高压直流输电系统两种最后断路器跳闸保护比较
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。
特高压直流输电内过电压的几个技术问题
特高压直流输电内过电压的几个技术问题 朱艺颖，蒋卫平，吴娅妮, 吴子平(中国电力科学研究院，北京市海淀区 100192)摘要：基于金沙江一期向家坝—南汇±800 kV直流输电工程的具体参数，利用电磁暂态计算软件EMTP-RV，针对特高压直流输电内过电压的几个技术问题进行了详细的仿真计算和分析总结，并对高压直流输电内过电压的研究方法提出了可行性建议。
研究结果表明，高压直流输电系统控制保护动作时序对内过电压影响较大，在研究高压直流输电系统的内过电压时，应尽可能模拟实际直流输电系统控制保护的动作时序，以确保仿真结果更加接近实际系统。
关键词：内过电压；直流输电；控制保护0 引言电力系统内过电压是指由于电力系统故障和/或开关操作引起电网中电磁能量的转化，从而造成瞬时或持续时间较长的高于电网额定允许电压并对电气装置造成潜在威胁的电压升高。
电力系统内过电压是发展高压、超高压及特高压电网所必须研究的重要课题，它既影响变压器、断路器、输电线路等电力设备绝缘强度的合理设计，还直接关系到电力系统能否安全可靠运行[1-3]。
内过电压分为操作过电压和暂时过电压两大类。
故障或操作时瞬间发生的过渡过程过电压称为操作过电压，其持续时间一般在几十毫秒之内。
操作过电压结束后出现持续时间大于0.1ms至数秒甚至持续时间更长的过电压称为暂时过电压，暂时过电压又分为工频过电压和谐振过电压[3-5]。
高压直流输电的一个显著特点是可以通过快速调节两端换流器的触发角，控制直流系统的电压和电流，并将故障对设备的影响降到最低，即直流输电系统的性能极大地依赖于控制系统[6-8]。
由于直流输电控制保护系统在故障或操作发生后几毫秒内即能动作，研究直流系统的内过电压时，应考虑控制保护的动作特性。
引起直流输电系统操作过电压的操作或故障一般包括投入和重新投入交流滤波器或并联电容器以及清除交直流侧对地故障、换流器内部短路故障等[9-10]。
本文结合±800 kV向家坝—上海直流输电工程，仿真计算模型中采用实际工程的具体参数，采用电磁暂态计算软件EMTP-RV[11]，针对几个典型故障形式下的过电压，模拟了不同的控制保护特性，不同的避雷器布置方式，并对仿真计算结果进行了对比分析。
特高压直流与常规直流工程最后断路器保护浅析
特高压直流与常规直流工程最后断路器保护浅析许卫刚;张志宏;单哲;査申森;汪道勇【摘要】为防止逆变站交流系统甩负荷后引起的严重过电压,通常会在逆变站安装最后断路器保护.在±800kV向家坝-上海直流工程中,ABB公司采用了不同于常规直流的最后断路器保护设计理念.从保护信号采集、保护逻辑、存在隐患等方面,阐述了特高压直流和常规直流中的最后断路器保护,并进行了对比分析.指出了常规直流最后断路器保护在设计上的局限性以及特高压直流最后断路器保护在运行中可能存在的问题,并提出了改进意见.该研究有助于提高现有直流工程的运行可靠性,并对将要投产的特高压直流工程的运行维护工作有一定指导意义.【期刊名称】《江苏电机工程》【年(卷),期】2010(029)005【总页数】5页(P6-10)【关键词】特高压直流;常规直流;最后断路器保护;过电压【作者】许卫刚;张志宏;单哲;査申森;汪道勇【作者单位】常州供电公司,江苏,常州,213003;常州供电公司,江苏,常州,213003;常州供电公司,江苏,常州,213003;江苏省电力设计院,江苏,南京,211102;国网运行分公司,上海,201708【正文语种】中文【中图分类】TM86最后断路器保护是直流工程逆变站的重要保护。
