高压直流双线并联运行故障选线策略

传 输 电流 的通道 ．所 以直 流线 路 １的 电流不 可 能从 整
流侧传 输 至逆变 侧 。 线路 ｌ电流急 剧减 小并 反 向。 然 而
直流 线路 ２完好 无损 ．从 整流 侧传 输过 来 的 电流通 过 逆 变侧 直流 线路 ２再 经 过直 流线 路 １ 流 入 故 障 点 。 因此处 于稳 态后 ， 逆变侧 ， Ｌ 为负值 ， 为 正值 ， 流 电压
巨 巨
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障一 开始 立马 反 向 ．经 历振 荡之后 线路 ２电容 放 电完
毕 时下 降 至零 。逆 变侧 在 故 障开 始瞬 间 ． 故 障 的入 射 波 和反 射波 叠 加产 生 直 流 电压 和 直 流 电流 的振荡 从逆 变 侧沿 着 ２条 直流 线路 到 故 障点 的距 离 接 近 ， 因此 逆 变 侧 ２条 线 路 的 电 流 对故 障 点 的 响 应 基 本 一 致 。２条线 路放 电完 毕之 后 ． 逆 变侧 ２条 线路 的电流也 消失 ．逆变侧 直 流 电压 由于线路 接地 其最 终 也会 减小
如图 ｌ 所 示 的双极 大地 回线运 行方 式 是高 压直 流
输 电系统 最 常用 的运行 方式 之一 其 中极 一直 流线 路 对地 电压 为正值 ． 极 二直 流线 路对 地 电压为 负值 直 流 电 流 的 流 向为 ：整 流 侧 极 一 换 流 阀—— 极 一 直 流 线 路— — 逆 变侧极 一换 流 阀— — 逆变 侧极 二换 流 阀——
Ｕ Ｄ Ｌ ． 两 者稳 定后 的大小 相 等并 且都 等 于整 流侧 直 流线
在故 障发 生 瞬 间所 起 的作用 不大 ，主要 是 控制 故 障持 续期 间的稳态 故 障 电流 。 至 于直 流线路 ２ ， 其等 价 于一
个 在 正 常 运 行 时 已经 充 电的 电 容 ， 故 障发 生 时 ， 线
Ｏ
墨
０
２靠 近 整 流侧 接 地 故 障 ： 为 直 流线 路 ２靠 近 逆 变侧
接地故障 ； Ｕ Ｄ Ｌ 为直 流 线 路 电 压 ； 为线 路 １电 流 ； Ｊ Ｌ ２
为线路 ２电流 ；线 路 电流 ， Ｉ 以及 ， Ｉ 旁边 的箭 头表 示
电流 的极性 。 假定 正 常运行 时 ． 整流侧 和逆 变侧 两端 直 流 电压 和 直流 电流极性 都 为正方 向
张 栋 等： 高 压 直 流 双线 并 联 运 行 故 障 选 线 策 略
２ ７
路 ２的稳 态 电流 。逆变 侧 的直流 线路 电压 从 １ 标 幺值
线 逻辑 ３个 子逻 辑 ３ ． １ 高压 直流 暂态 故 障选 线 策略
减 小至 零 。对 于 故 障发 生时 ， 整 流侧 和 逆变 侧 的直
江
苏
电
机
工
程
第３ ４卷 第 １ 期
Ｊ ｉ ａ ｎ ｇ ｓ ｕ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ
高压直流双线并联运行故障选线策略
张 栋 ，杨建明 ，卢 宇 ，吴林平 ，赵文 强
（ 南 京南 瑞继 保 电气有 限公 司， 江苏 南 京 ２ １ １ １ ０ ２ ）
阀—— 极 一直流 线 路— — 逆 变侧极 一换 流 阀—— 极 二
在 高压 直 流双线 并联 运行 方式 线路 保护 动作 时 ．运 行
人 员不 能识 别接 地故 障发 生在 哪条 直流 输 电线 路 虽 然 每条 直 流输 电线路 分别 配置 １台线路 故 障定位 装 置 能解决 此 问题 ． 但 不 仅增 加投 资成本 ． 而 且 由于 高压 直 流并联 运 行方 式设 ２台线路 故障定 位装 置要 求 将专 用 的 电流互感 器 分别 安装在 ２条直 流输 电线路 上 ．也 给 现场 安装 带来 了 困扰 ３ ， ４ ］ 。针对 此情 况 ． 在 总结 交流 不
特 征极其 相 似 ．无 法根 据逆 变侧 ２条 直流 线路 电流来
识 别故 障线路 ．故 只 能依赖 整流 侧 ２条直 流线 路 电流 的差别来 识别 当 故 障 永 久 发 生 时 ，如 果 直 流 线路 保 护 不 动 作 ．整 流侧 直流 电压 的下 降触 发控 制 系统 的低压 限流
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（ ａ ） 整 流侧
