直流保护原理及运行维护要求

1、直流保护原理及运行维护要求 二 直流保护原理 目 录 三 直流保护运维要求 一 直流保护的概述 直流保护概述 l直流保护的任务是发现故障并尽量减小故障的的继续发展，保护系 统应该保证在直流系统正常运行时或者故障在保护区外不误动； l保护系统独立并采用冗余配置，对直流系统提供不间断的保护，一 旦发生故障，能够保证系统安全的退出运行 l直流保护的功能配置保证没有保护死区 直流保护概述-配置原则 l保护主机和控制主机相互独立，均有自己独立的I/O。 l每一套保护相对独立，每套保护系统单一原件的损坏不会导致本套保护 的误动。 l直流极保护采用三取二冗余方式，即防止拒动，又可以防止误动。直流 滤波器保护

2、采用完全双重化冗余方式，每一套保护均采用“启动+动作” 方式实现。任意一重保护因故障、检修或者其它原因而完全退出时，不影 响其它保护，对整个系统运行没有影响。 直流保护概述-配置原则 直流极保护三取二屏柜配置 直流保护概述-配置原则 直流滤波器保护完全双重化屏柜配置 直流保护概述-保护分区 保护分区 区域区域1换流器保护区换流器保护区 区域2直流极母线保护区 区域3中性母线保护区 区域4直流线路保护区 区域5双极中性线和接地极线路保护区 区域6直流滤波器保护区 直流保护概述-保护分区 直流保护概述-保护测点 二 直流保护原理 目 录 三 直流保护运维要求 一 直流保护的概述 保护原理介绍 换流

3、器保护配置图 保护原理介绍 换流器保护区 87CSY/87CSD阀短路保护阀短路保护 50C/51C换流器过流保护 87CBY/87CBD换流器交流差动保护 87CG换流器交流差动保护 59/37DC直流过压/换流器开路保护 59ACVW换流器零序过压保护 59AC交流过压保护 27AC交流低电压保护 87CFP换相失败 保护原理介绍 换流器保护区 50/51CTNY 50/51CTND 换流变中性点直流饱和保护换流变中性点直流饱和保护 87DCM换流器直流差动保护 81DCM_50Hz50Hz保护 81DCM_100Hz100Hz保护 27DC直流低电压保护 81I/U交直流碰线保护 59/

4、37DC直流过压/换流器开路保护 保护原理-换流器保护区 保护任务保护任务检测阀组的桥臂短路故障，阀侧相间短路故障检测阀组的桥臂短路故障，阀侧相间短路故障 保护原理保护功能检测换流变阀侧Y绕组和D绕组的电流，直流极母 线以及直流中性线上的电流。在正常运行工况下，差动电 流很小。如果交流侧电流明显高于直流电流，则表明发生 了故障，保护立即动作。 保护判据87CSY: IacY-MIN(IdH、IdN) 87CSD: IacD-MIN(IdH、IdN) 动作出口整流侧：跳闸、极隔离、封脉冲 逆变侧：跳闸、极隔离、禁止投旁通对 后备保护换流器过流保护（50/51C） 换流器交流差动保护（87CBY/

5、87CBD） 直流低电压保护（27DC） 通讯失败不影响 阀短路保护（87CSY/87CSD） 保护原理-换流器保护区 保护任务保护任务短路故障短路故障 换流阀持续开通或不开通故障换流阀持续开通或不开通故障 换流器过负荷换流器过负荷 保护原理检测换流变阀侧Y绕组和D绕组的电流，二者中最大值超 过预设值，保护动作 保护判据MAX(IacY、IacD) 动作出口跳闸、极隔离 后备保护该保护已是后备保护 通讯失败不影响 交直流过流保护（50C/51C） 保护原理-换流器保护区 保护任务保护任务某一桥内的换相故障某一桥内的换相故障 某一桥内的触发故障某一桥内的触发故障 保护原理保护检测换流变阀侧Y绕组

6、和D绕组的电流，如果Y桥 与D桥之间发生故障，Y绕组电流与D绕组电流不再相 等，二者中最大值分别与Y绕组和D绕组电流作差， 差值超过预设值，保护动作 保护判据MAX(IacY、IacD)-IacY MAX(IacY、IacD)-IacD 动作出口保护I段：跳闸、极隔离 保护II段：短时限切系统、长时限跳闸、极隔离 后备保护50Hz保护（81DC_50Hz） 通讯失败无影响 桥差保护（87CBY/87CBD） 保护原理-换流器保护区 保护任务保护任务逆变站换流器直流侧故障导致换流器被旁路逆变站换流器直流侧故障导致换流器被旁路 保护原理保护测量换流变阀侧Y绕组和D绕组的电流以及换流器高压侧 出口电

