直流輸電系統(tǒng)的保護

1、直流輸電系統(tǒng)保護配置,中國電力科學研究院系統(tǒng)所直流輸電研究室王明新,直流輸電工程的保護系統(tǒng),一、  直流保護的配置原則和特點 二、  直流保護的功能配置 三、  直流保護工程實例,一、 直流保護的配置原則和特點,（一） 配置原則 （二） 直流保護的特點 （三） 直流系統(tǒng)保護的動作策略 (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,保護裝置完全冗余或三取二配置，每套冗余配置的保護完全一樣，有自己獨立的硬件設備，包括專用電源、主機、輸入、輸出電路和直流保護全部功能軟件，避免保護裝置本身故障，引起主設備或系統(tǒng)停運。每個可以獨立運行的換流系統(tǒng)（例如：極）的所有保護功能集中放置在本極的保護裝置中，采用集中冗余配置。雙極部分的保護功能也應配置在每個極保護裝置中，并有自己的測量回路。隨著微機技術(shù)的

3、發(fā)展，直流系統(tǒng)的一些主設備保護逐漸演變成在一定區(qū)域集中配置。,靈敏性,保護的配置應該能夠檢測到所有可能的，致使直流系統(tǒng)及設備處于危險情況的，以及對于系統(tǒng)運行來說不可以接受的故障和異常運行情況；直流保護采用分區(qū)重疊，沒有遺漏，每一區(qū)域或設備至少采用相同原理的雙主雙備保護或不同原理的一主一備保護配置。,選擇性,直流系統(tǒng)保護分區(qū)配置，每個區(qū)域或設備至少有一個選擇性強的主保護，便于故障識別；可以根據(jù)需要退出和投入部分保護功能，而不影響系統(tǒng)安

4、全運行；單極部分的故障引起保護動作，不應造成雙極停運；僅在站內(nèi)直接接地雙極運行方式時，某一極故障才必須停運雙極，以避免較大的電流流過站接地網(wǎng)；任何區(qū)域或設備發(fā)生故障，直流保護系統(tǒng)中僅最先動作的保護功能作用；本極的關(guān)于極或雙極部分的保護無權(quán)停運另外的極；保護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引起另一端換流器的保護動作。,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、隔離故障系統(tǒng)或設備，保證

5、系統(tǒng)和設備安全；措施包括緊急移相、投旁通對、封鎖觸發(fā)脈沖、跳交、直流側(cè)開關(guān)等。,可控性,通過控制系統(tǒng)控制故障電壓、電流等運行參量的方法減輕各種故障對設備的危害程度。,安全性,保護應既不能拒動，也不能誤動；為了保證設備和人身的安全，在不能兼顧防止保護誤動和拒動時，保護及跳閘回路的配置寧可誤動也不拒動；跳閘回路應為獨立的雙跳閘線圈、雙操作電源。,可修性,各種直流保護功能的參數(shù)便于修改；保護的配置應該考慮到裝置試驗和維護時不會影響到被

6、保護的系統(tǒng)運行。,（二） 直流保護的特點,1．微機化 2．與直流控制系統(tǒng)的關(guān)系密切 3. 多重冗余配置,1．微機化,1）  集成度高：可以將單獨運行的換流系統(tǒng)內(nèi)，所有能引起該系統(tǒng)停運的設備故障保護集中在一套保護系統(tǒng)中，有關(guān)高一級的極或雙極的保護功能也都盡可能集中在這個基本的保護系統(tǒng)中。2）  判斷準確：便于輸入信號處理、定量計算、判據(jù)設定、延時選擇和冗余配置；因此，提高了保護動作的準確性和系統(tǒng)的可靠性，

