TCSEE0081.14-2020统一潮流控制器（UPFC）第14部分继电保护配置及整定技术规范

ICS29.240

K45

团体标准

T/CSEE0081.14—2020

40mm

统一潮流控制器（UPFC）

第14部分：继电保护配置及整定技术规范

Unifiedpowerflowcontroller(UPFC)—Part14:Technicalspecificationsfor

protectionconfigurationandsettingoftheunifiedpowerflowcontroller

182mm

2020-01-15发布2020-03-15实施

10mm

中国电机工程学会发布

23.5mm

T/CSEE0081.14—2020

统一潮流控制器（UPFC）

第14部分：继电保护配置及整定技术规范

1范围

本部分规定了统一潮流控制器（UPFC）保护的范围、功能配置、保护动作结果和配合及保护整定

计算遵循的原则。

本部分适用于220kV和500kV电压等级采用模块化多电平换流器（MMC）的统一潮流控制器保

护（简称UPFC保护），其他型式与电压等级的统一潮流控制器保护设备可参照执行。

2规范性引用文件

下列文件的引用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不

注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T1094.1—2013电力变压器第1部分：总则

GB/T13498高压直流输电术语

GB/T22390.4高压直流输电系统控制与保护设备第4部分：直流系统保护设备

GB/T30553—2014基于电压源换流器的高压直流输电

GB/T35745柔性直流输电控制与保护设备技术要求

DL/T277高压直流输电系统控制保护整定技术规程

DL/T559220kV～750kV电网继电保护装置运行整定规程

DL/T684大型发电机变压器继电保护整定计算导则

DL/T1193—2012柔性输电术语

DL/T1526柔性直流输电工程系统试验规程

DL/T1778柔性直流保护和控制设备技术条件

3术语和定义

GB1094.1—2013，GB/T13498，GB/T30553—2014，DL/T1193—2012，DL/T277界定的以及下

列术语和定义适用于本文件。为了便于使用，以下重复列出了某些术语和定义。

3.1

统一潮流控制器unifiedpowerflowcontroller；UPFC

将两个（或多个）共用直流母线的电压源换流器分别以并联和串联的方式接入输电系统中，通过

调节线路等效阻抗、电压幅值和相角，实现潮流控制的装置。

3.2

换流器converter

变流器powerelectronicconverter

能实现完整换流功能的电气装置。

［DL/T1193—2012，定义3.3.4］

3.3

电压源换流器voltagesourceconverter；VSC

由可关断器件实现换流功能，直流侧储能元件为电容器的换流器。

1

T/CSEE0081.14—2020

［DL/T1193—2012，定义3.3.8］

3.4

模块化多电平换流器modularmultilevelconverter；MMC

每个VSC阀由一定数量的独立单相电压源换流器串联组成的多电平换流器。

［GB/T30553—2014，定义3.4.7］

3.5

桥臂converterarm

换流电路的一个部分，连接在交、直流端子之间，具有单向或双向导电能力。

［DL/T1193—2012，定义3.3.5］

3.6

联结变压器connectiontransformer

在UPFC中，连接于电压源换流器和交流电网之间，在电压源换流器与交流电网间传输电能的变

压器，包括并联变压器和串联变压器。

3.7

并联变压器shunttransformer

具有两个或两个以上绕组，并联接入交流电网运行的变压器。

3.8

串联变压器seriestransformer

具有一个与线路串联以改变线路电压值和（或）相位的串联绕组及一个励磁绕组的变压器。

［GB1094.1—2013，定义3.1.3］

注：在UPFC中应用时，串联变压器阀侧绕组为励磁绕组，直接与电压源换流器相连。

3.9

晶闸管旁路开关thyristorbypassswitch；TBS

由正反向并联晶闸管、限流电抗器及其附属设备构成的电力电子断路器。与被保护设备并联，用

在旁路被保护设备，具有快速触发导通、短时承受被保护设备故障电流的能力。

3.10

机械旁路开关（旁路断路器）mechanicalbypassswitch

