(特)高压直流输电控制保护技术

1、务实 求精 协作 创新( (特特) )高压直流输电控制保护技术高压直流输电控制保护技术 常规直流及多端直流2www.nari-提纲直流控制技术1直流保护技术2多端直流技术33www.nari-直流控制技术提纲直流输电基本知识1直流输电控制基本技术2控制功能介绍34www.nari-直流输电的应用领域直流输电的应用领域长距离输电长距离输电 300-1400300-1400KMKM 长距离、大功率长距离、大功率背靠背联网背靠背联网 两个相邻的独立系统，但两个相邻的独立系统，但具有不同的具有不同的 频率频率 / / 电压等电压等级级 / / 短路容量短路容量海底电缆输电海底电缆输电 直流线路无需无功

2、补偿直流线路无需无功补偿5www.nari-直流输电的特点直流输电的特点输送功率相同时，线路造价低，线路走廊窄，损耗小。输送功率相同时，线路造价低，线路走廊窄，损耗小。直流输电距离和容量不受同步运行稳定性的限制。直流输电距离和容量不受同步运行稳定性的限制。潮流的调节：直流输电功率调节迅速、准确。潮流的调节：直流输电功率调节迅速、准确。交流系统用直流互连后，短路容量基本没有增大。交流系统用直流互连后，短路容量基本没有增大。直流线路运行不需要无功功率，但换流器需要较大的无功功率。直直流线路运行不需要无功功率，但换流器需要较大的无功功率。直流输电无功只与有功有关，与线路长度无关。流输电无功只与有功有

3、关，与线路长度无关。换流器较贵；换流器运行需要较多的无功功率，要装设滤波装置；换流器较贵；换流器运行需要较多的无功功率，要装设滤波装置；技术较复杂。技术较复杂。 6www.nari-HVDCHVDC运行模式运行模式双极运行单极金属回线运行单极大地回路运行双极线并联单极大地回路运行（单极大地系统）7www.nari-阀的连接 YDY8www.nari-国外控制保护厂家 ABBABB、SIEMENSSIEMENS、AREVA(ALSTOM)AREVA(ALSTOM)等，将直流控制和保护系统等，将直流控制和保护系统作为直流输电的核心技术，研发投入非常大；作为直流输电的核心技术，研发投入非常大； AB

4、BABB公司直流控制保护系统公司直流控制保护系统MACH2MACH2，19951995年开发年开发完成，龙政完成，龙政直流、三广直流直流、三广直流采用；采用；DCC800DCC800，20092009年开发完成，复奉特年开发完成，复奉特高压采用；高压采用； SIEMENSSIEMENS公司提供的直流控制保护系统公司提供的直流控制保护系统SIMADYN DSIMADYN D被我国南被我国南方电网的天广直流和在建的贵广直流所采用，方电网的天广直流和在建的贵广直流所采用，SiemensSiemens已开已开始推广更新一代系统。始推广更新一代系统。 AREVA Series VAREVA Series

5、 V控制保护系统控制保护系统。 9www.nari- 南瑞继保，引进南瑞继保，引进ABBABB的的MACH2MACH2技术；技术；20102010年，新一代年，新一代UAPCUAPC平台的平台的PCS9550PCS9550在天广改造中使用；在天广改造中使用； 许继电气，许继电气， 引进引进SIEMENSSIEMENS的的SIMADYN DSIMADYN D技术；正在技术；正在研发新一代系统；研发新一代系统； 四方电气，四方电气，ABBABB的的MACH2.5MACH2.5技术，技术，ABBABB合作方。合作方。国内控制保护厂家10www.nari-第1条商用直流（ABB） 1954 1954年

6、，瑞典在本土和年，瑞典在本土和果特兰岛（果特兰岛（GotlandGotland）之之间建成一条海底电缆直间建成一条海底电缆直流输电线，是世界上第流输电线，是世界上第一条商业性高压直流输一条商业性高压直流输电线路。电线路。11www.nari-HVDC技术发展GotlandGotland工程（工程（19541954）单极，单极，-100 -100 KVKV20 MW20 MW汞弧阀汞弧阀模拟控制，功能简单模拟控制，功能简单面板面板/ /模拟盘操作界面模拟盘操作界面三常工程（2003） 双极， 500 KV 3000 MW可控硅阀数字控制，功能丰富计算机全图形操作界面新技术： 轻型直流（HVDC

7、Light） 滤波器技术（有源直流滤波） LTT阀、IGBT 光CT/PT 新一代直流控制保护系统复奉工程（2010） 双极， 800 KV，6400 MW，串联可控硅阀12www.nari-直流控制技术提纲直流输电基本知识1直流输电控制基本技术2控制功能介绍313www.nari-控制基本技术 直流输电工作原理功率正送整流侧整流侧逆变侧逆变侧注意：只有很小的电压差注意：只有很小的电压差ddodrIdVVcosddodiIdVVcos两个可调的电压源两个可调的电压源14www.nari-控制基本技术 直流输电工作原理功率反送整流侧整流侧逆变侧逆变侧注意：电流方向不改变注意：电流方向不改变15w