7、便于故障分析處理。3）  便于修改：各種功能可以通過軟件功能和參數(shù)的修改進行修正，方便地投入或退出。4）  經(jīng)濟性好：由于保護功能集中，可以節(jié)省保護硬件投資；通過軟件修改，提高和完善保護功能，也節(jié)省了技改經(jīng)費；同時系統(tǒng)可靠性提高也帶來一定經(jīng)濟效益。,2．與直流控制系統(tǒng)的關(guān)系密切,由于直流系統(tǒng)的控制是通過改變換流器的觸發(fā)角實現(xiàn)的； 直流保護動作的主要措施也是通過觸發(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、保護功能關(guān)系密切； 直流控制和保護的配合，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直流系統(tǒng)的正常運行。,3. 多重冗余配置,直流系統(tǒng)的保護基本屬于系統(tǒng)保護，它包括換流器、直流開關(guān)場、中性母線、直流線路及交流開關(guān)場保護等不同保護區(qū)域的保護功能。 直流輸電系統(tǒng)為了防止直流保護裝置本身的故障，造成運行可靠性降低，直流保護裝置采用了冗余配置。 直流保護的冗余用于提高保護裝置本身的可靠性，最終達到提高整個系統(tǒng)可靠性的目

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

10、量裝置配置2.兩端換流站換流變3.交流濾波器測點和測量裝置配置,直流系統(tǒng)PT、CT類型,1.直流電流 零磁通CT，電流的采集是通過零磁通CT 的一組二次線圈和位于直流測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，通過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，再變成光信號送到地電位。,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、直流測量盤。,直流輸電系統(tǒng)直流場設備測點配置圖,直流場測量裝置配置,（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） 直流濾波器測點配置,換流變測點和測量裝置配置,換流變測點和測量裝置配置,

12、(1) 換流變網(wǎng)側(cè)CT，6 個二次線圈(2) 換流變網(wǎng)側(cè)靠近中性點的CT，1 個二次線圈(3) 換流變閥側(cè)Y 繞組CT，4 個二次線圈(4) 換流變閥側(cè)D 繞組CT，4 個二次線圈(5) 換流變末屏VT(6) 換流變支路PT，采集Ua,b,c,交流濾波器測點和測量裝置配置,二、  直流保護的功能配置,直流系統(tǒng)保護采取分區(qū)配置，通常將直流側(cè)保護、交流側(cè)保護和直流線路保護三大類，分為6個保護分區(qū)：① 換流器保護區(qū)，包括

13、換流器及其連線和控制保護等輔助設備；② 直流開關(guān)場保護區(qū)，包括平波電抗器和直流濾波器，及其相關(guān)的設備和連線；③ 中性母線保護區(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區(qū)；⑤ 換流站交流開關(guān)場保護區(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 直流線路保護區(qū)。,（一） 換流器保護區(qū),本區(qū)域主要包括：在閥廳交、直流穿墻套管之內(nèi)，換流器各種設備故障的電流差動保護、過流保護以

14、及換流器觸發(fā)保護和本體保護等: 電流差動保護組 過流保護組 觸發(fā)保護組 電壓保護組 本體保護組,電流差動保護組,(1) 閥短路保護保護目的:保護晶閘管換流器，免受故障造成的過應力。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，換流器交流側(cè)電流大于直流側(cè)電流的故障現(xiàn)象作為保護的判據(jù)。動作策略:快速地檢測故障并且不投旁通對，立即

15、閉鎖換流器。 （2） 換相失敗保護保護目的:減少因交流電網(wǎng)擾動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)設備的安全。工作原理:根據(jù)交流側(cè)電流大幅度降低，同時直流側(cè)電流大幅度增加的故障特征。動作策略:控制系統(tǒng)切換，并且不投旁通對，延時閉鎖換流器。 （3） 換流器差動保護保護目的:檢測換流器保護范圍內(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 。動作策略:閉鎖換流器，跳

16、開交流斷路器，進行極隔離。,過流保護組,（1） 直流過流保護 保護目的：防止造成換流設備尤其是晶閘管閥過電流損壞。工作原理：測量換流器直流側(cè)電流的最大值，當發(fā)生故障電流超過給定值時，閉鎖換流器。動作策略:閉鎖換流器，跳開交流斷路器，進行極隔離。（2）交流過流保護 此保護與直流過流保護不同的僅是監(jiān)測量為換流器交流側(cè)電流。,觸發(fā)保護組,閥觸發(fā)異常保護保護目的：檢測發(fā)出控制脈沖后換流閥是否導通，檢測意外的閥觸發(fā)，防止