7、流IdH和换流阀中性线电流IdN。换相失败的明显特征是 交流相电流降低，而直流电流升高。 保护判据MIN(IdH、IdN)-IacY MIN(IdH、IdN)-IacD 动作出口保护I段：跳闸、极隔离 保护II段：短时限切系统，长时限跳闸、极隔离 后备保护直流低电压保护(27DC) 通讯失败无影响 组差保护（87CG） 保护原理-换流器保护区 保护任务保护任务换流器内部接地故障换流器内部接地故障 保护原理保护检测换流阀高压侧高压母线电流IdH和直流中性线电 流IdN，如果换流器内部发生接地故障，二者产生差值， 如果超过预设值，保护动作 保护判据ABS(IdH、IdN) 动作出口保护I段：跳闸、

8、极隔离、逆变侧禁止投旁通对 保护II段：跳闸、极隔离 后备保护极差动保护（87DCB） 直流低电压保护（27DC） 通讯失败无影响 换流器直流差动保护（87DCM） 保护原理-换流器保护区 保护任务保护任务系统开路系统开路 控制故障控制故障 保护原理直流线路断线故障、控制系统故障会引起过电压，保护 检测直流线路电压和换流器高压侧出口电流，超过预设 值，保护动作 保护判据保护I段：UdL&IdH=0； 保护II、III段：UdL 动作出口跳闸 后备保护无 通讯失败无影响 直流过压/换流器开路保护（59/37DC） 保护原理-换流器保护区 保护任务保护任务站间通讯故障时，逆变站投旁通对时闭锁整流站

9、站间通讯故障时，逆变站投旁通对时闭锁整流站 换流器高压侧对中性线故障或接地换流器高压侧对中性线故障或接地 保护原理保护检测直流线路UdL，小于预设值，保护动作 保护判据UdL 动作出口保护I段：切系统 保护II段：降电流 保护III段：闭锁 后备保护该保护已经是后备保护 通讯失败无影响 50Hz保护（81DC_50Hz） 保护原理-换流器保护区 保护任务保护任务交流系统故障交流系统故障、换流器交流侧对地故障、换流器交流侧对地故障 保护原理从直流电流（IdL）中过滤出二次谐波，如果电流幅值超 过预设参考值，保护启动 保护判据IdL_100Hz 动作出口闭锁 后备保护无 通讯失败无影响 100Hz

10、保护（81DC_100Hz） 保护原理-换流器保护区 保护任务保护任务交直流碰线交直流碰线 保护原理检测直流线路电流和直流线路电压中的基波分量，超过 预设值，保护动作 保护判据IdL_50Hz&IdL或 IdL_50Hz&UdL_50Hz 动作出口闭锁 后备保护50Hz保护（81DC_50Hz） 通讯失败无影响 交直流碰线保护（81I/U） 保护原理-换流器保护区 保护任务保护任务闭锁状态下换流变二次侧绕组接地闭锁状态下换流变二次侧绕组接地 保护原理检测换流变Y桥和D桥的阀侧电压，计算矢量和，超过预 设值，保护动作 保护判据UVY_a+UVY_b+UVY_c或 UVD_a+UVD_b+UVD_

11、c 动作出口禁止解锁 后备保护无 通讯失败无影响 换流器零序过压保护（59ACVW） 保护原理-换流器保护区 保护任务保护任务切除无功补偿装置后仍不能消除的过电压切除无功补偿装置后仍不能消除的过电压 保护原理保护检测换流变三相进线电压，取最大值，并处理得到 进行Uac，超过预设值，保护动作 保护判据保护I、II、III段：MAX(Ua、Ub、Uc) 保护IV段：Uac(50Hz) 动作出口跳闸 后备保护无 通讯失败无影响 交流过压保护（59AC） 保护原理-换流器保护区 保护任务保护任务交流侧系统故障的后备保护交流侧系统故障的后备保护 保护原理保护检测换流变三相进线电压，取最大值，如果该值仍

12、小于预设值，保护动作 保护判据MAX(Ua、Ub、Uc)&k*MAX(IdH、IdN) IacY MAX(IdH、IdN)-IacD&k*MAX(IdH、IdN) IacD 动作出口检测到换相失败即向控制发增大GAMMA角命令 短时限切系统 长时限跳闸、极隔离、禁止投旁通对 后备保护组差保护（87CG） 通讯失败无影响 换相失败保护（87CFP） 保护原理-换流器保护区 保护任务保护任务因中性点直流电流导致换流变直流偏磁因中性点直流电流导致换流变直流偏磁 保护原理检测换流变Y桥和D桥中性点电流，计算直流分量，超过 预设值，保护动作 保护判据IdNY IdND 动作出口告警 后备保护无 通讯失败