8、ww.nari-基本原理换流器件换流器件采用晶闸管元件（半控器件）采用晶闸管元件（半控器件）n晶闸管导通条件：正向电压触发脉冲晶闸管导通条件：正向电压触发脉冲 n晶闸管关断条件：电流过晶闸管关断条件：电流过零，零零，零电压或负电压电压或负电压定义：定义：n触发角触发角n叠弧角叠弧角n熄弧角熄弧角n超前角超前角16www.nari-极控系统主要控制功能框图17www.nari- 极控系统包含控制功能模块开关顺序控制 SSQ模式顺序控制 MSQ准备顺序控制 RSQ极功率控制/电流控制 PPC过负荷限制 OLL直流功率调制 MODS换流器触发控制 CFC控制脉冲发生单元 CPG 无功功率控制 RPC

9、电压角度参考值计算 VARC换流变压器分接头控制 TCC线路开路试验控制 OLT站间通讯 TCOM 控制功能模块18www.nari-外特性曲线19www.nari-操作界面20www.nari-直流控制技术提纲直流输电基本知识1直流输电控制基本技术2控制功能介绍321www.nari-基本控制功能 触发器控制CFC- 作用：对两侧的12脉动阀组进行控制，两侧阀组均可作为整流侧和逆变侧运行- 具有低压限流环节（VDCL）- 三个基本控制器组成闭环电流调节器电压调节器修正的GAMMA控制器22www.nari-基本控制功能- 闭环电流控制控制器输入变量：测量到的实际直流电流和VDCL环节后的电流

10、指令相减的差值控制器类型：比例积分（PI控制器）整流和逆变侧均配置逆变侧电流指令整流侧电流指令电流裕度23www.nari-闭环电流控制逻辑框图24www.nari-基本控制功能- 电压控制器整流侧和逆变侧均配置整流侧用于过电压的限制；逆变侧用于定电压控制；个别工程逆变侧也用作过电压限制控制器类型：比例积分（PI控制器）整流侧电压参考值略高于逆变侧电压参考值 25www.nari-电压控制器逻辑框图26www.nari-基本控制功能- Gamma控制器正常工况下，逆变侧为定GAMMA角控制采用预测性开环控制原理采用AMAX控制，使得外特性在暂态情况下具有正斜率，利于系统的稳定27www.nar

11、i-基本控制功能- 点火控制将alpha指令转换成12个120 宽的控制脉冲，送至VBE包括如下功能块：触发单元 (FIREXEC)点火模式判别 (FMD)角度测量 (FIRANG)叠弧角计算 (OVLCALC)相控振荡器 (PCO)数字锁相环 (PLL)紧急点火控制(EMG)控制脉冲发生器（CPG）28www.nari-基本控制功能 过负荷限制OLL- 长期过负荷- 短时过负荷- 高晶闸管结温限幅 - 功率回降29www.nari-基本控制功能 功率/电流控制PPC- 基本控制策略正常工况下，整流侧通过快速调节alpha角来保持直流电流恒定；逆变侧为gamma角控制。与快速控制相配合的换流变

12、抽头的慢速控制策略为，正常工况下，整流侧抽头控制alpha角为152.5，逆变侧抽头控制Udi0为1(1.25%)pu。当逆变侧控制电流时，逆变侧的抽头用于维持熄弧角gamma为17 2.5 参考值。 控制系统中应有过电压限幅环节对过高的直流电压进行限幅，避免直流设备承受过应力而损坏。 30www.nari-PPC功能概况图31www.nari-基本控制功能 无功控制RPC- 控制目标：满足换流器消耗无功需要，使直流系统与交流系统交换的无功为设定值。满足谐波滤波需要，使直流系统注入交流的谐波达到允许范围。控制交流电压在设定值32www.nari-基本控制功能 换流变分接头控制TCC- 模式：手

13、动与自动- 手动控制：对单相换流变抽头调节或对所有换流变抽头的同步调节具有最大换流变阀侧理想空载直流电压Udi0 的限制 33www.nari-基本控制功能 空载加压试验控制OLT- 作用：测试直流极在较长一段时间的停运后或检修后的绝缘水平 - 试验条件：整流模式进行当前直流电压低于0.1p.u.平波电抗器和极母线间解开另一侧阀闭锁，未充电，未投入空载加压试验34www.nari-35www.nari-基本控制功能 顺序控制与联锁（SSQ、MSQ、RSQ）- 控制目标实现直流系统的平稳启动和停运实现直流系统各运行状态之间的平稳转换实现安全可靠地操作断路器、隔离开关和接地刀闸实现安全可靠的控制模