一种具有快速合闸能力的专用开关，用于旁路串联型补偿设备，是线路串联型补偿设备投入和退

出运行的主要操作设备。

3.11

故障穿越faultride-through

电网发生故障情况下，UPFC不脱离电网而继续维持运行，或者UPFC暂时闭锁后能自动投入运

行，并发挥功率调节作用，以支撑电网恢复的情况。

3.12

闭锁blocking

阻止可控阀或换流器继续开通的操作。

4符号

下列符号适用于本文件。

IbNA、IbNB、IbNC：下桥臂三相电流，A

IbPA、IbPB、IbPC：上桥臂三相电流，A

IdN：负极直流电流，A

IdP：正极直流电流，A

2

T/CSEE0081.14—2020

Ie：变压器的二次额定电流，A

IrG：换流变阀侧中性点电流，A

Ires：制动电流，A

In：额定电流，A

Iset：电流定值，A

IvC：换流器交流侧三相电流，A

IvS：联结变压器阀侧A、B、C三相电流，A

IvT：联结变压器阀侧套管三相电流，A

Ker：测量设备误差百分比

Ket：比率系数

Kr：返回系数

Krel：可靠系数

Ksen：灵敏系数

UvA、UvB、UvC：联结变压器阀侧A、B、C三相电压，kV

UdP：直流正极电压（对称单极）或直流极电压（对称双极），kV

UdN：直流负极电压（对称单极）或中性线电压（对称双极），kV

Ud_set：电压定值，kV

Un：变压器的额定电压，kV

5总则

对于统一潮流控制器（UPFC）的继电保护配置及整定技术规范，应满足以下总体原则：

a）UPFC保护的体系结构、功能配置和总体性能应与工程的主回路结构和运行方式相适应，保证

UPFC及其接入系统的安全稳定运行。

b）UPFC保护的配置应采用冗余结构，确保任何的单一元件故障不会引起设备的不正确动作。冗

余保护的任意一套设备因故障或其他原因退出运行或检修时，不应影响UPFC的正常运行。

c）UPFC保护的配置与整定应统筹考虑各保护间的配合，满足速动性、灵敏性、可靠性、选择

性，保障UPFC系统的可靠运行。

d）UPFC保护功能的配置及整定需要与换流器本体保护、控制策略相配合。

e）交流系统侧故障时，宜保持UPFC系统持续运行，避免交流故障导致UPFC设备永久退出。

UPFC系统内部故障时，UPFC保护应及时清除故障。

f）电压、电流互感器的配置、选型、变比应满足保护性能的要求，整定时应考虑互感器精度、互

感器饱和等因素的影响。

g）UPFC保护功能应自动适应UPFC运行方式的变化。UPFC换流器保护动作定值应能根据

UPFC运行方式的变化自动切换，并且在运行方式变化过程中不应出现保护误动。

h）保护测点及测量装置的配置应考虑不同运行方式下故障电流的变化。

i）当故障区域断电并隔离后，停运设备区的保护设备不应影响其他设备的正常运行。

6UPFC保护配置

6.1保护范围和功能分区

6.1.1UPFC的保护范围包括串联变压器、并联变压器、串联变压器与并联变压器之间所有的（交、直

流）连接设备和换流器。

6.1.2UPFC的保护功能宜分区配置，保护分区包括换流器区域、直流区域，并联变压器区域和串联变

3

T/CSEE0081.14—2020

压器区域，保护分区示意如图A.1所示。

6.2保护冗余

6.2.1换流器保护区宜采用三重化配置、三取二保护逻辑，配置A/B/C三套保护装置和A/B两套三取

二（逻辑处理）装置。

注：三重保护与三取二逻辑构成一个整体。三套保护主机中有两套或以上相同类型保护动作被判定为正确的动作

行为时，才允许出口闭锁或跳闸，以保证可靠性和安全性。此外，当三套保护装置中有一套保护装置因故退

出运行后，采取二取一保护逻辑；当三套保护装置中有两套保护因故退出运行后，采取一取一保护逻辑；当

三套保护装置全部因故退出运行后，UPFC系统紧急停运、退出运行。

6.2.2并联变压器区域和串联变压器区域的保护，宜独立于换流器区保护装置进行单独配置，也可集

成在换流器区保护装置中；若联结变区保护独立于换流器区保护装置进行配置时，宜采用双重化配

置，每个变压器保护（并联变压器保护/串联变压器保护）包含A/B两套电量保护和一套非电量保护。

6.2.3多套保护之间应完全独立。任意一套保护因故障、检修维护或其他原因而完全退出时，应不影

响其他各套保护以及整个UPFC的正常运行。

6.3保护测点和测量位置

6.3.1保护测点配置应确保不存在保护死区，保护测量设备的精度和动态测量范围应与保护功能相

匹配。

6.3.2对直流特性电气量和包含部分直流特性电气量的采集，应采用电子式互感器。差动保护两侧宜

采用暂态特性相同的电流互感器。UPFC保护的保护测点位置参见附录A，并宜满足如下要求：

