對換流器閉鎖作以詳細說明：換流器閉鎖意味著切斷作用到換流閥的控制脈沖。當此情況發(fā)生后一旦電流接近零，換流閥將停止導通。當閉鎖時，有時希望為直流側電流提供電流通路。如果是這樣，旁通對（在同一6脈沖中聯結到相同交流相的兩個對應的閥）,將同時被除觸發(fā)。它在換流閥兩端提供旁路，并且當檢測到

56、永久接地故障時，通常使用這種方式。124旁通對觸發(fā)時的電流通路125保護閉鎖作用能夠分為X、Y、或Z類型的閉鎖。整流器的X閉鎖通常不同時觸發(fā)旁通對的閉鎖；在逆變站，當交流斷路器已斷開時，進行帶觸發(fā)旁通對的閉鎖。Y閉鎖是有條件的，通常在整流側進行不帶觸發(fā)旁通對的閉鎖；在逆變側，帶觸發(fā)旁通對的閉鎖。Z閉鎖通常是同時進行觸發(fā)旁通對的閉鎖。所有換流閥閉鎖命令是冗余的，并且對于換流閥閉鎖順序具有冗余的信號通道。126（1 1）X X類型閉鎖類型閉鎖 X類型的閉鎖主要是在換流閥故障時使用。它主要是由在換流閥兩側短路所啟動的保護發(fā)出命令。X類型的閉鎖也用于不能正確選擇旁通對(bypass pairs)的觸發(fā)

57、電路故障。在整流運行方式下，閥短路將引起三相并聯的健全閥中通過大短路電流。為了在一個連續(xù)脈沖時間內限制過電流，故障檢測必須快速。并且，必須使換流閥不帶觸發(fā)旁通對閉鎖。 在逆變運行方式下，閥短路不會提供大短路電流。因此，不必立即閉鎖換流閥。為了限制短路電流的幅值。換流閥觸發(fā)脈沖被延時，即：保持在最小換相裕度角，直到換流閥被閉鎖。127完整的X閉鎖故障清除順序歸納如下：整流器：換流閥觸發(fā)脈沖立即延時緊接著不帶觸發(fā)旁通對閉鎖換流閥跳換流器進線開關逆變器：換流閥觸發(fā)脈沖立即延時跳交流斷路器當交流開關已啟動跳閘的同時，帶觸發(fā)旁通對閉鎖換流閥。128（2）Y類型閉鎖Y閉鎖通常用于不使設備受嚴重過載的直流側

58、故障、交流側故障和極的手動閉鎖。換流閥觸發(fā)脈沖立即延時在逆變側換流閥直接帶觸發(fā)旁通對閉鎖。因此類似Z類型的閉鎖。在整流側，閉鎖以前，閉鎖的命令被延時到使電流熄弧。如果直流電流低于與電壓有關的幅值，Y閉鎖在整流側進行不帶有觸發(fā)旁通對閉鎖，否則，換流器要帶有旁通對閉鎖。129（3）Z Z類型閉鎖類型閉鎖 Z類型閉鎖通常用于接地故障或者與直流側有關的過電流。 Z類型閉鎖通常進行換流閥觸發(fā)脈沖的立即延時和閉鎖，并同時觸發(fā)旁通對。130131直流遠動系統是指為兩站間控制保護系統提供信息傳輸和處理的系統。高壓直流遠動系統在設備的層次結構中屬于極水平一級，每極的高壓直流遠動系統應與極控制系統一樣采用雙重化冗

59、余配置。每個極的遠動系統設備應與另一極的遠動系統設備在電氣及物理結構上分開，因此每個極的遠動系統是獨立運行的。為雙極所共用的信號的數量應減至最少。所必須的任何雙極信號將通過各個極的高壓直流遠動系統進行傳送。132為了避免直流功率崩潰，控制系統必須要保持整流和逆變側之間的電流裕度，即始終保持整流側比逆變側高10。在電流指令變化時，兩側的電流指令變化有嚴格的先后順序。如增加電流指令時，先增加整流側；減小電流指令時，先減小逆變側；電流指令在額定值3以內變化時，總是先或增加減小整流側電流。兩側電流指令的同步要求通道傳輸速度極高，應少于20ms；功率調制指令的傳輸速度可慢些，也應少于300ms。133 運行模式的轉換，如極的起停等，也需要兩站間的協調。模式順序控制會和對端換流站的相應程序進行狀態(tài)通信，利用兩側信號來完成協調。對通信系統要求略低，傳輸速度要求