直流输电控制保护系统

1、1许玉香西北电力设计院2010年3月3日 西宁一、前言一、前言二、国内外直流控制保护技术的介绍二、国内外直流控制保护技术的介绍三、高压直流控制系统三、高压直流控制系统四、高压直流保护系统四、高压直流保护系统五、高压直流远动系统五、高压直流远动系统六、换流站运行人员控制和监视（六、换流站运行人员控制和监视（SCADASCADA）系统系统2换流站二次系统包括直流控制、直流保护、交流场控制保护、SCADA系统等，其中直流控制保护技术是换流站二次系统的核心技术，交流场控制及SCADA系统与交流变电站的控制系统相似。3 高压直流输电与交流输电相比较的一个显著特点是可以通过对两端换流器的快速调节，控制直流

2、线路输送功率的大小和方向，以满足整个交直流联合系统的运行要求，也就是说直流输电系统的性能，极大地依赖于它的控制保护系统。4多端直流输电系统由于控制器协调困难等原因极少使用，故关于多端直流输电系统的控制调节在此不加以叙述。下面我们针对两端直流输电系统的控制保护系统进行讲述 ：56（一）国外直流控制保护系统（一）国外直流控制保护系统 国外先进的直流控制保护系统典型的有ABB的MACH2 和SIEMENS的SIMADYN D这两种系统 。下面对这两种系统作简单介绍：1 1）ABBABB公司的公司的MACH2MACH2系统系统78MACH2硬件系统采用高可靠性的多处理器的工业PC作为主计算机，是ABB

3、公司在MACH系统的基础上发展起来的。MACH2系统具有很高的集成度，可将所有的控制功能，所有的保护（直流和交流），远方控制接口，暂态故障记录，事件顺序记录和人机接口计算机连接功能集成在整个系统内。MACH2系统已广泛用于工业控制系统和直流输电工程9ABB公司在控制保护系统设计中采用的主要接口板有：PS830系列计算机网络连接板；PS850系列数字量I/O接口板；PS850系列模拟量I/O接口板；PS870系列通讯接口板；PS890系列电源单元；PS900系列阀控单元等。各种不同类型的接口板组合成不同的控制接口柜来实现各种控制及测量功能。监控系统的通信采用了分层次的串行总线结构，使用国际标准总

4、线。10现场总线现场总线监控设备之间的通信通过冗余的控制区域网（CAN现场总线）和分时多路总线（TDM现场总线）实现各监控设备间的数据交换。柜外的现场总线均采用光纤电缆联接。CANCAN现场总线现场总线CAN总线具有短信息结构和低延迟的双向高速通信功能，用于传送二进制信号，没有主从关系。对于比较长的通讯通道，采用CAN/HDLC桥电路对CAN母线进行延伸，从而实现整个换流站内设备的通信。11 TDMTDM现场总线现场总线TDM总线是一种单向传送、大容量、低迟延的高速总线，用于模拟量信号的高速传送。冗余的控制保护柜的TDM现场总线是完全独立分开的，各控制区域内控制设备和I/O子系统之间的通信是单

5、发单收的，没有交叉。总控制区域的控制设备通过冗余的SCADA LAN网络与SCADA系统通讯，实现网上各设备之间的数据共享。12数据总线传输速率数据总线传输速率：SCADA系统LAN总线：100MbpsCAN现场总线：1MbpsTDM现场总线：1040Mbps132) 2) SIEMENSSIEMENS的的SIMADYN DSIMADYN D系统系统西门子公司在控制系统设计中采用了SIMADYN D和SIMATIC S5两种控制硬件（1 1）SIMADYN DSIMADYN DSIMADYN D是一种快速多微处理器可编程控制系统，可适于高速（0.5ms10ms）控制，具有多于300种的标准功能

6、块，可实现各种控制功能，1415其图形编辑功能可使运行人员在完全没有编程知识的情况下很容易地掌握使用，灵活地修改控制框图16（2）SIMATIC S5SIMATIC S5 硬软件均属标准化设计，用于执行速度较慢的控制功能和顺序控制（50m300ms），具有模块化结构，并有事故安全保证。SIMATIC S5已广泛用于工业控制系统，直流输电方面也有较多应用。17西门子公司在SCADA系统设计中采用的部件有I0单元SU200，就地联锁控制装置8TK，光纤接口单元0LM，光纤，传感器和对时接口等。全站控制系统分为极1控制、极2控制、DC站控、交流站控四部分。高压直流保护按极三重化配置，通过SU200作

7、为极控系统的一个就地单元与主机交换信息，高压直流保护柜的动作出口采用三取二出口方式 18这两种系统都具有先进的体系结构，图形化的软件开发环境，系统集成化和标准化程度高的特点，在工程中都有成功运行经验。19 国内直流控制保护系统的研究开始比较早，但在2000年前我国自主研制的直流控制保护系统中目前几乎没有一项技术通过了国家级的鉴定，而其设计的工程对象也是小容量低电压等级的六脉动系统，虽为我国直流输电技术积累了经验，但与国内目前正在建设的超高电压等级的系统在复杂程度方面要小得多。20为了能在较短的时间内设计和制造出具有国际先进水平的直流控制保护系统，国家采取了积极的技术引进策略。2001年南京南瑞

8、继保电气公司从ABB公司引进MACH2直流控制和保护系统的制造技术,1999年许继电气开始从SIEMENS公司引进SIMADYN D直流控制和保护系统的制造技术, 两公司利用自身的技术和人才优势，分别学习ABB、SIEMENS公司的直流控制和保护技术，截止2009年底，两公司已为我国多条直流输电工程提供了控制保护系统，并做了一些改进工作 。2122高压直流控制系统要完成以下基本控制功能： （1）直流输电系统的起停控制；（2） 直流输送功率的大小和方向的控制 ；（3）抑制换流器不正常运行及所连交流系统的干扰；（4）发生故障时，保护换流站设备；（5）对换流站、直流线路的各种运行参数，如电压 及电流

