特高压直流控制保护系统综述

特高压直流控制保护系统综述
摘要：近年来，我国电网建设发展迅速，在运输和建设中直流输电工程正在向
电压等级更高、传输容量更大、传输距离更长方向发展，并且即将在西电东送、
南北互供中发挥重要作用。

再此背景下，特高压直流在中国很多换流站得到了很
大的普及，与高压直流相比，特高压直流的运行方式更加灵活，容量比高压要高，传输距离更远，不仅如此，其损耗比高压直流更低，对于中国现如今的国情来说，特高压直流无疑是符合当前的能源优化配置的目标的。

对于特高压直流输出工程
来说，控制保护系统是换流站的大脑，对于特高压换流站的正常运行具有重要作用。

我国特高压直流换流站发展迅速，但是还面临着一些问题，所以增强特高压
直流控制保护系统是最重要的环节。

本文从特高压直流换流站面临的问题和特高
压直流的特点出发，分别介绍了特高压直流控制系统的功能配置和特高压直流保
护系统的功能配置。

关键词：特高压；直流保护；控制功能；功能配置
0前言
直流控制保护系统在直流输电工程中占有重要地位，是直流输电工程稳定运
行的保障。

直流控制系统分为双极控制层、极控制层、换流器控制层，直流控制
系统可以对直流输电系统进行启停控制、直流输送功率控制、抑制换流器不正常
运行系统的干扰、发生故障时能够保护换流站的设备以及对换流站的设备进行实
时监控。

特高压直流保护系统能够对每一个设备进行专门的保护，每个专门的保
护都能够对设备的安全运行起到非常重要的作用。

一、特高压直流换流站面临的问题
（一）对相应的配套设备的质量要求以及专业要求高
特高压直流与高压直流的差别就是因为电压等级的过高，导致对换流变压器
的制造材料的绝缘作用就相应地要求更高。

受到这一限制，导致其需要大量的绝
缘材料。

±800kv换流变压器阀侧引线绝缘成型件的研制和试验，阀绕组主绝缘、
匝绝缘的场强设计和试验是设备研制中需重点解决的难题。

（二）直流场的吸污特性导致的事故
直流场具有吸污的特性，特别是对于特高压直流，这一问题更为严重。

当换
流站的污秽积累到一定程度时，就会造成直流场设备的绝缘，从而导致直流场的
污闪事故。

这是一个十分严重而又十分普遍的问题。

我国近些年来，工业化发展
十分迅速，污染问题也随之越来越严重，尤其是大气污染对直流设备的影响十分
严重，很多特高压直流换流站的污染程度已经达到了很严重的程度。

解决换流站
的污染问题，提高换流站的耐污能力是现在很多电网公司的重点研究的项目，以
确保特高压直流换流站的稳定运行。

（三）输送容量大，设备难以承受
特高压直流输电容量大，但与此同时换流变压器的体积以及重量也随之增加。

这就给运输条件带来很大的影响。

在一些特殊地区收技术条件限制，无法进行大
型设备的运输任务。

针对这一问题，我国很多电网公司在特高压直流输电工程建
设中，根据实际情况进行规划，以期能够解决大件设备的运输问题，使特高压换
流站稳定运行。

二、特高压直流控制保护系统的特点
±800 kV特高压直流换流站的控制保护系统的设计原则与±500 kV常规直流换
流站工程没有本质的区别，±800 kV特高压直流换流站每个极由两个串联的换流
单元组成、每个换流单元配置独立的旁通断路器和隔离开关实现该换流单元的自动投退功能，因此在控制策略、保护分区以及设备的配置上应尽可能保持各个换流单元的控制保护设备和功能的相对独立性，在满足各种运行方式下的技术性能和功能要求下尽可能方便运行维护人员对控制保护设备的调试、操作和维护。

