高压直流输电系统故障分析及其保护方案
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。
几种高压直流线路保护浅析
几种高压直流线路保护浅析摘要：本文对高压直流输电线路的几种基本线路保护进行了介绍，对保护原理进行了简要分析。
关键词：直流线路保护、纵差保护、行波保护、突变量和欠压保护。
0引言高压直流输电近年在我国得到了飞速发展，直流线路保护是高压直流线路稳定运行的重要保障，线路保护的正确动作以及动作后再启动程序的正确执行关系到直流系统的稳定运行。
1 直流线路保护介绍1.1 直流线路行波保护（1）行波保护：根据波理论，电压和电流都可以看作以接近于光速向两个方向传播的行波。
当接地故障发生时，电压的突然下降会在线路中造成很大的能量释放，这些能量以波的形式进行传播，所以如果能检测到波的变化，就能检测到故障。
当接地故障发生后，一部分故障电流在线路中传播，一部分故障电流进入大地，所以引入了极波和地波的概念：Wpm=IDL×Zpm-UDL Wgm=IDN×Zgm-UDN 程序通过周期性的比较极波来判断是否发生了接地故障。
如果在某点检测到当时的极波与前两个周期的极波的差值超过了门槛值，然后就以一定的延时再进行三次比较，如果这三次的差值也超过了门槛值，就认为检测到了接地故障。
通过检测地波是增加还是减少，来区分是本极故障还是另一级故障。
（2）ABB行波保护判据基本原理当直流线路上发生对地短路故障时，会从故障点产生向线路两端传播故障行波，两端换流站通过检测极波b（t）＝ID·γ－UD（式中：γ为直流线路的极波阻抗，ID和UD分别为整流侧直流电流和直流电压）的变化，即可检知直流线路故障，构成直流线路快速保护；另一方面，故障时两个接地极母线上的过电压吸收电容器上会分别产生一个冲击电流，利用该冲击电流以及两极直流电压的变化即可构成所谓地模波，根据地模波的极性就能正确判断出故障极。
1.2线路差动保护原理图1在图1的系统图中，设两侧保护的电流IM、IN以母线流向被保护的线路方向规定为其正方向。
以两侧电流的相量和作为继电器的动作电流Id，Id=│I&M+ I&N│，该电流有时也称做差动电流。
高压直流输电技术的关键问题分析
高压直流输电技术的关键问题分析在当今能源需求不断增长和能源分布不均衡的情况下，高压直流输电技术作为一种高效、可靠的输电方式，在电力系统中发挥着越来越重要的作用。
高压直流输电技术具有输电容量大、输电距离远、损耗低等优点，能够实现不同区域电网的互联，优化能源资源配置。
然而，在其应用过程中，也面临着一些关键问题需要解决。
一、换流器技术换流器是高压直流输电系统的核心设备，其性能直接影响着输电系统的可靠性和效率。
目前，常用的换流器主要有晶闸管换流器和绝缘栅双极型晶体管（IGBT）换流器。
晶闸管换流器技术相对成熟，成本较低，但存在换相失败的风险。
换相失败是指在换流器换相过程中，由于某些原因导致换相不能正常进行，从而引起直流电压下降、直流电流增大等问题，严重时可能会导致系统故障。
为了减少换相失败的发生，需要优化换流器的控制策略、提高交流系统的强度等。
IGBT 换流器具有开关速度快、可控性好等优点，但成本较高。
随着技术的不断进步和成本的降低，IGBT 换流器在高压直流输电领域的应用有望逐渐增加。
二、直流输电线路的绝缘问题高压直流输电线路的绝缘要求比交流输电线路更高。
这是因为直流电压下，绝缘子表面的积污更容易导致沿面放电，而且直流电场分布不均匀，容易引起局部放电。
为了解决绝缘问题，需要选用合适的绝缘子材料和结构。
目前，常用的绝缘子有瓷绝缘子、玻璃绝缘子和复合绝缘子。
复合绝缘子具有重量轻、耐污性能好等优点，但在长期运行中可能会出现老化问题。
此外，还需要对输电线路的电场分布进行优化设计，采用均压措施来减少局部电场集中。
三、直流输电系统的控制与保护高压直流输电系统的控制与保护是确保系统安全稳定运行的关键。
控制策略需要根据系统的运行状态实时调整直流电压、电流等参数，以实现功率的准确传输和系统的稳定运行。