14、式或运行方式转换36www.nari-基本控制功能 调制控制MODS- 功率提升- 功率回降- 频率控制- 阻尼次同步振荡37www.nari-提纲直流控制技术1直流保护技术2多端直流技术338www.nari-直流保护技术提纲概述1直流极保护原理2直流极保护动作后处理策略3直流极保护定值、动作矩阵45典型故障录波分析39www.nari-概述换流站所包含的保护设备换流站所包含的保护设备 直流保护换流变保护直流滤波器保护交流滤波器保护交流（滤波器）母线保护断路器保护线路保护40www.nari-概述 直流极保护（换流变阀侧绕组之间的区域，除直流滤波器） 换流变压器保护 直流滤波器保护 交流滤波

15、器保护 母线保护 断路器保护 交流线路保护换流站所包含的保护设备换流站所包含的保护设备 41www.nari- 特高压直流与常规直流的不同点双阀组串联电压运行等级增多（800kV、400kV、7080降压等）概述42www.nari-概述直流极保护分区（常规）直流极保护分区（常规） 43www.nari-1.1. 换流阀区换流阀区2.2. 极高压母线区极高压母线区3.3. 极中性母线区极中性母线区4.4. 直流滤波器区直流滤波器区5.5. 直流线路区直流线路区6.6. 双极中性母线区双极中性母线区7.7. 接地极线区接地极线区8.8. 金属回线区金属回线区概述直流极保护分区（常规）直流极保护分

16、区（常规） 44www.nari- 阀组区：高压阀组和低压阀组 换流变压器：高压换流变压器和低压换流变压器概述直流极保护分区（特高压）直流极保护分区（特高压） 45www.nari- 换流阀保护区1 换流阀保护区2 极区概述直流极保护分区（背靠背）直流极保护分区（背靠背） 46www.nari-提纲概述1直流极保护原理2直流极保护动作后处理策略3直流极保护定值、动作矩阵45典型故障录波分析47www.nari- 保护的硬件实现 保护系统的配置原则 各保护区的保护配置及原理介绍的内容介绍的内容48www.nari- 采集模拟量 采集开关量 输出开关量 通讯（包括人机、与控制系统、三取二、以及调度

17、） 保护算法实现单元49www.nari-50www.nari-51www.nari- 控制、保护功能分开 控制、保护IO单元各自独立 保护三取二逻辑出口配置 保护双重化出口配置 每一套保护独立，完善的自检系统保证单一元件损坏本套保护不误动，保证可靠性52www.nari- 故障：如阀短路、极母线断路、接地 过应力：如过压、过载 器件损坏：如电容器损坏、转换开关无法断弧 其它：如功率振荡等保护针对的故障类型保护针对的故障类型53www.nari-典型的测点配置（常规）典型的测点配置（常规）54www.nari-典型的测点配置（特高压）典型的测点配置（特高压）55www.nari-高压换流阀区高

18、压换流阀区(CONVPR_H)(CONVPR_H)低压换流阀区低压换流阀区(CONVPR_L)(CONVPR_L)极保护区极保护区(POLEPR)(POLEPR)直流线路区直流线路区(LINEPR)(LINEPR)双极保护区双极保护区(BIPOLEPR)(BIPOLEPR)各保护区的保护配置及原理各保护区的保护配置及原理56www.nari- 短路保护（87SCY87SCD ） 换相失败保护（87CFP ） 桥差动保护（87CBY87CBD ） 阀组差动保护 （87CG ） 直流差动保护 （87DCM） 交流过流保护（50/51C） 交流过电压保护（59AC） 交流低电压保护（27AC） 电压

19、过应力保护（VSP） 57www.nari- 交流阀侧绕组接地保护（59ACVW） 触发异常保护（VMF） 大角度监视（EFAP） 换流阀短路、换流器接地短路 丢失触发脉冲 换相失败 阀过电压换流阀区的主要故障换流阀区的主要故障58www.nari- 短路保护（87SCY87SCD ）:IacYmin(IdH,IdN) max(Isc_set, k_set* min(IdH,IdN) IacDmin(IdH,IdN) max(Isc_set, k_set* min(IdH,IdN) 桥差动保护（87CBY87CBD）:Max（IacY,IacD） IacY I_set Max（IacY,Iac

20、D） IacD I_set 针对阀区短路故障的保护针对阀区短路故障的保护59www.nari- 阀组差动保护（87CG）：Max（IdH,IdN） Max（IacY,IacD） I_set 直流差动保护 （87DCM）：（特高压特殊处理） IdH IdN max(I_set, k_set * (IdH+IdN) / 2) 交流过流保护（50/51C）: Max（IacY,IacD） I_set针对阀区短路故障的保护（续）针对阀区短路故障的保护（续）60www.nari-交流阀侧绕组接地保护（59ACVW）:UacYa + UacYb + UacYc Uacc0_set UacDa + UacD