9、等以及控制系统本身的信息进行监视。23（1）控制系统多重化设计 为了达到直流工程所要求的可用率及可靠性指标，直流输电系统全都采用多重化设计，通常采用双通道设计，其中一个通道工作时，另一通道处于热备用状态。当工作中的通道发生故障时，切换逻辑将其退出工作，处于热备用状态的通道则自动切换至工作状态，这种自动切换不应对直流输送功率产生明显的扰动。24 直流控制系统双重化或多重化的范围从测量二次线圈开始包括完整的测量回路，信号输入、输出回路，通信回路，主机，和所有相关的直流控制装置。双极、极和换流单元层次及阀冷却系统都按双重化的原则配置控制装置。25（2）控制系统分层结构的设计 所谓直流输电控制系统分层

10、结构，是将直流输电换流站和直流输电线路的全部控制功能按等级分为若干层次而形成的控制系统结构。以典型的双极直流输电系统为例，其控制系统一般分为四层：整体控制、主控制、极控制和换流桥控制。2627整体控制：是指考虑直流输电系统在整个电力系统中的位置和影响，涉及到的一些控制策略，如根据电网的稳定性要求而对直流输电系统输送的功率值的限制等。主控制：根据功率指令等确定电流指令，并提供协调的电流指令给所有的极。通过提供极控制和整体系统控制之间的一个界面，把调度中心要求输送的直流功率根据当前的双极各自的运行模式转化为具体的电流指令，分发到各个极中。所以主控实际即为双极层的控制。28极控制：协调一个极内换流桥

11、的控制。从电流整定值到触发角整定值的转换，分接头控制，以及部分与触发角等密切相关的保护功能的实现，都是在极控制这一层完成。这一层是直流输电控制系统的核心部分。换流桥控制：确定一个换流桥内各阀的触发时刻，即由极控制得到的触发角获得对应各阀的触发脉冲，分发到各个阀上，同时也对触发脉冲的返回信号进行一定的处理。该层在控制系统中具有最快的响应。29 物理上，控制功能尽可能按不同等级配置到较低的控制层次。与双极功能有关的装置尽可能的分设到极和换流单元控制层，使得与双极功能有关的装置减至最少；对于那些不能分设到极或换流单元控制层的与双极功能有关的装置，放在双极功能组中，但进行双重化及耐故障设计。30 直流

12、系统基本控制特性示意图（a）电流裕度控制特性 （b）直流系统实用控制特性 31电流裕度控制：电流裕度控制：为了避免两端电流调节器同时工作引起调节的不稳定，逆变侧调节器的定值比整流侧一般小0.1pu（标幺值），这就是电流裕度。根据电流裕度控制原则，此电流裕度无论在稳态运行还是暂态情况下都必须保持，一旦失去电流裕度，直流系统就会崩溃。32若电流裕度取得太大，当发生控制方式转换时，传输功率就会减少太多；若电流裕度取得太小，则可能因为运行中直流电流的微小波动导致两端电流调节器都参与控制，造成运行不稳定。绝大多数高压直流工程所采用的电流裕度都是0.1pu33 正常运行时，通常以整流侧定直流电流，逆变侧定

13、直流电压运行，其运行工作点为图（a）中的N。当整流侧交流电压降低或逆变侧交流电压升高很多时，使整流器进入最小触发角控制，此时逆变侧则自动转为控制直流电流，其整定值比整流侧的小0.1pu，其运行工作点为图（a）中的M。这种整流器和逆变器控制特性的组合，就是电流裕度控制特性。34直流输电的控制除了包括实现各种运行方式的基本控制模式外，还包括各种基本的控制器和限制器等。正常情况下，整流侧控制直流电流，逆变侧控制直流电压 ：35（1 1） 电流控制器电流控制器整流侧和逆变侧配置完全一致的闭环电流控制器，电流控制器为闭环控制。正常工况下，整流侧控制直流电流，逆变侧控制直流电压，这是通过在逆变侧的电流指令

14、中减去一个电流裕度来实现 的 。 36（2 2） 电压控制器电压控制器电压控制器功能包括： （a) 空载加压试验控制； (b) 过电压限制器（仅整流侧）； (C) 直流电压控制器；逆变侧的直流电压控制器将直流电压控制在允许范围内。直流电压参考值由VARC 功能进行计算。整流侧和逆变侧都有电压控制器。37（3 3） 最小电流限制最小电流限制为防止换流阀在低电流导通期间熄火，将最小电流限制为0.1倍的额定电流值。38（4 4） 低压限电流低压限电流如果交流电压降低，交流滤波器和并联电容器产生的无功也会下降。为避免交流电压崩溃，降低换流器的无功消耗是很重要的。低压限电流控制的一个主要目标就是快速降低

15、直流电流以降低无功消耗。低压限电流控制的另一个特点是在电压恢复过程中，利用电流指令增加进行恢复以降低换相失败的可能性。39低压限电流控制特性40（5 5）与交流电压变化有关的控制模式改变）与交流电压变化有关的控制模式改变整流器标称点火角为15，最小点火角为5。逆变器标称点火角为 17，对于电流控制，在整流站交流母线电压下降2.25%或逆变站交流母线电压升高2.25%时，这个范围足可以保持整流器电流控制，逆变器电压控制，不会改变控制模式。41（6 6） 接地极电流限制和监视接地极电流限制和监视在双极平衡运行时，可使用调节器将功率分配到两个极以使极电流最小。因此接地极电流不超过30A。调节器设有运