17、被選為旁通對的閥不能導通，檢測旁通對閥的意外導通。工作原理：換流器的觸發(fā)系統(tǒng)按要求的導通間隔，向每個閥發(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）都能檢測到。動作策略: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。,電壓保護組,電壓應力保護保護目的：通過聯(lián)鎖換流變壓器分接開關(guān)，避免交流電壓對所有換流設備產(chǎn)生過高的電氣應力，避免閥避雷

18、器過應力以及換流變過勵磁。工作原理：采用交流換流母線電壓、分接開關(guān)位置來計算理想空載直流電壓Udi0，當電壓值超過預設的整定值時，保護動作。動作策略：Udi0高于一定值，立即禁止進一步增大Udi0方向的分接開關(guān)動作；Udi0高于一個更高的定值，將使分接開關(guān)向降低Udi0方向動作；切換到冗余的控制系統(tǒng)。對于再高的Udi0，則閉鎖換流器，跳開換流變壓器交流側(cè)開關(guān)。直流過電壓保護保護目的：防止所有由于分接開關(guān)不正常運行或不正常的換流器

19、開路運行。工作原理：通過測量直流電壓，結(jié)合直流電流、觸發(fā)角來防止直流線路過電壓。動作策略：閉鎖換流器，跳開換流變壓器交流側(cè)開關(guān)。,換流器本體保護組,(1) 晶閘管監(jiān)測：當一個閥內(nèi)的晶閘管故障數(shù)目達到預先整定的數(shù)量時，給出報警。當換流器充電、且任何一個閥內(nèi)晶閘管故障的數(shù)目超過整定值時，需跳開換流變壓器交流斷路器。其工作原理是每個閥的閥控單元可以檢測每個晶閘管在一定時間內(nèi)是否加上了電壓。當晶閘管加上電壓時，將通過光纖將一個指示脈沖傳到閥

20、控，說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備在大觸發(fā)角運行時所受的應力。用大角度監(jiān)測功能，計算因特殊要求增加觸發(fā)角和關(guān)斷角時，在主回路設備上增加的應力。大角度保護根據(jù)閥阻尼電路、閥避雷器和閥內(nèi)電抗器的理論模型計算換流器最大允許的功率損耗。當大角度運行時，如果超過晶閘管的功率損耗限制值，同時具有較高的Udi0，大角度監(jiān)測將在一定延時后，向分接開關(guān)發(fā)出降低Udi0的指令，并給出告警信號。若晶閘管閥上

21、的應力進一步增加，大角度監(jiān)測在一定延時后閉鎖換流器。,（二） 直流線路保護區(qū),1.  直流線路故障保護組2.  直流系統(tǒng)保護組,1.  直流線路故障保護組,(1)  直流線路行波保護：直流線路故障的主保護，其目的是檢測直流線路上的接地故障；故障的恢復策略見下面再起動邏輯。（2） 微分欠壓保護：直流線路故障的后備保護，保護的目的和動作策略與行波相同。（3） 直流線路縱差保護：保護的目

22、的是檢測直流線路上的行波和微分欠壓保護不能檢測到的高阻接地故障。保護的工作原理是，測量并比較兩站的極線電流，對測量電流可能出現(xiàn)的時間差應進行延時補償；故障的恢復策略見下面再起動邏輯。（4） 再起動邏輯：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(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，

23、在一定的去游離時間之后，進行再起動嘗試。如果故障已經(jīng)清除，再起動邏輯將監(jiān)測直流電壓的建立，恢復傳輸功率。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。再啟動的次數(shù)是根據(jù)系統(tǒng)研究預先定好的。在絕緣出現(xiàn)問題時(如：絕緣子污染)，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(tǒng)。,2.  直流系統(tǒng)保護組,（1） 直流欠電壓保護:直流系統(tǒng)的后備保

