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高压直流输电系统的故障和保护 摘要：快速准确检测到直流线路故障并启动线路故障后重启动，可以避免因瞬时故障而直流停运，减少直流闭锁率，保证电网的稳定。高压直流输电系统可能的故障工况包括换流阀故障、直流部分故障和交流部分的故障，直流系统在不同的故障情况下表现出一定的特性，根据直流系统运行特点和故障特性提出 了高压直流输电系统的保护策略。 关键词：高压直流输电；直流系统故障；直流系统保护策略；保护原理； 直流控制保护系统是直流输电工程的核心，其性能的好坏直接决定着直流工程的运行和直流设备的安全。在直流系统中，任何一部分发生故障都会影响整个直流输电系统运行的安全可靠性。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，防止其造 成损害或干扰系统其他部分的正常工作，保证直流系统的安全运行。 一、 直流系统故障及系统响应 直流保护策略的设计和配置应考虑直流系统在换流阀故障、换流站直流区域故障以及换流站交流区 域故障下的暂态性能要求。这些故障主要是各种短路、接地故障以及过电流和过电压，具体包括： 1、晶闸管阀故障。包括晶闸管元件、阀阻尼均压回路、触发部件、阀基电子设备以及阀的冷却系统等，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。 2、换流桥故障。包括桥臂短路、桥阀短路、阀组过流、换相失败、阀误导通不导通故障。 3、阀交流侧故障。包括换流变压器阀侧绕组过电压、换流变压器阀侧至阀交流连线的接地或相问短路故障。 4、阀厅内接地故障。包括阀组中点接障等。 5、 极母线设备的闪络或接地故障。极母线设备包括平波电抗器、直流滤波器等。 6、极母线直流过电压、过电流以及持续的直流欠压。 7、中性母线开路或接地故障。 8、站内接地网过流。 9、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。 10 金属回线导体开路或接地故障。 11 接地极引线开路或对地故障、接地极引线过负荷。 12 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)。 13、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。 14、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。 15、直流控制系统误动对直流系统产生的扰动。 16、换流变压器保护区内接地、相间短路、匝间短路故障。 17、换流变压器过励磁、直流偏磁等。 此外，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、大点火角运行工况等提供必要的监测。直流输电系统发生的典型故障及 其基本特点描述见表1。 故障类型 故障类型 基本特点描述 整流侧桥臂短路 交流电流很快升高，直流电流下降 逆变侧换相失败 直流电压下降，直流电流增大 阀导通不正常 一般直流电压下降，逆变侧直流电流 增大，与换相失败相似 直流线路故障 直流电压陡降，直流电流陡然升高 直流线路操作过电压 直流过电压 整流侧交流系统故障 交流电压下降，直流电压、电流可能 整流侧交流系统故障 相应下降，不对称故障时有较大的非特 征性谐波 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非特征性 表1 直流输电系统典型故障及系统故障特性 二、 保护功能配置 双极保护配置的原则是在任何情况下避免不必要的双极停运。双极保护主要检测下述故障： ① 影响双极的交流系统故障； ② 与双极设备有关的公共设备故障，如双极中性母线故障、站接地故障、金属回线设备故障、接地极引线故障和转换开关故障等； ③ 由单极故障引起的双极故障，一个换流器故障时引起另一换流器保护动作。 根据以上原则，极设备的保护应当按极独立设置，并配置独立的测量设备；双极的公用设备采用双极保护，每一个极均有一套采用独立测量回路的双极保护；每个极的极保护和双极保护均不允许跳开另一极；双极故障时，单个保护动作不应导致双极停运。只有在双极临时接地方式运行时，任何一个极发生故障都应 停运双极，这样做是为了避免故障电流流入站接地网。 功能配置 三常高压直流输电工程中，直流保护配置的功能包括换流阀保护、极保护、双极保护以及换流变压器保护。直流保护功能按照四个部分配置，四个部分的第一套保护配置控制保护主机1，第二套保护配置在主机2中 第一部分：换流阀保护 第1套保护配置包括阀短路保护、换相失败预测、换相失败保护、电压应力保护、点火不正常保护、晶闸管阀监视、直流过流保护、大角度监视。第2套包括阀路保护、换相失败保护、直流过电压保护、后备的直流过流保护、阀直流差动保护。 第二部分：极保护 极保护包括高