直流系统保护
直流输电系统保护(HVDC protection)
直流输电系统保护（HVDC protection）直流输电系统保护（HVDC protection）指检测发生于直流输电系统中交、直流开关场，或整流逆变两端交流系统的故障，并发出相应的处理指令，以保护直流系统免受过电流、过电压、过热和过大电动力的危害，避免系统事故的进一步扩大。
直流输电保护的特性要求直流输电系统保护除了与交流继电保护一样，应能满足快速性、灵敏性、选择性和可靠性的要求，还应特别注意其抗电磁干扰和抗暂态谐波干扰的性能、双极系统中两个单极的保护必须完全独立等特性；直流保护应为多重化配置，并应具有很强的软、硬件自检功能。
因此，新建的直流工程多采用微机型数字式直流系统保护。
直流输电系统保护通常分为如下保护分区：À换流站交流开关场保护区，包括换流变压器及其阀侧连线、交流滤波器和并联电容器及其连线、换流母线；Á换流阀保护区；Â直流开关场保护区，包括平波电抗器和直流滤波器，及其相关的设备和连线；Ã中性母线保护区，包括单极中性母线和双极中性母线；Ä接地极引线和接地极保护区；Å直流线路保护区。
各保护区的保护范围应是重叠的，不允许存在死区。
直流输电系统保护的特点是与直流控制系统的联系十分紧密，对于直流系统的异常或故障工况，通常首先通过控制的快速性来抑制故障的发展，例如，直流控制可在10mS左右将直流故障电流抑制到额定值左右；又如，当换相电压急剧下降时，直流控制将自动降低直流电流整定值以避免低压大电流的不稳定工况或故障的发展。
而且，根据不同的故障工况，直流保护启动不同的直流自动顺序控制程序，某些保护首先是告警，如果故障进一步发展，则启动保护停运程序。
直流系统保护停运的动作，首先是通过换流器触发脉冲的紧急移相或投旁通对后紧急移相，使直流线路迅速去能，然后闭锁触发脉冲并断开所联的交流滤波器和并联电容器，或进一步断开其它的交、直流场设备，如果需要与交流系统隔离，则进一步跳开交流断路器。
直流输电工程控制保护系统总概课件
流等)以及控制系统本身的信息进行监视。
直流控制保护系统概况
➢ 直流控制保护系统的对象:
–全换流站所有设备。
换流器 换流变压器、分接头 直流场开关/隔刀/地刀 直流滤波器 交流滤波器 交流场开关/隔刀/地刀 ……
运行人员控制系统； • 在线谐波监视； • 对辅助系统的监控（包括站用电系统的控制/监
视，以及对其它辅助系统的监视功能）等。
交、直流站控系统
–站控系统配置原则
• 采用分散式结构，按面向物理对象的原则进行 各站控子系统的设置，不同子系统之间尽可能 少的交换信息，某一对象异常不影响其它对象 功能的正确运行。
直流控制保护系统构成
1. 直流控制（极控）系统
是换流站控制系统的核心，主要功能是通过对整流侧和逆变侧触发角的 调节，实现系统要求的输送功率或输送电流。该部分主要包括每个极的 极控系统的主机、分布式现场总线和分布式I/O等设备。
2. 直流系统保护
主要包括直流极保护（换流器保护、直流场保护、直流线路保护、以及 接地极引线保护）、换流变保护、直流滤波器保护、交流滤波器保护。
主机一
25
26
27
28
29 +3B29
30
主机二
31
32
33
34
35
36
37
38 +3B37
端子排
39
40
直流系统保护
➢ 换流变压器保护构成
➢ 换流变压器保护RCS-977采用独立 装置实现
直流系统其它保护—钢轨电位限制装置
认知钢轨电位限制装置原理
➢ 当装置电压值大于或等于70V但小于120V时，由装置延时启动 接触器，整定时间5s，从而确保轨道的“零”电位。当流过直 流分流器（DCCT）的电流值小于50A时，装置复位。
03
认知钢轨电位限制装置原理晶闸管的作用
图1中晶闸管的作用是当电压120V时，由装置给它发出触发 指令，使其瞬时动作，一个反向，三个正向，以保证当轨道 和大地之间的电压120V时，反向晶闸管动作；
01
认知钢轨对地电位分布
而且，由于列车车体与走行轨可靠接触，当列车停靠车站站台 时，列车与站台（可视为大地）之间的电位差将会很大，如果超 过允许范围（德国DIN标准规定为90V以下，我国国家标准 GB/T10411-2005规定：在最大负载时，钢轨上任意一点对地电 位差应不大于60V），将危及乘客的人身安全。
电压信号分别通过R3和R4将高电压量转换成低电压量，R3和 R4是15kΩ的可调电阻，R3检测在轨道和大地之间的电压为负电 时的电压量；
R4检测在轨道和大地之间电压为正电时的电量，所探测到的电 压量在TP01点引入逻辑回路中，经逻辑回路判断后出动作指令。
05
认知钢轨对地电位分布
教学目标
要求学生通过学习，了解并掌握钢轨对地电位分布以 及钢轨对地电位升高的原因等知识。
教学重点
1
认知钢轨对地电位分布
2 认知钢轨对地电位升高的原因
目录
01
认知钢轨 对地电位
分布
02
认知钢轨 对地电位
功能
03
认知钢轨对 地电位升高
的原因
认知钢轨对地电位分布
正常情况下，牵引直流供电系统中钢轨对地电位一般为零，当 供电区域有车辆运行或发生接触网短路故障时，由于钢轨对地泄 漏电阻的存在，钢轨对地电位快速升高。有时钢轨对地电位较 高，甚至超过安全电压。
直流输电系统的保护
2. 直流系统保护组
（1） 直流欠电压保护:直流系统的后备保护；保护通过测量直流电压或 直流电流，并结合触发角α，检测直流线路上的低电压故障。
（2） 线路开路试验监测：检测线路开路试验期间，本站直流场和直流 线路的接地故障；工作原理是：如果直流电流超过一预先设置值或者直 流电压没有按预期地上升，表明有接地故障发生。当交流侧电流过大时， 保护也会动作。保护动作闭锁换流器。