24、護；保護通過測量直流電壓或直流電流，并結(jié)合觸發(fā)角α，檢測直流線路上的低電壓故障。（2） 線路開路試驗監(jiān)測：檢測線路開路試驗期間，本站直流場和直流線路的接地故障；工作原理是：如果直流電流超過一預先設置值或者直流電壓沒有按預期地上升，表明有接地故障發(fā)生。當交流側(cè)電流過大時，保護也會動作。保護動作閉鎖換流器。（3） 功率反向保護：檢測控制系統(tǒng)故障造成的功率反向，功率反向的判據(jù)是，在沒有功率反向指令的條件下，如果線路電壓在一定時間(如0.5

25、秒)內(nèi)極性改變并且超過設定的值，保護動作閉鎖該極。（4） 直流諧波保護：檢測由于交直流線路碰線、閥故障、交流系統(tǒng)故障和控制設備缺陷等；工作原理是，從直流電流中濾出基波和二次諧波，當諧波電流超過預定值一段時間后，保護動作；當諧波電流較小時，在一定延時后報警；當諧波電流較大時，則閉鎖換流器。保護動作策略：切換到冗余控制系統(tǒng)、閉鎖換流器、跳開交流斷路器、進行極隔離等。,(三) 直流開關(guān)場和中性母線保護區(qū),1. 直流開關(guān)場電流差動保護組

26、2. 直流濾波器保護組 3. 平波電抗器保護組,1. 直流開關(guān)場電流差動保護組,（1） 直流極母線差動保護：保護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備。有的工程使用中性母線套管上的直流電流測量設備，將保護范圍擴展到換流器；工作原理：檢測到電流差值按定時限動作；保護動作為切換到冗余控制系統(tǒng)，并且在一定的延時之后，閉鎖換流器、跳開交流斷路器、進行極隔離。(2) 直流中性母線差

27、動保護：保護范圍是從閥廳內(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量互感器之間的設備；工作原理是：檢測到的電流差值作為接地故障的判據(jù)，定時限動作；保護動作的策略與極母差保護相同。(3) 直流極差保護：保護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量點之間，包括換流器、直流濾波器在內(nèi)的整個直流開關(guān)場，作為直流開關(guān)場接地故障的后備保護；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量，同時測量避雷器和直流濾波器的電

28、流，這些電流共同判斷保護范圍內(nèi)的接地故障；保護動作策略與極母差保護相同。,2. 直流濾波器保護組,(1) 直流濾波器電抗器過載保護：此保護是直流濾波器的元件保護，檢測直流濾波電抗器諧波過載，使濾波器免受過應力；保護具有與電流平方成比例的反時限特性；測量通過濾波器組的電流，并將它與保護整定值比較。跳閘有足夠的延時，以避免短時過載保護誤動作；保護的整定與濾波器元件的耐熱特性相配合；保護動作為，切換到冗余控制系統(tǒng)，斷開濾波器，如果是最后一組站

29、極濾波器或故障電流很大時，則閉鎖換流器。(2) 直流濾波電容器不平衡保護：保護目的是檢測電容器的故障，避免直流濾波器組中電容單元的雪崩故障；工作原理是測量電容器中點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整個濾波器主電流中的同一頻率電流相比較；保護動作為：1段報警；2段報警并延時切除濾波器；3段立即切除濾波器；如果是一個站極最后一組濾波器，則閉鎖換流器。(3) 直流濾波器差動保護：檢測直流濾波

30、器范圍內(nèi)的接地故障。在極線側(cè)和中性線側(cè)測量流過濾波器的諧波電流差值，并與保護整定值比較；保護動作為切除濾波器；故障電流很大或此濾波器為該站極最后一組濾波器時，則閉鎖換流器。,3. 平波電抗器保護組,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)極母差保護兼顧。 油浸式平波電抗器除了直流系統(tǒng)保護外，還有同換流變壓器類似的本體保護繼電器，主要有油泵和風扇電機保護；油位監(jiān)測；氣體監(jiān)測；油溫檢測；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區(qū),1. 雙極中性線保護組 2. 轉(zhuǎn)換開關(guān)保護組 3. 金屬回線保護組 4. 接地極引線保護組,1. 雙極中性線保護組,(1) 雙極中性母線差動保護：保護測量接地極引線、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)和值超過定值是保護區(qū)內(nèi)接地故障的判據(jù)。在金屬回線方式運行時，有其

