(特)高压直流输电控制保护技术

(特)高压直流输电控制保护技术第一页，共197页。提纲直流控制技术1直流保护技术2多端直流技术3第二页，共197页。直流控制技术－－提纲直流输电基本知识1直流输电控制基本技术2控制功能介绍3第三页，共197页。直流输电的应用领域长距离输电

300-1400KM

长距离、大功率背靠背联网

两个相邻的独立系统，但具有不同的频率/电压等级/短路容量海底电缆输电

直流线路无需无功补偿第四页，共197页。直流输电的特点输送功率相同时，线路造价低，线路走廊窄，损耗小。直流输电距离和容量不受同步运行稳定性的限制。潮流的调节：直流输电功率调节迅速、准确。交流系统用直流互连后，短路容量基本没有增大。直流线路运行不需要无功功率，但换流器需要较大的无功功率。直流输电无功只与有功有关，与线路长度无关。换流器较贵；换流器运行需要较多的无功功率，要装设滤波装置；技术较复杂。

第五页，共197页。HVDC运行模式双极运行单极金属回线运行单极大地回路运行双极线并联单极大地回路运行（单极大地系统）第六页，共197页。阀的连接

YDY第七页，共197页。国外控制保护厂家ABB、SIEMENS、AREVA(ALSTOM)等，将直流控制和保护系统作为直流输电的核心技术，研发投入非常大；ABB公司直流控制保护系统MACH2，1995年开发完成，龙政直流、三广直流采用；DCC800，2009年开发完成，复奉特高压采用；SIEMENS公司提供的直流控制保护系统SIMADYND被我国南方电网的天广直流和在建的贵广直流所采用，Siemens已开始推广更新一代系统。AREVASeriesV控制保护系统。第八页，共197页。南瑞继保，引进ABB的MACH2技术；2010年，新一代UAPC平台的PCS9550在天广改造中使用；许继电气，

引进SIEMENS的SIMADYND技术；正在研发新一代系统；四方电气，ABB的MACH2.5技术，ABB合作方。国内控制保护厂家第九页，共197页。第1条商用直流（ABB）1954年，瑞典在本土和果特兰岛（Gotland）之间建成一条海底电缆直流输电线，是世界上第一条商业性高压直流输电线路。第十页，共197页。HVDC技术发展Gotland工程（1954）单极，-100KV20MW汞弧阀模拟控制，功能简单面板/模拟盘操作界面三常工程（2003）

双极，500KV3000MW可控硅阀数字控制，功能丰富计算机全图形操作界面新技术：

轻型直流（HVDCLight）滤波器技术（有源直流滤波）

LTT阀、IGBT光CT/PT

新一代直流控制保护系统复奉工程（2010）

双极，800KV，6400MW，串联可控硅阀第十一页，共197页。直流控制技术－－提纲直流输电基本知识1直流输电控制基本技术2控制功能介绍3第十二页，共197页。控制基本技术直流输电工作原理－功率正送整流侧逆变侧注意：只有很小的电压差两个可调的电压源第十三页，共197页。控制基本技术直流输电工作原理－功率反送整流侧逆变侧注意：电流方向不改变第十四页，共197页。基本原理换流器件采用晶闸管元件（半控器件）晶闸管导通条件：正向电压＋触发脉冲晶闸管关断条件：电流过零，零电压或负电压定义：触发角α叠弧角μ熄弧角γ超前角β第十五页，共197页。极控系统主要控制功能框图第十六页，共197页。极控系统包含控制功能模块开关顺序控制SSQ模式顺序控制MSQ准备顺序控制RSQ极功率控制/电流控制PPC过负荷限制OLL直流功率调制MODS换流器触发控制CFC控制脉冲发生单元CPG无功功率控制RPC电压角度参考值计算VARC换流变压器分接头控制TCC线路开路试验控制OLT站间通讯TCOM控制功能模块第十七页，共197页。外特性曲线第十八页，共197页。操作界面第十九页，共197页。直流控制技术－－提纲直流输电基本知识1直流输电控制基本技术2控制功能介绍3第二十页，共197页。基本控制功能触发器控制CFC作用：对两侧的12脉动阀组进行控制，两侧阀组均可作为整流侧和逆变侧运行具有低压限流环节（VDCL）三个基本控制器组成闭环电流调节器电压调节器修正的GAMMA控制器第二十一页，共197页。基本控制功能闭环电流控制控制器输入变量：测量到的实际直流电流和VDCL环节后的电流指令相减的差值控制器类型：比例积分（PI控制器）整流和逆变侧均配置逆变侧电流指令＝整流侧电流指令－电流裕度第二十二页，共197页。闭环电流控制逻辑框图第二十三页，共197页。基本控制功能电压控制器整流侧和逆变侧均配置整流侧用于过电压的限制；逆变侧用于定电压控制；个别工程逆变侧也用作过电压限制控制器类型：比例积分（PI控制器）整流侧电压参考值略高于逆变侧电压参考值第二十四页，共197页。电压控制器逻辑框图第二十五页，共197页。基本控制功能Gamma控制器正常工况下，逆变侧为定GAMMA角控制采用预测性开环控制原理采用AMAX控制，使得外特性在暂态情况下具有正斜率，利于系统的稳定 第二十六页，共197页。基本控制功能点火控制将alpha指令转换成12个120