但是因为特高压直流换流站的特殊性，导致相对应的特高压直流控制保护系统的特殊性，其功能相对于常规的直流换流站也有很大的不同。

特高压直流控制保护系统能够预防很多特高压直流出现问题时引发的事故，能够促进特高压直流系统合理稳定地运行。

三、直流控制系统的功能配置
特高压直流控制系统分为双极控制层、极控制层以及换流单元控制层，在控制层之间也有相互的串联，在双极控制层和极控制层之间以及极控制层与换流器控制层之间也有专用的控制网络交换数据。

1、双极控制层
双极控制层能够控制两极之间电流的平衡，能够对两极之间的功率大小进行控制，还能够实现两极之间功率的转移，能够对两极之间串联或者是闭合进行控制。

这些功能能够实现对正在运行的设备进行有效的控制，能够在命令下发时及时做出反应，对突发事件也能够及时做出调整。

2、极控制层
极控制层能够实现对极的开启和停止的控制，也能够像双极控制层一样对两极之间的功率大小进行控制以及对两极之间串联或者是闭合进行控制，能够对极的顺序进行控制，能够控制分接头，使之能够合理而迅速地运行。

另外，当故障发生时，还能够对故障进行及时的处理，控制专门处理故障的设备，减少故障引发的损失。

极控制层还能对极与极之间的站内通信与极间通信进行控制，以便信息及时的传递。

3、换流单元控制层
换流单元控制层能够实现对换流单元阀组的开关进行控制，能够实现对换流单元阀组的开启或者停止、换流单元阀组的投入或者退出、换流单元层的顺序控制与联锁控制，还能对阀组是否超过负荷进行实时的监控。

四、特高压直流保护功能配置
1、换流器保护
换流器主要是在设备发生故障时对设备进行及时的保护。

主要方法有电动差动保护、过流保护以及换流器触发保护等。

为保护特高压直流系统的安全，换流器会在设备出现一些故障时，及时保护阀短路，以免故障造成的过应力对设备造成影响。

在故障发生后，换流器会对交流电网扰动和异常进行检测，还会检测换流器保护范围内的接地故障，以保证直流系统设备的安全。

另外，换流器还会在故障时进行过流保护，防止造成换流设备遭受电流损坏。

换流器还会对触发异常进行及时的检测和排除，以保证设备的正常运行。

2、换流变保护
换流变保护能够实现换流变压器的主、后备保护。

换流变保护主要有换流变差动保护、换流变过流保护以及换流变压器不平衡保护。

换流变差动保护主要是防止换流变压器绕组，使之不会收到故障的损害。

换流变过流保护主要是保护电流，检测换流变压器内部电流状况，保护换流器换流变区域内的故障。

换流变压器不平衡保护主要是对换流变饱和保护，保护的目的是防止直流电进入换流变压器引起换流变压器饱和而导致的问题。

3、直流线路故障保护系统
当直流线路出现故障时，极易触发接地故障，将会对换流站造成很大的事故
以及损失，所以，直流线路故障保护系统的重要性很大。

直流线路故障保护系统
主要分为直流线路行波保护、微分欠压保护以及直流线路纵差保护。

4、直流滤波器保护
直流滤波器主要实现对直流滤波电抗器的过载保护、直流滤波电容器不平衡
保护以及直流滤波器差动保护。

直流滤波器主要是保护避免电容单元的故障和范
围内的接地故障。

结语：综上所述，对于特高压直流输出工程来说，控制保护系统对于特高压
换流站的正常运行具有重要作用。

我国特高压直流换流站发展迅速，但是还面临
着一些问题，所以增强特高压直流控制保护系统是最重要的环节。

直流输电控制
系统与直流输电保护系统有密切的联系，只有将直流输电保护系统与控制系统结
合起来才能有效地排除故障，保证换流站的设备正常运行。

与此同时，还应该加
强科技的投入，完善特高压直流控制保护系统，使之不断与时俱进，促进特高压
直流输电工程的发展。

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