直流输电保护

直流输电系统保护(proteetion of HVDC system)检测发生于直流输电系统中两端换流站及直流输电线路和两端交流系统的故障，并发出相应的处理指令，以保护直流输电系统免受过电流、过电压、过热和过大电动力的危害，避免系统事故进一步扩大的技术。

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外，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。新建的直流工程均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直流侧保护、交流侧保护和直流线路保护三大类，并分为6个保护分区:①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; ②换流阀保护区，包括换流阀及其连线;③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，④中性母线保护区，包括单极中性母线和双极中性母线;⑤接地极引线和接地极保护区;⑥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主要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降工况,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并防止故障的发展。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，如果故降进一步发展，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，使直流电流很快到零，直流线路迅速去能，然后闭锁触发脉冲并断开所连的交流滤波器和并联电容器，如果需要与交流系统隔离，则进一步跳开交流断路器。在断开断路器指令发出的同时应投人断路器失灵保护。因此，直流控制和保护的匹配，既能快速抑制故障的发展、迅速切除故障，又能在故障消除后迅速恢复直流系统的正常运行。

双极直流系统中，各极的直流保护应完全独立，必须避免单极故障误引起直流系统双极停运。对于双极公共部分的保护，如双极中性母线的保护，或接地极的保护，应具有准确的判据和措施，尽量减少直流系统双极停运。

对直流系统保护的另一要求是:虽然保护动作要影响两端换流站系统，但不管故障发生在整流侧还是在逆变侧，保护尽量不依赖于两端换流站之间的通信. 直流系统保护的功能和参数，必须针对不同工程的交直流系统特性，与直流控制系统，以及与相关交流系统的继电保护和安全自动装置的功能和参数进行统一的研究、设计、匹配和试验，以确保直流系统设备的安全、直流系统的高可靠性和可用率，以及相关交流系统的安全。

直流输电系统保护的配置。直流输电系统保护通常按直流输电系统保护特性要求配置各种保护功能，对于每个设备或保护区要求配置不同原理的主保护和后备保护，这些保护可分为直流侧保护、交流侧保护和直流线路保护三大类。

1、直流侧保护

主要包括:换流器保护、极中性母线保护、直流滤波器保护、平波电抗器保护、直流电压异常保护、直流谐波保护、换流站接地网保护、金属返回线故障保护、直流开关场开关设备保护、双极中性母线保护和接地极引线保护. 换流

器保护主要有换流器的各种差动保护，过流保护以及换流器本体的保护等。通过对换流变压器阁佣套管中、换流器高压端直流线路出口处、以及换流器中性母线处的电流互感器测量值的比较，根据各电流的差值情况可区别不同的换流器故障而设工不同的保护.如:以交流电流大于直流电流为判据的桥差保护可作为换流阀内或换流变压器阀侧连线的短路故障保护;以换流器直流侧高压端和低压端电流的差别为判据的极差保护可作为极出口短路故障的保护;以直流电流大于交流电流为判据的差动保护可作为逆变器的换相失败或不触发故障的保护等.对于换相失败故障的保护，通常要求延时(约200ms左右)动作，以避免当换相失败可自行恢复时而不必要地停运直流系统。

通过对换流变压器阀侧电流、换流器直流侧中性母线电流以及换流阀冷却水温度等参数的测量，可构成换流器的过电流保护，它不仅保护换流器.而且可保护相关的设备。

此外，根据对交流电压的测量、换流变压器分接头位置的测量，可设置电压应力保护并联动分接头控制，防止交流电压变化引起的换流阀及其它换流设备电压应力的增加。

对于换流器的触发脉冲，通常均设置监视系统.通过控制系统发出的脉冲与换流器晶闸管元件实际的触发脉冲的比较，可对换流器的误触发或丢失脉冲进行辅助保护.在阀内，需为晶闸管设置强迫导通保护，以避免当阀臂导通时，某个晶闸管不开通而承受过大的电压应力。

对于换流器本体，通常要求设置阀温度的监视。大部分工程使用温度的计算值，以对阀的过热应力进行保护。对于晶闸管工作状态的监视是换流器必不可少的。当晶闸管击穿损坏个数达到一定程度时，则必须闭锁换流器。由于换流器中的晶闸管元件备有冗余量，因此击穿损坏的晶闸管数量不超过冗余量时，可进行报警处理.换流器应进免在过大的触发角下运行，因此还可针对触发角设置保护性监视，以避免阀承受过大的换相应力。

换流器的辅助设备，如阀冷却系统、阀控制及其辅助电源系统，以及测量系统等都是十分重要的，工程中通常均需双重化配置，并配有性能良好的监测、故障自检报带以及主设备和备用设备的切换逻辑。

极中性母线保护通过检侧换流阀中性母线侧电流、直流滤波器电流以及流人接地极引线的电流并比较它们的差值，可以对中性母线或连接于中性母线的相关设备(如滤波器或电容器)的接地故障设置极中性母线差动保护。根据阀中性母线侧直流电压和直流电流的监侧，可以判断极中性母线的开路故障并采取停运直流系统的保护措施。

直流滤波器保护通常为常规结构的直流滤波器设置谐波电流过负荷保护、差动保护和电容器组不平衡保护，以防止外部及其内部故障造成设备的损坏。对于电容器元件的监视，通常进行告警和进一步停运的分段保护措施.电容器组不平衡保护的参数设置应根据工程进行具体研究，既要灵敏又不应误动，而且应特别注意当电容器组对称损坏时，由于测试不到不平衡电流而出现保护拒动。

对于有源直流滤波器，其电子回路部分的自检、多重配置及主备故障切换是必要的。

平波电抗界保护对于油浸式平波电抗器，其本体保护配置与常规的交流变压器保护相同。对于空气绝缘的平波电抗器一般没有特殊的保护配里，但应配置绕组的温度监视。平波电抗器的对地短路故障，通常由换流器直流侧保护中的极差动保护进行保护。