a）并联变压器的各连接侧宜配置电压互感器，用于测量各连接处对地电压，220kV及以上的电

压互感器、并联变压器与换流器连接侧的电压互感器宜采用电容式电压互感器；

b）串联变压器的各连接侧宜配置电压互感器，用于测量各连接处对地电压，串联变压器的平衡绕

组宜配置电压互感器，220kV及以上的电压互感器、串联变压器与换流器连接侧的电压互感

器宜采用电容式电压互感器；

c）在每个换流器的直流连接侧正、负极配置电子式电压互感器，用于测量换流器的直流侧电压；

d）在每个换流器的直流连接侧正、负极配置电子式电流互感器，用于测量换流器的直流侧电流；

e）在换流器的每个桥臂上配置单相交流电子式电流互感器，用于测量流过桥臂的电流；

f）在换流器的交流连接侧配置三相交流电子式电流互感器和三相电磁式电流互感器，用于测量换

流器交流侧电流；

g）在串联变压器的各连接侧配置三相电磁式电流互感器，用于测量串联变压器各连接线和套管的

电流；

h）在串联变压器的平衡绕组回路中配置电磁式电流互感器，用于测量平衡绕组回路中的电流；

i）在串联变压器与换流器连接侧的中性线上配置电子式电流互感器，用于测量零序电流和直

流电流；

j）在并联变压器的各连接侧配置三相电磁式电流互感器，用于测量并联变压器各连接线和套管的

电流；

k）在并联变压器与换流器连接侧的中性线上配置电子式电流互感器，用于测量零序和直流电流。

6.4保护功能配置

6.4.1UPFC换流器区域保护功能配置

对于UPFC换流器区域，宜配置以下保护功能：

4

T/CSEE0081.14—2020

a）桥臂过电流保护；

b）桥臂电抗差动保护；

c）换流器阀差动保护；

d）交流连接线差动保护；

e）阀侧中性点过电流保护；

f）阀侧零序过电压保护；

g）换流器交流过电压保护；

h）交流连接线过电流保护；

i）快速过电流保护；

j）启动电阻过电流保护。

对于UPFC所接入的交流系统区域，可选配以下保护功能与交流系统保护配合：

a）交流低电压保护；

b）交流过电压保护。

6.4.2UPFC直流区域保护功能配置

对于UPFC直流区域，宜配置以下保护功能：

a）直流电压不平衡保护；

b）直流欠电压过电流保护；

c）直流低电压保护；

d）直流过电压保护；

e）直流过电流保护。

6.4.3UPFC并联变压器区域保护功能配置

对于UPFC并联变压器区域，宜配置以下保护功能：

a）并联变压器差动保护；

b）并联变压器过电流保护；

c）并联变压器零序过电流保护；

d）并联变压器过激磁保护；

e）并联变压器分侧差动保护；

f）并联变压器本体保护。

6.4.4UPFC串联变压器区域保护功能配置

对于UPFC串联变压器区域的保护，宜配置以下保护功能：

a）交流过电压保护；

b）纵联差动保护；

c）绕组差动保护；

d）过电流保护；

e）串联变压器本体保护。

可选配以下保护功能：

a）串联变压器过激磁保护；

b）平衡绕组零序过电流保护。

5

T/CSEE0081.14—2020

7UPFC保护动作结果和配合

7.1保护动作结果

7.1.1如保护采用三取二逻辑配置，每一套三取二装置宜提供两路独立的跳/合闸出口；如保护采用双

重化配置，每一套换流器保护装置宜提供两路独立的跳/合闸出口。

7.1.2每一套保护装置宜分别提供与各换流器对应的两路出口，并通过控制系统处理后，实现闭锁换

流器的功能。

7.1.3如保护采用三取二逻辑配置，每一套三取二装置宜提供一路TBS导通出口；如保护采用双重化

配置，每一套保护装置宜提供一路TBS导通出口。

7.1.4UPFC换流器保护的动作结果包括但不限于：

a）并联侧保护动作后宜跳并联变压器的阀侧断路器，闭锁并联侧换流器，同时联跳串联侧

（闭锁串联侧换流器、触发串联侧的TBS导通、合串联变压器两侧的机械旁路开关）。若为并

联变压器区内故障（断路器跳开后仍有故障电流）或断路器失灵，则跳开并联变压器的高压侧

断路器。

b）串联侧换流器与串联变压器的交流连接区的保护动作后宜合本侧对应的TBS，合本侧对应串

联变压器两侧的机械旁路开关，闭锁与其对应的串联侧换流器；串联侧换流器区保护动作后除

了触发本侧对应的TBS导通、合本侧对应的机械旁路开关、闭锁对应的串联侧换流器外，还

宜联跳其他侧（闭锁其他侧换流器、合旁路其他串联变压器两侧的机械旁路开关和触发其他侧

TBS导通、跳并联变压器阀侧的断路器）。

7.1.5UPFC联结变压器保护的动作结果包括但不限于：

a）并联变压器保护动作后宜跳各侧的断路器；

b）串联变压器保护动作后宜合各侧的机械旁路开关。

7.2UPFC换流器保护与变压器保护配合

UPFC换流器保护与变压器保护的配合包括但不限于：

