直流輸電保護(hù)

直流輸電系統(tǒng)保護(hù)(proteetionofHVDCsystem)檢測發(fā)生于直流輸電系統(tǒng)中兩端換流站及直流輸電線路和兩端交流系統(tǒng)的故障，并發(fā)出相應(yīng)的處理指令，以保護(hù)直流輸電系統(tǒng)免受過電流、過電壓、過熱和過大電動(dòng)力的危害，避免系統(tǒng)事故進(jìn)一步擴(kuò)大的技術(shù)。直流輸電保護(hù)的特性要求直流輸電系統(tǒng)保護(hù)除了與交流繼電保護(hù)一樣，應(yīng)能滿足快速性、靈敏性、選擇性和可靠性的要求外，還應(yīng)特別注意其抗電磁干擾和抗暫態(tài)諧波干擾的性能、雙極系統(tǒng)中兩個(gè)單極的保護(hù)必須完全獨(dú)立等特性。直流保護(hù)應(yīng)為多重化配置，并應(yīng)具有很強(qiáng)的軟、硬件自檢功能。新建的直流工程均采用微機(jī)型數(shù)字式直流系統(tǒng)保護(hù)。直流輸電系統(tǒng)保護(hù)通常分為直流側(cè)保護(hù)、交流側(cè)保護(hù)和直流線路保護(hù)三大類，并分為6個(gè)保護(hù)分區(qū):①換流站交流開關(guān)場保護(hù)區(qū)，包括換流變壓器及其閥側(cè)連線、交流濾波器和并聯(lián)電容器及其連線、換流母線;②換流閥保護(hù)區(qū)，包括換流閥及其連線;③直流開關(guān)場保護(hù)區(qū)，包括平波電抗器和直流濾波器，及其相關(guān)的設(shè)備和連線，④中性母線保護(hù)區(qū)，包括單極中性母線和雙極中性母線;⑤接地極引線和接地極保護(hù)區(qū);⑥直流線路保護(hù)區(qū)。各保護(hù)區(qū)的保護(hù)范圍應(yīng)是重疊的，不允許存在死區(qū)。直流輸電系統(tǒng)保護(hù)的主要特點(diǎn)是與直流控制系統(tǒng)的聯(lián)系十分緊密，對于直流系統(tǒng)的異?；蚬式倒r,通常首先通過控制的快速性來抑制故障的發(fā)展。例如:直流控制可在10ms左右將直流故障電流抑制到額定值左右;又如，當(dāng)換相電壓急劇下降時(shí)，直流控制將自動(dòng)降低直流電流整定值以避免低壓大電流的不穩(wěn)定工況并防止故障的發(fā)展。根據(jù)不同的故障工況，直流保護(hù)啟動(dòng)不同的直流自動(dòng)順序控制程序，某些保護(hù)首先是告警，如果故降進(jìn)一步發(fā)展，則啟動(dòng)保護(hù)停運(yùn)程序。直流系統(tǒng)保護(hù)停運(yùn)的動(dòng)作，首先是通過換流器觸發(fā)脈沖的緊急移相或投旁通對后緊急移相，使直流電流很快到零，直流線路迅速去能，然后閉鎖觸發(fā)脈沖并斷開所連的交流濾波器和并聯(lián)電容器，如果需要與交流系統(tǒng)隔離，則進(jìn)一步跳開交流斷路器。在斷開斷路器指令發(fā)出的同時(shí)應(yīng)投人斷路器失靈保護(hù)。因此，直流控制和保護(hù)的匹配，既能快速抑制故障的發(fā)展、迅速切除故障，又能在故障消除后迅速恢復(fù)直流系統(tǒng)的正常運(yùn)行。雙極直流系統(tǒng)中，各極的直流保護(hù)應(yīng)完全獨(dú)立，必須避免單極故障誤引起直流系統(tǒng)雙極停運(yùn)。對于雙極公共部分的保護(hù)，如雙極中性母線的保護(hù)，或接地極的保護(hù)，應(yīng)具有準(zhǔn)確的判據(jù)和措施，盡量減少直流系統(tǒng)雙極停運(yùn)。對直流系統(tǒng)保護(hù)的另一要求是:雖然保護(hù)動(dòng)作要影響兩端換流站系統(tǒng)，但不管故障發(fā)生在整流側(cè)還是在逆變側(cè)，保護(hù)盡量不依賴于兩端換流站之間的通信.