32、它保護，此保護不用。 (2) 站內(nèi)接地過流保護：保護測量接地極引線、金屬回路和中性母線上的直流電流，這些電流的代數(shù)和超過一定值時，表明保護范圍內(nèi)發(fā)生接地故障，發(fā)出告警；雙極運行首先進行冗余系統(tǒng)切換和極平衡調(diào)整，投入中性母線接地開關(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)，則延時停運直流系統(tǒng)；單極運行，冗余系統(tǒng)切換后故障依然存在，則停運直流系統(tǒng)，跳開交、直流側(cè)開關(guān)，進行極隔離。,2. 轉(zhuǎn)換開關(guān)保護組,(1) 中性母線斷

33、路器保護：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。該斷路器保護的目的是，在一極停運時，此斷路器斷開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，保護將使其重合閘。保護工作原理是測量中性母線的直流電流，當發(fā)出中性母線斷路器打開命令后一段時間，電流不為零，保護將對它發(fā)出重合閘指令。此保護用于極隔離。(2) 中性母線接地開關(guān)保護：保護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，保護中性母線接地開關(guān)。保護測量與開關(guān)串聯(lián)的直流電流互感器的電流，當發(fā)出中性母線接地開關(guān)打開命令后一段時間，電流不為零，保護將對它發(fā)出重合閘指令。(3) 大地回線轉(zhuǎn)換開關(guān)(GRTS)保護：當電流從金屬回線向大地回線轉(zhuǎn)移失敗時，保護大地回線轉(zhuǎn)換開關(guān)。保護測量流過GRTS的直流電流；當GRTS打開，但電流在一定時間后仍不為零時，保護將重合開關(guān)。(4) 金屬回線轉(zhuǎn)換斷路器(MRTB)保護：當電流從大地回線向金屬回線轉(zhuǎn)移失敗時，保護金屬

35、回線轉(zhuǎn)換斷路器。保護測量兩條接地極引線的直流電流。當斷路器斷開時如果直流電流在一定時間后仍不為零，保護重合斷路器。,3. 金屬回線保護組,(1) 金屬回線橫差保護：保護只在金屬返回線方式運行期間，且在直流系統(tǒng)接地的換流站有效。運行極的保護測量兩個極中性線電流和金屬回線電流來檢測金屬返回導線上的接地故障。(2) 金屬回線縱差保護：保護只在金屬返回線方式運行時可用。保護根據(jù)兩個站測量的金屬返回線電流識別金屬回線上的接地故障。此外

36、，補償可能的通信延時，通信中斷時保護被聯(lián)鎖。(3) 金屬回線接地故障保護：保護只在金屬返回線方式運行期間，且在直流系統(tǒng)通過接地極接地的換流站有效。保護測量站內(nèi)接地電流和兩條接地極引線電流來檢測金屬返回導線上的接地故障。,4. 接地極引線保護組,(1) 接地極引線斷線保護：保護使中性母線設備免受接地極斷線造成的過電壓；保護測量極中性母線對地電壓，較大的持續(xù)過電壓作為接地極引線開路的判據(jù)；當中性母線電壓過高時，保護將發(fā)出閉合站內(nèi)

37、接地開關(guān)的指令。(2) 接地極引線過載保護：保護測量接地極引線導線上的直流電流，整定值需要與接地極引線承受過載水平配合，采用定時限特性，超過整定值一定時間保護動作；保護動作為切換到冗余控制系統(tǒng)、降到一個預定的功率運行。(3) 接地極引線阻抗監(jiān)測：保護目的是檢測接地極引線故障；通過串聯(lián)諧振電路向接地極引線注入高頻電流，測量諧振電抗上產(chǎn)生的電壓和注入接地極引線的電流，通過濾波計算處理后可得到一個從輸入端看進去的阻抗；阻抗的改變是接地極引