a）每套变压器电量保护装置和非电量保护装置，分别通过独立的通路与三取二逻辑装置（或换流

器保护装置）连接，传输变压器电量保护和非电量保护的动作信号至三取二逻辑装置（或换流

器保护装置）；

b）三取二逻辑装置（或换流器保护装置）接收到并联变压器保护装置的动作信号后，宜联跳并联

变压器阀侧断路器、合所有串联变压器两侧的机械旁路开关和TBS、闭锁所有换流器；

c）三取二逻辑装置（或换流器保护装置）接收到串联变压器保护装置的动作信号后，宜合相应串

联变压器两侧的机械旁路开关和TBS、闭锁相应的串联侧换流器；

d）三取二逻辑装置（或换流器保护装置）宜分别通过独立的回路与串联变压器电量保护装置连

接，传输UPFC串联侧的保护动作信号至串联变压器电量保护装置；

e）串联变压器的电量保护装置接收到三取二逻辑装置（或换流器保护装置）发送的UPFC串联侧

保护动作信号后，合串联变压器两侧的机械旁路开关。

7.3UPFC换流器保护与线路保护配合

UPFC换流器保护与线路保护的配合包括但不限于：

a）采用纵联电流差动保护作为主保护，且主保护正常运行时，线路保护宜输出任一侧保护动作信

号用于联动UPFC系统；

b）串联侧所接入线路的A/B两套线路保护装置分别发送动作信号给三取二逻辑装置（或换流器

6

T/CSEE0081.14—2020

保护装置）；

c）三取二逻辑装置（或换流器保护装置）接收到交流保护的动作信号后，合相应串联变压器两侧

的机械旁路开关和TBS，闭锁相应的串联侧换流器。

7.4UPFC串联变压器保护与线路及断路器保护配合

UPFC串联变压器保护与线路及断路器保护的配合包括但不限于：

a）串联变压器保护动作信号宜传送至线路或断路器保护闭锁重合闸输入，避免输电线路重合于串

联变压器故障；

b）串联变压器网侧机械旁路开关合闸位置信号宜传送至线路或断路器保护，作为保护重合闸的允

许条件之一，避免重合于线路永久性故障对UPFC系统造成冲击。

7.5UPFC系统线路保护与断路器保护配合

重合闸功能由断路器保护装置实现时，含UPFC系统中线路保护与断路器保护的配合，包括但不

限于：对于一回出线配置UPFC，另一回出线无UPFC的系统结构，断路器保护宜配置两组分相跳闸输

入，用于识别配置UPFC的线路是否发生故障动作跳闸。

8UPFC系统相关保护整定要求

8.1一般要求

UPFC相关保护定值与控制系统及电网特性有关，每个工程并不相同，要通过仿真实验和系统实际

试验最后确定。定值计算方法参考DL/T277。

8.2UPFC换流器区保护整定要求

8.2.1并联侧交流系统及连接区保护

8.2.1.1交流连接线差动保护

联结变压器至换流阀连接线发生两相、三相接地以及相间故障时，主保护以联结变压器阀侧套管

的电流以及联结变压器阀侧电流作为动作判据。

保护判据按式（1）计算：

||max(,)IvT－≥IIKIvSsetsetres······················································（1）

保护启动定值可由式（2）计算：

Iset＝KKIrelern··································································（2）

式中：

Krel——推荐取1.3～1.5。

交流连接线差动通常设置慢速段和速动段。

慢速段按躲过区外最严重故障时两侧测量回路产生的最大不平衡电流考虑，Iset推荐取0.2（标幺

值）；考虑到保护的可靠性，慢速段动作时间推荐取0.2s～0.5s。

速动段按照保护区域内发生严重故障（相间故障、两相接地、三相短路）来校核灵敏度，Iset推荐

取0.5（标幺值），考虑到差动保护速动性，速动段动作时间推荐取0.5ms。

8.2.1.2交流连接线过电流保护

当因故障或其他原因导致变压器和换流器之间的交流连接线上通过的电流超过限值时，可能引起

电流通过的设备产生损坏，交流连接线过电流保护作为后备保护，以联结变压器阀侧连接线电流和换

7

T/CSEE0081.14—2020

流器交流侧三相电流作为判据。

保护判据按式（3）计算：

max(IvS,IIvC)＞set······························································（3）

电流定值可由式（4）计算：

Krel

Iset＝In····································································（4）

Kr

式中：

Krel——推荐取1.2；

Kr——推荐取0.95；

In——变压器阀侧额定电流。

灵敏系数校验：保护的灵敏系数可按式（5）校验：

(2)