21、b + UacDc Uacc0_set 针对阀区短路故障的保护（续）针对阀区短路故障的保护（续）61www.nari-桥臂短路62www.nari-触发角与电压；阀导通条件（两个必要）、阀关断条件（两个充分）63www.nari-IacY min(IdH, IdN) 7808008208408608809009209409601000120014001600180020002200240026002800正常换相正常换相64www.nari-阀短路故障阀短路故障65www.nari- 电压过应力保护（VSP）： Udio Udio_set 交流过电压保护（59AC）：Uac U_set 交流低

22、电压保护（27AC）：Uac U_set 大角度监视（EFAP）：Alpha_set1 Alpha max(Icf_set , k_set* max(IdH,IdN), & max(IdH,IdN)*k_ac IacY max(IdH,IdN) IacD max(Icf_set , k_set* max(IdH,IdN), & max(IdH,IdN)*k_ac IacD 导致换相失败的原因：误触发、不触发逆变侧换相电压下降逆变侧交流系统不对称故障暂态过程或谐波引起换相电压畸变换相失败、丢失脉冲的保护换相失败、丢失脉冲的保护67www.nari-max(IdH,IdN) Iac

23、Y max(Icf_set , k_set* max(IdH,IdN)换相失败68www.nari-换相失败故障换相失败故障69www.nari- 阀组旁通开关保护 双阀组电压不平衡报警 换流变压器分接头不平衡报警 双阀组触发角不平衡报警特高压增加的保护特高压增加的保护70www.nari- 极母线差动保护（87HV） 中性母线差动保护（87LV 直流后备差动保护（87DCB） 直流过流保护（76） 接地极开路保护（59EL） 50/100Hz保护（81-50/100HZ） 快速中性母线开关保护（82-HSNBS） 换流器开路保护/直流过电压保护（59/37DC） 直流低电压保护（27DC）

24、功率反向保护（RPDP）（国网最新文件去除） 71www.nari- 交直流碰线/远端故障检测（81-I/U） 次同步谐振保护（SSR） 空载加压试验保护（OLTP） 接地 断线 过电压 低电压 开关失灵极区的主要故障极区的主要故障72www.nari- 高压母线差动保护（87HV） （特高压特殊处理）|IdH IdL | max(I_set , k_set * max(IdH,IdL) 快速段增加判据：UdL max(I_set , k_set * max(IdN,IdE) 直流后备差动保护（87DCY） |IdL IdE| I_set + k_set * IdE73www.nari- 换流

25、器开路保护/直流过电压保护（59/37DC） （特高压特殊处理） I段：UdL U_set1 & IdH U_set1 & IdH U_set2或UdL-UdN U_set2 直流低电压保护（27DC） UdL ALPHA_set & IDNE I_set 快速中性母线开关保护（82-HSNBS） 快速中性母线开关保护（HSNBS）指示分闸位置后，满足IdE I_set74www.nari- 接地极开路保护（59EL） UdN U_set &Idee1Idee2 U_set ； III段，闭锁； IV段，合站地开关 50100Hz保护（81-50100HZ） I

26、dN_50 I_set + k_set * IdN IdN_100 I_set + k_set * IdN 功率反向保护（RPDP） UdP_set 75www.nari- 远端故障交直流碰线检测（81-I/U） UdL_50Hz UdL_50Hzset & IdL_50Hz IdL_50Hzset 空载加压试验保护（OLTP） IacYIdH I_set2或IacDIdN I _set2 Ud_cal UdL Ud_set IacY I_set1或IacD I _set1 次同步谐振保护（SSR） IdHssr I_set76www.nari-50Hz保护（整流侧丢失脉冲）保护（整流

27、侧丢失脉冲）77www.nari-100Hz保护（交流系统接地故障）保护（交流系统接地故障）78www.nari-直流线路行波保护（WFPDL） 直流线路突变量保护（27du/dt） 直流线路低电压保护（27DCL） 直流线路纵差保护（87DCLL） 线路再启动逻辑（RL） 金属性接地高阻接地短路与交流系统碰线直流线路区的主要故障直流线路区的主要故障79www.nari- 直流线路行波保护（WFPDL）：反向行波：b(t) = Z *delta(IdL(t) delta(UdL(t) delta(Diff_b(t) Dif_dt_set delta(Com_b(t) Com_dt_set in

28、teg(Diff_b(t) Dif_int_set integ(Com_b(t) Com_int_set 直流线路突变量保护（27du/dt）： delta(UdL(t) dU_set UdL U_set80www.nari-直流线路故障波形直流线路故障波形81www.nari-行波量（线模零模）行波量（线模零模）82www.nari-不同的故障位置，电压下降的陡度不同故障与非故障情况电压下降陡度不同电压突变量（电压突变量（du/dtdu/dt）83www.nari- 直流线路低电压保护（27DCL）：UdL max(I_set , k_set * IdL) 线路保护动作后，迅速将直流电压降到

