天广直流工程保护系统研究
技术报告

国电南方电力公司天生桥超高压局
中国电力科学研究院系统所
2002年12月

目  录
1国内外高压直流输电技术的发展 1
1.1 以换流阀技术及控制保护发展为标志的历史 1
1.1.1汞弧阀 1
1.1.2 电触发可控硅阀 1
1.1.3 光直接触发可控硅阀 2
1.1.4 绝缘门极双极型晶体管（IGBT）电压源换流器 2
1.2 国外直流工程的发展 2
1.2.1 北美电网到2001年为止已经完成以及在建的直流工程情况 2
1.2.2 欧洲电网直流工程情况 3
1.2.3 日本电网直流输电工程情况 3
1.2.4  东南亚直流输电工程情况 4
1.2.5  印度电网直流工程情况 4
1.2.6  澳大利亚电网直流工程情况 4
1.2.7  南美洲电网直流输电情况 4
1.3 我国直流输电发展情况及前景 5
1.3.1 已经完成的直流输电工程 5
1.3.1.1葛上直流输电工程 5
1.3.1.2 天广直流输电工程 5
1.3.2 在建的直流输电工程 6
1.3.2.1 三常直流输电工程 6
1.3.2.2 三广直流输电工程 6
1.3.2.3 贵广直流输电工程 6
1.3.2.4 灵宝背靠背直流输电工程 6
1.3.3 规划中的直流工程 6
2 高压直流输电系统保护方式、保护配置及要求 6
2.1高压直流保护概述 6
2.2 基本保护方式及配置要求 7
2.2.1 一般要求 7
2.3 交流开关场保护 8
2.3.1 换流变压器保护 8
2.3.2 交流滤波器及并联电容器保护 8
2.3.3 交流母线设备 9
2.3.4 其它设备保护 9
2.4 阀厅保护 9
2.5 直流开关场保护 10
2.5.1 直流母线保护 10
2.5.2 直流平波电抗器保护 10
2.5.3 直流滤波器保护 10
2.6 直流线路保护 11
2.7 接地极线路保护 11
2.8 直流系统控制与交流保护的配合 12
2.9 控制保护系统对通信系统的基本要求 12
2.9.1 一般要求 13
2.9.2 换流站间通信 13
2.9.3 换流站与中调间通信 13
2.9.4 对通信速度的要求 14
2.9.5 对通信可靠性的要求 15
2.10控制保护系统对测量系统的基本要求 15
2.10.1 直流电压测量 15
2.10.2 直流电流测量 15
2.10.3 交流电压测量 16
2.10.4 交流电流测量 16
3 葛上直流保护系统性能分析 16
3.1保护原则 16
3.2 葛上直流保护系统交流部分保护分析 17
3.2.1交流滤波器保护 17
3.2.1.1保护范围 17
3.2.1.2保护动作后果 17
3.2.2交流滤波器母线保护 17
3.2.2.1保护范围 17
3.2.2.2保护动作后果 17
3.2.3换流变压器保护 18
3.2.3.1保护范围 18
3.2.3.2保护动作后果 18
3.2.4断路器失灵保护 18
3.2.4.1保护范围 18
3.2.4.2保护动作后果 18
3.2.5 500kV 3.5km交流线路保护 18
3.2.5.1保护范围 18
3.2.5.2保护动作后果 19
3.3 葛上直流保护系统直流部分保护分析 19
3.3.1故障分类 19
3.3.2直流保护区域和特点 20
3.3.3 直流保护性能分析 20
3.3.3.1 紧急停运保护 20
3.3.3.2交流电压保护 22
3.6.3.3桥阀保护 22
3.3.3.4换流器差动保护（14号） 23
3.3.3.5 50Hz保护（28号） 23
3.3.3.6次同步振荡保护（29号） 23
3.3.3.7极母线保护 23
3.3.3.8直流欠压保护（27号） 24
3.3.3.9中性线保护 24
3.3.3.10金属回线旁路线差动保护（18号） 24
3.3.3.11接地极断线保护（25号） 24
3.3.3.12断线保护（09号） 25
3.3.3.13直流线路保护（30号） 25
3.3.3.14合差保护 25
3.3.3.15接地极线横差保护 26
3.3.3.16直流滤波器保护 26
3.3.3.16.1保护范围 26
3.3.3.16.2保护动作后果 26
4 天广高压直流输电系统保护性能分析 29
4.1 直流保护系统的配置原则 29
4.4 换流器保护 31
4.4.1换流器可能发生的故障分析及保护配置 31
4.4.3 换流器各种故障下保护动作分析 37
4.4.4 阀组差动保护 38