当逆变侧失去交流电源后，由于换流母线上连接的大量无功补偿设备不能立即切除，如果直流系统未能及时闭锁，直流系统将会继续向其充电，从而引起严重的暂时过电压，对阀、避雷器、换流母线等造成影响[1-3]。
为了防止这种情况的发生，在高压直流输电系统的逆变站中通常都安装了最后断路器保护，以确保在发生上述情况时可以迅速将阀闭锁[4]。
但是在常规直流的实际应用中，该保护暴露出一些问题，存在安全隐患。
因此在±800 kV向家坝-上海直流工程中，ABB公司采取了不同的保护设计思路。
文中对特高压直流和常规直流最后断路器保护进行了对比分析，指出了可能存在的隐患，并提出相应的整改建议。
高压直流输电线路的继电保护技术
高压直流输电线路的继电保护技术高压直流输电线路是远距离高功率输电的有效手段。
然而，如此高压高功率的电能输送也使其面临一系列安全问题。
为了保障高压直流输电线路运行的稳定性和安全性，继电保护技术变得至关重要。
本文将介绍高压直流输电线路的继电保护技术。
一、输电线路保护原理高压直流输电线路的保护实现原理与交流输电线路的保护机制类似，主要分为过电流保护和差动保护两种。
1、过电流保护高压直流输电线路的过电流保护是通过监测电流感应出的电压降与线路电阻之积来实现的。
通过仪器装置测量电流和母线电压的大小，计算出电路上的阻抗，并把所测阻抗值与保护电路设定值进行对比，如果所测阻抗值大于设定值，就会判断为线路发生了故障，触发保护动作，将故障电缆离线，防止故障扩散。
2、差动保护差动保护是高压直流输电线路最常用的一种保护方式。
利用保护组装置在电缆接口相对称形式接地，以及限制电缆过流，检测电缆设备两端电压差异，当差方程超过设定值时，保护装置就会立即动作，将故障电缆离线，以保护设备的安全。
高压直流输电线路的差动保护系统由保护电路和控制电路两部分组成。
保护电路包括电流互感器、电压互感器、比率变压器、差动保护装置等等，它们一起组成了一个保护单元。
控制电路则是用来控制保护单元的信号。
在高压直流输电线路中，通常采用多级差动保护，即将保护单元分为多级，每级检测不同的变压器和电缆段。
当某一级出现故障，它就会将相应的电缆离线，以保护整个电气系统。
因此，多级差动保护是高压直流输电线路中最主要的保护方式之一。
高压直流输电线路的过电流保护系统是采用液压技术实现的。
当电缆产生故障时，电缆中的电流会大于设定值，从而引起保护动作。
然后，液压系统将离线器打开，并切断电缆与输电系统的连接，以保护设备的安全。
高压直流输电线路的整体差动保护是一种全系统保护技术，它可以在高压直流输电线路的任意位置实行保护。
整体差动保护系统由两个保护单元组成，分别实时监测输电线路两端的电压和电流，各单元的输出信号经过中心处理器进行比较，如果大于设定值，则动作信号将传送给保护故障部分，保证了系统在任意位置的安全性。
变电所和车辆高速直流断路器的保护跳闸分析
２ １ ｄ／ 保 护 动作 过 程 ． ｉ 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 的电流上升率 时， 护起动 ， 入 保 进 延时阶段 ， 若在整个延时阶段 ， 电流 的上升 率都高于 保 护设定值 ， 那么保 护 出 口跳 闸 ； 在延 时阶段 ， 若 电流 上 升率 回落到保护设定值之下 ， 那么保护返 回。
２ 变电所高速直流断路器的电流增镶保护
原 理