选择性
直流系统保护分区配置，每个区域或设备至少有一个 选择性强的主保护，便于故障识别；
可以根据需要退出和投入部分保护功能，而不影响系 统安全运行；
单极部分的故障引起保护动作，不应造成双极停运； 仅在站内直接接地双极运行方式时，某一极故障才必 须停运双极，以避免较大的电流流过站接地网；
任何区域或设备发生故障，直流保护系统中仅最先动 作的保护功能作用；本极的关于极或双极部分的保护 无权停运另外的极；
(2) 大触发角监视：检查和限制主回路设备在大触发角运行时所 受的应力。用大角度监测功能，计算因特殊要求增加触发角 和关断角时，在主回路设备上增加的应力。大角度保护根据 阀阻尼电路、阀避雷器和阀内电抗器的理论模型计算换流器 最大允许的功率损耗。当大角度运行时，如果超过晶闸管的 功率损耗限制值，同时具有较高的Udi0，大角度监测将在一 定延时后，向分接开关发出降低Udi0的指令，并给出告警信 号。若晶闸管阀上的应力进一步增加，大角度监测在一定延 时后闭锁换流器。
时，换流器交流侧电流大于直流侧电流的故障现象作为保护的判据。 动作策略:快速地检测故障并且不投旁通对，立即闭锁换流器。 （2） 换相失败保护 保护目的:减少因交流电网扰动和其它异常换相条件造成的逆变器换相失
败次数；保证直流系统设备的安全。 工作原理:根据交流侧电流大幅度降低，同时直流侧电流大幅度增加的故
电力系统继电保护原理 第十二章 高压直流输电系统的保护
• 低电压保护属于后备保护，在两站失去通信的 情况下仍能正常工作。
• 纵联差动保护的判据为
| I dL I dL.oth |
• 式中：IdL 为直流线路电流；I dL.oth 为对站直流线路电流。
• 纵联差动保护比较来自整流站和逆变站的直流电流，如 果两站电流差值超过了设定值，保护动作。
– （1）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。
– （2）极母线直流过电压、过电流以及持续的直流欠压。 – （3）中性母线开路或接地故障。 – （4）站内接地网过流。 – （5）接地极引线开路或对地故障、接地极引线过负荷。 – （6）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
• 在研究保护策略时，除交直流模型外，必须结合相应的控 制系统。
第二节 直流输电系统保护原理与配置
一、直流线路故障过程
直流架空线路发生故障时，从故障电流的特征而论， 短路故障的过程可以分为初始行波、暂态和稳态三个阶段。 1、初始行波阶段
- 与交流输电线路故障时的波过程相似，直流输电线故障后，沿线路的 电场和磁场所储存的能量相互转化形成故障电流行波和相应的电压行 波。
• 横联差动电流保护属于后备保护，只适用于单极金属 回线方式。
三、直流系统保护的配置
（一） 直流系统保护设计原则
- （1）满足可靠性、灵敏性、选择性、速动性的基本要求。 - （2）在直流系统各种运行方式下，对全部运行设备都能提供完全
的保护。能检测到设备的故障和异常情况，并从系统中切除影响运行 的故障设备。 - （3）保护系统应至少双重化配置，每一保护区域具备充分冗余度。保 证保护不误动或拒动，如有可能，后备保护应尽可能使用不同的测量 原理。 - （4）相邻保护区应有重叠，保证无保护死区。采用分区保护、保护区 搭接的方式。 - (5）各保护之间配合协调，并能正确反映故障区域，保护动作尽量避 免双极停运。 - （6）与直流控制系统能密切配合，控制系统故障不引起保护跳闸。
直流保护系统介绍
目录
• 直流保护系统概述 • 直流保护系统的组成 • 直流保护系统的分类 • 直流保护系统的应用场景 • 直流保护系统的未来发展
01
直流保护系统概述
定义与特点
定义
直流保护系统是用于保护直流电源设 备免受损坏的一种保护装置。
特点
具有快速响应、高精度、高可靠性、 易于维护等优点，广泛应用于电力、 通信、交通等领域的直流电源系统中 。
提高供电可靠性
直流保护系统能够减少因 电源故障导致的断电或设 备瘫痪等情况，提高供电 的可靠性和稳定性。
降低维护成本
直流保护系统能够延长设 备使用寿命，减少维修和 更换设备的频率和成本。
02
直流保护系统的组成
测量元件
测量元件用于检测电流、电压等 电气量，是直流保护系统的基本
组成部分。
测量元件的精度和稳定性对整个 保护系统的性能具有重要影响。
安全防护
直流保护系统可以作为工业控制系统的安全防护装置，防止设备因 过载、短路等原因而受到损害。
05
直流保护系统的未来发 展
智能化发展
人工智能技术
利用人工智能算法，实现直流保护系统的自适应和自主学习，提高保护动作的准 确性和快速性。
智能传感器
应用智能传感器技术，实时监测直流系统的运行状态，为保护决策提供更加准确 和可靠的数据支持。
03
直流保护系统的分类
按保护对象分类
线路保护
用于保护直流输电线路，防止线路故障引起的电 流过大、电压过高或过低等异常情况。
设备保护
用于保护直流输电系统中的重要设备，如换流器、 变压器等，确保设备安全稳定运行。
系统保护
用于保护整个直流输电系统，对系统的整体运行 状态进行监测和调控，确保系统稳定运行。
地铁直流系统保护原理解读
地铁直流系统保护原理解读一、直流框架保护1、概述：地铁直流供电系统主要由牵引降压变电所、架空接触网、钢轨三部分组成。