宽的控制脉冲，送至VBE包括如下功能块：触发单元(FIREXEC)点火模式判别(FMD)角度测量(FIRANG)叠弧角计算(OVLCALC)相控振荡器(PCO)数字锁相环(PLL)紧急点火控制(EMG)控制脉冲发生器（CPG）第二十七页，共197页。基本控制功能过负荷限制OLL长期过负荷短时过负荷高晶闸管结温限幅功率回降第二十八页，共197页。基本控制功能功率/电流控制PPC基本控制策略正常工况下，整流侧通过快速调节alpha角来保持直流电流恒定；逆变侧为gamma角控制。与快速控制相配合的换流变抽头的慢速控制策略为，正常工况下，整流侧抽头控制alpha角为152.5，逆变侧抽头控制Udi0为1(1.25%)pu。当逆变侧控制电流时，逆变侧的抽头用于维持熄弧角gamma为172.5参考值。控制系统中应有过电压限幅环节对过高的直流电压进行限幅，避免直流设备承受过应力而损坏。第二十九页，共197页。PPC功能概况图第三十页，共197页。基本控制功能无功控制RPC控制目标：满足换流器消耗无功需要，使直流系统与交流系统交换的无功为设定值。满足谐波滤波需要，使直流系统注入交流的谐波达到允许范围。控制交流电压在设定值第三十一页，共197页。基本控制功能换流变分接头控制TCC模式：手动与自动手动控制：对单相换流变抽头调节或对所有换流变抽头的同步调节具有最大换流变阀侧理想空载直流电压Udi0的限制第三十二页，共197页。基本控制功能空载加压试验控制OLT作用：测试直流极在较长一段时间的停运后或检修后的绝缘水平试验条件：整流模式进行当前直流电压低于0.1p.u.平波电抗器和极母线间解开另一侧阀闭锁，未充电，未投入空载加压试验第三十三页，共197页。第三十四页，共197页。基本控制功能顺序控制与联锁（SSQ、MSQ、RSQ）控制目标实现直流系统的平稳启动和停运实现直流系统各运行状态之间的平稳转换实现安全可靠地操作断路器、隔离开关和接地刀闸实现安全可靠的控制模式或运行方式转换第三十五页，共197页。基本控制功能调制控制MODS功率提升功率回降频率控制阻尼次同步振荡第三十六页，共197页。提纲直流控制技术1直流保护技术2多端直流技术3第三十七页，共197页。直流保护技术－－提纲概述1直流极保护原理2直流极保护动作后处理策略3直流极保护定值、动作矩阵45典型故障录波分析第三十八页，共197页。概述换流站所包含的保护设备直流保护换流变保护直流滤波器保护交流滤波器保护交流（滤波器）母线保护断路器保护线路保护第三十九页，共197页。概述直流极保护（换流变阀侧绕组之间的区域，除直流滤波器）换流变压器保护直流滤波器保护交流滤波器保护母线保护断路器保护交流线路保护换流站所包含的保护设备第四十页，共197页。特高压直流与常规直流的不同点