Ikmin

Ksen＝····································································（5）

Iset

式中：

(2)

Ikmin——阀侧两相金属性短路时流过保护的最小短路电流；

Ksen——宜尽量大于1.3。

动作Ⅰ段作为保护区域内严重故障（相间故障，两相接地，三相短路）的后备保护，Iset推荐取

1.2（标幺值），动作时间推荐取2s～3s。

动作Ⅱ段考虑换流器、桥臂电抗器等主设备过负荷运行，Iset及动作时间结合工程对设备的过负荷

能力要求进行整定。

8.2.1.3阀侧零序过压保护

检测联结变压器阀侧是否发生不对称接地故障以及直流母线单极故障时，以联结变压器阀侧零序

电压和相对地电压作为判据。

保护判据按式（6）和式（7）计算，两个判据为与逻辑：

||UUUVA＋＋VBVC≥U0.set························································（6）

min(|UUUVA|,|VB|,|VC|)＜UV.set···················································（7）

式中：

U0.set——零序电压定值；

UV.set——相电压定值。

其中零序电压定值范围由式（8）和式（9）计算：

UKU0.setmin＞3erV.NOM·····························································（8）

式中：

Ker——推荐取0.1；

UV.NOM——联结变压器阀侧额定相电压。

UKU0.setmax＜rel0.max······························································（9）

式中：

Krel——推荐取0.6～0.7；

U0.max——单相接地产生的最大零序电压。

零序电压定值选取范围：U0.setmin＜U0.set＜U0.setmax，相电压定值UV.set以额定相电压为基准，推荐

取0.7（标幺值）。

8

T/CSEE0081.14—2020

阀侧零序过压保护作为变压器阀侧接地故障的后备保护来整定，同时躲过交流系统不对称接地故

障，动作时间推荐取0.5s～1s。

8.2.1.4联结变压器阀侧中性点过电流保护

联结变压器阀侧中性点过电流保护作为交流连接线区、换流器区以及直流极区发生接地故障的后

备保护，采用IrG作为判据。

保护判据按式（10）计算：

IrG＞Iset····································································（10）

电流定值按躲过各种工况下交流系统故障时，流过联结阀侧中性点的最大电流进行整定，并在发

生区内单相金属性接地时对保护的灵敏度进行校验。

电流定值可由式（11）计算：

Krel

Iset＝Imax································································（11）

Kr

式中：

Krel——推荐取1.2；

Kr——推荐取0.95；

Imax——交流系统故障时流过联结变压器阀侧中性点的最大电流。

灵敏系数校验：保护的灵敏系数可按式（12）校验：

(1)

Ikmin

Ksen＝·································································（12）

Iset

式中：

(1)

Ikmin——保护区内发生单相（单极）金属性接地故障时流过换流变阀侧中性点的最小短路电流；

Ksen——灵敏系数宜大于1.3。

动作定值根据实际工程参数按上述原则来整定，动作时间按作为直流系统接地故障的后备保护来

整定，推荐取0.5s～1s。

8.2.1.5换流器交流过电压保护

检测是否发生导致换流器交流电压过大的故障，以换流器交流侧相对地电压作为判据。

保护判据按式（13）计算，判据的逻辑为：

min(|UUUVA|,|VB|,|VC|)＞UV.set·················································（13）