每个牵引降压变电所内有两个整流机组，将来自110 kV /33 kV 主变电站的交流33 kV 经整流变压器降压为AC1200V交流电，经整流器组将AC1200V交流电变为直流DC 1500 V直流电后, 通过直流开关柜向接触网供电。
一般来说，正常情况下1号馈电线向下行方向接触网供电，2号馈电线方向上行接触网供电。
每个区间内的接触网由两个牵引变电所同时供电，称为小双边供电方式。
双边供电的优点是供电可靠性高，也可提高接触网电压水平，减少电能损耗。
当任一牵引变电所因故障不能正常供电时，该故障牵引变电所退出运行，即断开该馈线断路器，合上馈线越区隔离开关。
故障牵引变电所担负的供电臂经由相邻牵引变电所实行越区供电，此时称为大双边供电方式。
因地铁直流供电系统是不接地系统，即直流柜对地是绝缘安装。
当直流带电设备对直流柜柜体发生泄漏或绝缘损坏闪络时，为了及时将直流设备内发生的短路故障迅速切除，故直流系统设置了直流框架保护。
如果发生直流开关带电设备对直流柜柜体发生泄漏或绝缘损坏或直流1500 V 开关柜的正极与柜体发生故障时, 对设备尤其对人身安全会造成严重威胁,框架保护动作切断直流开关，确保设备安全。
为了设备和人身的安全,。
2、保护原理框架保护分为电压型框架保护和电流型框架保护保护两种（详见直流框架保护原理图）。
牵引变电所直流供电设备内部绝缘材料绝缘性能降低或失去功效，便可能危及人身安全，为防止人身伤害事故发生，可将直流系统框架泄漏保护装置安装在牵引降压变电所内，该保护主要包括反映直流泄漏电流的过电流保护以及反映接触电压的过电压保护，而过电压保护还作为钢轨电位限制装置的后备保护与车站的钢轨电位限制装置相配合。
（1）、柜架泄漏电流型保护：装置设置二段式框架泄漏电流保护，框架泄漏电流保护可以切除绝缘安装的直流开关柜或整流器柜内发生正极与框架短路故障。
直流系统保护
1 直流微电网接地方式根据 IEC60364—1[19］对直流系统接地型式的定义，与交流系统一样，也可分为TT （T=电源侧直接接地；T=用电设备外露导电部分直接接地）、IT（I=电源侧不接地或经高阻抗接地，T=用电设备外露导电部分直接接地）、TN（T=电源侧直接接地，N=用电设备外露导电部分经保护线与电源侧共地）三种接地型式IT 表示直流母线处(可以为正极、负极或中性点)不接地或经高阻抗接地，电气装置的外露可电导部分直接接地。
研究表明，对于不存在对地电容的直流系统而言，IT 系统的一次接地故障监测十分困难，用户也无法用电笔测试出该系统直流电的极性. 在IT 接地型式中,相比负电极，正电极与大地连接可以减小电腐蚀的效应。
当接地故障发生时，故障电流较小，仍可以保证负载的正常运行，因此现有低压直流系统也大多采用无中线的IT 系统，但由于故障电流小，导致其故障检测困难，容易引发二次极间故障TN 表示直流母线处(可以为正极、负极或中性点）直接接地，所有电气设备外露可导电部分均接到保护线上，并与上述接地点相连。
而我国传统交流系统中广泛使用的TN 系统(T 电源侧直接接地,N用电设备外露导电部分经保护线与电源侧共地），其优点在于能将接地故障转化为短路故障从而增大故障电流、利于保护设备的动作,但由电力电子变换装置提供电源的直流系统中，一般均含有大量对过电流敏感的电力电子器件,该特性能否在直流系统中发挥同样的优势需作进一步的探讨.TN 系统发生接地故障时，会有较大的故障电流和电压暂变现象，这会影响连接在故障电极上的其他负载运行，该接地方式故障容易检测并快速清除。
考虑到目前家用设备接地保护线与交流零线电位差限制，未来直流微电网在给住宅、学校、商业建筑和工业区域供电建议采用TN系统。
2 直流微电网故障类型根据故障的类型进行划分,可将直流微网的故障分为接地故障和极间故障，如图16 所示。
接地故障依据故障阻抗大小可分为高阻抗接地和低阻抗接地故障，极间故障阻抗通常较小。
多端柔性直流系统直流故障保护方案
在实际应用中，控制保护策略需要结合具体的系统和运行情况进行调整和优化。 例如，在某些场景中，可能需要优先保证系统的稳定性；而在其他场景中，可 能需要优先考虑设备的保护。因此，在实现控制保护策略时，需要充分考虑各 种因素，以实现最优的保护效果。
总的来说，控制保护策略是MMC多端直流输电系统中的重要组成部分。针对不 同的故障类型采取相应的保护措施，可以有效地提高系统的稳定性和可靠性。 未来研究方向可以包括进一步优化控制保护策略、研发更先进的MMC装置以及 探讨多端直流输电系统与其他新能源技术的结合应用等。
一、多端柔性直流系统概述
柔性直流输电技术（VSC-MTDC）是一种新型的输电技术，其采用基于电压源 换流器（VSC）的输电技术，具有输电容量大、可控性高、适用于远距离输电 等优点。多端柔性直流系统（VSC-MTDC）则是指由多个电压源换流器组成的 输电系统，可以实现多电源供电、多落点受电，从而提高电力系统的稳定性和 可靠性。
5、培训与演练：加强运维人员的培训与演练，提高他们在面对直流故障时的 应对能力。培训内容包括故障识别、应急处理方法以及远程操作技能等。
三、实施与应用
为确保多端柔性直流系统直流故障保护方案的有效实施与应用，还需以下几个 方面：
1、方案审查与更新：定期对直流故障保护方案进行审查与更新，以适应电力 系统的发展和技术的进步。可以邀请行业专家对方案进行评估，找出潜在的问 题并加以改进。
一、总体架构设计
舟山多端柔性直流输电工程的总体架构设计主要包括输电系统的总体结构、各 个组成部分的配置和功能、以及各部分之间的相互关系。该工程采用多端柔性 直流输电技术，实现了多个岛屿之间的电力传输和调配，同时也能够实现与外 部电力系统的相互连接。