在保护方面，需要快速准确地检测故障并采取相应的保护措施，如闭锁换流器、切除故障线路等。
同时，还需要考虑故障后的系统恢复策略，尽快恢复系统的正常运行。
高压直流输电系统控制保护整定技术规程
高压直流输电系统控制保护整定技术规程1. 引言高压直流输电系统是一种高效、稳定的输电方式，具有输送大容量、远距离、低损耗等优势。
为了确保高压直流输电系统的安全运行，需要制定一套科学、合理的控制保护整定技术规程。
本文将对高压直流输电系统的控制保护整定技术进行全面详细、完整深入的介绍。
2. 控制保护整定技术的重要性高压直流输电系统是电力系统中的重要组成部分，其稳定运行对于保障电力供应的可靠性至关重要。
控制保护整定技术的合理应用可以提高系统的稳定性，降低故障风险，确保系统的安全运行。
因此，制定一套科学、合理的控制保护整定技术规程对于高压直流输电系统的运行和管理具有重要意义。
3. 控制保护整定技术规程的编制原则制定高压直流输电系统控制保护整定技术规程时，需要遵循以下原则：•安全性原则：确保系统的安全运行是制定技术规程的首要原则。
规程中应包含可靠的控制保护措施，以保护系统免受故障和意外情况的影响。
•稳定性原则：保持系统的稳定运行是制定技术规程的核心原则。
规程中应包含合理的控制策略和整定参数，以确保系统在各种工况下都能保持稳定。
•经济性原则：合理利用资源，降低运行成本是制定技术规程的重要原则。
规程中应包含经济有效的控制保护方案，以最大程度地提高系统的运行效率。
•可操作性原则：规程应具备可操作性，方便运维人员实施。
规程中应包含清晰的操作指南和参数设置方法，以便于实际应用。
4. 控制保护整定技术规程的内容高压直流输电系统控制保护整定技术规程的内容应包括以下方面：4.1 控制策略•控制模式：规定高压直流输电系统的控制模式，包括整流侧和逆变侧的控制方式。
•调节策略：规定控制系统的调节策略，包括电流控制、电压控制、功率控制等。
•控制参数：规定各个控制参数的取值范围和整定方法，确保系统的稳定运行。
4.2 保护策略•故障检测：规定故障检测的方法和准则，包括过流保护、过压保护、短路保护等。
•故障定位：规定故障定位的方法和准则，包括故障测距、故障类型识别等。
HVDC-Ch7-直流输电系统主要保护的配置
7.2 换流站直流侧配置的主要保护
直流谐波保护 通过对直流电流中的异常谐波， 主要是工频和二次谐波进行检测，超过整定允许值 并长达预定时间后，启动保护程序停运直流系统。 主要针对交流系统故障、换相失败、或换流阀的触 发失灵等故障。
7.2 换流站直流侧配置的主要保护
换流站接地网保护 通常对换流站内接地网的电 压和流入接地网的电流进行检测，如果发生过电压 或过电流则启动相应的停运直流系统的保护程序。 当直流系统为双极平衡运行工况时，直流接地网过 电流保护动作应使直流系统双极停运，以避免造成 更大的过电流流入而损坏站内接地系统。
7.2 换流站直流侧配置的主要保护
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、故障自检报警和主备设备的切换逻辑。
7.2 换流站直流侧配置的主要保护
极中性母线保护 通过检测换流阀中性母线侧电 流、直流滤波器电流以及流入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 压和直流电流的监测，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。
直流电压略有上升或下降 直流电压下降 所在阀的健全元件所受电压增大 交流电流激增，直流电压下降 交流电流激增，直流电压下降为0
7 直流输电系统主要保护的配置
保护措施的基本手段： ➢ 急速改变制极脉冲 ➢ 投入旁通阀或旁通对 ➢ 投入旁通刀闸 ➢ 交流短路器跳闸 ➢ 自动再起动
7.1 直流输电系统保护的特性要求
➢ 快速性、灵敏性、选择性和可靠性 ➢ 抗电磁干扰和抗暂态谐波干扰性能 ➢ 双极系统中两个单极的保护必须完全独立 ➢ 多重化配置，并具很强的软、硬件自检功能
高压直流输电系统故障分析及其线路保护方案