式中：

UV.set——相电压定值，以额定相电压为基准。

并联侧的阀侧过电压保护的保护整定需要考虑躲过区外交流系统故障时引起的暂态过电压、交流

系统的操作过电压，同时考虑单相接地故障时，阀侧过电压保护能可靠动作切除故障。

动作Ⅰ段作为保护单相接地故障时，导致换流器交流侧过电压，动作Ⅰ段保护定值的基准值为换

流器阀侧额定相电压的峰值，推荐取1.4（标幺值），动作时间推荐取3ms～4ms；

动作Ⅱ段的定值整定要大于交流系统的正常运行的电压范围，考虑一定的可靠性和灵敏度，根据

实际需求进行功能投退；动作Ⅱ段保护定值的基准值为换流器阀侧额定相电压的有效值，动作定值推

荐整定为1.2～1.3（标幺值）、动作时间推荐取2s～3s。

8.2.1.6启动电阻过电流保护

启动电阻过电流保护主要在换流器充电过程中为启动电阻提供保护，防止启动电阻因长期流过大

9

T/CSEE0081.14—2020

电流而毁坏。

保护判据：如电阻支路配置有专用电流互感器，采用该电流作为动作判据；如未配置专用电流互

感器，采用IvS和启动回路的旁路刀闸位置作为动作判据，仅在启动回路旁路刀闸处于分位时投入。

电阻通过的电流和运行时间计算公式如式（14）所示：

2

Ieq

＝×（）

tln22························································14

Ieq－×()kIB

式中：

τ——热过负荷时间常数（散热时间常数）；

——流过电阻电流的有效值；

Ieq

IB——热过负荷基准电流（持续运行电流）；

k——热过负荷动作定值（长期过载倍数）。

保护判据按式（15）计算：

IRset＞I·····································································（15）

式中：

IR——启动过程中流过电阻的电流。

电流定值可由式（16）计算：

IS

Iset＝···································································（16）

Ksen

式中：

Ksen——推荐取1.2；

IS——启动过程中流过电阻的最大电流。

动作时间按躲过最长的启动时间整定，并根据电阻的一次参数进行校核；保证通过启动电阻的电

流为Iset时对应的运行时间t［根据式（14）计算］大于启动电阻过电流保护的动作时间，并留有一

定的裕度。

8.2.2串联侧交流系统及连接区保护

8.2.2.1交流连接线差动保护

串联侧交流连接线差动保护的整定要求参照本标准8.2.1.1，交流连接线差动通常设置慢速段和速

动段。

慢速段按躲过区外最严重故障时两测量回路产生的最大不平衡电流考虑，动作定值推荐取0.2（标

幺值）；慢速段动作时间考虑保护的可靠性推荐取0.2s～0.5s。

速动段按照保护区域内发生严重故障（相间故障，两相接地，三相短路）来校核灵敏度，动作定

值推荐取0.5（标幺值），考虑差动保护速动性，推荐动作时间取0.5ms。

8.2.2.2交流连接线过电流保护

交流侧交流连接线差动保护的整定要求参照本标准8.2.1.2。

动作Ⅰ段作为快速过电流的后备保护，动作定值推荐取1.5（标幺值），动作时间推荐取0.5ms～

2ms。

动作Ⅱ段作为保护区域内严重故障（相间故障，两相接地，三相短路）的后备保护，动作定值推

荐取1.2（标幺值），动作时间推荐取2s～3s

动作Ⅲ段考虑到换流器、桥臂电抗器等主设备过负荷能力，保护定值及动作时间结合工程对设备

10

T/CSEE0081.14—2020

的过负荷能力要求进行整定。

8.2.2.3阀侧零序过压保护

阀侧零序过电压保护的整定要求参照本标准8.2.1.3。

由于UPFC的串联侧电压运行范围为0～1（标幺值），为了保证在线路低电流和换流器输出低电

压时能动作，以额定相电压为基准，推荐取0.1（标幺值），考虑躲过交流系统不对称故障，动作

UV.set

时间推荐取300ms～500ms。

8.2.2.4串联变压器阀侧中性点过电流保护

串联变压器阀侧中性点过电流保护的整定要求参照本标准8.2.1.4。

动作定值根据直流系统接地故障和换流器交流侧发生单相接地故障时的电流大小来整定。动作时

间按作为直流系统接地故障的后备保护来整定，推荐取0.5s～1s。

8.2.2.5换流器交流过电压保护

串联侧换流器交流过电压保护的整定要求参照本标准8.2.1.5。

串联侧的换流器交流过电压保护需要考虑交流系统发生严重故障（串联变压器出口处）、换流器闭

锁但TBS还未导通所引起的阀侧过电压和换流器模块过电压（保证换流器模块电压不超过最大耐压能

力）。

动作Ⅰ段作为保护交流线路发生故障时，导致换流器交流侧过电压，动作Ⅰ段保护定值的基准值

为换流器阀侧额定相电压的峰值，推荐取1.4（标幺值），动作时间推荐取3ms。

动作Ⅱ段的定值整定要大于交流系统正常运行的电压范围，以及考虑串联侧换流器暂态过调制输

出的持续时间，考虑一定的可靠性和灵敏度，根据实际需求进行功能投退；动作Ⅱ段保护定值的基准

值为换流器阀侧额定相电压的有效值，动作定值推荐取1.2～1.3（标幺值），动作时间推荐取2s～3s。

8.2.3换流器保护

8.2.3.1换流器阀差动保护

换流器桥臂接地故障的主保护，以桥臂电流以及直流极电流作为动作判据。

上桥臂差动保护判据按式（17）计算：

||max(,)IbPA＋＋－IIIbPBbPCdP≥IKIsetsetres··········································（17）

下桥臂差动保护判据按式（18）计算：

||max(,)IbNA＋＋－IIIbNBbNCdN≥IKIsetsetres·········································（18）

式中：

Iset——保护启动定值。

保护启动定值可由式（19）计算：

Iset＝KKIrelern································································（19）