二、设备选型和配置设计
直流输控制保护系统功能介绍
直流输电控制保护系统功能介绍一、直流输电基本概念二、直流保护功能的配置及说明一、直流输电基本概念1、直流输电类型•常规两端直流输电背靠背直流输电系统1、直流输电类型1、直流输电类型多端直流输电系统2、换流站主设备•换流的主要设备——换流器（四重阀）2、换流站主设备•换流的主要设备——换流器（双重阀）2、换流站主设备•换流的主要设备——换流变2、换流站主设备•换流变伸入阀厅的换流变套管2、换流站主设备•三广直流惠州站单相双绕组换流变2、换流站主设备•平波电抗器•直流滤波器交流滤波器3、±500kV直流输电直流运行方式常规直流共有5种运行方式：•双极大地回线运行方式•单极大地回线运行方式（极I、极II）•单极金属回线运行方式（极I、极II）常用功率控制方式有3种：•双极功率控制•单极功率控制•单极电流控制4、±500kV直流输电直流部分主接线图5、±500kV直流输电交流场主接线图6、±800kV直流输电主接线图复龙换流站侧奉贤换流站侧复奉直流极线路复奉直流极线路接地极7、简单的控制概念•整流站控制直流系统的电流。
•逆变站控制直流系统的电压。
•通常，每极直流输送功率定义为整流侧功率。
二、直流保护功能的配置及说明直流保护配置目前国网系统运行直流输电系统保护配置情况：•三取二。
•使用切换逻辑。
•完全双重化配置。
保护三取二逻辑保护切换逻辑保护完全双重化配置换流站所包含保护•直流保护（换流变阀侧绕组之间的区域，除直流滤波器）•换流变压器保护•直流滤波器保护•交流滤波器保护•交流滤波器母线保护•断路器保护•交流线路保护•母线保护换流站内保护的分区换流阀区直流线路区金属回线区接地极线区双极中性母线连接区直流滤波器区极中性母线区极高压母线区换流变区保护的配置原则测量的典型配置直流滤波器UacIDPIDNCUDNUDLIDLIDNEIDLIDME IDGNDIANE IDEL1IDEL2NBS NBGSMRTBGRTS直流滤波器UDN IDNENBS极1极2UDLIVYIVDY Y Y DUacIDPIDNCIVYIVDY Y Y D保护的配置原则要求：•配置要求：不存在死区，不存在未被保护的故障情况（全面性）。
2023电力直流电源系统保护电器选用与试验导则
电力直流电源系统保护电器选用与试验导则目次前言................................................................. 错误!未定义书签。
引言................................................................. 错误!未定义书签。
1 范围 (2)2 规范性引用文件 (2)3 术语和定义 (2)4 基本要求 (3)4.1 供电方式要求 (3)4.2 安全性要求 (3)4.3 资料性要求 (3)5 选用原则 (4)5.1 总体原则 (4)5.2 分级方式 (4)5.3 各级保护电器的选用要求 (4)6 试验方法 (5)6.1 一般检查 (5)6.2 直流断路器手动操作检查 (6)6.3 直流断路器瞬时脱扣特性试验 (6)6.4 直流断路器延时脱扣特性试验 (6)6.5 直流断路器工频耐压试验 (6)6.6 直流断路器附件试验 (6)6.7 直流断路器时间-电流特性试验 (6)6.8 熔断器直流电阻测试试验 (7)6.9 熔断器时间-电流特性测试试验 (8)6.10 直流电源系统保护电器选择性校验试验 (8)7 检验规则 (9)7.1 检验分类 (9)7.2 型式试验 (10)7.3 出厂试验 (10)7.4 验收试验 (10)7.5 检验项目 (10)附录A（资料性）直流电源系统各级保护电器典型选取表 (12)附录B（资料性）直流电源系统保护电器选择性校验小电流预估法原理 (14)1电力直流电源系统保护电器选用与试验导则1 范围本文件规定了电力直流电源系统用保护电器的术语和定义、基本要求、选用原则、试验方法和检验规则等。
本文件适用于35kV及以上电压等级变电站、换流站、发电厂及其他电力工程中直流电源系统各级保护电器的配置选取和试验。
2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。
浅析直流输电控制保护系统
浅析直流输电控制保护系统摘要：直流传输的稳定性对电力非常重要。
从直流传输的组成结构和换向技术入手，分析了DC传输的控制和保护水平，并根据常见故障提出了直流传输的保护措施。
关键词：电力系统；直流产量；防护等级；控制保护1变速器概述1.1传输系统的概念直流输电系统由直流线、逆变站、整流站、交流侧电力滤波器、直流侧电力滤波器、换流变压器、无功补偿装置、直流电抗器、保护和控制装置等组成。
通常是双端直流输电系统，其中整流站和逆变站都属于换流站，交流电源和直流电源之间的转换可以通过整流站和逆变站实现，换流站是直流输电系统的重要组成部分。
交流电首先由交流系统的送电端通过换流变压器送至整流器，完成交流电向直流电能的转换，然后直流电能通过线路输送至逆变器，逆变器将DC电能转换为交流电，最后输送至交流电力系统的受电端。
1.2换流站的换流技术整流站和逆变站都属于换流站，其核心部件是换流器，通常由一个或多个基本换流单元组成，大多采用串联方式。
电路中一般采用三相换流桥，常用的材料是晶闸管阀，也就是常说的晶体闸阀。
变换器工作时，控制桥阀可以触发控制调节装置，改变触发相位，从而实现对DC传输功率、流经电阻的直流电流、直流电压瞬时值等的调节。