高压直流输电系统故障分析及其线路保护方案作者：孙天甲来源：《科技创新与应用》2015年第04期摘要：近年来，随着社会的发展，高压直流输电技术也得到了较快的发展，高压直流输电技术凭借其显著的经济效益与社会效益在社会中得到了广泛的运用，但是如何提高高压直流输电系统运行的安全性与可靠性成为了急需解决的问题，文章主要对高压直流输电系统中容易发生的故障进行分析，并提出高压直流输电线路保护方案。
关键词：高压直流输电系统；故障分析；线路保护引言高压直流输电系统拥有输送电流容量大、功率调节容易、电网互联方便、送电距离远、线路走廊窄等优势，因此在远距离电能传输、分布式能源接入电网、非同步电网互联以及大城市中心区域电缆供电等领域拥有明显的优势[1]，我国也已经成为了直流输电大国，高压直流输电系统一旦出现故障，将会造成较大的经济损失与威胁用户的安全。
因此提高高压直流输电系统运行的安全性与可靠性是人们普遍关注的问题，也是急需解决的问题。
1 高压直流输电在大都市受端电网的应用前景高压直流输电技术与交流输电技术相比较而言，高压直流输电技术不存在系统稳定问题，限制短路电流，调节快速、运行可靠，没有电容充电电流这些问题，因此高压直流输电技术在长距离大容量输电以及电网的互联方面适用性很强。
而且就我国目前电网发展的情况来看，中部和东部沿海地区电力消费占80%左右，而我国水能资源主要集中于西部和西南部地区，使中部和东部沿海地区大都市存在远距离、大容量输电以及电网互联等方面的问题[2]，而且在大城市的电网发展中，动态无功不足、短路电流增大、可再生能源发电电源并网运行影响电网运行稳定等问题越来越突出，继续解决高压直流输电凭借其优势能够很好的解决这些问题。
现阶段，我国特高压输电技术还不够成熟，而且直流输电可控性高，在隔离故障方面，效果较好，在输电运行管理方面也比特高压输电技术更有优势，采用直流输电解决电网互联问题，可以有效的解决两网之间互相干扰问题，保持两网之间的稳定性。
特高压直流系统解锁异常故障分析
特高压直流系统解锁异常故障分析摘要：从一起特高压直流输电解锁异常的故障着手分析，得出了该故障的根本原因是双极解锁命令的不同步。
根据故障原因，提出了改变解锁命令传输方式的改进措施，并通过试验验证了该措施的有效性，保证了直流系统的可靠运行，对后续的新建工程有一定的指导意义。
关键词：特高压直流系统；解锁异常故障；解锁命令1特高压直流输电系统的基本原理特高压直流输电技术是以直流电的方式实现电能传输的技术。
直流电必须经过换流实现直流电变交流电，然后与交流系统连接。
图1是特高压直流输电系统的结构示意图。
发电系统发出的三相交流电先在A端升为高压交流电，随即高压交流电经整流器H1与H2作用转为高压直流电流。
然后高压直流电流流过直流输电线路L1、L2到达逆变侧。
接着通过逆变器H3与H4转为交流电流。
最后通过T3与T4降低电压到达交流系统。
在特高压直流输电系统中，整流器与逆变器的结构相同，但作用恰好相反。
整流器的作用是把直流电转换成交流电。
而逆变器则将直流电转换成交流电。
图1特高压直流输电系统结构图2故障过程故障前某换流站的运行方式为双极高端阀组热备用，双极低端阀组隔离，如图2所示。
对端B换流站与某换流站运行方式相同，直流计划采用双极典型方式二（双极高端阀组解锁，双极低端阀组保持隔离）进行启动。
以运行人员工作站（Operator Work Station，OWS）操作下令的绝对时间00∶14∶32.000为此次事件的相对起始时间t0=0，故障时间序列为：1）t=0，运行人员同时下发极1单阀组解锁命令、极2单阀组解锁命令；2）t=1.386 s，极1控制系统收到解锁单阀组命令；3）t=1.397 s，极1高端执行解锁命令；4）t=1.464 s，交流滤波器投入命令产生；5）t=1.885 s，5642交流滤波器（HP12／24型）投入；6）t=2.350 s，极1高端阀组解锁完成；7）t=2.436 s，极2控制系统收到解锁单阀组命令；8）后续时间内极2高端阀组未执行解锁命令。
高压直流输电系统接地极断线保护原理及隐患分析