16、行人员可以调节的死区范围。在运行人员工作站上，可显示接地极的安培小时总数。42（7 7） 过负荷控制过负荷控制在控制过程中，控制系统一直连续不断地计算极功率的过负荷能力。双极功率控制的电流指令对两个站每个极的固有过负荷能力的最小值进行限制。43（8 8） 换流变压器分接头控制换流变压器分接头控制 换流变压器分接头控制是直流输电控制系统中用于自动调整换流变压器有载调压分接头位置的一个环节，其目的是为了维持整流器的触发角alpha（或逆变器的熄弧角gamma）在指定的范围内或者维持直流电压或换流变压器阀侧绕组空载电压在指定的范围内。其控制策略需要与换流器控制方式相配合，通常分为角度控制和电压控制两

17、大类：44（a a）角度控制）角度控制 当整流器使用直流电流控制时，通过调整换流变压器分接头位置，把换流器触发角维持在指定的范围内（如15 2.5 )；当逆变器使用直流电压控制时，通过调整换流变压器分接头位置，把换流器熄弧角维持在指定的范围内（如18 2.5 )。45（b b）电压控制）电压控制当逆变器使用熄弧角控制时，通过调整换流变压器分接头位置，把直流线路电压维持在指定范围内，如0.981.02额定直流电压。另一种电压控制策略是通过调整换流变压器分接头位置，把整流器（或逆变器）的换流变压器阀侧绕组空载电压维持在指定值。46角度控制方式和电压控制方式相比：角度控制方式和电压控制方式相比：其优

18、点是：换流器在各种运行工况下都能保持较高的功率因数，即输送同样的直流功率，换流器吸收的无功功率较少。其缺点是：分接头动作次数较频繁，分接头调节范围要求宽些。47 由于换流变压器分接开关至今都是机械式的，转换一档通常需要35S的时间，对控制的响应较慢。所以，它只能是调整直流输电系统输送功率的辅助手段。48 无功功率控制是整个直流极控系统中一个重要的功能模块， 无功功率控制的目的是将站内交流母线电压、交流谐波电流及与站外交换的无功功率控制在允许范围内。换流站的无功功率控制通过投切交流滤波器来实现。无功控制具有以下各项功能，并按各优先级决定滤波器的投切：49Abs Min FilerAbs Min

19、Filer:绝对最小滤波器控制，为了防止滤波设备过负荷所需投入的滤波器组。正常情况时，该条件必须满足。U Umaxmax: : 最高/最低电压控制，监视交流母线的稳定电压，避免稳态过电压引起保护动作。Q Qmaxmax： 最大无功交换限制，根据当前运行状况，限制投入滤波器组的数量，限制稳态过电压。Min Filer:Min Filer:最小滤波器容量要求，为满足滤除谐波的要求需投入的最小滤波器组。Q controlQ control： 无功交换控制，控制换流站和交流系统的无功交换量为设定的参考值。50以上5项无功控制子功能依次具有以下优先级，其中优先级1为最高优先级：优先级1：Abs Min

20、Filer优先级2：Umax优先级3：Qmax优先级4：Min Filer 优先级5：Q control51无功控制应根据各子功能的优先级，协调由各子功能发出的投切滤波器组的指令。某项子功能发出的投切指令仅在不与更高优先级的限制条件冲突时才有效。521、换流站基本运行方式双极运行单极大地回线运行单极金属回线运行532 2、基本控制模式、基本控制模式基于以上基本运行方式，换流站直流控制系统采用如下基本控制模式：（1 1） 双极功率控制模式双极功率控制模式双极功率控制是换流站直流系统的基本控制模式，可手动也可自动进行。在自动模式下，可按预先设置的功率传送曲线进行功率控制。双极功率控制使直流传输功率

21、与主导站运行人员设置功率保持一致。功率指令和功率变化率具有阶跃功能。功率变化率在1MW/分至9999MW/分之间可调。54双极功率控制功能分配到每一极实现，任一极都可以设置为双极功率控制模式。如果两个极都运行在双极功率控制模式下时，双极功率控制功能为每个极分配相同的电流参考值，以使接地极电流最小。如果两个极的运行电压相等，则每个极的传输功率是相等的。但是，如果一极处于降压运行状态而另外一极是全压运行，则两个极的传输功率比和两个极的电压比一致。55（2） 极功率独立控制模式在极功率独立控制模式下，传输的直流功率保持在运行人员设置的功率参考值。在此模式下极间功率传输不起作用。56（3 3） 同步极

22、电流控制模式同步极电流控制模式是直接按运行人员下达的极电流指令进行调节以确定传输功率， 且两站将自动协调电流指令，以免丧失电流裕度的控制方式。同步极电流控制模式应该在每个极单独实现。 在同步极电流控制模式下，双极功能被闭锁。双极功率控制与同步极电流控制不能实现自动切换。在这一模式下运行时，所有功率调制功能仍起作用。57 两个极都从极功率独立控制或电流控制切换至双极控制时，将自动平衡极电流以使中性点电流最小。只有一个极在双极功率控制模式时，这个极将自动补偿另一极可能的功率传输限制。双极功率控制不能自动切换至同步极电流控制。58（4 4） 紧急极电流控制模式紧急极电流控制模式在两站极间快速通讯系统

23、故障时，将自动切换至紧急极电流控制模式。在紧急极电流控制模式下，也应能进行功率的升降，逆变侧的极电流参考值要跟踪实际的传输电流值。远动通信恢复以后，控制系统应自动地恢复到通信故障前的运行模式或极功率独立控制模式。59（5 5）极功率传输方向反转）极功率传输方向反转换流站直流系统控制和保护的设计使每个功率传输方向具有完全相同的控制保护功能。直流功率和电压以整流端测量电压和电流作为参量60（6 6）极降压运行控制模式）极降压运行控制模式高压直流的每个极都具有极降压运行控制模式。在极降压运行控制模式下，直流极降压的定值在500kV和350kV之间可调。在直流线路故障后，可手动也可自动进入极降压运行控