同时，同一个触发脉冲可以控制所有桥阀的每个晶闸管。
当三相电源的波形为对称正弦波时，线电压由负变正，经过零点时，脉冲会触发桥阀，使阀两端电压变为正，从而完成开阀动作。
六个脉冲发生器可以独立地触发位于单桥变换器中的六个桥阀，使得交流正弦波可以刚好通过第一个周期。
当线路电压达到下一个零点时，交流串电源开始触发第二个周期。
但是工程上使用的大多是12脉波双桥变换器，因为12脉波双桥变换器可以产生脉冲较小的DC传输电压。
2 DC传输控制保护层高压直流输电系统的控制根据层次的不同可以分为三个层次，即现场控制层、过程控制层和操作员控制层。
2.1现场控制层现场控制层使交流/DC主设备能够进行本地控制，并通过硬线将交流/DC主设备与近设备接口相连，通过现场总线将交流/DC主设备与远设备接口相连。
关于直流牵引供电系统di／dt和ΔI保护
直流牵引供电系统的di dt⁄和ΔI保护直流系统短路具有短路电流上升速度快，短路电流大的特点，因此直流系统⁄保的保护有别于交流系统。
在地铁直流牵引系统常用的保护中，电流上升率di dt护和电流增量ΔI保护是两种重要的保护，这两种保护可以在短路发生的初期检测到故障，相应的断路器可以在短路电流达到稳态值之前将故障回路切除，保护设备的安全。
直流牵引的正常电流与故障电流在特征上有比较明显的区别。
例如，4号线列车的最大工作电流大概在4 kA左右，列车启动时电流从零增长到最大值约需8 s，那么一列列车正常的启动电流上升率仅为0.5 kA/s。
而故障电流的上升率可达到⁄和ΔI保护就是根据故障电流和正常工单列列车启动电流的几十甚至上百倍。
di dt作电流在上升率这一特征上的不同来实现保护功能的。
⁄和ΔI是通过相互配合来实现保护功能的，而且这两种保在实际运用中，di dt护的启动条件通常都是同一个预定的电流上升率，4号线的设置为40A/ms(即40kA/s，远远大于列车启动电流)。
在启动后，两种保护进入各自的延时阶段，⁄保护主互不影响，哪个保护先达到动作条件就由它来动作。
一般情况下，di dt要针对中远距离的非金属性短路故障，ΔI主要针对中近距离的非金属性短路故障(金属性直接短路故障由断路器自身的电磁脱扣装置来跳闸)。
以下简要说明两种保护的保护原理。
⁄电流上升率保护1、di dt在运行中，保护装置不断检测电流上升率。
当电流上升率高于保护设定的电⁄保护启动，进入延时阶段。
若在整个延时阶段，电流的上升流上升率时，di dt率都高于保护设定值，那么保护动作；若在延时阶段，电流上升率回落到保护设定值之下，那么保护返回。
图1表示了一个电流波形在两种保护时间延迟整定值⁄下的动作情况，分别用情况(1)和情况(2)来表示。
图1中，a点电流上升率高于di dt⁄保护延保护整定值，保护计时启动。
在b点，对于情况(1)来说保护延时达到di dt⁄保护整定值，保护动作；对于情时整定值，且在ab间电流上升率始终高于di dt况(2)，在c点，电流上升率回落到保护整定值以下，而此时保护延时整定值尚未达到，保护返回。
直流供电系统的短路与短路保护.
第四节直流供电系统的短路与短路保护
飞机直流供电系统,由于导线绝缘损坏,可能造成发电机输出端短路。
短路电流的峰值常达到发电机额定负载的3.5 -- 8倍,其稳定值也能达到1.5--2.5倍。
这样大的短路电流不仅会损坏发电机和供电系统,对飞机本身也非常危险,因此必须采取有效的保护措施。
电压值U。
发电机在低转速,大负荷状态下短路,而且短路电阻越小时,短路电流的峰值越大;反之,短路电流的峰值就越小。
短路保护
对短路保护的要求是:某个电源输出端短路,即不应造成其他电源损坏,也不应损坏短路电源本身;保护装置本身的损坏,不应造成电源中断供电。
设计完全达到上述要求的保护装置是比较困难的。
目前飞机直流电源系统多采用熔断器实现短路保护。
过电压保护器中的过载保护功能,也能对短路故障起到一定的保护作用。
由此可见,保护装置在电路中的位置非常重要,若将两个NB-200保险丝改装在电流表分流器附近,在B点发生短路时,3个保险丝也会熔断,虽然保护了发电机和蓄电池,但全部汇流条都将中断供电,这样配置是不合理的。
直流线路保护的原理是什么
直流线路保护的原理是什么直流线路保护是指在直流电力系统中，通过各种保护装置和控制策略，实现对直流电力线路的安全可靠运行的一种措施。
直流线路保护的原理是通过检测和快速切除故障电流，以保护线路的设备和保证电力系统的安全运行。
下面我将详细介绍直流线路保护的原理及其主要保护装置。
一、直流线路的故障类型直流电力系统中的故障可以分为短路故障和地线故障两种类型。
短路故障是指直流系统中两个相间点之间出现的故障，常见于连接线路的绝缘损坏或设备内部元件故障；地线故障是指直流系统中任意一个相间点与地之间出现的故障，常见于设备绝缘损坏或设备与地之间的可控的接触。
二、直流线路保护的策略1. 短路故障保护短路故障保护主要是通过电气间隙或电路断开器实现，保护装置可根据故障电流的大小和故障位置进行故障检测和切除操作。
（1）过电流保护：通过检测线路中的电流，当电流超过额定值时，认为发生了短路故障，保护装置将快速切除故障点附近的电路。
（2）差动保护：采用电流互感器测量直流线路两端的电流，将两端电流的差值与额定值进行比较，当差值超过设定值时，判断为短路故障，保护装置将切除故障电路。
（3）电弧保护：通过检测弧光或弧电压，当弧光或弧电压超过设定值时，判断发生电弧故障，保护装置将切除故障电路。
2. 地线故障保护地线故障保护主要是通过控制绝缘损坏或设备与地间的接触来实现，保护装置可根据故障电流和故障位置进行保护动作。