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其保护原理为 ： １ ）长 时 间 中性母 线 过 电压 是 接 地极 引 线 开
路保 护 的判 据 。 ２ ） 如 果保 护 检测 到 中性 母 线 电压 过 高 时 ， 保
闭锁 的隐患 ， 就是其 中的一个典型 ， 将从接地极 断线保护原理 、 直流分压器故障可能引起的闭锁 隐患 的分 析及 该 隐 患 的 解 决 方 法 三 个 方 面 来 论
华 新 换 流 站 阀 厅 中 性 线 上 采 用 了
Ｓ Ｃ Ｈ Ｎ Ｅ ＷＮ Ｄ Ｔ公 司 的 Ｈ ＶＲ — Ｏ Ｏ型直 流分压 器 ，
４ ） 该保护动作为单系统直接出口， 不切换系
统［ ３ １ 。
动作逻辑简图：
１ ）逻 辑 一 ： Ｕ Ｄ Ｎ ＞ １ ０ ｋ Ｖ 时 ，延 时 ６ ０ ｓ合 Ｎ Ｂ Ｇ Ｓ ， 若 故 障未 消除则 延 时 ９ ０ ｓ 跳闸。
一
线电流降低 ， 此时通过判 断 Ｕ Ｄ Ｎ （ 中性母线电压 ）
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高压直流输电系统故障分析及其保护方案
摘要：因为高压直流输电系统承载的电流容量高、功率易调整、电网连接便利，适合应用在较远距离的电能输送、城市商业区电缆供电等。
但是，根据现阶段高
压直流输电系统看，故障问题仍然存在，对社会经济发展与人们生命安全构成威胁。
因此，做好输电系统保护成为重要研究课题。
鉴于此，笔者结合实践研究，
就高压直流输电系统故障分析与保护方案进行简要分析。
关键词：高压直流输电系统；故障分析；保护方案
社会经济的进步、企业经济效益的提高，高压直流输电系统发挥了重要作用，因为其特点优势也得到广泛推广与应用。
不过，怎样保证高压直流输电系统运行
稳定和安全性也得到了重视。
一、高压直流输电系统发展
高压直流输电和交流输电技术对比，前者有着较强的稳定性，安全性、调节
迅速，在较远距离大容量输电和电网连接中得到了广泛应用。
根据当前电网建设
发展状态分析，我国中部与东部沿海区域电力使用达到84%；水能资源多在西部、西南区域，导致中部、东部沿海城市大容量电力输送困难。
此外，城市电网建设
存在动态无功问题、短路电流较高、电网运行安全性等成为所关注的问题；而通
过高压直流输电系统可以有效处理该问题。
当前，国内特高压输电技术有待进一步完善，加之直流输电操控性强，在隔
离故障上效果显著，运行管理方便；通过直流输电能够有效处理电网管理不足，
确保电网系统之间不受影响，确保稳定性。
高压直流输电的推广应用，其内换流
器经济投入少、换流站使用率高，今后发展空间较大。
二、直流输电故障问题现状
笔者以某城市电网直流输电为例，该电网为城市最大电网但仍然存在不足。
500千伏电网是该城市电网电力吞吐的主网架，其安全水平较低，供电稳定性与
水平无法达到标准要求，无功功率降低。
针对这一问题，选择将直流输电系统安
装在500千伏城市环网和市外受电通道中，系统两端交流电网短路容量无法传输，保证500千伏电网输送顺利。
220千伏电网作为该城市电网的主体供电网络，供
电效果差、无功电源容量低；经过系统研究和分析，选择把柔性直流输电系统安
装在220千伏分区电网的主要联络通道中，提升了电网供电水平，效果显著。
此外，直流输电在三峡--上海±500千伏直流输电上也得到了应用。
三峡-上海±500
千伏直流输电工程线路全长1048.6千米，输送容量300万千瓦，如果根据中强度全铝合金导线替代普通导线推算，常规功率下，一年的输送小时数为4000小时，可节约电能7.98万千瓦时/千米，全线每年可节电8372万千瓦时。
三、高压直流线路故障问题
高压直流线路优点在于：无需提高系统的短路容量就可以达到电力系统的非
同期联网操作、不同频率的电力系统联网。
通过直流系统的功率调节有助于提升
电力系统阻尼，避免低频振动，提升交流输电线的输电水平。
但是，高压直流线
路也存在一定问题：直流输电线路无法引出分支线路，多运用端对端送电。
国外
有地区计划建设五端直流输电系统至今已经建成三端直流输电系统，达到了不同