双阀组串联

电压运行等级增多（±800kV、±400kV、70％／80％降压等）概述第四十一页，共197页。概述直流极保护分区（常规）第四十二页，共197页。换流阀区极高压母线区极中性母线区直流滤波器区直流线路区双极中性母线区接地极线区金属回线区概述直流极保护分区（常规）第四十三页，共197页。阀组区：高压阀组和低压阀组换流变压器：高压换流变压器和低压换流变压器概述直流极保护分区（特高压）第四十四页，共197页。换流阀保护区1换流阀保护区2极区概述直流极保护分区（背靠背）第四十五页，共197页。提纲概述1直流极保护原理2直流极保护动作后处理策略3直流极保护定值、动作矩阵45典型故障录波分析第四十六页，共197页。保护的硬件实现保护系统的配置原则各保护区的保护配置及原理直流极保护原理介绍的内容第四十七页，共197页。采集模拟量采集开关量输出开关量通讯（包括人机、与控制系统、三取二、以及调度）保护算法实现单元直流极保护原理－－硬件第四十八页，共197页。直流极保护原理－－硬件第四十九页，共197页。直流极保护原理－－硬件第五十页，共197页。控制、保护功能分开控制、保护IO单元各自独立保护三取二逻辑出口配置保护双重化出口配置每一套保护独立，完善的自检系统保证单一元件损坏本套保护不误动，保证可靠性直流极保护原理－－配置原则第五十一页，共197页。故障：如阀短路、极母线断路、接地过应力：如过压、过载器件损坏：如电容器损坏、转换开关无法断弧其它：如功率振荡等直流极保护原理－－配置原则保护针对的故障类型第五十二页，共197页。直流极保护原理典型的测点配置（常规）第五十三页，共197页。直流极保护原理典型的测点配置（特高压）第五十四页，共197页。高压换流阀区(CONVPR_H)低压换流阀区(CONVPR_L)极保护区(POLEPR)直流线路区(LINEPR)双极保护区(BIPOLEPR)直流极保护原理各保护区的保护配置及原理第五十五页，共197页。短路保护（87SCY／87SCD）换相失败保护（87CFP）桥差动保护（87CBY／87CBD）阀组差动保护（87CG）直流差动保护（87DCM）交流过流保护（50/51C）交流过电压保护（59AC）交流低电压保护（27AC）电压过应力保护（VSP）直流极保护原理－－换流阀区第五十六页，共197页。交流阀侧绕组接地保护（59ACVW）触发异常保护（VMF）大角度监视（EFAP）换流阀短路、换流器接地短路丢失触发脉冲换相失败阀过电压直流极保护原理－－换流阀区换流阀区的主要故障第五十七页，共197页。短路保护（87SCY／87SCD）:

IacY–min(IdH,IdN)>max(Isc_set,k_set*min(IdH,IdN))

IacD–min(IdH,IdN)>max(Isc_set,k_set*min(IdH,IdN))桥差动保护（87CBY／87CBD）:

｜Max（IacY,IacD）–IacY｜>I_set ｜Max（IacY,IacD）–IacD｜>I_set直流极保护原理－－换流阀区针对阀区短路故障的保护第五十八页，共197页。阀组差动保护（87CG）：

｜Max（IdH,IdN）–Max（IacY,IacD）｜>I_set直流差动保护（87DCM）：（特高压特殊处理）

｜IdH–IdN｜>max(I_set,k_set*(IdH+IdN)/2)交流过流保护（50/51C）:

Max（IacY,IacD）>I_set直流极保护原理－－换流阀区针对阀区短路故障的保护（续）第五十九页，共197页。交流阀侧绕组接地保护（59ACVW）:

｜UacYa+UacYb+UacYc｜>Uacc0_set ｜UacDa+UacDb+UacDc｜>Uacc0_set直流极保护原理－－换流阀区针对阀区短路故障的保护（续）第六十页，共197页。直流极保护原理－－换流阀区桥臂短路第六十一页，共197页。触发角与电压；阀导通条件（两个必要）、阀关断条件（两个充分）直流极保护原理－－换流阀区第六十二页，共197页。直流极保护原理－－换流阀区IacY–min(IdH,IdN)>△正常换相第六十三页，共197页。直流极保护原理－－换流阀区阀短路故障第六十四页，共197页。电压过应力保护（VSP）：

Udio>Udio_set交流过电压保护（59AC）：

Uac>U_set交流低电压保护（27AC）：

Uac<U_set大角度监视（EFAP）：

Alpha_set1<Alpha<Alpha_set2直流极保护原理－－换流阀区针对阀区过电压等保护第六十五页，共197页。换相失败保护（87CFP）：

max(IdH,IdN)–IacY>max(Icf_set,k_set*max(IdH,IdN)),& max(IdH,IdN)*k_ac>IacY max(IdH,IdN)–IacD>max(Icf_set,k_set*max(IdH,IdN)),& max(IdH,IdN)*k_ac>IacD导致换相失败的原因：误触发、不触发逆变侧换相电压下降逆变侧交流系统不对称故障暂态过程或谐波引起换相电压畸变直流极保护原理－－换流阀区换相失败、丢失脉冲的保护第六十六页，共197页。直流极保护原理－－换流阀区max(IdH,IdN)–IacY>max(Icf_set,k_set*max(IdH,IdN))换相失败第六十七页，共197页。直流极保护原理－－换流阀区换相失败故障第六十八页，共197页。阀组旁通开关保护双阀组电压不平衡报警换流变压器分接头不平衡报警双阀组触发角不平衡报警直流极保护原理－－换流阀区特高压增加的保护第六十九页，共197页。极母线差动保护（87HV）中性母线差动保护（87LV直流后备差动保护（87DCB）直流过流保护（76）接地极开路保护（59EL）50/100Hz保护（81-50/100HZ）快速中性母线开关保护（82-HSNBS）换流器开路保护/直流过电压保护（59/37DC）直流低电压保护（27DC）功率反向保护（RPDP）（国网最新文件去除）直流极保护原理－－极区第七十页，共197页。交直流碰线/远端故障检测（81-I/U）次同步谐振保护（SSR）空载加压试验保护（OLTP）接地断线过电压低电压开关失灵直流极保护原理－－极区极区的主要故障第七十一页，共197页。高压母线差动保护（87HV）（特高压特殊处理）