（1）电气绝缘保护：通过对线路绝缘性能的监测，当绝缘损坏时，保护装置将切除故障电路。
（2）微分保护：采用电压互感器测量直流线路两端电压，将两端电压的差值与额定值进行比较，当差值超过设定值时，判断为地线故障，保护装置将切除故障电路。
（3）接地保护：通过检测设备与地之间的接触电阻，当接触电阻超过设定值时，判断为地线故障，保护装置将切除故障电路。
三、直流线路保护装置直流线路保护装置是实现直流线路保护的重要设备，主要由故障检测单元、保护动作单元和信号处理单元组成，具有高速、精确、可靠等特点。
高压直流输电系统的稳定控制与保护
高压直流输电系统的稳定控制与保护引言高压直流输电系统是一种用于长距离电力传输的技术，具有传输能力强、输电损耗小、环境影响少等优势。
然而，高压直流输电系统在运行过程中也面临着一些挑战，例如稳定控制和保护问题。
本文将探讨高压直流输电系统的稳定控制与保护技术，旨在提供一种全面的了解。
一、高压直流输电系统的稳定控制高压直流输电系统的稳定控制是指对系统的电压、功率、频率等进行实时调节，以确保系统的稳定运行。
稳定控制可分为两个方面：电力稳定控制和频率稳定控制。
1. 电力稳定控制电力稳定控制是指根据负荷需求和传输能力，实时调整高压直流输电系统的电压和功率，以保证系统供电的稳定性。
为了实现电力稳定控制，可以采用频率反馈控制方法，通过自动控制装置调整换流变压器的触发角来控制电流。
同时，还可以使用能量储备装置来补偿瞬间负荷变化引起的电力不平衡。
能量储备装置可以是电容器或电感器，通过储存电能或释放电能来调整系统的电力平衡。
此外，还可采用先进的预测控制算法，根据系统的实时运行情况，预测未来的负荷变化，进一步优化电力调控策略。
2. 频率稳定控制频率稳定控制是指在高压直流输电系统中，通过调节直流电流的大小和相位，以及调节换流变压器和直流系统的参数，来控制系统的频率变化。
频率稳定控制可以通过反馈控制的方法实现，根据系统的实时运行情况，调整直流电流和换流变压器的参数，以使系统的频率保持在设定范围内。
此外，还可以使用先进的自适应控制算法，通过监测和分析系统的频率变化，自动调整控制策略，提高系统的频率稳定性。
二、高压直流输电系统的保护技术高压直流输电系统的保护技术是指在系统故障或异常情况下，及时采取措施，限制故障范围和保护设备的安全运行。
保护技术主要包括故障检测、故障定位和故障隔离。
1. 故障检测故障检测是指通过监测高压直流输电系统的各种参数，如电压、电流、功率等，来检测故障的发生。
常用的故障检测方法包括差动保护、过流保护和电压保护等。
直流保护原理
直流保护原理直流保护原理是电力系统中对直流设备保护的一种重要方法。
直流保护的目标是及时、准确地检测和隔离直流设备故障，保证电力系统的稳定运行。
以下是直流保护的原理及其实现方法：1. 过流保护：过流是直流设备故障中最常见的一种。
过流保护基于当直流设备中的电流超过设定的阈值时，保护装置会立即动作，切断故障电路并报警。
常用的过流保护装置包括熔断器、断路器和电流互感器等。
2. 短路保护：短路是直流设备故障中比较严重的一种，会引发电弧、火灾等危险。
短路保护的原理是当直流设备发生短路时，保护装置能够在极短的时间内感知到故障，并立即切断故障电路。
常用的短路保护装置有断路器和短路电流互感器等。
3. 接地保护：接地故障是直流设备中常见的一种，会导致设备损坏和人身安全问题。
接地保护的原理是通过检测直流设备中的接地电流来判断是否存在接地故障，并在检测到故障时立即切断故障电路。
接地保护装置通常配备了接地电流互感器和保护继电器等。
4. 过压保护：过压会对直流设备造成损害，甚至引起设备击穿。
过压保护的原理是当直流设备中的电压超过设定的阈值时，保护装置会迅速切断电源，防止过压影响设备正常运行。
过压保护装置通常采用过压继电器和电压互感器等。
5. 欠压保护：欠压会导致直流设备无法正常工作，甚至造成设备故障。
欠压保护的原理是当直流设备的电压低于设定的阈值时，保护装置会迅速切断电源，保护设备免受欠压的影响。
欠压保护装置一般采用欠压继电器和电压互感器等。
综上所述，直流保护的原理是基于对直流设备中电流、电压及接地状态的监测，当监测到异常情况时，保护装置立即切断故障电路，保护设备和人身安全。
这些保护原理相互配合，可有效提高直流设备的可靠性和安全性。
直流保护原理及运行维护要求
极母线差动保护 中性母线差动保护 直流后备差动保护 中性母线开关保护
保护原理-极母线、中性母线保护区
极母线差动保护（87HV）
保护任务
测点IDH和IDL之间极母线的接地故障或对中性线故障
保护原理
测量直流线路电流（IDL）、换流阀高压侧电流（IDH）， 极母线区发生对地故障或者对直流中性母线短路时，IDL 与IDH将产生较大差值， 超过预设值，保护动作。
UdL
IdL
IdL_os
Y
IFUB
UVY
Y
Δ
IVD
IFL
UVD IdND
IdN UdN_op
UdN
IdE IdE_op
IdMRTB
Idee1
IdSG
对极 直流 滤波 器
Idee2
IdL_op
IdL_op_os
目 录
一 直流保护的概述 二 直流保护原理 三 直流保护运维要求
保护原理介绍
跳 闸 (E 闭 SOF 锁 ) 封 脉 冲 （ 切 整 系 流 统 侧 禁 ） 止 解 告 锁 警 降 极 隔 离 禁 止 投 增 旁通 大 ga （ 逆 m 变 m a角 侧 ）
保护判据
动作出口 后备保护
通讯失败
跳闸 极隔离 极差动保护（87DCB）
无影响
保护原理-极母线、中性母线保护区