24、制模式。分接头控制将调节点火角使其尽可能小以与极降压运行控制相一致。在任何时候都可停止电压的上升或下降过程。在这一模式下运行时，所有基本控制功能仍起作用。61换流站控制保护系统设置易于操作的顺序控制与联锁系统，其目的是为换流站提供安全可靠的设备投切，直流传输系统的平稳启动和停运及各控制模式间的平稳过渡。顺序控制与联锁系统包含以下四个部分：62（a a） 极顺序控制包括：极顺序控制包括： 阀厅联锁 极解锁/闭锁顺序控制 极启动/停止 功率/电流控制 正常/反转功率控制 常压/降压运行模式转换 直流滤波器连接/隔离 直流线路开路试验顺序控制63（b b） 双极顺序控制双极顺序控制与双极功能有关的顺

25、序控制包括： 双极启动/停止 主站/从站协调 金属回线/大地回线运行方式转换（c c）闭锁顺序）闭锁顺序 处理闭锁顺序和保护的闭锁顺序64（d d）开关控制）开关控制控制开关场的开关和断路器，开关控制中的功能是： 对于所有可操作断路器/开关的联锁 处理来自操作员控制的断路器和开关的手动命令 同期校验 打开/闭合阀厅接地刀闸 极连接/极隔离 极充电/放电 直流滤波器连接/隔离65 联锁包括硬件联锁和软件联锁。其中硬件联锁的种类包括机械联锁、电磁联锁和电气联锁。软件联锁是在顺序控制软件中实现的，通过极控和站控系统对开关设备进行操作时起作用。6667 高压直流系统由各不同部件构成： 两个换流站通常相

26、互间的距离很远； 架空线路的联接线路； 两个接地极及相关的地极线。 高压直流系统是一相当复杂的系统因此，在进行保护功能规划时必须对系统的这一复杂特点予以充分的考虑大量的保护功能之间需要精确配合 并且遵从交流电网技术中关于保护重叠区的惯用原则 ，实现对整个系统的覆盖，消除保护盲区， 实现保护的选择性，从而在发生故障时投入恰当的保护功能。68根据换流站的特点要求，直流保护设计应满足以下原则：（1） 极1与极2的保护分开，其输入回路测量装置也相应分开。（2） 两个极公共设备的保护设在双极层，称为双极保护。每极都有自己独立的一套双极保护，其输入回路测量装置也相应独立。（3） 不允许与故障极或双极有关的

27、保护在双极运行中误跳另外的极。（4） 出现故障或扰动时，任何单一的保护动作不应造成双极停运。 （5） 双极保护不应根据单一的判据动作。（6） 保护冗余配置。69换流站直流保护包括五个主要保护区换流站直流保护包括五个主要保护区： 换流器保护区（设备位于阀厅）直流极保护区（设备区域包括直流开关场，极中性母线，直流线路，直流滤波器）双极保护区（包括双极中性线，地极线） 换流器交流母线和换流变压器保护区 交流滤波器/组保护区70 直流保护分区配置，厂家不同分区不同，但每个保护区与其它保护区均有重叠区域，确保没有保护死区。现将每区保护配置说明如下：（1 1） 换流器（阀组）保护换流器（阀组）保护7172

28、 （a a） 第一套和第二套阀短路保护第一套和第二套阀短路保护 此保护检测换流变压器交流电流，直流极线和中性母线直流电流。用于保护阀短路和换流变压器直流侧相对相短路故障。 （b b） 第一套换相失败保护第一套换相失败保护 此保护检测换流器直流中性点电流和交流母线电压。用于保护由于交流系统扰动或其它异常换相工况所引起的十二脉动换流器的换相失败。 （c c）第二套换相失败保护）第二套换相失败保护此保护检测交流电流IVY和IVD及直流电流IDP和IDNC。用于保护由于其它异常换相工况所引起的十二脉动换流器的换相失败。73 （d d）阻尼回路过应力保护）阻尼回路过应力保护利用换流变压器分接头联锁保护所

29、有换流器设备免受交流电压应力。检测阀避雷器过应力并避免变压器过激磁。主要利用换流变交流母线电压、分接头位置和频率计算出理想的Udio。当Udio超过一定值时，保护动作。 （e)e) 直流电压过压保护直流电压过压保护此保护测量直流电压，结合直流电流和点火角以检测直流线路过压。用于保护所有设备免受由于误操作引起的直流电压侵害。74（f f） 阀点火失败保护阀点火失败保护此保护用于检测接到控制脉冲后，阀是否导通失败及阀的误点火。避免阀选择旁通对的导通失败或选择旁通对引起的阀误导通。 (g(g） 可控硅监视保护可控硅监视保护只有换流器充电时才投入此保护。阀控单元在规定时间内对阀的每个可控硅元件承受的电

30、压进行检测。如果没有电压，说明可控硅损坏。如果阀的可控硅故障的数量超过一个预先设定的值，则报警。75（h h） 直流过流保护直流过流保护 此保护用于检测并限制高温对换流器设备的过应力，尤其是可控硅阀。当计算的可控硅温度过高时，用此保护限制电流。（i i）后备直流过流保护）后备直流过流保护检测可能给换流设备特别是对可控硅阀带来过应力的过电流。主要测量最大中性母线直流电流和IVY、IVD。保护的一部分是速动的，由过电流启动。保护的另一部分是可控硅阀的过载过热保护。76（j j）大角度监测）大角度监测由于运行中的额外要求使点火角和熄弧角增大，会造成主回路设备承受的应力增加，因此要配置大角度监测（HA