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 ， 假设 列车 的最大 工作 电流 为 ４ｋ Ａ， 列车起动时电流从零增长到最大电流值约需要 ８ ， 那么 ｓ
一
如果有故障 ， 该车辆 的保 护先动作 跳 闸分析
障， ， △ 保护 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） 。以下简要介绍两种保护的动作 过程。
定热过负荷电流是 １ Ａ；一 大电流脱扣 的设置 范围是 ３ ｋ
３ ２ 直 流 过 流 跳 闸机械 晌 应 时 间 ． 图 ２显示 了机械响应时间和初始 电流上升率 之间
的 关 系
２２
保 护 动作 过 程
在 ｄ／ ｔ ｉ 保护 起动 的 同时 ， ， ｄ △ 保护 也起 动进 入 保
护延 时阶段 ， △ 保护起动 的时刻 起继电器开 始以起 从 ，
速、 清洁无污染 ， 节约空间资源的交通工具 受到大力提
倡 。广州地铁的 １２号线 的供 电方式 是 ： 内 １０ｋ 、 市 １ Ｖ
控制保护系统在高压直流输电中的对比
控制保护系统在高压直流输电中的对比摘要：ABB的ACH2和SIEMENS的SIMADYN D这两种系统是我国直流输电控制保护系统的发展前驱。
前者主计算机使用的是可靠性较高的多处理器的工业PC，具有强大的运算功能，但依然存在一些计算机和网络通信问题[1]。
后者具有很好的硬件平台，数据传输的安全性和可靠性更高，但系统抗干扰能力会随着硬件数量的增加而降低，计算机CPU的处理能力是处于不断更新的状态，但是硬件板卡功能却无法做到这一点。
本文主要对比分析控制保护系统在高压直流输电中的应用。
关键字：高压；直流输电；控制保护；对比1.前言直流电的发现促进了现代电能的发展。
从发现之日起，直流电所运用的范围仅仅为电机制造技术，后来逐渐被广泛应用在输电工程等领域，虽然之后又出现了交流电，但仍然阻止不了直流电的广泛运用。
近年，由于电力工程的迅速发展，直流输电工程在电网建设中所发挥的作用越来越大。
2.控制保护系统在高压直流输电的对比监视系统、站控系统、远动系统线路故障定位系统、阀冷却控制保护系统等统一构成了直流控制保护系统。
供货商的不同，导致直流控制保护系统的软件功能和硬件结构也会有所区别[2]。
目前主要有ABB的MACH2、SIEMENS公司的SIMADYN D、AREVA的SERIES V这三类技术。
2.1ABB的MACH2控制保护技术2.1.1设计特点1992年瑞典ABB公司在MACH技术的基础上研发出MACH2控制保护技术，该系统以现代计算机为基础，并采用高质量的工业标准总线和光纤通信链路连接，在该系统中的每个关键环节都使用特定的并行冗余方法，其控制理念主要为HVDC工程中的冗余和切换原理[3]。
2.1.2硬件结构MACH2系统所采用的硬件结构是分层结构，包括站层和设备层，每一层都有其特定的使用功能，其中站层主要用来进行电力系统里直流系统的相关功能以及一些电力直流设备的信号交换工作，具体包括对相关电力数据进行有效的采集、监控以及相关直流系统控制的区域网络系统。
高压直流输电线路继电保护技术探究
高压直流输电线路继电保护技术探究高压直流输电线路继电保护技术是指针对高压直流输电线路进行保护的一种技术手段。
高压直流输电线路具有输电容量大、线路损耗小、输电距离长等特点，但同时也存在风险较高的问题，如短路故障等。
为了保证高压直流输电线路的安全运行，需要通过继电保护技术进行故障检测、切除和隔离。
高压直流输电线路继电保护技术可以分为线路保护和阀组保护两个方面。
线路保护主要是针对线路发生短路故障时进行保护，主要包括差动保护和距离保护两种方式。