直流系統(tǒng)保護(hù)的功能和參數(shù)，必須針對不同工程的交直流系統(tǒng)特性，與直流控制系統(tǒng)，以及與相關(guān)交流系統(tǒng)的繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置的功能和參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)一的研究、設(shè)計(jì)、匹配和試驗(yàn)，以確保直流系統(tǒng)設(shè)備的安全、直流系統(tǒng)的高可靠性和可用率，以及相關(guān)交流系統(tǒng)的安全。直流輸電系統(tǒng)保護(hù)的配置。直流輸電系統(tǒng)保護(hù)通常按直流輸電系統(tǒng)保護(hù)特性要求配置各種保護(hù)功能，對于每個(gè)設(shè)備或保護(hù)區(qū)要求配置不同原理的主保護(hù)和后備保護(hù)，這些保護(hù)可分為直流側(cè)保護(hù)、交流側(cè)保護(hù)和直流線路保護(hù)三大類。直流側(cè)保護(hù)主要包括:換流器保護(hù)、極中性母線保護(hù)、直流濾波器保護(hù)、平波電抗器保護(hù)、直流電壓異常保護(hù)、直流諧波保護(hù)、換流站接地網(wǎng)保護(hù)、金屬返回線故障保護(hù)、直流開關(guān)場開關(guān)設(shè)備保護(hù)、雙極中性母線保護(hù)和接地極引線保護(hù).換流器保護(hù)主要有換流器的各種差動(dòng)保護(hù)，過流保護(hù)以及換流器本體的保護(hù)等。通過對換流變壓器閣傭套管中、換流器高壓端直流線路出口處、以及換流器中性母線處的電流互感器測量值的比較，根據(jù)各電流的差值情況可區(qū)別不同的換流器故障而設(shè)工不同的保護(hù).如:以交流電流大于直流電流為判據(jù)的橋差保護(hù)可作為換流閥內(nèi)或換流變壓器閥側(cè)連線的短路故障保護(hù);以換流器直流側(cè)高壓端和低壓端電流的差別為判據(jù)的極差保護(hù)可作為極出口短路故障的保護(hù);以直流電流大于交流電流為判據(jù)的差動(dòng)保護(hù)可作為逆變器的換相失敗或不觸發(fā)故障的保護(hù)等.對于換相失敗故障的保護(hù)，通常要求延時(shí)(約200ms左右)動(dòng)作，以避免當(dāng)換相失敗可自行恢復(fù)時(shí)而不必要地停運(yùn)直流系統(tǒng)。通過對換流變壓器閥側(cè)電流、換流器直流側(cè)中性母線電流以及換流閥冷卻水溫度等參數(shù)的測量，可構(gòu)成換流器的過電流保護(hù)，它不僅保護(hù)換流器.而且可保護(hù)相關(guān)的設(shè)備。此外，根據(jù)對交流電壓的測量、換流變壓器分接頭位置的測量，可設(shè)置電壓應(yīng)力保護(hù)并聯(lián)動(dòng)分接頭控制，防止交流電壓變化引起的換流閥及其它換流設(shè)備電壓應(yīng)力的增加。對于換流器的觸發(fā)脈沖，通常均設(shè)置監(jiān)視系統(tǒng).通過控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖與換流器晶閘管元件實(shí)際的觸發(fā)脈沖的比較，可對換流器的誤觸發(fā)或丟失脈沖進(jìn)行輔助保護(hù).在閥內(nèi)，需為晶閘管設(shè)置強(qiáng)迫導(dǎo)通保護(hù)，以避免當(dāng)閥臂導(dǎo)通時(shí)，某個(gè)晶閘管不開通而承受過大的電壓應(yīng)力。對于換流器本體，通常要求設(shè)置閥溫度的監(jiān)視。大部分工程使用溫度的計(jì)算值，以對閥的過熱應(yīng)力進(jìn)行保護(hù)。