31、S）功能。HAS计算出对直流输电系统的种种限制，它包含一个考虑阀阻尼电路、阀避雷器和阀电抗器的理论模型。77（k k） 阀直流差动保护阀直流差动保护此保护用于检测在阀厅内的接地故障。保护范围包括从低压端至阀厅高压母线的直流互感器（用于测量极直流电流）。在高压端和低压端测量的电流差值是保护区内接地故障的判据。阀直流差动保护由两部分组成：快速但相对不灵敏的部分和慢速但比较灵敏的部分。 （l l） 后备阀直流差动保护后备阀直流差动保护检测保护区内的接地故障。保护范围及动作判据与阀直流差动保护相同。7879（a a） 直流谐波保护直流谐波保护检测由于阀扰动、交流系统扰动和控制设备扰动等产生的异常谐波。

32、如果谐波电流超过预定值，保护动作。对于较低的谐波电流值，延时动作报警，对于较高的谐波电流值，切除换流器。 （b b）直流高压母线差动保护）直流高压母线差动保护此保护用于检测保护区内的接地故障。保护区包括从阀厅高压母线直流互感器（IDP）到极母线直流电流测点（IDL）。两电流的差值是接地故障的判据。保护按定时限动作。 80（c c） 直流中性母线差动保护直流中性母线差动保护此保护用于检测在保护区内的接地故障。直流中性母线差动保护的保护区是从阀厅内低压母线直流互感器（IDNC）到中性母线直流测点（IDNE）。两个电流的差值是接地故障的判据。保护按定时限动作。81(d)(d) 直流极差动保护直流极差

33、动保护用于检测保护区内的接地故障，切除故障的换流器极。直流极差动保护的保护区是从换流变阀侧到换流器高、低压侧直流电流测点（IDL和IDNE），包括直流滤波器。极直流电流由安装在中性母线及高压母线的直流电流互感器和/或光纤电流互感器测得，同时测量避雷器和直流滤波器上的交流电流，由这些电流共同判断保护区内的接地故障。极直流差动保护具有两个部分：快速欠敏感部分和慢速敏感部分。82(e)(e) 接地极引线开路保护接地极引线开路保护用于检测接地极引线/电缆开路，使中性母线上的设备免受由线路开路造成的过电压。测量极中性母线电压，较大的持续过电压是接地极引线开路的判据。当中性母线电压过高时，保护发出闭合换流

34、站直流中性母线接地刀闸的指令。假如在出现高电压的同时，存在一个较低的中性母线电流，这表明接地极的引线开路，电流流过了靠近换流器的避雷器。保护动作出口。83(f)(f) 直流滤波器过载保护直流滤波器过载保护用于检测直流滤波器元件，使之免受过应力。测量通过滤波器电容器组的电流，并和保护整定值比较。跳闸指令具有足够的时间延迟，以避免在短时过负荷情况下的误动。(g)(g) 直流滤波器电容器组不平衡保护直流滤波器电容器组不平衡保护保护测量电容器桥的电流和滤波器中性点的电流。用于检测故障电容器，避免直流滤波器组中电容器单元的雪崩损坏事故。84（h h） 直流滤波器差动保护直流滤波器差动保护测量滤波器在极线

35、端和中性母线端的谐波电流，并且和保护整定值比较。用于检测直流滤波器区的接地故障。（i i） 行波保护行波保护检测直流线路的接地故障或交直流碰线故障，并采用控制手段清除故障电流，如果情况允许，在故障清除后恢复电力输送。（j j） 纵差保护纵差保护检测直流线路接地故障，比较两个站的极线测量电流（IDL），对两站的极线电流时差予以补偿。85 （k k）突变量和欠压保护）突变量和欠压保护该保护仅在整流侧工作。接地故障的重要特征是直流电压以较高的速率降低（电压突变）到很低的水平。保护检测直流电压和直流电流，并且具有两个不同的检测原理：突变量检测和欠压检测突变量检测部分动作速度快，可以在23ms内检测出故

36、障。如果低电压持续时间超过预定的值，则满足欠压条件。86（l l） 线路开路试验线路开路试验线路开路试验的保护配置和正常运行时是一样的。 （m m） 线路开路监测（附加控制功能线路开路监测（附加控制功能）用于检测线路开路试验期间的直流场和直流线路的接地故障及线路开路试验期间的换流器相间或接地故障。 （n n） 交流交流/ /直流碰线保护直流碰线保护检测直流线路上的交流基波分量。用于检测直流线路与220kV及以上电压等级的交流线路碰线。保护动作于跳闸。87（o o）直流）直流/ /直流碰线保护直流碰线保护当两条直流输电线路发生碰线的故障时，控制保护系统目前难以对各种可能的情况加以正确判断。考虑推

37、荐采用在两直流线路相交处加装机械防护。（p p）逆功率方向保护）逆功率方向保护检测控制系统故障引起的功率反转，保护交流系统及发电机。当逆功率达到中值时延时跳闸，达到高值时快速跳闸。（q q） 中性母线开关保护中性母线开关保护测量中性母线极电流。当中性母线开关打开而电流不为零则发出重合命令。88（r r） 自动再起动自动再起动在行波、微分欠压、纵差等直流线路保护动作后，执行故障清除程序，进行再起动尝试的功能。当检测到故障时，向电流调节器发出“暂停”指令，并立即将触发角增大到900以上，使整流器进入逆变运行，整流站和逆变站都使直流线路放电，直流电流很快降到零，经过预先整定的100500ms的弧道去

38、游离时间后， 进行再起动尝试。如果故障已清除，再起动逻辑将监测直流电压的建立，恢复传输功率。 89（r r） 自动再起动自动再起动如果直流电压不能建立，说明故障依然存在，再起动不成功，重新进行移相、降电流的去游离过程。再起动的次数是根据系统研究预先定好的。在绝缘出现问题（如绝缘子污染）时，为维持电压应力在较低水平，可采取降压再起动。当最后一次再起动不成功时，将闭锁换流器，停运直流系统。9091（a a） 双极中性母线差动保护双极中性母线差动保护 用于检测接地极引线和极中性母线之间的接地故障并且清除故障。 测量直流接地极引线、金属回线母线和两个极中性母线的直流电流。所有测点的电流差值是保护区内接