差动保护是通过对线路的电流进行检测和比较，当电流差值超过设定的阈值时，切除故障线路，以防止故障扩大。
距离保护是通过对线路的电压和电流进行测量，根据测量值计算出故障距离，当故障距离超过设定的阈值时，也会切除故障线路。
阀组保护主要是针对换流站的阀组进行保护，主要包括阀组差动保护、阀组电流保护和阀组电压保护。
阀组差动保护是通过对阀组的电流进行检测和比较，当电流差值超过设定的阈值时，切除故障阀组，以防止故障扩大。
阀组电流保护是通过对阀组的电流进行测量，当电流超过设定的阈值时，也会切除故障阀组。
阀组电压保护是通过对阀组的电压进行测量，当电压超过设定的阈值时，也会切除故障阀组。
高压直流输电线路继电保护技术中的关键问题是若何快速准确地检测故障，并及时切除故障部分，以保证线路的安全运行。
为了解决此问题，目前使用的主要是数字化继电保护设备。
这些设备具有高速度、高精度、可靠性强的特点，能够快速准确地检测故障并切除故障部分。
还可以通过故障录波功能，记录下故障发生时的电压和电流波形，以便后续的故障分析和处理。
高压直流输电线路继电保护技术对于保证高压直流输电线路的安全运行至关重要。
随着技术的不断进步和发展，继电保护技术也将不断提高和完善，以更好地满足高压直流输电线路的保护需求。
特高压奉贤换流站最后断路器保护调试异常原因及改进建议
来自高端换流变进线区域的电流互感器 Ｔ４，该电
流互感器 用 于 测 量 流 过 避 雷 器 Ｆ１ 的 三 相 电 流
值。现场采 集 的 数 据 通 过 ｅＴＤＭ 总 线 到 达 保 护
１ 奉 贤 换 流 站 概 况 及 其 最 后 断 路 器 保护基本原理
１．１ 奉 贤 换 流 站 概 况 向家坝—上海特高压直流输电工程双极直流
额定 输 送 功 率 ６ ４００ ＭＷ，直 流 额 定 电 压 ±８００ ｋＶ，直流 额 定 电 流 ４ ０００ Ａ，每 极 采 用 两 组 １２ 脉 动阀组串联，奉贤站５００ｋＶ 交流场采用３／２接线 方式，共７个 间 隔 及 三 条 交 流 出 线，即 奉 远 ５１８１ 线、奉东５１８２线及 贤 远 ５１８３ 线，其 ５００ｋＶ路器保护未正确动作的原因是由于系统输送功率过小所致，
并 提 出 了 相 应 的 改 进 建 议 ，使 得 在 低 功 率 系 统 调 试 时 能 起 到 测 试 最 后 断 路 器 保 护 的 作 用 ，同 时 避 免 了 设 备 损 坏 。
关 键 词 ：特 高 压 ；换 流 站 ；最 后 断 路 器 保 护 ；调 试 ；改 进 建 议
场 主 接 线 图 见 图 １。
图１ 奉贤换流站５００ｋＶ 交流场主接线图 Ｆｉｇ．１ Ｍａｉｎ ｗｉｒｉｎｇ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ５００ｋＶ ＡＣ ｙａｒｄ
ｉｎ Ｆｅｎｇｘｉａｎ Ｓｔａｔｉｏｎ
１．２ 最 后 断 路 器 保 护 基 本 原 理 高压直流输电系统逆变站最后断路器保护是
专门针对逆变站突然切除全部交流线路的情况而 设计的，其目的在 于 防 止 运 行 中 的 逆 变 站 在 交 流 出线同时断开时，因 逆 变 站 交 流 侧 及 其 他 部 分 的 电压异常 升 高 危 及 一 次 设 备 安 全 。 ［８～１０］ 特 高 压 奉贤换流站最后断路器保护原理是通过采集换流 变进线电压 Ｔ３ 和 换 流 变 进 线 避 雷 器 Ｆ１ 的 泄 漏 电流 Ｔ４，由此计算避雷器承受的能量。当换流 变 进线电压和避雷 器 的 泄 漏 电 流 达 到 启 动 定 值，同 时避雷器承受的 能 量 超 过 限 值 时，可 判 断 系 统 出 现 交 流 系 统 甩 负 荷 情 况 ，最 后 断 路 器 保 护 将 动 作 ， 闭锁换流器 。 ［１１～１３］ 图 ２ 为 奉 贤 站 高 端 换 流 变 进 线区域接线图。 １．３ 最 后 断 路 器 保 护 信 号