對于晶閘管工作狀態(tài)的監(jiān)視是換流器必不可少的。當(dāng)晶閘管擊穿損壞個(gè)數(shù)達(dá)到一定程度時(shí)，則必須閉鎖換流器。由于換流器中的晶閘管元件備有冗余量，因此擊穿損壞的晶閘管數(shù)量不超過冗余量時(shí)，可進(jìn)行報(bào)警處理.換流器應(yīng)進(jìn)免在過大的觸發(fā)角下運(yùn)行，因此還可針對觸發(fā)角設(shè)置保護(hù)性監(jiān)視，以避免閥承受過大的換相應(yīng)力。換流器的輔助設(shè)備，如閥冷卻系統(tǒng)、閥控制及其輔助電源系統(tǒng)，以及測量系統(tǒng)等都是十分重要的，工程中通常均需雙重化配置，并配有性能良好的監(jiān)測、故障自檢報(bào)帶以及主設(shè)備和備用設(shè)備的切換邏輯。極中性母線保護(hù)通過檢側(cè)換流閥中性母線側(cè)電流、直流濾波器電流以及流人接地極引線的電流并比較它們的差值，可以對中性母線或連接于中性母線的相關(guān)設(shè)備(如濾波器或電容器)的接地故障設(shè)置極中性母線差動(dòng)保護(hù)。根據(jù)閥中性母線側(cè)直流電壓和直流電流的監(jiān)側(cè)，可以判斷極中性母線的開路故障并采取停運(yùn)直流系統(tǒng)的保護(hù)措施。直流濾波器保護(hù)通常為常規(guī)結(jié)構(gòu)的直流濾波器設(shè)置諧波電流過負(fù)荷保護(hù)、差動(dòng)保護(hù)和電容器組不平衡保護(hù)，以防止外部及其內(nèi)部故障造成設(shè)備的損壞。對于電容器元件的監(jiān)視，通常進(jìn)行告警和進(jìn)一步停運(yùn)的分段保護(hù)措施.電容器組不平衡保護(hù)的參數(shù)設(shè)置應(yīng)根據(jù)工程進(jìn)行具體研究，既要靈敏又不應(yīng)誤動(dòng)，而且應(yīng)特別注意當(dāng)電容器組對稱損壞時(shí)，由于測試不到不平衡電流而出現(xiàn)保護(hù)拒動(dòng)。對于有源直流濾波器，其電子回路部分的自檢、多重配置及主備故障切換是必要的。平波電抗界保護(hù)對于油浸式平波電抗器，其本體保護(hù)配置與常規(guī)的交流變壓器保護(hù)相同。對于空氣絕緣的平波電抗器一般沒有特殊的保護(hù)配里，但應(yīng)配置繞組的溫度監(jiān)視。平波電抗器的對地短路故障，通常由換流器直流側(cè)保護(hù)中的極差動(dòng)保護(hù)進(jìn)行保護(hù)。直流電壓異常保護(hù)指對直流電壓發(fā)生的過電壓或欠電壓進(jìn)行保護(hù)?？舍槍χ绷鏖_關(guān)場、直流線路、交流系統(tǒng)以及直流控制系統(tǒng)的故障進(jìn)行保護(hù)，并根據(jù)直流電壓、直流電流和觸發(fā)角側(cè)量值的綜合情況來判斷故障。該保護(hù)通常是首先作用于交流濾波器的投切控制，如無效時(shí)，再啟動(dòng)停運(yùn)直流系統(tǒng)的保護(hù)程序，可保護(hù)換流器和所有需承受直流電壓的設(shè)備二對于交流系統(tǒng)故障引起的直流欠壓保護(hù)動(dòng)作，應(yīng)通開清除交流故障的時(shí)間，以減少直流系統(tǒng)的停運(yùn).直流諧波保護(hù)通過對直流電流中的異常諧波(主要是工頻和二次諧波)進(jìn)行檢側(cè)，超過整定允許值并長達(dá)預(yù)定時(shí)間后，啟動(dòng)保護(hù)程序停運(yùn)直流系統(tǒng)。主要針對交流系統(tǒng)故障、換相失敗、或換流閥的觸發(fā)失靈等故障。