4.4.5 故障下阀组差动保护动作分析 39
4.4.6换流桥短路保护 40
4.4.7 保护动作分析 41
4.4.7交流过流保护 41
4.4.8 故障下保护动作分析 42
4.4.9直流差动保护 43
4.4.10故障下保护动作分析 43
4.5 直流母线保护 44
4.5.1直流高压母线差动保护87HV（HDBP） 44
4.5.2 天广直流工程直流母线差动保护定值、功能图介绍 45
4.5.3 直流中性母线差动保护87HV（NDBP） 45
4.5.4 直流差动后备保护87DCB（BUDP） 46
4.5.5 直流过流保护76 N(Idc>) 47
4.6 直流线路保护 48
4.6.1 天广直流工程的直流线路保护的配置原则 49
4.6.2 天广直流工程的直流线路保护的具体配置 49
4.6.3 天广直流工程的直流线路保护的原理 50
4.6.4 天广直流输电工程的直流线路保护的分析 51
4.7 基频保护、交流-直流导线碰线保护和对端站故障监测 54
4.7.1 基频保护 54
4.7.2 交流 — 直流导线碰线保护 55
4.7.3 对端站故障监测 55
4.8 高速开关保护 59
4.8.1 高速开关保护配置 59
4.8.2 高速开关保护的作用 59
4.8.3 高速开关保护的原理 59
4.8.4 天广直流高速开关保护定值 62
4.8.5 对保护的评价 62
4.9 天广直流输电系统接地极线路保护分析 63
4.9.1 接地极线路保护配置 63
4.9.2 接地极线路保护原理 64
4.9.3 接地极过流保护 64
4.9.4 接地极过压保护 65
4.9.5 接地极电流平衡保护 65
4.9.6 接地极母线差动保护 66
4.9.7 单极大地回线运行 66
4.9.8 双极运行方式运行 66
4.9.9 单极金属回线运行 67
4.9.10典型动作案例分析 67
4.9.11 提高保护性能的建议 69
4.10 交流滤波器保护 70
4.10.1 交流滤波器的保护配置 70
4.10.2 反时限过电流保护（51AF） 71
4.10.3 流滤波器差动保护（87AF） 71
4.10.4 过流保护（50AF） 72
4.10.5 电容器过负荷保护（49∕59AF） 72
4.10.6 电容器C1不平衡保护（60∕61C1） 73
4.10.8 交流滤波器保护的运行状况 76
4.11 有源直流滤波器保护 76
4.11.1 有源直流滤波器的保护配置 77
4.11.2 直流滤波器有源部分的保护 78
4.11.3 差动保护 DIADF (87ADF) 79
4.11.4 过流保护 I>ADF (51ADF) 79
4.11.5 电压突变量保护 (dUdcConv/dt) 81
4.11.6 电压保护 UdcConv 82
4.11.7 IGBT温度过高保护Tconv 82
4.11.8 PICANST IGBT 控制与保护 82
4.11.9 断开24V PICANST电源 82
4.11.10 变压器温度保护 Ttra 82
4.11.11 同步电压监视 82
4.11.12 BOD (Break Over Diode) 板- 过电压保护 82
4.11.13 交流电压失去保护 83
4.11.14 中压室监视 83
4.11.15 电子开关+S2过流保护 83
4.11.16 -T1直流分量监视 84
4.12 直流滤波器无源部分的保护 84
4.12.1 差动保护 *IDF (87DF) 85
4.12.2 电容器 C1不平衡监视*C1DF (60/61DF) 85
4.12.3 C1差动过流保护DIC1 (51C1DF) 87
4.12.4 反时限过流保护 I>DF (谐波过负荷) (50/51DF) 87
4.12.5 电容器过负荷保护tC>DF (49/59DF) 88
4.12.6 交流滤波器保护的运行状况 88
4.13 极控制保护 89
4.13.1 换流器开路保护 89
4.13.2 开路试验故障保护 90
4.13.3 交流过电压保护 90
4.13.4 交流低电压保护 91
4.13.5 直流低电压保护 91
4.13.6 直流零电流保护 92
4.13.7 触发角过大保护 92
4.13.8 直流站控故障保护 93
4.14 天广直流保护配置 93
5 三常直流工程保护系统分析 98
5.1 概述 98
5.1.1 一般保护功能 98
5.2 保护功能 99
5.3 换流器保护 100