|IdH–IdL|>max(I_set,k_set*max(IdH,IdL)) 快速段增加判据：UdL<U_set中性母线差动保护（87LV）（特高压特殊处理）

|IdN–IdE|>max(I_set,k_set*max(IdN,IdE))直流后备差动保护（87DCY）

|IdL–IdE|>I_set+k_set*IdE直流极保护原理－－极区第七十二页，共197页。换流器开路保护/直流过电压保护（59/37DC）

（特高压特殊处理）I段：｜UdL｜>U_set1&IdH<I_set或｜UdL-UdN｜>U_set1&IdH<I_setII段和III段：｜UdL｜>U_set2或｜UdL-UdN｜>U_set2直流低电压保护（27DC）

｜UdL｜<U_set ALPHA>ALPHA_set&IDNE>I_set

快速中性母线开关保护（82-HSNBS）

快速中性母线开关保护（HSNBS）指示分闸位置后，满足｜IdE｜>I_set直流极保护原理－－极区第七十三页，共197页。接地极开路保护（59EL）

UdN>U_set&｜Idee1＋Idee2｜<I_set） I段双极运行，合站地开关、极平衡、闭锁； II段，闭锁、单极运行合站地开关 或独立电压判据：UdN>U_set；III段，闭锁；IV段，合站地开关50／100Hz保护（81-50／100HZ）

IdN_50>I_set+k_set*IdN IdN_100>I_set+k_set*IdN功率反向保护（RPDP）

Ud<Ud_set，并在一定时间内（典型0.5s）改变极性；&P>P_set直流极保护原理－－极区第七十四页，共197页。远端故障／交直流碰线检测（81-I/U） UdL_50Hz>UdL_50Hzset&IdL_50Hz>IdL_50Hzset空载加压试验保护（OLTP）

｜IacY－IdH｜>I_set2或｜IacD－IdN｜>I_set2 ｜Ud_cal–｜UdL｜｜>△Ud_set IacY>I_set1或IacD>I_set1次同步谐振保护（SSR）

IdHssr>I_set直流极保护原理－－极区第七十五页，共197页。直流极保护原理－－极区50Hz保护（整流侧丢失脉冲）第七十六页，共197页。直流极保护原理－－极区100Hz保护（交流系统接地故障）第七十七页，共197页。直流线路行波保护（WFPDL）直流线路突变量保护（27du/dt）直流线路低电压保护（27DCL）直流线路纵差保护（87DCLL）线路再启动逻辑（RL）金属性接地高阻接地短路与交流系统碰线直流极保护原理－－直流线路区直流线路区的主要故障第七十八页，共197页。直流线路行波保护（WFPDL）：

反向行波：b(t)=Z*delta(IdL(t))－delta(UdL(t))

delta(Diff_b(t))>Dif_dt_set delta(Com_b(t))>Com_dt_set integ(Diff_b(t))>Dif_int_set integ(Com_b(t))>Com_int_set直流线路突变量保护（27du/dt）：

delta(UdL(t))<dU_set ｜UdL｜<U_set直流极保护原理－－直流线路区第七十九页，共197页。直流极保护原理－－直流线路区直流线路故障波形第八十页，共197页。直流极保护原理－－直流线路区行波量（线模／零模）第八十一页，共197页。直流极保护原理－－直流线路区不同的故障位置，电压下降的陡度不同故障与非故障情况电压下降陡度不同电压突变量（du/dt）第八十二页，共197页。直流线路低电压保护（27DCL）：