13、无影响 换流变中性点直流饱和保护（50/51CTNY、50/51CTND ） 保护原理-极母线、中性母线保护区 极母线、中性母线保护配置图 保护原理-极母线、中性母线保护区 极母线、中性母线保护配置 87HV极母线差动保护极母线差动保护 87LV中性母线差动保护 87DCB直流后备差动保护 82HSNBS中性母线开关保护 保护原理-极母线、中性母线保护区 保护任务保护任务测点测点IDH和和IDL之间极母线的接地故障或对中性线故障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

14、生较大差值， 超过预设值，保护动作。 保护判据ABS(IDH-IDL) 动作出口整流侧：闭锁、极隔离 逆变侧：闭锁、极隔离、禁止投旁通对 后备保护极差动保护（87DCB） 直流低电压保护（27DC） 通讯失败无影响 极母线差动保护（87HV） 保护原理-极母线、中性母线保护区 保护任务保护任务测点测点IdN和和IdE之间中性母线的接地故障之间中性母线的接地故障 保护原理检测换流器换流阀中性线侧电流（IdN）和直流中性母 线电流（IdE），如果发生中性母线对地短路，二者将 产生较大差值，差值超过预设值，则保护动作。 保护判据ABS(IdN-IdE) 动作出口跳闸 极隔离 后备保护极差动保护（87

15、DCB） 通讯失败无影响 中性母线差动保护（87LV） 保护原理-极母线、中性母线保护区 保护任务保护任务测点测点IdL和和IdE之间的接地故障之间的接地故障 保护原理检测直流线路电流（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。 保护判据ABS(IdL-IdE) 动作出口跳闸 极隔离 后备保护无 通讯失败无影响 直流后备差动保护（87DCB） 保护原理-极母线、中性母线保护区 中性母线开关保护（82HSNBS） 保护任务保护任务中性母线开关失灵保护中性母线开关失灵保护 保护原理如果某一极发生接地故障，打开HSNBS，保

16、护检测到 HSNBS处于分位，但仍能够检测到直流中性母线电流 IdN，为防止HSNBS过流损坏，保护动作重合HSNBS 保护判据打开HSNBS后，IdN 动作出口重合HSNBS 后备保护无 通讯失败无影响 保护原理-直流线路保护区 直流线路保护配置图 保护原理-直流线路保护区 直流线路保护配置 WFPDL直流线路行波保护直流线路行波保护 27du/dt直流线路电压突变量保护 87DCLL直流线路纵差保护 87DCLT金属回线横差保护 87MRL金属回线纵差保护 27DCL直流线路低电压保护 保护原理-直流线路保护区 保护任务保护任务检测两站平抗之间的直流线路故障，通过控制系统清除故检测两站平抗

17、之间的直流线路故障，通过控制系统清除故 障电流后，如果条件允许，在故障清除后恢复功率输送障电流后，如果条件允许，在故障清除后恢复功率输送 保护原理根据波方程理论，电压和电流可以看做以一定幅值和速度 传播的前行波与反射波。当线路发生故障时，会从故障点 向线路两端传播故障行波，通过检测极波就可以检测到直 流线路故障；同时故障时，两个极的接地极母线上的过电 压吸收电容器上会分别产生冲击电流，利用该冲击电流及 两极直流电压变化构成地膜波，根据地膜波判断故障极 。 保护判据 动作出口直流线路故障重启 后备保护突变量保护（27du/dt） 直流线路纵差（87DCLL） 直流低电压保护（27DC） 通讯失败

18、无影响 行波保护（WFPDL） 保护原理-直流线路保护区 保护任务保护任务检测两站平抗之间的直流线路故障，通过控制系统清除检测两站平抗之间的直流线路故障，通过控制系统清除 故障电流后，如果条件允许，在故障清除后恢复功率输故障电流后，如果条件允许，在故障清除后恢复功率输 送送 保护原理突变量保护由微分和欠压两种判据构成，微分判据快速 检测电路电压变化率，欠压判据主要是躲开运行过程中 的扰动。当直流线路发生线路故障时，直流电压以较高 速率降到一个较低值。微分环节快速检测到电压变化率， 同时满足欠压水平，则突变量保护动作。 保护判据du/dt&UdH 动作出口直流线路故障重启 后备保护直流低电压保护