（ ｂ）逆 变 侧
图６ 图 ５ 直流线路测点及故障点
接地故障特征
图 ６显 示 ． 故 障 时逆 变 侧 ２条线 路 电 流 的故 障
当 故 障 永久 发生 时 ， 故 障 开始 瞬 间 ， 故 障点 的
匡
一
在极 二换 流 阀设备 未建 设但是 直 流线路 已经架 设
好 的情况 下 ．为 了节约线 路 损耗会 出现如 图 ４所示 的
高压 直流 双线 并联 运行 方式 。其 电流 回路 为整 流侧 极
图 １ 双 极 大 地 回 线 运行 方式
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ４—０ ８ －１ ９： 修 回 日期 ： ２ ０ １ ４ —０ ９ －３ ０
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图 ４ 高压直流双线并联运行方式
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至零 。 故 障具体 波形 如 图 ６所示 。
２ 不 同 故 障 位 置 的 故 障 特 征
高压 直流 双线并 联运 行 的线路 测点 及故 障点 如 图
１
５所 示 。其 中 ： 为 直流 线路 ｌ 靠 近 整流 侧接 地故 障 ； 为 直 流线 路 １ 靠 近 逆变 侧接 地 故 障 ； 为直 流 线路
生 ２条 直流 输 电线 路 并联 的单 极 大 地 回线 运行 方 式
１ ． ２ 金属 回线方式
如 图 ２所示 的金 属 回线运 行方 式是 在接 地极 发 生
故障 的情 况下使 用 其 一极 处 于闭锁 状态 ． 另外 一极处
于运行 状态 。 极 一 运 行 的 电 流 回路 为 ： 整 流 侧 极 一 换 流
ｌ
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— — － — — － － － － － － － － － － － － －
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图 ３ 单 极 大地 回线 运 行 方 式
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国 Ｉ １ 极 二
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环 节 起 作 用 ．将 ２条 直 流 线 路 电 流 的 之 和 稳 定 在 低 压
行 波沿 着线 路 向线路 两端传 播 ．在故 障 波第一 次 到达
线 路－ － Ｎ点 处 ， 其 电压和 电流 的关 系符合 式 （ １ ） 。
＝
ＬＣ
ａ ｔ ‘
ａ ｘ‘ 。
＝
Ｌ Ｃ
ａ ｔ
极二 直流 线路— — 整流 侧极 二换 流 阀— — 整流 侧极 一 换流 阀 。 两站 的接 地极 没有 电 流流过 ． 这种 方式 输送 功 率大 ， 对环 境影 响小 而被 广泛 采用 。
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ｌ １
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… Ｉ Ｉ Ｉ ＿
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在后 续 的暂态 过程 中 ．受极 母线 对故 障波 的反 射 以及 从逆 变侧 通 过线 路 ２传 回来 的 故 障波 的影 响 ， 线
路 ｌ 上 呈现 复杂 的叠 加过 程 。 因为 故 障点 接近 整流 侧 ．所 以采 集直 流 电路 电压 的直流分 压 器相 当于 直接
稳 态 电流参 考 值 的一半 。对 于 逆 变侧 因 为直 流 线路 １
换 流 阀— — 极一 直流线 路 和极 二直 流线 路—— 逆 变
侧极 一换 流 阀— — 大地— — 整流侧 极一 换流 阀
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苏
电
机
工
程
路 ２电容 对故 障点 放 电 ．因此整 流侧线 路 ２电流在 故
国 国