29、0，等待故障点去游离时间后，重新恢复运行。重起时间、重起后的电压、重起次数可设定。直流线路再启动逻辑直流线路再启动逻辑84www.nari- 接地极母线差动保护（87EB） 接地极电流平衡保护（60EL） 接地极过流保护（76EL） 站内接地网过流保护（76SG） 接地系统保护（87GSP） 金属回线接地保护（51MRGF） 直流线路横差保护（87DCLT） 金属回线纵差保护（87MRL） 金属回线转换开关保护（82-MRTB）85www.nari- 金属回线开关保护（82-MRS） 快速接地开关保护（82-HSGS） 接地短路 断线 MRTB无法断弧 MRS无法断弧 HSGS无法断弧双极区的

30、主要故障双极区的主要故障86www.nari-MRTBGRSHSGS87www.nari- 直流断路器按 组成结构，可分为无源型和有源型2 种，无源型直流断路器，适用于转换中等幅值的直流电流；而有源型直流断路器适用于转换较大幅值的直流电流。 88www.nari- 直流断路器主要性能89www.nari- 接地极母线差动保护（87EB）：IdE1 - IdE2 - Idee1 Idee2 - Idee4 max(I_set , k_set * |IdE1-IdE2|) 接地极电流平衡保护（60EL）： Idee1 Idee2 I_set 接地极过流保护（76EL）： Idee1 I_set 或

31、Idee2 I_set 站内接地网过流保护（76SG）：Idee4 I_set 接地系统保护（87GSP）： IdE1 IdE2 I_set & NBGS合位 & 双极平衡运行90www.nari- 金属回线接地保护（51MRGF）： Idee1 + Idee2 + Idee4 I_set + k_set * IdE 直流线路横差保护（87DCLT）：IdLIdL_Op I_set + k_set * IdL_Op 金属回线纵差保护（87MRL）： IdL_Op IdL_Op_Fosta max(I_set , k_set * IdL_Op) 91www.nari- 金属回线转

32、换开关保护（82-MRTB）： 金属回线转换开关（MRTB）指示分闸位置后， 满足Idee3 I_set1或Idee1Idee2 I_set1 金属回线开关保护（82-MRS）：金属回线开关（MRS）指示分闸位置后，满足IdL_Op I_set 快速接地开关保护（82-HSGS）： 站地开关（HSGS）指示分闸位置后，满足Idee4 I_set92www.nari-接地极线阻抗监视接地极线阻抗监视93www.nari- 背靠背差动 接地保护 差动 接地保护背靠背直流背靠背直流直流融冰直流融冰94www.nari-阀短路程序（可视化）阀短路程序（可视化）95www.nari-提纲概述1直流极保护

33、原理2直流极保护动作后处理策略3直流极保护定值、动作矩阵45典型故障录波分析96www.nari-闭锁逆变站禁止投旁通对移相、重起请求控制系统切换极平衡功率回降交流断路器跳闸（锁定、启动失灵）极隔离重合开关禁止降分接头97www.nari-请求升分接头禁止解锁合站地开关98www.nari- 整流侧闭锁脉冲：停止触发脉冲 ESOF：快速增加触发角、带旁通对 闭锁换流器：快速增加触发角、不带旁通对 逆变站禁止投旁通对闭锁（西门子）闭锁（西门子）99www.nari- X闭锁：停止触发脉冲 Y闭锁：快速增加触发角、有条件投旁通对 Z闭锁：快速增加触发角、立即投旁通对 S闭锁：快速增加触发角、整流侧

34、30ms后不投旁通对闭锁阀组、逆变侧交流开关跳开时投旁通对闭锁（闭锁（ABBABB）100www.nari- 移相操作就是触发脉冲以一定的速率增大触发角到最大触发角。这个操作会使整流侧转移到逆变状态运行，电压极性反转，从而消除直流电流。移相命令取消后，系统会自动恢复到收到命令前的状态。如果收到重起命令，触发角会由最大触发角阶跃到预设角度，迅速建立电压，然后以一定的速率恢复电压到预设值。 分高压线路故障重起动和低压线路故障重起动。移相、重起移相、重起101www.nari- 有一些故障情况是由于控制系统的问题造成的，控制系统切换后故障可以消失，保持继续输送功率。因此有些保护动作后第一动作是请求控

35、制系统切换。例如：- 过流保护- 直流过压保护- 换相失败保护- 谐波保护- 潮流反转保护请求控制系统切换请求控制系统切换102www.nari-双极运行时，双极区和接地极有接地故障，采用此操作，利于消除故障或带故障无危害运行。双极运行时，如果接地极线电流过大，进行此操作，以平衡两极的功率，减小接地极线电流。主要是过载保护的操作。操作按预定的定值（0.3标幺），降功率。针对水冷阀过热，降功率：按一定速率，下降一定幅度；间隔一段时间，重复上述过程；直至保护不动作或0.1标幺。极平衡极平衡功率回降降功率功率回降降功率103www.nari- 将直流场设备与直流线路、接地极线部分断开。 极隔离1：先