5.3.1阀短路保护 102
5.3.2 换相失败预测 102
5.3.3换相失败保护 102
5.3.4 电压应力保护 104
5.3.5 直流过电压保护 104
5.3.6 阀不触发保护 105
5.3.7可控硅监测 105
5.3.8 直流过电流保护 106
5.3.9后备直流过流保护 107
5.3.10大角度监测 108
5.3.11阀直流差动保护 108
5.3.12辅助电源监测 109
5.3.13阀冷却系统保护 109
5.4 极保护 109
5.4.1 直流谐波保护 111
5.4.2 直流极母差保护 111
5.4.3 直流中性母线差动保护 112
5.4.4直流极差保护 112
5.4.5接地极线路开路保护 113
5.4.6直流滤波器过载保护 114
5.4.7直流滤波器电容不平衡保护 114
5.4.8直流滤波器差动保护 114
5.4.9 直流滤波器失谐监测 115
5.4.10 直流线路保护 115
5.4.10.1行波概念 115
5.4.10.2 突变量和低电压概念 117
5.4.10.3 直流线路纵差保护 118
5.4.10.4 交流／直流碰线监测 119
5.4.10.5 再启动逻辑 119
5.4.11直流低电压保护 119
5.4.12 线路开路试验运行 120
5.4.13 线路开路试验监测 120
5.4.14 功率反向保护 121
5.4.15 中性母线开关保护 121
5.4.16 平波电抗器保护继电器 122
5.5 双极保护 122
5.5.1 双极中性线母差保护 124
5.5.2 站内接地过流保护 124
5.5.3 转换开关保护 125
5.5.3.1 中性母线接地刀闸保护 125
5.5.3.2 后备中性母线接地刀闸保护 126
5.5.3.3 大地回线转换开关(GRTS)保护 126
5.5.3.4 后备大地返回转换开关保护 127
5.5.3.5 金属回线转换断路器(MRTB)保护 127
5.5.3.6 后备金属回线转换断路器(MRTB)保护 128
5.5.4金属回线横差保护 128
5.5.5金属回线纵差保护 128
5.5.6金属回线接地故障保护 129
5.5.7接地极线过载保护 130
5.5.8接地极线阻抗监测 130
5.5.9接地极线不平衡监测 130
5.6 换流器交流母线和换流变保护 131
5.6.1 换流器交流母线差动保护 133
5.6.2换流器交流母线和换流变过流保护 133
5.6.3换流器交流母线和换流变差动保护 134
5.6.4换流变差动保护 134
5.6.5换流变过流保护 135
5.6.6换流变过热保护 136
5.6.7换流变绕组差动保护 136
5.6.8换流器交流母线过压保护 138
5.6.9换流变中性点偏移保护 138
5.6.10换流变零序电流保护 139
5.6.11换流变过励磁保护 139
5.6.12换流变饱和保护 140
5.6.13单断路器保护，仅政平站有 140
5.6.14换流变限制接地故障保护 141
5.6.15换流变保护继电器 141
5.7 三常直流保护配置 142
6 天广直流保护系统与葛上直流保护及三常直流保护系统比较 150
6.1 葛上直流工程保护特点 150
6.1.1 葛上直流保护配置原则 150
6.1.2 葛上直流保护系统区域划分 150
6.1.3 保护动作后采取的处理措施 151
6.2 三常直流工程保护特点 152
6.2.1 一般保护原则 152
6.2.2 双极保护的原则 153
6.2.3 故障消除 153
6.3 天广直流工程保护特点 157
6.3.1 直流保护系统的配置原则 157
6.3.2 葛上直流保护系统区域划分 157
6.3.3 直流保护动作后采取的处理措施 158
6.3.4 启动闭锁顺序（Block Sequence） 159
6.3.5 运行人员启动闭锁顺序的执行过程 159
6.3.6 控制保护启动闭锁顺序的执行过程 160
6.3.7 启动直流线路故障恢复顺序（DFRS） 160
6.3.8 闭锁阀触发脉冲 161
6.3.9 三个直流工程保护系统性能比较的结论 161
7 天广直流典型故障分析 162
7.1 故障发出过程及保护动作情况 162
7.2 故障原因分析 162
7.3 故障处理意见 162
8 参考文献 163

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