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ｌ Ｉ 极 一
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选 线 策 略 和 与 线路 低 电 压及 线路 纵 差 保 护 相 配 合 的 整 流 侧 稳 态故 障 选 线 策 略 以及 逆 变侧 稳 态故 障选 线 策略 三部 分 ．阐 述
了上 述 三 部 分 故 障 选 线 策略 的逻 辑 ． Ｒ ． Ｔ ＤＳ仿 真 模 型 验证 了 高压 直流 双 线 并 联 运 行 故 障 选 线 策略 的 正确 性
接 地 系统 的小 电流 接地选 线 经验 的基 础上 ［ ５ 刮． 提 出了
直流线 路— — 整流侧 极一 换 流 阀
双线 并联 运行 故 障选线 策略
图 ２ 金 属 回线 运 行 方 式
１ 高压 直 流 输 电 运 行 方 式
１ ． １ 双 极 大 地 回 线 方 式
１ ． ３ 单 极大 地方 式
－＿＿＿＿
＿＿＿＿＿
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＼ Biblioteka 采 集 本条 直 流线路 电流之 后 ． 先计 算 其 死 时间 内
本条 直流 线路 电流 的变化 率平 均值 ｄ Ｕ ／ ｄ Ｔ ｏ ．然后 整 流
侧将 ｄ Ｕ ／ ｄ Ｔ ｏ 直 接 送 入 比 较 器 分 别 与 电 流 方 向 定 值
关键 词 ： 高压 直 流 ： 并联运行： 线 路 故 障 特征 ： 故 障 选 线
中图分 类号 ： Ｔ Ｍ７ ３ ３
文献标 志 码 ： Ａ
文章编 号 ： １ ０ ０ ９ — ０ ６ ６ ５ （ ２ ０ １ ５ ） ０ １ — ０ ０ ２ ５ — ０ ５
高 压直 流输 电 的运行 方式 一般有 双 极大 地 回线 方 式、 金 属 回线方式 、 单 极大 地 回线方 式 ［ １ ， ２ ］ 。 某些 特殊 的 工 程前 期 只建设 了 １ 个极 的换 流 阀设 备 却具 备 ２条 直 流 输 电线路 此时 为 了节省直 流输 电线 路 的线损 ． 会产
发 生 了永 久接 地故 障 ．切 断 了整 流侧 通过 直流 线路 １
接 地短 路 ．其稳 态 电压值 直线 下降 至零 并且 不会 出现
正负 极性 的变 化 ： 由于整 流侧 直流 电压 的下 降 ， 控 制 系 统 的低压 限流 环节起 作 用将线 路 １电流 的 大小稳 定 在 低 压 限 流环 节 所 设 定 的参 考 值 ［ ９ ， １ ０ ］ ， 此 低 压 限 流 环 节
限流 环节 所设 定 的参考值 由于故障靠 近 逆变侧 ． 从 整 流侧 沿着 ２条 直流 线路 到 故 障点 的距 离相 近 ， ， Ｌ Ｉ 和 ， Ｉ 的 故 障响应 差 别很 小 ， 因此 无论 是 暂 态过 程 还是 故 障 后 的稳 态过 程 ． ２条线 路 电流 的 变 化 趋势 与大 小 及 其 相似 ．最 终每一 条线 路 承担低 压 限流环 节设 定 故 障
摘 要 ： 针 对 高压 直流 输 电 工程 ｑ － 双 线 并联 运 行 方 式 ， 在 总 结 了 交 流 小 电 流接 地 选 线 经 验 的基 础 上 ． 分 析 了 已投 运 直 流 输
电． Ｙ － 程 线 路 故 障 的特 征 ． 提 出 了双 线 并 联 运 行 故 障选 线 策略 ． 并 将 其 分 为 与 行 波 保 护 及 电压 突 变量 保 护 相 配合 的暂 态故 障
流 电流 和直 流 电压 响应如 图 ７所 示 。
１
高 压直 流暂 态故 障选 线逻 辑与 利用 电压 电流暂态 量 特征 设置 的不 带延 时 的线路 主保 护相 配合 在 主保
护 动作 时 ． 高压 直流暂 态 故障选 线逻 辑零 延 时动作 ． 其
实现 步骤 如下
１
＿＾＿●
如 图 ３所 示 的极一单 极 大地 回线运 行方 式 是在 极 二 因故 障停运 的情 况下 而经 常采用 的方 式 其 电流 回 路 为 ：整 流侧 极一 换流 阀—— 极 一直 流线 路—— 逆 变 侧极 一换 流 阀— — 大地— — 整流侧 极 一换流 阀
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