端直流输电系统的关键技术困难是不同运行条件下的线路功率控制不足。
现阶段，通常三端以上的直流输电系统技术难以达到经济合理效果。
（一）天气影响
在恶劣天气如：暴雨、雷鸣环境下，因为直流系统两根极线为反向，遇到恶
劣天气容易造成直流线路异常。
当直流受到雷击后对电压稳定性造成影响，导致
电压增加。
该阶段若直流线路的绝缘无法承载较高电压，其直流线路将发生故障
问题。
（二）对地闪络
因为直流线路杆塔绝缘处于外部环境下，容易受到环境变化影响或者树枝摩
擦等导致绝缘受损、绝缘性降低出现对地闪络问题。
当直流线路发生对地闪络故障，其电压与电流也会突发性增加且快速在闪络点分散至两侧的换流站输送，电
压增加造成直流线路放电。
最终，线路出现高频的暂态电压与电流。
针对这一问
题一般需要切除直流电源，但若无法快速切除就难以处理，对直流线路运行造成
阻碍。
（三）其他故障问题
一般情况下，高压直流线路较长，长时间使用受到其他因素影响容易导致线
路断线。
高压直流线路穿梭于树枝之中，受树枝影响发生高阻接地问题将导致高
压直流线路故障；加之，高压直流输电线较长，线路段容易与各电压等级的交流
输电线路相交。
长此以往，直流与交流线路接触导致高压直流线路故障问题。
（四）多回路直流输电闭锁问题
电网运行异常导致多回路直流输电闭锁后，造成交流通道承载电压较大、系
统无功需求升高、电压陡降或者交流线路连锁跳闸，对经济效益影响严重。
对此，首先应找到导致回路直流输电闭锁的问题。
高压直流输电系统单元不断出现瞬时
故障，造成现场总线系统不断变换导致电网故障。
换流站中双极区若出现问题将
引发电网异常、回路直流输电闭锁造成换流站无法正常运转。
由于交流系统问题
造成多回路直流输电闭锁，直流系统双极停止运行。
（五）换相失败
换线失败是高压直流输电系统逆变器常见故障问题，主要因为两个阀组换相
时未完成或是计划关断的阀在关断后承载反向电压后，无法恢复阻断要求而造成的，影响直流电压稳定性与直流电流提高，让换流站设备承载较大应力。
如果处
理不当继而导致换相失败。
针对这一，还需要我们立足于换相失败发生机理与影
响因素对直流输电系统稳定性展开分析。
四、高压直流输电系统保护方案
直流输电线路保护作为直流输电系统的重要保护，关乎着直流输电线路运行
稳定性。
直流输电系统多应用在较远距离输电中，线路跨度较大进而也使得故障
问题几率较高，直流输电线路故障问题将对电网稳定性造型影响。
因此，我们应
给予高度重视，从根本上做好高压直流输电保护防止，立足于多方面。
因为高压
直流线路对保证系统稳定、安全具有重要意义，加之因为高压直流线路长易出现
短路、雷击、高阻接地等多种问题，安全性得不到保证并制约着直流输电系统正
常运行。
另一方面，当前直流输电线路行波保护极易受到一些因素影响，例如：
雷击、交流侧故障等，高压直流线路的高阻接地安全问题不断。
对此，想要确保
直流输电系统稳定运行，进行线路故障暂态研究成为当务之急。
高压直流线路故
障暂态中蕴藏着较多故障数据，经过直流线路故障暂态帮助了解直流线路故障原因、故障时间、故障方向等。
经过故障暂态数据找到有意义的数据，制定可行性
方案展开继电保护。
线路故障暂态数据可以把低、高频的能量用于参照，扩大各
故障暂态过程间的不同，确保直流线路故障研究正确。
结语：
综合分析，伴随着城市化进程的加快、社会生产力的提高，人们生活方式的
改变，对于电能源的需求逐渐增加。
而高压直流输电系统关乎着系统稳定和人们用电稳定，能够确保城市、偏远地区供电需求与安全性，在电力系统扮演着重要角色。
不过，高压直流输电系统运行稳定也是群众所关注的焦点，所以，相关单位做好高压直流输电系统故障调查且制定保护方案成为重要工作，应给予高度重视。
笔者围绕题目分别从：高压直流输电系统发展、直流输电故障问题现状、高压直流线路故障问题、高压直流输电系统保护方案，四方面进行分析，希望对高压直流输电系统保护方案起到帮助性作用。
参考文献：
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