39、地故障的判据。本保护在金属回线运行方式下无效。（b b） 换流站接地过电流保护换流站接地过电流保护防止过高的电流流入换流站接地网。换流站接地网流入过多的直流电流会造成换流变饱和。 与换流站接地刀闸串联的直流互感器测量接地直流电流（IDGND）。过高的换流站接地网电流将导致极（或双极）跳闸。92 （c c） 后备换流站接地过电流保护后备换流站接地过电流保护检测过高的站接地电流及保护区内的接地故障。测量直流接地极引线，金属回线和中性母线的直流电流，所有测点的电流差值是保护区内接地故障的判据。 （d d） 金属回线横差保护金属回线横差保护用于检测在金属返回线上的接地故障或开路故障。金属回路横差保护通

40、过检测接地换流站的线路电流差值来判断接地或开路故障。只有在金属返回运行方式下有效。 （e e） 金属回线纵差保护金属回线纵差保护检测在金属返回线上的接地故障或开路故障。金属回线纵差保护通过检测两个换流站的金属返回线路电流差值来判断接地或开路故障。93（f f） 金属回线接地保护金属回线接地保护检测在金属返回线上的接地故障。金属回线接地保护通过测量换流站接地电流和两个接地极电流来检测接地故障。（g g） 中性母线接地刀闸保护中性母线接地刀闸保护当从换流站接地网向接地极转移电流失败时，保护中性母线接地刀闸。与刀闸串联的直流电流互感器测量入地的直流电流（IDGND），如果刀闸不能把电流转移到接地极，

41、则保护启动重合刀闸。94（h h） 后备中性母线接地刀闸保护后备中性母线接地刀闸保护保护类别同第1套保护。但检测原理不同。金属返回线直流电流与两个接地极引线电流之和与中性母线直流电流的差值进行比较，因此保护测量流过开关的直流电流。保护动作后，重合中性母线接地刀闸，闭锁保护。（i i） 中性母线刀闸保护和后备中性母线刀闸保护中性母线刀闸保护和后备中性母线刀闸保护中性母线刀闸的目的是在一极停运时把电流转移到接地极引线上。刀闸可以断开极与中性母线的连接。如果刀闸不能遮断电流，则由保护重合。极直流电流在中性母线处测量，当刀闸打开而测得的电流不是零时，则向刀闸发出重合的命令。保护功能只有在极隔离的状态下

42、有效。95（j j） 大地回线转换开关保护大地回线转换开关保护用于电流从金属回线转换到大地回线失败时，保护大地回线转换开关。测量通过开关的电流。当开关打开但电流不是零时，保护重合开关。（k k） 后备大地回线转换开关保护后备大地回线转换开关保护保护范围和保护动作出口同第1套保护。但检测原理不同。本保护将流过中性母线接地开关的电流与两个接地极引线电流之和与中性母线直流电流的差值进行比较，因此保护测量流过开关的直流电流。96（l l） 金属返回转换开关保护金属返回转换开关保护用于电流从大地返回转换到金属返回失败时，保护金属返回转换开关。测量两个接地极的直流电流。当开关打开但直流电流不是零时，保护动

43、作发出重合指令。（m m） 后备金属返回转换开关保护后备金属返回转换开关保护保护目的和保护动作出口同第1套保护。但检测原理不同。通过金属返回导体的直流电流与中性母线接地刀闸电流之和与中性母线直流电流的差值的比较，保护测量流过开关的电流。97（n n） 接地极引线过载保护接地极引线过载保护用于检测接地极引线的过负荷。测量接地极引线的直流电流。其中一个导线的电流过大，则表明有接地故障或另外一个导线有开路故障。保护动作后向功率控制环节发出指令把电流降低到预定值。（o o） 接地极引线阻抗监视接地极引线阻抗监视主要检测接地极引线故障。通过一个串联谐振电路向接地极引线输入一个高频电流，测量谐振电感两端的

44、电压和注入接地极引线的电流，通过滤波处理后得到一个从输入端看进去的阻抗。如果该阻抗发生变化，则说明接地极引线有故障。98（p p） 接地极引线不平衡监视接地极引线不平衡监视检测两个接地极引线的电流分配不平衡。测量两个接地极引线的电流差值。如果有差值，则表明有接地故障或其中之一开路。99100a a） 换流变压器差动保护换流变压器差动保护该保护比较换流变网侧及阀侧的基波电流矢量，并计及换流变及CT变比的不平衡及调压分接头位置变化的影响，其保护区为网侧与阀侧的CT之间的换流变及引线。换流变压器差动保护动作后将闭锁直流极、启动换流变交流断路器跳闸并闭锁其合闸、启动断路器失灵。b b） 换流变压器过流

45、保护换流变压器过流保护该保护检测换流变网侧的电流有效值，动作后将闭锁直流极、起动换流变交流断路器跳闸并闭锁其合闸、起动断路器失灵。该保护可选用反时限特性。101c c） 换流变压器绕组差动保护换流变压器绕组差动保护该保护按相检测换流变压器各绕组两侧差电流，当差电流大于整定值时保护动作，保护采用定时限特性。本保护主要用于检测各绕组内部接地故障，保护动作后将闭锁直流极、起动换流变交流断路器跳闸并闭锁其重合闸、起动断路器失灵。 d d） 换流变压器交流母线过电压保护换流变压器交流母线过电压保护防止持续的过电压损坏换流变压器及换流桥。保护测量交流母线每相电压，动作于跳闸。102e e） 换流变压器零序