式中：

Krel——取1.3～1.5。

换流器阀差动保护通常设置告警段、慢速段和速动段。

告警段可不带制动特性。

慢速段按躲过区外最严重故障时两测量回路产生的最大不平衡电流考虑，推荐取0.2（标幺值）。

慢速段考虑保护的可靠性，时间不宜太快，推荐取0.1s～0.3s。

11

T/CSEE0081.14—2020

速动段按照保护区域内发生严重故障（两相接地，三相接地）来校核灵敏度，推荐取0.5～0.6（标

幺值）。从保护换流器的角度考虑，速动段的动作时间整定应尽可能快，通常整定由厂家内部固定，考

虑差动保护速动性，推荐时间取0.4ms～0.6ms。

8.2.3.2桥臂过电流保护

检测换流器的短路故障以及换流器过载，以上下桥臂电流作为动作判据。

保护判据按式（20）计算：

max(IbPbNset,II)＞·····························································（20）

电流定值可由式（21）计算：

Krel

Iset＝In··································································（21）

Kr

式中：

Krel——取1.1；

Kr——取0.95；

In——换流器桥臂额定电流。

灵敏系数校验：保护的灵敏系数可按式（22）校验：

(2)

Ikmin

Ksen＝··································································（22）

Iset

式中：

(2)

Ikmin——桥臂两相金属线短路时流过保护的最小短路电流；

Ksen——宜大于1.3。

动作Ⅰ段，高灵敏快速段，宜考虑和控制功能进行配合，作为换流器本体过电流保护的后备段

（可选配）。保护动作定值推荐取1.6～1.8（标幺值），动作时间的整定需考虑换流器的过电流能力，推

荐取2ms～3ms。

动作Ⅱ段，考虑作为换流器发生接地、相间短路故障的后备，动作定值推荐1.2～1.3（标幺值），

动作时间推荐取2s～3s。

动作Ⅲ段，考虑和换流器的过电流能力匹配，保护定值及动作时间结合工程对设备的过负荷能力

要求进行整定。

8.2.3.3桥臂电抗器差动保护

交流连接线至上（下）桥臂电流测点区域发生两相接地、三相接地以及相间故障时的主保护，以

启动回路电流以及桥臂电流作为动作判据。

保护判据按式（23）计算：

||max(,)IvC－－IIbPbN≥IKIsetsetres················································（23）

式中：

Iset——保护启动定值。

保护启动定值可由式（24）计算：

Iset＝KKIrelern································································（24）

式中：

Krel——取1.3～1.5。

桥臂电抗器差动通常设置告警段、慢速段和速动段，其中告警段可不带制动特性。

慢速段按躲过区外最严重故障时两测量回路产生的最大不平衡电流考虑，动作定值推荐取0.2（标

12

T/CSEE0081.14—2020

幺值）。慢速段考虑保护的可靠性，动作时间不宜太快，动作时间推荐取0.1s～0.3s。

速动段动作定值推荐取0.5～0.6（标幺值）。速动段的动作时间整定应尽可能快，通常整定由厂家

内部固定，考虑差动保护速动性，动作时间推荐取0.4～0.6ms。

8.2.3.4快速过电流保护

快速过电流保护在短时内完成保护计算和动作出口，在交流系统发生严重故障时，可以更快速动

作将晶闸管旁路开关导通，从而迅速地将串联侧换流器隔离，提高换流器的安全性。

快速过电流保护用联结变压器阀侧连接线电流和换流器交流侧三相电流作为判据。

保护判据按式（25）计算：

IvS＞或＞IIIsetvCset···························································（25）

快速过电流保护使用阀侧电流峰值计算，基准值为阀侧交流电流的幅值。

保护定值推荐取0.2～0.5（标幺值），保护动作时间推荐取为3个～5个“装置的执行周期”。

8.3UPFC直流区保护整定要求

8.3.1直流电压不平衡保护

适用于对称单极拓扑结构，检测直流线路或母线单极接地故障，以及交流系统接地故障。保护判

据由式（26）计算：

UUdP＋≥dNUd.set····························································（26）

式中：

Ud.set——直流电压不平衡保护定值。

保护电压定值Ud.set可由式（27）计算：

UKKUd.set＝reler.maxd.max·························································（27）

式中：

Krel——取1.1～1.15；

Ud.max——直流最大不平衡电压。

保护根据系统设计情况配置，保护动作时间宜结合UPFC控制系统的特性，通过仿真试验确认。

动作定值推荐取0.4（标幺值），考虑速动性和可靠性，动作时间推荐取10ms。

8.3.2直流欠电压过电流保护

检测直流双极短路故障。保护判据由式（28）计算：

UUdP－≤dNUd.set，IdP≥Id.set···················································（28）

式中：

Ud.set——直流欠电压过电流保护电压定值；

Id.set——直流欠电压过电流保护电流定值。

保护电压定值Ud.set可由式（29）计算：

UKd.set＝－rel(1KKUer.max)lvd.nom···················································（29）