直流后备差动保护（87DCB）
保护任务
保护原理
测点IdL和IdE之间的接地故障
检测直流线路电流（IdL）、直流中性母线电流（IdE）， 如果两侧点之间出现接地故障，两个电流将产生差值， 差值超过预设值，则保护动作。
交流过压保护（59AC）
保护任务 保护原理
保护判据 动作出口 后备保护 通讯失败
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1 直流微电网接地方式根据 IEC60364-1[19]对直流系统接地型式的定义，与交流系统一样，也可分为TT(T=电源侧直接接地；T=用电设备外露导电部分直接接地)、IT(I=电源侧不接地或经高阻抗接地，T=用电设备外露导电部分直接接地)、TN(T=电源侧直接接地，N=用电设备外露导电部分经保护线与电源侧共地) 三种接地型式IT 表示直流母线处(可以为正极、负极或中性点)不接地或经高阻抗接地，电气装置的外露可电导部分直接接地. 研究表明，对于不存在对地电容的直流系统而言，IT 系统的一次接地故障监测十分困难，用户也无法用电笔测试出该系统直流电的极性. 在IT 接地型式中，相比负电极，正电极与大地连接可以减小电腐蚀的效应。
当接地故障发生时，故障电流较小，仍可以保证负载的正常运行，因此现有低压直流系统也大多采用无中线的IT 系统，但由于故障电流小，导致其故障检测困难，容易引发二次极间故障TN 表示直流母线处(可以为正极、负极或中性点)直接接地，所有电气设备外露可导电部分均接到保护线上，并与上述接地点相连。
而我国传统交流系统中广泛使用的TN 系统(T电源侧直接接地，N用电设备外露导电部分经保护线与电源侧共地)，其优点在于能将接地故障转化为短路故障从而增大故障电流、利于保护设备的动作，但由电力电子变换装置提供电源的直流系统中，一般均含有大量对过电流敏感的电力电子器件，该特性能否在直流系统中发挥同样的优势需作进一步的探讨。
TN 系统发生接地故障时，会有较大的故障电流和电压暂变现象，这会影响连接在故障电极上的其他负载运行，该接地方式故障容易检测并快速清除。
考虑到目前家用设备接地保护线与交流零线电位差限制，未来直流微电网在给住宅、学校、商业建筑和工业区域供电建议采用TN系统。
2 直流微电网故障类型根据故障的类型进行划分，可将直流微网的故障分为接地故障和极间故障，如图16 所示。
接地故障依据故障阻抗大小可分为高阻抗接地和低阻抗接地故障，极间故障阻抗通常较小。
上述两种类型故障位置即可位于母线处，也可位于馈线处。
直流微电网接地故障对系统的影响则依据系统的结构与接地形式的不同而不同。
对于不接地或经高阻抗接地(如IT 系统)的直流微电网系统，接地故障的快速检测与定位仍是难点之一。
直流微电极间故障多为短路故障，故障检测与定位相对容易。
以双极性含中线的三线制直流微电网结构为例，正、负极间故障最为严重，将影响到所有连接至该母线处的分布式电源、储能单元、交直流接口DC-AC 变流器与负荷的正常供电；若发生在正极与中线或负极与中线的极间故障，若能进行快速隔离，则可以保证未故障极间的供电连续性；在馈线末端发生极间故障时，其对直流母线电压的影响主要取决于故障回路阻抗和故障切除时间。
3 熔断器和高压直流断路器国内外的学者和研究机构对于高压直流分断技术进行了广泛而深入的研究，先后研制出了基于不同原理的高压直流断路器。
2012 年ABB 公司研制出了世界第一台直流电网用的混合式高压直流断路器样机，并成功进行了80 kV/5 ms/9 kA(额定电压/分断时间/最大分断电流)的模块单元试验；此后Alstom 公司也研制出了120 kV/5.5 ms/5.2 kA的原理样机。
国内关于高压直流断路器的研究工作起步较晚但成果卓著。
2014 年底，由南方电网科学研究院牵头研制出了55 kV/5 ms/16 kA 的高压直流断路器单元样机；紧接着由国网智能电网研究院自主研制出200 kV/3 ms/15 kA 试验样机，它们都标志着我国已经步入大功率高压直流断路器样机研制阶段。
熔断器是过电流继电保护装置与开断装置合为一体的开关设备，根据电流超过规定值一段时间后，以其自身产生的热量使熔体熔化，从而断开电路。
熔断器的选择主要依据负载的保护特性和短路电流的大小选择熔断器的类型。
熔断器具有结构简单、使用方便、价格低廉等优点，在低压系统中广泛被应用。
直流断路器根据电流开断方式不同，主要有机械式直流断路器、固态直流断路器和基于二者结合的混合式直流断路器。
1．机械式直流断路器通态损耗低，但快速切断故障电流能力不强(目前最快仍需要数十毫秒)。
近年来，完全由可控型半导体器件构成的直流固态断路器，以数毫秒级分断能力、无触点、分断不产生电弧等优点受到广泛关注。
1.1机械式高压直流断路器采用SF6 或者真空交流断路器作为主分断装置，具备通态损耗低、耐压强度高、可靠性高等优良的静态特性。
典型的机械式高压直流断路器按原理的不同可分为无源自激振荡型(如图1(a)所示)和有源他激振荡型(如图1(b)所示)2 种。
无源自激振荡型高压直流断路器利用电弧负阻特性与并联的L、C 电路谐振制造电流过零点熄灭电弧，结构简单、控制环节要求低、可靠性高，在端到端高压直流输电系统中的直流转换开关上有着广泛的工程应用，技术比较成熟。
有源他激振荡型高压直流断路器通过预充电的高压电容器向主分断支路注入反向电流来制造过零点，进而分断直流电流，技术门槛低，开断能力强。
机械式高压直流断路器的主要局限性是其分断速度和分断能力受制于自身物理机构的机械性能，使之难以满足VSC-HVDC 输电系统的要求。