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文 章 编 号 ：１ ０ ０ ９—４ ４ ２ ｌ ） ２一ｏ ５ —０ ４ Ｘ（ Ｏ １ ０ １１ ３
同 直 流 输 电 系统 两种 最 后 断 路 器 跳 闸保 护 比较 压
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高压 直流 输 电 系统 逆 变 站 最 后 断 路器 跳 闸保 护 ， 专 门针 对逆 变站 突然 切 除全部 交 流线路 的情 是 况设计 的 ， 目的在 于 ， 其 防止 运 行 中 的逆 变 站在 交 流 出线 同时断 开时 ， 因逆变 站交 流侧及 其 他部 分 的 电压异 常 升高 ， 危及 一次 设备 安全 ＿ ． １ 目前 ， 流换 ］ 直 流站最 后 断路 器跳 闸保 护基 于两 种设 计原 理 ： 种 一 是 通过 计算 换 流变 进 线 避 雷 器 上 的 能量 变 化 情 况 来 判断 保 护 ， 当避 雷 器 承受 的能 量 达 到 定 值 时 ， 则
摘 要 ：直流换 流站 存在 两种 最后 断路 器跳 闸保 护 ， 选择 特 高压 奉 贤换 流站 和 常规 华新 换 流 站 为
例 ， 照保 护 的基本 原理 ， 合 比较 分析 了两种 最后 断路 器跳 闸保 护 的差 别得 到 ： 高压换 流站 按 综 特
采 用 的最后 断路 器保 护 ， 无论 从保 护设 计 、 实现 方 法 ， 是 经济成 本 等方 面都 具有 一定 的优 势． 还 关键 词 ：特 高压 直流换 流站 ；常规 直 流换 流站 ；最后 断路 器跳 闸保 护
第 ２ ５卷 第 ２期
２１ ０ １年 ６月
上
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工
程
技
术
大
学
学
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Ｖｏ ． ． １ ２５ ＮＯ ２
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理； 另一 种是 安装 最 后 断 路 器 跳 闸保 护装 置 ， 通过
判 断交 流场 开关 和 交 流 出 线状 态 发 出直 流 闭 锁命
令， 常规 华新 换 流站采 用 此原理 ．
１ 特 高 压 直 流 换 流 站 最 后 断 路 器 跳
闸保 护
１ １ 特 高压 奉 贤换流 站最 后 断路器 跳 闸保护 原理 ．
ｘ ａ ｌｒ ｉｈ ｖ ｌａ ｅ ＤＣ ｃ ｎ ｅ ｔｒ （ Ｈ ＶＤＣ） ｔ ｔ ｎ ａ ｄ Ｈ ｕ ｘｎ ｈｇ ｏｔｇ ｉｎ ｕｔａ ｈｇ ｏｔ ｇ ｏ ｖ ｒｅ Ｕ ｓａｉ ｎ ａ ｉ ｉｈ ｖ ｌａ ｅＤＣ ｏ ｖ ｒｅ （ ＶＤＣ） ｏ ｃ ｎ ｅ ｔｒ Ｈ
发 出 闭锁换 流器 命令 ， 高压 奉贤 换流 站采 用此 原 特
特高压奉 贤换流站最 后断路器 跳 闸１ ４—２ Ｓ
基 金 项 目 ：上 海 高 校选 拔 培养 优 秀青 年 教 师科 研 专 项 基 金 资 助项 目（ Ｄ０ Ｏ ７ ＧＪ ９ ３ ）