19、（27DC） 通讯失败保护退出 直流线路纵差保护（87DCLL） 保护原理-直流线路保护区 保护任务保护任务检测金属回线方式运行时金属回线上发生的接地故障检测金属回线方式运行时金属回线上发生的接地故障 保护原理金属回线运行时，保护检测直流线路电流和金属回线电流， 如果金属回线发生接地故障，产生差流，差流超过预设值， 保护动作 保护判据ABS(IdL-IdL_op) 动作出口强制移相，若不成功，极闭锁 后备保护无 通讯失败无 金属回线横差保护（87DCLT） 保护原理-直流线路保护区 保护任务保护任务检测金属回线上发生的接地故障检测金属回线上发生的接地故障 保护原理单极金属回线运行时，保护测量两

20、站的金属回线电流， 如果金属回线发生接地故障，两站的金属回线电流产生 差流，差流超过预设值，保护动作 保护判据ABS(IdL-IdL_os) 动作出口保护I段：移相重启，10s内若来第二次则闭锁 保护II段：闭锁 后备保护金属回线横差保护（87DCLT） 通讯失败保护退出 金属回线纵差保护（87MLL） 保护原理-直流线路保护区 保护任务保护任务检测直流线路高阻接地故障以及无通讯时逆变侧的闭锁检测直流线路高阻接地故障以及无通讯时逆变侧的闭锁 情况情况 保护原理如果低电压状况持续超过预定的时间，会认为检测到低 电压。经过一定的延时，以保证需要的选择性，防止在 正常转换过程及其他非线路故障的扰动，

21、可能导致低直 流电压时，造成不合理的保护动作。 保护判据UdL1&UdL 单极金属：ABS(IdE-IdE_op-IdsG) 双极运行：ABS(IdE-IdE_op-Idee1-Idee2-IdsG) 动作出口双极运行I段：双极平衡运行请求（非分送模式） 双极运行II段：闭锁 单极运行III段：闭锁 后备保护金属回线运行方式下的站内接地过流保护（76SG） 通讯失败通讯失败的时候，I段动作若发生在逆变侧，则无法将双 极平衡运行请求送至整流站，此时II段动作，通过投旁通 对降电压，使整流侧低电压保护动作将系统闭锁。 保护原理-双极保护区 接地极线路不平衡保护（60EL） 保护任务保护任务检测接地

22、极线路两个支路由于故障导致电流不一致检测接地极线路两个支路由于故障导致电流不一致 保护原理如果两条接地极极线的其中一根发生接地短路或者断线 故障时，两根引线上的电流将存在差值。保护检测两条 接地极线路上电流的差，当一根接地极线路发生接地或 开路时会有比较大的差流，差流超过预设值，保护动作 保护判据ABS(Idee1-Idee2) 动作出口双极运行I段：短时限双极平衡运行请求（非分送模式）， 长时限闭锁 单极运行II段：短时限移相重启，10s内若来第二次则闭 锁 后备保护无 通讯失败若保护动作在逆变侧，I段双极平衡请求和II段强制移相需 通过通信送到整流站。若通讯失败，则III段动作，通过投 旁

23、通对降电压，使整流站低电压保护动作将系统闭锁。 保护原理-双极保护区 接地极线路过流保护（76EL） 保护任务保护任务防止接地极线路上流过较大电流防止接地极线路上流过较大电流 保护原理检测接地极线路电流（IDEL1和IDEL2），如果超过预设 值，保护动作 保护判据ABS(Idee1)或 ABS(Idee2) 动作出口保护I段（非分送模式）：接地极降电流 保护II段：闭锁 后备保护无 通讯失败若保护动作在逆变侧，I段接地极降电流需通过通讯送至 整流侧。若通讯失败，则II段保护动作，通过投旁通对降 电压，使整流侧低电压保护动作将系统闭锁。 保护原理-双极保护区 接地极线路开路保护（59EL） 保

24、护任务保护任务接地极开路接地极开路 单极金属返回时金属返回线开路单极金属返回时金属返回线开路 保护原理如果接地极引线故障断开，或者金属回线运行方式下，金 属回线故障断开，由于失去电位参考点，中性点电位将会 迅速升高，威胁换流设备安全运行。保护检测到直流中性 母线电压UdN大于预设值，保护动作 保护判据UdN 动作出口保护I段（非双极运行时）：重合HSGS、闭锁、禁止投旁 通对； 保护II段（双极运行且非分送模式）：重合HSGS、平衡双 极运行； 保护III段（双极运行）：重合HSGS、闭锁、禁止投旁通 对 后备保护无 通讯失败若保护动作在逆变侧，双极平衡运行需要通过通讯送至整 流侧。若通讯失败