｜UdL｜<U_set；加有众多闭锁条件直流线路纵差保护（87DCLL）： ｜IdL–IdL_Fosta｜>max(I_set,k_set*IdL)线路保护动作后，迅速将直流电压降到0，等待故障点去游离时间后，重新恢复运行。重起时间、重起后的电压、重起次数可设定。直流极保护原理－－直流线路区直流线路再启动逻辑第八十三页，共197页。接地极母线差动保护（87EB）接地极电流平衡保护（60EL）接地极过流保护（76EL）站内接地网过流保护（76SG）接地系统保护（87GSP）金属回线接地保护（51MRGF）直流线路横差保护（87DCLT）金属回线纵差保护（87MRL）金属回线转换开关保护（82-MRTB）直流极保护原理－－双极区第八十四页，共197页。金属回线开关保护（82-MRS）快速接地开关保护（82-HSGS）接地短路断线MRTB无法断弧MRS无法断弧HSGS无法断弧直流极保护原理－－双极区双极区的主要故障第八十五页，共197页。直流极保护原理－－双极区MRTBGRSHSGS第八十六页，共197页。直流断路器按组成结构，可分为无源型和有源型2种，无源型直流断路器，适用于转换中等幅值的直流电流；而有源型直流断路器适用于转换较大幅值的直流电流。直流极保护原理－－双极区第八十七页，共197页。直流断路器主要性能直流极保护原理－－双极区第八十八页，共197页。接地极母线差动保护（87EB）：｜IdE1-IdE2-Idee1–Idee2-Idee4｜>max(I_set,k_set*|IdE1-IdE2|)

接地极电流平衡保护（60EL）：

｜Idee1–Idee2｜>I_set接地极过流保护（76EL）： ｜Idee1｜>I_set或｜Idee2｜>I_set站内接地网过流保护（76SG）： ｜Idee4｜>I_set接地系统保护（87GSP）： ｜IdE1–IdE2｜>I_set

&NBGS合位&双极平衡运行直流极保护原理－－双极区第八十九页，共197页。金属回线接地保护（51MRGF）： ｜Idee1+Idee2+Idee4｜>I_set+k_set*IdE直流线路横差保护（87DCLT）： ｜IdL－IdL_Op｜>I_set+k_set*IdL_Op金属回线纵差保护（87MRL）： ｜IdL_Op–IdL_Op_Fosta｜>max(I_set,k_set*IdL_Op)直流极保护原理－－双极区第九十页，共197页。金属回线转换开关保护（82-MRTB）： 金属回线转换开关（MRTB）指示分闸位置后， 满足｜Idee3｜>I_set1或｜Idee1＋Idee2｜>I_set1金属回线开关保护（82-MRS）： 金属回线开关（MRS）指示分闸位置后，满足｜IdL_Op｜>I_set快速接地开关保护（82-HSGS）： 站地开关（HSGS）指示分闸位置后，满足｜Idee4｜>I_set直流极保护原理－－双极区第九十一页，共197页。直流极保护原理－－双极区接地极线阻抗监视第九十二页，共197页。背靠背差动接地保护差动接地保护直流极保护原理－－其它背靠背直流直流融冰第九十三页，共197页。直流极保护原理－－程序页面阀短路程序（可视化）第九十四页，共197页。提纲概述1直流极保护原理2直流极保护动作后处理策略3直流极保护定值、动作矩阵45典型故障录波分析第九十五页，共197页。闭锁逆变站禁止投旁通对移相、重起请求控制系统切换极平衡功率回降交流断路器跳闸（锁定、启动失灵）极隔离重合开关禁止降分接头直流极保护动作后处理策略第九十六页，共197页。请求升分接头禁止解锁合站地开关直流极保护动作后处理策略第九十七页，共197页。整流侧闭锁脉冲：停止触发脉冲ESOF：快速增加触发角、带旁通对闭锁换流器：快速增加触发角、不带旁通对逆变站禁止投旁通对直流极保护动作后处理策略闭锁（西门子）第九十八页，共197页。X闭锁：停止触发脉冲Y闭锁：快速增加触发角、有条件投旁通对Z闭锁：快速增加触发角、立即投旁通对S闭锁：快速增加触发角、整流侧30ms后不投旁通对闭锁阀组、逆变侧交流开关跳开时投旁通对直流极保护动作后处理策略闭锁（ABB）第九十九页，共197页。移相操作就是触发脉冲以一定的速率增大触发角到最大触发角。这个操作会使整流侧转移到逆变状态运行，电压极性反转，从而消除直流电流。移相命令取消后，系统会自动恢复到收到命令前的状态。如果收到重起命令，触发角会由最大触发角阶跃到预设角度，迅速建立电压，然后以一定的速率恢复电压到预设值。分高压线路故障重起动和低压线路故障重起动。直流极保护动作后处理策略移相、重起第一百页，共197页。有一些故障情况是由于控制系统的问题造成的，控制系统切换后故障可以消失，保持继续输送功率。因此有些保护动作后第一动作是请求控制系统切换。例如：过流保护直流过压保护换相失败保护谐波保护潮流反转保护直流极保护动作后处理策略请求控制系统切换第一百零一页，共197页。双极运行时，双极区和接地极有接地故障，采用此操作，利于消除故障或带故障无危害运行。双极运行时，如果接地极线电流过大，进行此操作，以平衡两极的功率，减小接地极线电流。主要是过载保护的操作。操作按预定的定值（0.3标幺），降功率。针对水冷／阀过热，降功率：按一定速率，下降一定幅度；间隔一段时间，重复上述过程；直至保护不动作或0.1标幺。直流极保护动作后处理策略极平衡功率回降／降功率第一百零二页，共197页。将直流场设备与直流线路、接地极线部分断开。极隔离1：先分直流线路刀闸，后分HSNBS极隔离2：先分HSNBS直流极保护动作后处理策略极隔离第一百零三页，共197页。F1点、F2点投旁通对后的F3点，和阀区内接地点F4不考虑直流极保护动作后处理策略－－极隔离第一百零四页，共197页。当各转换开关不能断弧时保护转换开关。HSNBS的2种特殊处理阀体上的电压过高，避免损坏阀的操作存在接地故障，解锁后有过电流。此操作避免过流损坏设备直流极保护动作后处理策略禁止升分接头／请求降分接头禁止解锁重合开关第一百零五页，共197页。提纲概述1直流极保护原理2直流极保护动作后处理策略3直流极保护定值、动作矩阵45典型故障录波分析第一百零六页，共197页。延时（0.5ms----125min）