46、电流保护换流变压器零序电流保护该保护装在换流变压器网侧中性点处，作为换流变及交流引线单相接地故障的后备保护，保护具有二次谐波制动特性。保护动作后将闭锁直流极、起动换流变交流断路器跳闸并闭锁其合闸、起动断路器失灵。f f） 换流变压器过励磁保护换流变压器过励磁保护为了防止换流变压器在过电压期间长期过励磁运行，本保护通过测量电压和频率的比值监视过励磁。保护配有两段定值，一段发告警，二段发跳闸信号，用于跳闸的定值应与换流变压器的过励磁特性曲线相配合。103g g） 换流变压器饱和保护换流变压器饱和保护当双极不平衡运行或大地回线运行方式下，直流电流在换流变中的分流都可能引起换流变饱和。本保护检测换流变

47、压器网侧星形绕组中性点过电流，其动作特性采用换流变生产厂家指定的反时限特性。饱和保护配有两段定值分别用于告警及跳闸，跳闸信号除起动交流断路器跳闸外，另将起动Y型直流闭锁，即闭锁直流但仅在逆变侧投入旁通对。104h h） 换流变压器阀侧接地保护换流变压器阀侧接地保护该保护的保护区为换流变压器阀侧的交流导线。对每个六脉动桥，当换流阀组闭锁且换流变压器阀侧的交流导线没有接地故障时，换流变压器阀侧各相对地电压的向量和为零。但当换流阀组闭锁，而换流变压器阀侧的交流导线出现接地故障且故障电流不大时，换流变压器阀侧各相对地电压的向量和将出现较大的零序分量，该保护即检测其零序分量。保护动作后应发告警信号、禁止

48、阀组解锁、起动换流变压器交流断路器跳闸。一旦阀组解锁后，本保护即应退出。105i i） 换流变压器及交流母线差动保护换流变压器及交流母线差动保护该保护原理及功能与上述的换流变压器差动保护相同，只是其动作区包含换流变压器交流母线。j j） 换流变压器及交流母线过电流保护换流变压器及交流母线过电流保护该保护原理及功能与上述的换流变压器过电流保护相同，只是其动作区包含换流变压器交流母线。106k k） 换流变压器交流母线差动保护换流变压器交流母线差动保护该保护的动作区为接换流变压器的两台交流断路器与换流变网侧套管CT之间的一段交流母线。保护采用分相比较，当各侧的电流矢量和不为零时保护动作，保护仅对基

49、波电流敏感且对外部穿越性故障具有制动特性。保护动作后将闭锁直流极、起动换流变交流断路器跳闸并闭锁其合闸、起动断路器失灵。107l l） 换流变压器限制接地故障保护换流变压器限制接地故障保护该保护防止由内部接地故障或绕组故障引起的换流变初级绕组损坏。保护具有低阻特性，比较高压初级绕组与中性点的零序电流。超过定值保护动作。m m） 换流变压器本体保护主要包括：换流变压器本体保护主要包括： 泵及电动机保护、油位检测、气体探测 、油温监视、 压力释放、 油流指示、 绕组温度、SF6密度开关、分接头压力释放及油流指示等。108109110111112113交流滤波器保护使各交流滤波器小组的每一部件都得到

50、保护，使其免受过电流、过电压、过负荷损坏，对失去电容器或电容器元件以及接地故障也可提供保护，交流滤波器保护还为滤波器的电抗器及电阻器配置了必要的保护。114交流滤波器大组保护交流滤波器大组保护a a）滤波器母线差动保护）滤波器母线差动保护用于保护滤波器母线免受区内故障损坏。该保护采用分相比较流入保护区的电流，如果向量和不为零，保护动作。保护仅对基波电流敏感，对穿越电流不反应。b b）交流滤波器和母线差动保护）交流滤波器和母线差动保护该保护用于保护交流滤波器母线和滤波器组免受区内故障损坏。保护采用分相比较流入保护区的电流，如果向量和不为零，保护动作。保护仅对基波电流敏感，对穿越电流不反应。115

51、c c） 过电压保护过电压保护该保护用于保护交流母线和相连的设备，使其免受持续的过电压损坏。保护测量滤波器母线上每相的电压，保护对基波和直至7次谐波电压敏感。116交流滤波器小组保护交流滤波器小组保护a a）电容器组不平衡保护）电容器组不平衡保护电容器不平衡保护的主要目标是保护高压电容器组因电容元件故障导致的雪崩损坏。该保护检测两串电容器之间的不平衡电流，其中一串的电容器故障将引起不平衡电流有较大的升高。并且测量总的滤波器电流来平衡由于电容器制造公差引起的初始电流不平衡。保护具有3个动作水平：报警、延时跳闸、瞬时跳闸。117b)b)电阻电阻/ /电抗器谐波过负荷保护电抗器谐波过负荷保护该保护用

52、于保护电抗和电阻免受过负荷。保护检测滤波器电抗和电阻的谐波电流，并构成这些元件的过热保护。C)C)零序过流保护零序过流保护该保护用于交流滤波器的接地故障，特别是靠近大地的接地故障。保护测量交流滤波器中性线侧的零序电流，该保护仅对基波比较敏感。118d)d) 高通高通3 3次谐波低电压电容量保护次谐波低电压电容量保护保护低压侧电容器，保护动作跳滤波器小组。e)e) 交流滤波器差动保护交流滤波器差动保护该保护的保护区域是滤波器中从高电位电流互感器到中性点电流互感器之间的区域。保护主要用于检测接地故障和电容器组相间短路。该保护比较电容器组相与相之间的电流，如果向量和不为零，保护动作。保护仅对基波敏感