36、分直流线路刀闸，后分HSNBS 极隔离2：先分HSNBS极隔离极隔离104www.nari-F1点、F2点投旁通对后的F3点，和阀区内接地点F4不考虑105www.nari- 当各转换开关不能断弧时保护转换开关。 HSNBS的2种特殊处理 阀体上的电压过高，避免损坏阀的操作 存在接地故障，解锁后有过电流。此操作避免过流损坏设备禁止升分接头请求降分接头禁止升分接头请求降分接头禁止解锁禁止解锁重合开关重合开关106www.nari-提纲概述1直流极保护原理2直流极保护动作后处理策略3直流极保护定值、动作矩阵45典型故障录波分析107www.nari- 延时（0.5ms-125min） 5s：OCP

37、(Slow)、VSP、76SG、76EL、60EL 物理量电流、电压、角度、温度、阀热模型参数、功率直流极保护定值、动作矩阵定值定值108www.nari-直流极保护定值、动作矩阵保护定值（可视化程序页）保护定值（可视化程序页）109www.nari-直流极保护定值、动作矩阵动作矩阵（可视化程序页）动作矩阵（可视化程序页）110www.nari- 矩阵中的某一黑圆圈，表示如果该黑圆圈所在行信号发生动作（值：1），将会产生该黑圆圈所在列信号的输出（值：1）。例如：第2行第2列的黑圆圈，表示如果CFP_TRIP2信号发生动作，将会产生ESOF信号输出。 一行有多个黑圆圈，表示该行信号将产生多个输出

38、。直流极保护定值、动作矩阵动作矩阵动作矩阵111www.nari-提纲概述1直流极保护原理2直流极保护动作后处理策略3直流极保护定值、动作矩阵45典型故障录波分析112www.nari- 直流工程与故障设备基本信息的了解- 主接线结构、容量、供货商、设备基本型式等典型故障分析基本方法113www.nari- 故障发生时的状况运行工况设备状况系统方式外部环境典型故障分析基本方法114www.nari- 事件与波形分析典型故障分析基本方法115www.nari- 直流故障录波文件的主要信息- 同步电压、直流电压、直流电流等测量量- 触发脉冲、解锁与闭锁时序- 断路器、刀闸分合命令与状态- 差动量等

39、中间计算值 典型故障分析录波116www.nari-典型故障分析录波117www.nari- 某直流工程解锁后极母线差动与中性母线差动保护动作，极闭锁典型故障分析录波118www.nari-典型故障分析录波119www.nari- 已知故障，分析其特征 分析电气故障的要点：- 电流回路的构成- “电源”的概念- 与直流控制保护的策略密切相关- 与主接线形式有关典型故障分析要点120www.nari-典型故障分析典型故障点121www.nari- 整流侧：阀电流可高达约7pu典型故障分析阀短路122www.nari- 逆变侧：引起换相失败，形成旁通对，直流电流增大典型故障分析阀短路0.460.4

40、80.50.520.540.560.580.60.62-500005000阀角侧电流最大值 A直流电流IDH A直流电流IDN A0.460.480.50.520.540.560.580.60.62-200002000阀角侧A相电流 A阀角侧B相电流 A阀角侧C相电流 A0.460.480.50.520.540.560.580.60.62-500005000阀星侧A相电流 A阀星侧B相电流 A阀星侧C相电流 AFile: FZ_S2P1PPRA2_2012_07_11_14_24_01_202Child00.CFG0.460.480.50.520.540.560.580.60.62-50000

41、5000阀星侧电流最大值 A直流电流IDH A直流电流IDN A0.460.480.50.520.540.560.580.60.62-500005000短路Y桥差流 A短路D桥差流 A短路制动电流 A0.460.480.50.520.540.560.580.60.62短 路 Y桥短 路 D桥极 解 锁极 运 行Time s123www.nari-整流侧与逆变侧现象相同，阀故障电流小，换流变绕组电流大典型故障分析换流变阀侧两相短路124www.nari-整流侧：- 损失直流电压，直流极线电流迅速过零- 故障电流自故障点入地，自接地极返回典型故障分析换流变阀侧单相接地125www.nari-逆变侧

42、：- 损失直流电压，直流极线电流迅速增大- 故障电流自故障点入地典型故障分析换流变阀侧单相接地126www.nari- 逆变侧故障电流图（投旁通对后）典型故障分析换流变阀侧单相接地127www.nari-整流侧：- 低压6脉动换流器出口短路- 损失低压6脉动直流电压，直流极线电流迅速过零 典型故障分析换流器中点接地128www.nari-逆变侧：- 低压6脉动换流器被旁路- 损失低压6脉动直流电压，直流极线电流迅速增大 典型故障分析换流器中点接地129www.nari- 整流侧：- 相当于电源出口短路，直流电流迅速增大 典型故障分析极母线接地130www.nari-典型故障分析极母线接地500