<5ms：87SCY/D、WFPDL、27du/dt、87DCM、OCP(Fast)>5s：OCP(Slow)、VSP、76SG、76EL、60EL物理量

电流、电压、角度、温度、阀热模型参数、功率直流极保护定值、动作矩阵定值第一百零七页，共197页。直流极保护定值、动作矩阵保护定值（可视化程序页）第一百零八页，共197页。直流极保护定值、动作矩阵动作矩阵（可视化程序页）第一百零九页，共197页。矩阵中的某一黑圆圈，表示如果该黑圆圈所在行信号发生动作（值：1），将会产生该黑圆圈所在列信号的输出（值：1）。例如：第2行第2列的黑圆圈，表示如果CFP_TRIP2信号发生动作，将会产生ESOF信号输出。一行有多个黑圆圈，表示该行信号将产生多个输出。直流极保护定值、动作矩阵动作矩阵第一百一十页，共197页。提纲概述1直流极保护原理2直流极保护动作后处理策略3直流极保护定值、动作矩阵45典型故障录波分析第一百一十一页，共197页。直流工程与故障设备基本信息的了解主接线结构、容量、供货商、设备基本型式等典型故障分析－－基本方法第一百一十二页，共197页。故障发生时的状况运行工况设备状况系统方式外部环境典型故障分析－－基本方法第一百一十三页，共197页。事件与波形分析典型故障分析－－基本方法第一百一十四页，共197页。直流故障录波文件的主要信息同步电压、直流电压、直流电流等测量量触发脉冲、解锁与闭锁时序断路器、刀闸分合命令与状态差动量等中间计算值典型故障分析－－录波第一百一十五页，共197页。典型故障分析－－录波第一百一十六页，共197页。某直流工程解锁后极母线差动与中性母线差动保护动作，极闭锁典型故障分析－－录波第一百一十七页，共197页。典型故障分析－－录波第一百一十八页，共197页。已知故障，分析其特征分析电气故障的要点：电流回路的构成“电源”的概念与直流控制保护的策略密切相关与主接线形式有关典型故障分析－－要点第一百一十九页，共197页。典型故障分析－－典型故障点第一百二十页，共197页。整流侧：阀电流可高达约7pu典型故障分析－－阀短路第一百二十一页，共197页。逆变侧：引起换相失败，形成旁通对，直流电流增大典型故障分析－－阀短路第一百二十二页，共197页。整流侧与逆变侧现象相同，阀故障电流小，换流变绕组电流大典型故障分析－－换流变阀侧两相短路第一百二十三页，共197页。整流侧：损失直流电压，直流极线电流迅速过零故障电流自故障点入地，自接地极返回典型故障分析－－换流变阀侧单相接地第一百二十四页，共197页。逆变侧：