式中：

Krel——取1.1～1.15；

Klv——低电压运行倍数；

Ud.nom——额定正负极直流电压差。

13

T/CSEE0081.14—2020

保护电流定值Id.set可由式（30）计算：

IKd.set＝－rel(1KIer)d.max·························································（30）

式中：

Krel——取1.1～1.15；

Id.max——直流最大过负荷电流。

保护根据系统设计情况配置，通过仿真试验确认，考虑保护速动性，动作时间推荐取0.5ms～

1ms。

8.3.3直流低电压保护

直流低电压保护是换流器极间短路故障的后备保护，或因控制系统造成的电压异常的保护。由直

流极母线电压构成动作判据。保护判据可由式（31）和式（32）计算：

对称双极：UUdP≤或d_setUUdP－≤dNUd_set················································（31）

对称单极：UUdP－≤dNUd_set····························································（32）

式中：

Ud_set——电压定值，kV。

低电压保护一般整定为Ⅰ、Ⅱ两段，保护动作定值可以由式（33）计算：

UKKKUd_set＝－rellv(1er)XX.n·····················································（33）

式中：

Krel——取1.05～1.10；

Klv——低电压倍数，Ⅰ段取稳态低电压倍数，Ⅱ段取暂态低电压倍数；

UXX.n——正负极直流电压差。

保护根据系统设计情况配置，保护动作时间与UPFC控制系统特性配合，通过仿真试验确认。低电

压保护Ⅰ段的保护动作时间推荐取50ms～100ms，低电压保护Ⅱ段的保护动作时间推荐取5s～10s。

8.3.4直流过电压保护

直流过电压保护，保护所有承受直流电压的设备免受过电压损坏，由直流极母线电压构成动作判

据。保护判据可由式（34）和（35）计算：

对称双极：UUdP≥或d_setUUdP－≥dNUd_set················································（34）

对称单极：UUdP－≥dNUd_set····························································（35）

过电压保护一般整定为Ⅰ、Ⅱ两段，保护动作定值可以由式（36）计算：

UKKKUd_set＝－relov(1er)XX.n·····················································（36）

式中：

Krel——取1.05～1.10；

Kov——过电压倍数，Ⅰ段取稳态过电压倍数，Ⅱ段取暂态过电压倍数；

UXX.n——设备额定电压。

所有的时间定值与系统参数设计提供的设备过电压耐受能力配合。过电压保护Ⅰ段的保护动作时

间推荐取10ms～20ms，过电压Ⅱ段保护的动作时间推荐取5s～10s。

8.3.5直流过电流保护

检测直流极母线出现过电流的故障。保护判据由式（37）计算：

14

T/CSEE0081.14—2020

max(IdN,IIdP)≥set····························································（37）

保护电流定值IdNC.set可由式（38）计算如下：

IKKIdNC.set＝－rel(1er)dNC.max······················································（38）

式中：

Krel——取1.1～1.15；

IdNC.max——直流极母线流过的最大过负荷电流。

所有的时间定值与系统参数设计提供的直流母线过负荷能力配合。

8.4UPFC并联变压器保护整定要求

8.4.1UPFC接入并联变压器保护整定要求参照DL/T684。

8.4.2UPFC接入的整定原则如下：

a）并联换流器接入侧的后备保护，其整定时间应与换流器保护配合，应小于并联侧换流器交流连

接线过电流保护的整定时间；

b）变压器保护动作后，应输出动作信号用于闭锁UPFC系统。

8.5UPFC串联变压器保护整定要求

8.5.1纵联差动保护定值

8.5.1.1差动速断

差动速断保护是纵差保护的一个辅助保护。当内部故障电流很大时，用于防止由于电流互感器饱

和判据可能引起的纵差保护延迟动作。差动速断保护的整定值应按躲过变压器可能产生的最大励磁涌

流或外部短路最大不平衡电流整定，保护判据按式（39）计算：

Iop＝KIe····································································（39）

式中：

Iop——差动速断保护的动作电流；

Ie——变压器的基准侧二次额定电流；

K——倍数。

视变压器容量和系统电抗大小，K推荐值不同。各容量范围差动速断定值倍数取值见表1：

表1各容量范围差动速断定值倍数取值表

变压器容量

序号K推荐值

kVA

1≤63007～12

26300～315004.5～7.0

340000～120000