43、600700800900100011001200130014001500-600-400-2000200UD;500600700800900100011001200130014001500-10000100020003000IDYC;500600700800900100011001200130014001500-2000-1000010002000IDYL;500600700800900100011001200130014001500-400-2000200400IF1Y;500600700800900100011001200130014001500-2000200400TFR GS_S1P2

44、PPRA1 PR_TFR 20040526 18;56;11_322000.CFGIF2Y;131www.nari- 逆变侧：- 通过直流线路对整流侧形成短路，直流线路电流增大 典型故障分析极母线接地132www.nari-典型故障分析直流线路接地01000200030004000500060007000-400-300-200-1000100200300400500600UD;01000200030004000500060007000-50005001000150020002500TFR GS_S1P1PPRA1 PR_TFR 20040527 17;23;02_204000.CFGIDYL

45、;133www.nari- 直流线路保护类似交流保护的重合闸，有重启动过程典型故障分析直流线路接地134www.nari-典型故障分析直流线路接地135www.nari-整流侧：直流电流周期性中断、直流电压与直流电流出现50Hz分量典型故障分析丢失脉冲136www.nari-典型故障分析丢失脉冲 削波特性（整流侧，大电流）137www.nari-逆变侧：换相失败；直流电流增大；直流电压与直流电流出现50Hz分量典型故障分析丢失脉冲138www.nari-整流侧：换相困难；直流电流减小、直流电压与直流电流出现100Hz分量典型故障分析交流单相接地139www.nari-逆变侧：换相失败；直流电流

46、增大、直流电压与直流电流出现100Hz分量典型故障分析交流单相接地140www.nari- 线路电流因大地分流减小，接地开关会通过很大电流典型故障分析金属回线接地141www.nari-逆变侧最后一条交流出线断开后，直流系统输送的能量将迫使交流母线电压显著升高典型故障分析最后一个断路器142www.nari- 单极大地回路运行： 典型故障分析接地极引线开路143www.nari- 双极大地回路运行： 典型故障分析接地极引线开路144www.nari- 单极大地回路运行典型故障分析双极区接地00.511.5-200-1000100200300400IDNE AIDEL1 AIDEL2 AFile

47、: TFR HL_S1P1PPRA1 PR_TFR 20081031 09;34;57_946000.CFG00.511.5-40-30-20-1001020304050IDGND AIDME AIDNEOP ATime s145www.nari- 双极大地回路运行典型故障分析双极区接地00.511.5-200-1000100200300400500600700IDNE AIDEL1 AIDEL2 AFile: TFR HL_S1P1PPRA1 PR_TFR 20081031 09;37;50_820000.CFG00.511.5-50050100150200250300350400IDGND

48、 AIDME AIDNEOP ATime s146www.nari-提纲直流控制技术1直流保护技术2多端直流技术3147www.nari-多端直流技术提纲概述1并联型控制技术2并联型保护技术3148www.nari- 常规直流：电能交流汇集-直流输送-交流分散模式 多端直流：电能直流汇集-直流输送-直流分散模式 应用场合： 由多个能源基地输送电能到远方的多个负荷中心； 不能使用架空线路走廊的大城市或工业中心； 直流输电线路中间分支接入负荷或电源； 几个孤立的交流系统之间利用直流输电线路实现电网的非同期联络概述149www.nari- 分类： 串联型； 并联型； 级联型； 混合型 在国外已经有工

49、程应用，全部为并联型概述150www.nari-串联型151www.nari-并联型152www.nari-多端直流技术提纲概述1并联型控制技术2并联型保护技术3153www.nari-主控制器设置多端主控制器：实现各换流站控制器间的协调，保证直流系统有稳定的运行点。将电压，电流指令传送给各个换流站的双极/极控制器，形成多端输电系统的分级协调控制策略。多端控制器主要作用如下：平衡各换流站之间功率/电流指令；功率升降协调；直流电压指令协调；运行方式配置与切换；多端控制通讯。154www.nari-四个换流站并联155www.nari-电流裕度控制156www.nari-电流平衡控制器电流平衡控制

50、器157www.nari-功率升降平衡3311)()(tPtPPP3322)()(tPtPPP功率升降协调策略：功率升降协调策略：在多端直流系统中负载潮流的变化往往涉及两个以上的换流站，各站功率变化的速度必须加以调整。多端直流由三个站组成, 假设站3要求以一定速度改变功率，则各站的功率指令必须以各自速度在同一时间达到新的功率值。158www.nari-多端控制通信多端控制通信 一个换流站无论是计划停运还是被迫停运，直流电流定值重新整定。 选一站设置冗余的多端控制器，与各站各极控制之间配置通讯。 送端和受端各取一站，配置冗余的多端协调控制设备，正常运行时，其中一站为多端协调主站，实际负责多端协调