损失直流电压，直流极线电流迅速增大故障电流自故障点入地典型故障分析－－换流变阀侧单相接地第一百二十五页，共197页。逆变侧故障电流图（投旁通对后）典型故障分析－－换流变阀侧单相接地第一百二十六页，共197页。整流侧：低压6脉动换流器出口短路损失低压6脉动直流电压，直流极线电流迅速过零典型故障分析－－换流器中点接地第一百二十七页，共197页。逆变侧：低压6脉动换流器被旁路损失低压6脉动直流电压，直流极线电流迅速增大典型故障分析－－换流器中点接地第一百二十八页，共197页。整流侧：相当于电源出口短路，直流电流迅速增大典型故障分析－－极母线接地第一百二十九页，共197页。典型故障分析－－极母线接地第一百三十页，共197页。逆变侧：通过直流线路对整流侧形成短路，直流线路电流增大典型故障分析－－极母线接地第一百三十一页，共197页。典型故障分析－－直流线路接地第一百三十二页，共197页。直流线路保护类似交流保护的重合闸，有重启动过程典型故障分析－－直流线路接地第一百三十三页，共197页。典型故障分析－－直流线路接地第一百三十四页，共197页。整流侧：直流电流周期性中断、直流电压与直流电流出现50Hz分量典型故障分析－－丢失脉冲第一百三十五页，共197页。典型故障分析－－丢失脉冲削波特性（整流侧，大电流）第一百三十六页，共197页。逆变侧：换相失败；直流电流增大；直流电压与直流电流出现50Hz分量典型故障分析－－丢失脉冲第一百三十七页，共197页。整流侧：换相困难；直流电流减小、直流电压与直流电流出现100Hz分量典型故障分析－－交流单相接地第一百三十八页，共197页。逆变侧：换相失败；直流电流增大、直流电压与直流电流出现100Hz分量典型故障分析－－交流单相接地第一百三十九页，共197页。线路电流因大地分流减小，接地开关会通过很大电流典型故障分析－－金属回线接地第一百四十页，共197页。逆变侧最后一条交流出线断开后，直流系统输送的能量将迫使交流母线电压显著升高典型故障分析－－最后一个断路器第一百四十一页，共197页。单极大地回路运行：

典型故障分析－－接地极引线开路第一百四十二页，共197页。双极大地回路运行：典型故障分析－－接地极引线开路第一百四十三页，共197页。单极大地回路运行典型故障分析－－双极区接地第一百四十四页，共197页。双极大地回路运行典型故障分析－－双极区接地第一百四十五页，共197页。提纲直流控制技术1直流保护技术2多端直流技术3第一百四十六页，共197页。多端直流技术－－提纲概述1并联型控制技术2并联型保护技术3第一百四十七页，共197页。常规直流：电能交流汇集----直流输送----交流分散模式多端直流：电能直流汇集----直流输送----直流分散模式应用场合：由多个能源基地输送电能到远方的多个负荷中心；不能使用架空线路走廊的大城市或工业中心；直流输电线路中间分支接入负荷或电源；几个孤立的交流系统之间利用直流输电线路实现电网的非同期联络概述第一百四十八页，共197页。分类：串联型；并联型；级联型；混合型在国外已经有工程应用，全部为并联型概述第一百四十九页，共197页。串联型第一百五十页，共197页。并联型第一百五十一页，共197页。多端直流技术－－提纲概述1并联型控制技术2并联型保护技术3第一百五十二页，共197页。主控制器设置多端主控制器：实现各换流站控制器间的协调，保证直流系统有稳定的运行点。将电压，电流指令传送给各个换流站的双极/极控制器，形成多端输电系统的分级协调控制策略。多端控制器主要作用如下：平衡各换流站之间功率/电流指令；功率升降协调；直流电压指令协调；运行方式配置与切换；多端控制通讯。第一百五十三页，共197页。四个换流站并联第一百五十四页，共197页。电流裕度控制第一百五十五页，共197页。电流平衡控制器第一百五十六页，共197页。功率升降平衡功率升降协调策略：在多端直流系统中负载潮流的变化往往涉及两个以上的换流站，各站功率变化的速度必须加以调整。多端直流由三个站组成,假设站3要求以一定速度改变功率，则各站的功率指令必须以各自速度在同一时间达到新的功率值。第一百五十七页，共197页。多端控制通信一个换流站无论是计划停运还是被迫停运，直流电流定值重新整定。选一站设置冗余的多端控制器，与各站各极控制之间配置通讯。送端和受端各取一站，配置冗余的多端协调控制设备，正常运行时，其中一站为多端协调主站，实际负责多端协调，另一站为从站，作为备用，也可以人为进行切换。第一百五十八页，共197页。多端控制通信第一百五十九页，共197页。四站同步启动直流电压直流电流直流功率触发角移相解锁整流侧（站1）波形第一百六十页，共197页。四站同步启动直流电压直流电流直流功率触发角移相解锁整流侧（站2）波形第一百六十一页，共197页。四站同步启动直流电压直流电流直流功率熄弧角移相解锁逆变侧（站3）波形第一百六十二页，共197页。四站同步启动直流电压直流电流直流功率熄弧角移相解锁逆变侧（站4）波形第一百六十三页，共197页。四站分步启动站2单站起动过程中，站2直流电流建立过程平稳。站2解锁后，触发角由164度下降到15度过程中对运行系统直流电压产生一定影响，直流电压由500kV下降到494kV。站2直流电流上升到指定值后，系统直流电压回到498kV。站2单站起动波形直流电压直流电流直流功率触发角移相解锁第一百六十四页，共197页。同步停运分步停运故障紧急停运停运第一百六十五页，共197页。单个逆变站紧急停运：多端直流双极额定功率(1600MW)运行，逆变站2双极紧急停运闭锁。紧急停运触发角直流电压多端直流逆变侧紧急停运响应对比直流电流第一百六十六页，共197页。四站双极运行，输送功率5000MW，站3交流三相接地故障，故障持续100毫秒，引起站3换相失败，各站直流电压、电流波形。容量较小的逆变站-站3交流系统发生金属性接地故障后，换流母线电压下降到70%。故障期间，直流发生换相失败，换流站1、换流站2电流之和流入换流站3，导致换流站4电流接近为零。由于线路电容的放电效应，在换流站3产生很高的暂态电流，峰值高达10667安培，为故障前的5.6倍，导致换流阀过流保护动作，换流站3紧急停运退出。可考虑在增大换流站3的平波电抗器的值来限制如此大的故障电流。因此，在逆变站尤其是容量较小的换流站3换流阀参数设计时要考虑换向失败引起的过流问题。换相失败第一百六十七页，共197页。换相失败站1站2站3站4站3交流系统故障引起换相失败，各站极1直流电流波形第一百六十八页，共197页。单极大地运行方式:仅列出典型方式图，不是全部方式图。