38、線故障的判據(jù)；以接地極引線無故障時，注入電流下的阻抗為整定值，保護動作為報警；保護的后備是接地極引線不平衡監(jiān)測。(4) 接地極引線不平衡監(jiān)測：保護目的是檢測兩條接地極引線之間的電流不均勻分布；測量兩接地極引線間的電流差，此電流差值構(gòu)成接地極引線導線接地故障或開路故障的判據(jù)；保護動作為報警。,(五) 交流開關(guān)場保護區(qū),1. 換流變壓器差動保護組 2. 換流變壓器過應力保護組 3. 換流變壓器不平衡保護組 4. 換流變壓器本體

39、保護 5. 交流開關(guān)場和交流濾波器保護,1. 換流變壓器差動保護組,(1) 換流器交流母線和換流變差動保護：保護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、流出保護范圍的電流，當電流的矢量和超過整定值時保護動作；保護僅對基波電流敏感，對穿越電流、涌流和過勵磁是穩(wěn)定的。(2) 換流變差動保護：保護檢測換流變從一次側(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關(guān)位置；保護檢測基波電流差值，如果穩(wěn)態(tài)勵磁電流的安匝數(shù)相等條件不滿足，則保護動作；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)生短暫的差動電流，保護分析此電流并產(chǎn)生2次諧波制動；安匝數(shù)相等這一標準只在換流變不飽和時有效，在持續(xù)過電壓期間，換流變可能會飽和，也存在差動電流；保護通過檢測5次諧波分量來檢測過勵磁電流，并制動保護。保護中有一個快速動作無制動的功能，僅檢測大的差動電流

41、，不檢測諧波；保護在區(qū)外故障有穿越電流時不應動作。(3) 換流變繞組差動保護：保護換流變壓器繞組，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CT測量繞組電流；保護取差動電流與整定值逐相比較，以定時限特性動作。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CT測量繞組電流；保護取差動電流與整定值逐相比較，以定時限特性動作。保護動作為閉鎖換流器、跳開交流斷路器。,2. 換流變壓器過應力保護組,(1) 換流變過流保護：保護

42、通過測量換流變一次側(cè)電流，檢測換流變壓器內(nèi)部故障，并以可選的反時限特性動作；定值的選擇能適合保護保護范圍內(nèi)的設備；保護動作為：閉鎖換流器、跳開交流斷路器 。(2) 換流器交流母線和換流變過流保護：保護測量換流器交流母線電流，檢測換流器交流母線和換流變區(qū)域內(nèi)的故障，并按照可選的反時限特性動作；保護的整定與在最小短路功率水平和在最大短路功率水平時，故障清除后交流側(cè)的預期涌流相配合，能快速地清除嚴重故障、以及當短路功率較小時能有一定的靈敏度

43、或故障不太嚴重時，有一合理的較短的延遲時間。(3) 換流變熱過負荷保護:保護檢測換流變壓器過載，測量換流變一次繞組電流并按照可選的發(fā)熱時間常數(shù)動作；保護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置；保護動作為報警。(4) 換流變過勵磁保護：保護以變壓器制造廠提供的過勵磁曲線，選擇換流變交流母線電壓比值與頻率比值和延時，確定保護整定值；保護動作為閉鎖換流器、跳開交流斷路器。,3. 換流變壓器不平衡保護組,(1) 換流變中性

44、點偏移保護：保護檢測換流變閥側(cè)交流連接線上的接地故障。對于每個6脈動換流橋，通過閥側(cè)換流變套管上的末屏抽頭測量換流變閥側(cè)三相對地電壓的矢量和；如果換流器閉鎖且沒有發(fā)生接地故障，矢量和為零；在發(fā)生單相接地故障時，只要換流器閉鎖，就不會有嚴重的故障電流出現(xiàn)，但在閥側(cè)電壓中會出現(xiàn)明顯的零序分量。保護檢測零序分量并與整定值比較；當換流器解鎖時保護必須退出。(2) 換流變零序電流保護：保護測量換流變中性點電流，三相電流瞬時值代數(shù)和輸入保護，因此