51、，另一站为从站，作为备用，也可以人为进行切换。159www.nari-多端控制通信多端控制通信160www.nari-四站同步启动直流电压直流电流直流功率触发角移相解锁00.81.82-50050100150200OWN_PWR00.81.82-2000200400600UDL KVFile: FZ_S1P1PCPA1_2012_04_25_09_40_26_015Child00.CFG00.81.82-1000100200300400IDL A00.811.21

52、.41.61.82050100150200ALPHA_MEAS Deg00.81.82RETARDDEBLOCKTime s整流侧（站整流侧（站1）波形）波形161www.nari-四站同步启动直流电压直流电流直流功率触发角移相解锁00.81.82050100150OWN_PWR00.81.82-2000200400600UDL KVFile: FZ_S2P1PCPA1_2012_04_25_09_40_25_960Child00.CFG00.811.21.41.

53、61.82-1000100200300IDL A00.81.82050100150200ALPHA_MEAS Deg00.81.82RETARDDEBLOCKTime s整流侧（站整流侧（站2）波形）波形162www.nari-四站同步启动00.81.82-50050100150OWN_PWR00.81.82-2000200400600UDL KVFile: FZ_S3P1PCPA1_2012_04_25_09_40_25_558Child00

54、.CFG00.81.82-1000100200300400IDL A00.81.82152025303540GAMMA_CFC Deg00.81.82RETARDDEBLOCKTime s直流电压直流电流直流功率熄弧角移相解锁逆变侧（站逆变侧（站3）波形）波形163www.nari-四站同步启动00.81.82-50050100150OWN_PWR00.81.82-2000200400600UDL KVFi

55、le: FZ_S4P1PCPA1_2012_04_25_09_40_25_540Child00.CFG00.81.82-1000100200300400IDL A00.81.8215202530GAMMA_CFC Deg00.81.82RETARDDEBLOCKTime s直流电压直流电流直流功率熄弧角移相解锁逆变侧（站逆变侧（站4）波形）波形164www.nari-四站分步启动站2单站起动过程中，站2直流电流建立过程平稳。站2解锁后，触发角由164度下降到15度过程中对运行系统直

56、流电压产生一定影响，直流电压由500kV下降到494kV。站2直流电流上升到指定值后，系统直流电压回到498kV 。00.81.82-50050100150OWN_PWR00.81.82490495500505510UDL KVFile: FZ_S2P1PCPA1_2012_04_25_09_47_37_002Child00.CFG00.81.82-1000100200300IDL A00.81.82050100150200ALPHA_MEAS

57、 Deg00.81.82RETARDDEBLOCKTime s站2单站起动波形直流电压直流电流直流功率触发角移相解锁165www.nari- 同步停运 分步停运 故障紧急停运停运停运166www.nari-单个逆变站紧急停运：多端直流双极额定功率(1600MW)运行，逆变站2双极紧急停运闭锁。紧急停运触发角直流电压多端直流逆变侧紧急停运响应对比直流电流167www.nari- 四站双极运行，输送功率5000MW，站3交流三相接地故障，故障持续100毫秒，引起站3换相失败，各站直流电压、电流波形。 容量较小的逆变站-站3交流系统发生金属性接地故障后，换流母线

58、电压下降到70%。故障期间，直流发生换相失败， 换流站1、换流站2电流之和流入换流站3，导致换流站4电流接近为零。由于线路电容的放电效应，在换流站3产生很高的暂态电流，峰值高达10667安培，为故障前的5.6倍，导致换流阀过流保护动作，换流站3紧急停运退出。 可考虑在增大换流站3的平波电抗器的值来限制如此大的故障电流。因此，在逆变站尤其是容量较小的换流站3换流阀参数设计时要考虑换向失败引起的过流问题。换相失败168www.nari-换相失败-2 0 0 002 0 0 04 0 0 06 0 0 08 0 0 002 0 04 0 06 0 08 0 01 0 0 0ID L(A )E le

59、ctro te k C o n ce p ts?TO P , Th e O u tp u t P ro ce sso r?M a g n it u d e ( M a g )Tim e (m s)-1 0 0 001 0 0 02 0 0 03 0 0 04 0 0 002 0 04 0 06 0 08 0 01 0 0 0ID L(A )E le ctro te k C o n ce p ts?TO P , Th e O u tp u t P ro ce sso r?M a g n it u d e ( M a g )Tim e (m s)-5 0 0 005 0 0 01 0 0 0 01

60、 5 0 0 002 0 04 0 06 0 08 0 01 0 0 0ID L(A )E le ctro te k C o n ce p ts?TO P , Th e O u tp u t P ro ce sso r?M a g n it u d e ( M a g )Tim e (m s)-2 0 0 002 0 0 04 0 0 06 0 0 002 0 04 0 06 0 08 0 01 0 0 0ID L(A )E le ctro te k C o n ce p ts?TO P , Th e O u tp u t P ro ce sso r?M a g n it u d e ( M a g )Tim e (m s)站1站2站3站4站3交流系统故