此外，每次分断过程都要产生电弧容易带来开关触头的磨损，降低直流断路器的使用寿命，增加维护成本。
2．与机械式直流断路器相比，固态直流断路器切除故障电流速度更快，但通态损耗相对较大、成本较高。
2.1固态高压直流断路器固态高压直流断路器采用纯电力电子器件作为主分断装置，与传统的机械式断路器相比，其动态性能优势明显：开关速度极快(微秒级)；易于实现精确、智能控制；开关工作时没有电弧产生。
依据所采用的电力电子器件类型可分为2 种：半控型(如图2(a)所示)和全控型(如图2(b)所示)固态高压直流断路器。
半控型固态高压直流断路器采用半控型器件晶闸管构成主开关支路，配合辅助电路强迫电流转移，实现主开关支路上的电流过零关断，具有耐受电压高，分断能力强，可靠性高等优点；不足之处是增加的辅助电源和高压电容会使设备复杂化，增大占地面积，提高制造成本。
全控型固态高压直流断路器通过大量串、并联的全控型器件(IGBT、集成门极换流晶闸管(integrated gate commutatedthyristors，IGCT)、发射极关断晶闸管(emitter turnoff thyristor，ETO)等构成阀段来对直流电流进行直接分断，分断原理简单，动作迅速，但是器件串联技术还需要更深入的研究。
固态高压直流断路器是有吸引力的方案，只是通态损耗很高，往往占换流站传输功率的30%，限制了其工程化的应用前景。
3．混合式直流断路器用快速机械开关导通正常运行电流，固态电力电子装置开断短路电流，有效地结合机械式断路器通态损耗小、固态断路器开断速度快等优点。
混合式高压直流断路器继承了机械式直流断路器优良的静态特性和固态直流断路器快速分断的动态特性，被认为是最可能在未来直流电网中得到大范围应用的一种高压直流断路器。
典型的混合式高压直流断路器有半控型拓扑(如图3(a)所示)和全控型拓扑(如图3(b)所示)两大类。
图3 所示的半控型和全控型混合式高压直流断路器的基本原理均是先触发导通固态开关支路以提供电流通路，然后分闸机械开关产生电弧，利用弧压使电流转移到固态开关的电流通路中去；待机械开关熄灭电弧后，固态开关承载全部电流，之后的分断过程则和固态直流断路器相同。
2 种类型的混合式高压直流断路器在设计上集中体现了“零电压关断”的设计思路。
将固态开关和机械开关并联，在换流过程中，机械开关仅承受固态开关支路的通态压降(百伏级)，而大功率电力电子器件只在故障时导通大大降低了整体的损耗。
不足之处是二者均未能实现“零电流关断”，关断过程中会产生电弧，在数百kV 的高压应用场合仅靠弧压转移电流其可靠性有待提高。
3.1混合式高压直流断路器方案3.1．1 拓扑结构及特点本文提出了一种基于IGBT 串联技术的混合式高压直流断路器方案，实现了高电压条件下直流电流的双向、快速、无弧分断，具体拓扑结构如图4所示。
主要由辅助转换开关、主分断开关、直流负荷开关、快速隔离开关、避雷器和限流电抗器等组成。
其中，2 个辅助转换开关对称布置，以实现双向稳态通流，并在故障态下将故障电流转移至主分断开关支路；快速隔离开关主要有2 个功能：一是保护辅助转换开关，二是建立一次电压隔离，确保电流均转移到主分断开关支路；主分断开关用来进行故障电流的分断；直流负荷开关则用来进行计划任务下稳态负荷电流的分断。
具体地，BRK1、BRK2 为快速隔离开关，BRK11、BRK21 为普通隔离开关，BRK3 为交流断路器；1—4 为少量IGBT 串联构成的阀段，5 为大量IGBT构成的串联阀；R1、R2 为启动电阻，用以在直流断路器投运过程中确保与之并联的固态开关可靠导通而不致损坏；限流电抗器L1、L2 用来抑制短路电流上升率；储存在限流电抗和线路中的能量则可以通过续流二极管D1、D2 形成回路耗散。
相较于其他基于IGBT 的混合式高压直流断路器方案，本文提出的方案有着独有的优势：1）双向开断故障电流时共用一个主分断开关，节省了IGBT 数量，在相同开断电流能力的条件下使用的IGBT 数量仅为其他方案的一半，而增加的直流负荷开关技术成熟，价格较为低廉，在未来电压等级较高的直流工程中应用具备一定的成本优势；2）利用两侧续流二极管替代主分断开关单元中IGBT 的反并联二极管，使得IGBT 模块不再受限于二极管的损耗、性能和浪涌电流承受能力，便于IGBT 模块显著提升性能，同时也为未来研制适合于高压直流断路器专用的IGBT提供一个备选方向。
3.1.2 工作原理混合式高压直流断路器工作过程可分为开通过程、稳态分断过程和故障态分断过程。
现以图示电流I dc 为正方向分析各个过程的工作原理，反方向同理。
1）开通过程。
先合闸隔离开关BRK1、BRK2、BRK11 和BRK21，再合闸交流断路器BRK3，待电流稳定后触发导通IGBT1 和IGBT3，由于它们的内阻远小于启动电阻R1 和R2，电流将迅速转移至IGBT1 和IGBT3 所在支路，之后分闸BRK11 和BRK21，待电流稳定后给予IGBT2 和IGBT4 触发脉冲，使它们在断路器稳态运行时一直处于“预导通”状态，以便分断反方向的故障电流，至此高压直流断路器完全投入运行。
辅助转换开关的通态压降通常在几伏以内，将其作为稳态导通支路会使设备的损耗降到非常低的水平。
2）稳态分断过程。
当系统需要转换运行方式或对某一条线路进行检修维护时，只要分断正常负荷电流即可，允许的分断时间相较故障态分断可以长很多，利用机械式直流负荷开关来分断足以满足要求，从而减少了使用主分断开关的动作次数，延长了其使用寿命，提高了直流断路器整体的可靠性。