45、保護對零序電流分量敏感。保護分解電流并構(gòu)成涌流(2次諧波)制動；保護動作為閉鎖換流器、跳開交流斷路器。(3) 換流變飽和保護：保護的目的是防止直流電流從中性點進入換流變壓器而引起換流變壓器飽和；保護監(jiān)測變壓器一次側(cè)中性點電流和；在單極大地運行方式，或在雙極不平衡運行，直流中性母線接地刀閘閉合時，將引起的換流站接地網(wǎng)電壓升高，有直流電流流過換流變中性點，這個電流較大時使變壓器直流飽和。保護動作為：報警、閉鎖換流器、跳開交流斷路器后斷路器

46、應有效閉鎖，直到變壓器充分冷卻。,4. 換流變壓器本體保護,換流變保護繼電器主要有：油泵和風扇電機保護、油位檢測、氣體檢測、油溫、壓力釋放、油流指示、繞組溫度、套管SF6密度和油流(分接開關(guān))繼電器等。,5. 交流開關(guān)場和交流濾波器保護,（1）換流器交流母線差動保護：保護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；流入保護范圍的電流按相比較，當電流矢量和不為零時保護動作；保護僅對基波電流敏感，對穿越電流是穩(wěn)定的；

47、保護動作為閉鎖換流器、跳開交流斷路器。(2) 換流器交流母線過壓保護：保護防止嚴重的持續(xù)過電壓對換流變壓器和換流器產(chǎn)生損害；保護測量換流器交流母線的每相電壓，對基波電壓敏感，同時也對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異常過電壓情況；當交流過電壓不能被主要過壓限制措施限制在規(guī)定的幅值和持續(xù)時間范圍內(nèi)時，應切除交流濾波器；定值的選擇應能避免在交流電網(wǎng)操作過電壓下保護誤動；保護動作為閉鎖換流器、跳開交流斷路器。（3）交流濾

48、波器保護：對構(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當予以保護，也包括并聯(lián)電容器組的保護；處于高壓的電容器組通常布置成H型結(jié)構(gòu)，以便通過檢測其中點橋差電流而構(gòu)成電容器組的不平衡保護；還可以通過檢測流過濾波器的電流，配置并聯(lián)電容器的過流保護和電抗器接地故障保護，還有電抗器和電阻器熱檢測的過負荷保護、并聯(lián)電抗器內(nèi)部短路接地的電流差動保護，以及通過對濾波器中零序電流和各相阻抗值變化的檢測而設置的濾波器失諧保護等。,5. 交流開關(guān)場

49、和交流濾波器保護,（4） 最后斷路器保護：保護監(jiān)測換流變進線連接狀態(tài)，當最后一條進線斷開，應立即閉鎖換流器。保護監(jiān)測相關(guān)的連接點，并且綜合考慮最后一條進線的跳閘信息或能導致進線跳閘的保護動作信號。（5） 其它：換流站中的輔助設備，如換流閥的冷卻設備，變壓器和電抗器的冷卻設備，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，都應配置監(jiān)視和保護裝置。當這些設備失去備用時，相應保護應報警。當某設備的功能失效，致使它所服務的設備可能遭

50、受過應力時，相應保護應發(fā)出跳閘信號。,三、   直流保護工程實例,（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采用德國

51、SIEMENS公司的SIMADYN D系統(tǒng)，是一種高速多微處理器DSP系統(tǒng)。直流保護的冗余方式同樣為三取二配置。天-廣工程的直流保護分別放在三個獨立的機柜中，直流測量信號通過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保護柜中，輸出與其他裝置的保護跳閘信號一起分別送給換流器兩個控制通道及變壓器保護柜的兩套跳閘回路。,（二）        三-常直流工

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