25、，则76SG动作，将系统闭锁。 保护原理-双极保护区 站内接地过流保护（76SG） 保护任务保护任务防止站内网或单极金属回线过流防止站内网或单极金属回线过流 保护原理双极运行时，站内接地网临时作为电位参考点，如果两 极运行且不平衡度较大，造成站内接地网过流；金属回 线运行时，如果金属回线接地故障，也会造成站内接地 网过流。保护检测站内接地开关的直流电流，如果该电 流过大，保护动作 保护判据IdsG 动作出口保护I段（双极、单极大地）：告警 保护II段：闭锁 保护III段（单极金属）：闭锁 后备保护接地系统保护（87GSP） 通讯失败无影响 保护原理-双极保护区 接地系统保护（ 87GSP ）

26、保护任务保护任务防止站内接地网过流防止站内接地网过流 保护原理双极运行时，检测到HSGS处于合位，而本极直流中性 母线电流与对极中性母线电流差值大于预设值（与站内 接地过流定值和延时配合），保护动作 保护判据ABS(IdE-IdE_op) 动作出口闭锁 后备保护该保护已经是后备保护 通讯失败无影响 保护原理-双极保护区 金属回线转换开关保护（82MRTB） 保护任务保护任务大地回线向金属回线转换不成功时，禁止顺控继续大地回线向金属回线转换不成功时，禁止顺控继续 MRTB失灵保护失灵保护 保护原理单极大地向单极金属转换时，检测到MRS开关处于合位， 但是金属回线上却没有电流（小于预定值），保护动

27、作禁 止打开MRTB，防止因流过MRTB的电流过大而损坏；如 果检测到MRTB处于分位，而金属返回转换开关电流或者 接地极线电流仍有电流，且大于预设值，保护动作重合 MRTB防止损坏。 保护判据保护I段：合上MRS后，IdL_op 保护III段：打开MRTB后，Idee1+Idee2 动作出口保护I段：禁止打开MRTB； 保护II段：重合MRTB,禁止打开MRTB； 保护III段：重合MRTB 后备保护无 通讯失败无影响 保护原理-开关保护 大地回线转换开关保护（82MRS） 保护任务保护任务金属转大地不成功时，禁止顺控继续金属转大地不成功时，禁止顺控继续 MRS失灵保护失灵保护 保护原理单极

28、金属运行转为单极大地运行时，检测到MRTB处于合 位，但接地极引线上没有电流（小于预设值），为防止 MRS因开端过大电流导致损坏，保护动作禁止打开MRS； 如果检测到MRS处于分位，而金属回线上仍有电流（大 于预设值），即MRS失灵，保护动作重合MRS防止损坏 保护判据保护I段：合上MRTB后，IdMRTB 动作出口保护I段：禁止打开MRS； 保护II段：合MRS,禁止打开MRTB； 后备保护无 通讯失败无影响 保护原理-双极保护区 高速接地开关保护（82HSGS） 保护任务保护任务HSGS失灵保护失灵保护 保护原理接地极线路故障，保护动作后闭合HSGS，等故障清除后， 接地极恢复正常，打开H

29、SGS，如果检测到HSGS处于分 位，HSGS仍能检测到电流IdG，HSGS失灵，保护动作 重合HSGS防止开关过流损坏 保护判据打开HSGS后，IdG 动作出口重合HSGS 后备保护无 通讯失败无影响 保护原理-直流滤波器保护 直流滤波器保护配置图 保护原理-直流滤波器保护 直流滤波器保护配置 87DF直流滤波器差动保护直流滤波器差动保护 60/61DF直流滤波器C1不平衡保护 51C1DF直流滤波器差动过流保护 51DF直流滤波器反时限过流保护 49/59DF直流滤波器C1电容器过负荷保护 保护原理-直流滤波器保护 直流滤波器差动保护（87DF） 保护任务保护任务直流滤波器对地短路或对中性

30、线短路直流滤波器对地短路或对中性线短路 保护原理检测直流滤波器高低压侧电流，计算二者差值，差流过 大，保护动作 保护判据ABS(IFHS-IFL) 动作出口保护I、II段： 打开直流滤波器高压侧隔刀； ESOF； 跳交流断路器； 极隔离 后备保护无 通讯失败无影响 保护原理-直流滤波器保护 直流滤波器C1不平衡保护（60/61DF） 保护任务保护任务C1电容器两桥臂电容因损坏而产生的不平衡电容器两桥臂电容因损坏而产生的不平衡 保护原理C1电容器原件内有熔丝，当电容器元件故障时，熔丝熔 断，该电容器元件的电容值将发生改变，流过各电容器 的电流发生改变，产生不平衡电流。测量直流滤波器不 平衡电流和直