默认换流站1、换流站2为整流方式，换流站3、换流站4为逆变方式。运行方式序号方式名称方式图1单极大地（4个换流器运行）2单极大地（4个换流器运行）3单极大地（4个换流器运行）4单极大地（3个换流器运行）5单极大地（3个换流器运行）第一百六十九页，共197页。双极大地运行方式:仅列出典型方式图，不是全部方式图。

默认换流站1、换流站2为整流方式，换流站3、换流站4为逆变方式。运行方式序号方式名称方式图1双极大地（4个换流站运行）2双极大地（3个换流站运行）3双极大地（3个换流站运行）4双极大地（3个换流站运行）5双极大地（3个换流站运行）第一百七十页，共197页。金属回线运行方式:

提供一条金属回线，作为换流站2故障下的金属回线用。线路2设计为三条直流线路：“线路2／极I”、“线路2／极II”、“线路2／备用”。该备用线路既可作为极I或极II的金属回线使用，也可代替永久故障的直流线路使用。运行方式第一百七十一页，共197页。一个故障换流站组合下的金属回线运行图汇总运行方式序号故障类型金属回线方式1S1P12S1P23S2P14S2P2序号故障类型金属回线方式5S3P16S3P27S4P18S4P2第一百七十二页，共197页。多端直流技术－－提纲概述1并联型控制技术2并联型保护技术3第一百七十三页，共197页。与常规直流保护区别点：直流线路金属回线动作处理策略多端直流保护特点第一百七十四页，共197页。直流线路故障保护从换流站1线路保护观察：F1点接地故障属区外，期望不动作F2点接地故障属区内，期望动作平抗L2可能与线路2＋线路3阻抗相当区内区外不能兼顾第一百七十五页，共197页。直流线路故障保护解决方法框定各换流站线路行波保护和线路电压突变量保护的保护范围：换流站1和换流站2保护线路1换流站2和换流站3保护线路2换流站3和换流站4保护线路3带来新问题换流站2退出运行，换流站1保护不到线路2线路2得不到全面保护第一百七十六页，共197页。直流线路故障保护解决方法－－定值切换线路行波保护和线路电压突变量保护需配备多套定值，这些定值分别适用于不同的保护范围换流站1的线路保护配三套定值，分别保护线路1、线路1和线路2、线路1和线路2以及线路3换流站2运行则使用保护范围为“线路1”的定值换流站2退出运行则使用保护范围为“线路1和线路2”的定值换流站2并且换流站3退出运行则使用保护范围为“线路1和线路2以及线路3”的定值第一百七十七页，共197页。直流线路故障保护测点布局（换流站2／3）建议不配置IDME1和IDME2第一百七十八页，共197页。直流线路故障保护线路保护的配置除线路低电压保护、线路差动保护外，线路1：换流站1的正方向行波保护、正方向电压突变量保护；换流站2的反方向行波保护、反方向电压突变量保护线路2：换流站2的正方向行波保护、正方向电压突变量保护；换流站3的反方向行波保护、反方向电压突变量保护线路3：换流站3的正方向行波保护、正方向电压突变量保护；换流站4的反方向行波保护、反方向电压突变量保护算法：换流站2和换流站3正方向取电流测点IDL12／IDL22，反方向取电流测点IDL11／IDL21第一百七十九页，共197页。直流线路故障保护线路差动保护各站本极线路电流（极I的IDL1或极II的IDL2）进行如下处理：整流站电流取正值、逆变站电流取负值、非运行站电流取零。差流为所有处理过的各站本极线路电流之和优点各站程