53、。119f)f) 过流过流/ /过负荷保护过负荷保护该保护用于保护高压电容免受过电流和过负荷。保护测量滤波器的总电流，仅对基波敏感。g) g) 断路器失灵保护断路器失灵保护各滤波器分组都配置有断路器的失灵保护。该保护将每相的测量电流和残余电流与各自的整定值进行比较，按4取2逻辑来判断故障。断路器失灵保护由其他保护送来的逻辑上冗余的信号启动。保护动作将跳相应的断路器。 120阀冷却控制、保护系统是直流控制保护系统的一个部分。每极阀组配置两套完全独立的冷却控制、保护系统，一运一备。阀冷却控制、保护主系统故障时将自动切换到备用系统，其切换过程对高压直流输电系统输送功率没有影响。当阀冷却机械系统的工作

54、电源故障时，阀冷却控制、保护系统将其切换到备用电源上。切换过程不会使阀冷却控制、保护系统启动阀组跳闸。当阀冷却机械系统的两套辅助电源都失去时，阀冷却控制、保护系统启动阀组跳闸，所用时间不会造成阀过热而损坏。121直流保护出口动作类型如下直流保护出口动作类型如下： 告警和启动故障录波 切换到冗余的控制和保护系统（阀保护不切换） （利用冗余的控制保护系统，通过系统切换排除控制保护系统设备故障的影响） 闭锁触发脉冲（闭锁换流器触发脉冲，使换流器各阀在电流过零后关断，在双极都闭锁时，需切除所有的交流换流器） 换流器紧急移相（是将触发角迅速增加到900以上，将换流器由整流状态转换为逆变状态，以减少故障电

55、流，加快直流系统能量释放，便于换流器闭锁。） 换流器闭锁：包括X类（不投旁通对）、Y类（整流侧不投旁通对，逆变侧投旁通对）、Z类（投旁通对）闭锁。122 跳交流侧断路器（同时启动断路器失灵保护并闭锁重合闸） 自动再起动 功率回降 极隔离 闭合中性母线隔离开关 重合转换开关 极控制平衡 闭合中性母线接地刀闸123在这里对换流器闭锁作以详细说明：换流器闭锁意味着切断作用到换流阀的控制脉冲。当此情况发生后一旦电流接近零，换流阀将停止导通。当闭锁时，有时希望为直流侧电流提供电流通路。如果是这样，旁通对（在同一6脉冲中联结到相同交流相的两个对应的阀）,将同时被除触发。它在换流阀两端提供旁路，并且当检测到

56、永久接地故障时，通常使用这种方式。124旁通对触发时的电流通路125保护闭锁作用能够分为X、Y、或Z类型的闭锁。整流器的X闭锁通常不同时触发旁通对的闭锁；在逆变站，当交流断路器已断开时，进行带触发旁通对的闭锁。Y闭锁是有条件的，通常在整流侧进行不带触发旁通对的闭锁；在逆变侧，带触发旁通对的闭锁。Z闭锁通常是同时进行触发旁通对的闭锁。所有换流阀闭锁命令是冗余的，并且对于换流阀闭锁顺序具有冗余的信号通道。126（1 1）X X类型闭锁类型闭锁 X类型的闭锁主要是在换流阀故障时使用。它主要是由在换流阀两侧短路所启动的保护发出命令。X类型的闭锁也用于不能正确选择旁通对(bypass pairs)的触发

57、电路故障。在整流运行方式下，阀短路将引起三相并联的健全阀中通过大短路电流。为了在一个连续脉冲时间内限制过电流，故障检测必须快速。并且，必须使换流阀不带触发旁通对闭锁。 在逆变运行方式下，阀短路不会提供大短路电流。因此，不必立即闭锁换流阀。为了限制短路电流的幅值。换流阀触发脉冲被延时，即：保持在最小换相裕度角，直到换流阀被闭锁。127完整的X闭锁故障清除顺序归纳如下：整流器：换流阀触发脉冲立即延时紧接着不带触发旁通对闭锁换流阀跳换流器进线开关逆变器：换流阀触发脉冲立即延时跳交流断路器当交流开关已启动跳闸的同时，带触发旁通对闭锁换流阀。128（2）Y类型闭锁Y闭锁通常用于不使设备受严重过载的直流侧

58、故障、交流侧故障和极的手动闭锁。换流阀触发脉冲立即延时在逆变侧换流阀直接带触发旁通对闭锁。因此类似Z类型的闭锁。在整流侧，闭锁以前，闭锁的命令被延时到使电流熄弧。如果直流电流低于与电压有关的幅值，Y闭锁在整流侧进行不带有触发旁通对闭锁，否则，换流器要带有旁通对闭锁。129（3）Z Z类型闭锁类型闭锁 Z类型闭锁通常用于接地故障或者与直流侧有关的过电流。 Z类型闭锁通常进行换流阀触发脉冲的立即延时和闭锁，并同时触发旁通对。130131直流远动系统是指为两站间控制保护系统提供信息传输和处理的系统。高压直流远动系统在设备的层次结构中属于极水平一级，每极的高压直流远动系统应与极控制系统一样采用双重化冗

59、余配置。每个极的远动系统设备应与另一极的远动系统设备在电气及物理结构上分开，因此每个极的远动系统是独立运行的。为双极所共用的信号的数量应减至最少。所必须的任何双极信号将通过各个极的高压直流远动系统进行传送。132为了避免直流功率崩溃，控制系统必须要保持整流和逆变侧之间的电流裕度，即始终保持整流侧比逆变侧高10。在电流指令变化时，两侧的电流指令变化有严格的先后顺序。如增加电流指令时，先增加整流侧；减小电流指令时，先减小逆变侧；电流指令在额定值3以内变化时，总是先或增加减小整流侧电流。两侧电流指令的同步要求通道传输速度极高，应少于20ms；功率调制指令的传输速度可慢些，也应少于300ms。133 运行模式的转换，如极的起停等，也需要两站间的协调。模式顺序控制会和对端换流站的相应程序进行状态通信，利用两侧信号来完成协调。对通信系统要求略低，传输速度要求