換流站接地網(wǎng)保護(hù)通常對換流站內(nèi)接地網(wǎng)的電壓和流人接地網(wǎng)的電流進(jìn)行檢側(cè)，如果側(cè)到高于保護(hù)整定值的過電壓或過電流時(shí)則保護(hù)動(dòng)作停運(yùn)直流系統(tǒng)。當(dāng)直流系統(tǒng)為雙極平衡運(yùn)行時(shí)，直流接地網(wǎng)過電流保護(hù)動(dòng)作應(yīng)使直流系統(tǒng)雙極停運(yùn)，以避免造成更大的過電流流人而損壞站內(nèi)接地系統(tǒng)。金屬返回線故陣保護(hù)對于直流系統(tǒng)在金屬回線運(yùn)行方式下，通過監(jiān)測接地一端換流站的接地點(diǎn)的電流與金屬回線電流的差值.可判斷金屬返回線的接地故障并啟動(dòng)停運(yùn)直流系統(tǒng)的保護(hù)程序。直流線路電流和站內(nèi)中性母線電流的差動(dòng)保護(hù)可對金屬返回線的開路故障進(jìn)行保護(hù)。直流開關(guān)場開關(guān)設(shè)備保護(hù)主要指對換流站直流開關(guān)場的中性母線開關(guān)、中性母線接地開關(guān)、大地回路轉(zhuǎn)換開關(guān)和金屬回路轉(zhuǎn)換開關(guān)的保護(hù)。其基本保護(hù)原理均為當(dāng)發(fā)出開關(guān)斷開指令并經(jīng)整定的延時(shí)后，如果仍測到有電流流過開關(guān)，則重合此開關(guān)，以免開關(guān)損壞。雙極中性母線保護(hù)通過對極1和極2中性母線電流、接地極引線電流檢測值的比較，可設(shè)置雙極中性母線故障的差動(dòng)保護(hù)。接地極引線保護(hù)通常需對接地極引線設(shè)置過流保護(hù)。對于結(jié)構(gòu)為兩根接地極引線時(shí)，應(yīng)設(shè)置接地極引線電流橫差保護(hù)或線路開路保護(hù).對兩個(gè)電流進(jìn)行不平衡監(jiān)測，以及對接地極引線的電壓進(jìn)行監(jiān)視，以判斷其發(fā)生對地短路故障，或發(fā)生開路故障，保護(hù)應(yīng)發(fā)出報(bào)警信號，或進(jìn)一步停運(yùn)直流系統(tǒng)。接地極引線保護(hù)還可采用阻抗監(jiān)測原理或脈沖反射原理，這兩種原理的保護(hù)均可在小電流(雙極平衡運(yùn)行時(shí)小于直流額定電流的1%)時(shí)，不使用通信通道測得接地極引線的故障。此外，還可為接地極引線設(shè)置縱差保護(hù)，但這種保護(hù)必須依賴換流站與接地極之間的專用通信通道。交流側(cè)保護(hù)包括換流變壓器及交流母線保護(hù)、交流濾波器保護(hù)。換流變壓器及交流母線保護(hù)換流變壓器同常規(guī)的電力變壓器一樣，具有油溫、油位和漏油的監(jiān)側(cè)、繞組溫度的監(jiān)側(cè)、分接頭箱及油枕的壓力保護(hù)和油流保護(hù)、瓦斯保護(hù)，以及冷卻系統(tǒng)故障保護(hù)等本體保護(hù)。對于換流變壓器及交流母線通常還配置有各種主保護(hù)和后備保護(hù)。如對于一次繞組和二次繞組內(nèi)部故障的電流差動(dòng)保護(hù)、對于交流換流母線故障的差動(dòng)和過電流保護(hù)、對于交流換流母線以及換流變壓器故障的更大范圍的差動(dòng)保護(hù)、對于中性點(diǎn)接地故障的零序電流保護(hù)、換流器閉鎖時(shí)換流變壓器閥側(cè)交流連線接地故障保護(hù)、換流母線過電壓保護(hù)等。當(dāng)換流變壓器或換流母線保護(hù)動(dòng)作時(shí)，如果換流器處于解鎖狀態(tài)，則應(yīng)首先閉鎖換流器，然后跳交流開關(guān)。在直流翰電系統(tǒng)中換流變壓器的分接頭控制十分重要且動(dòng)作頻繁，因此應(yīng)特別注意分接頭位里及機(jī)械部件的監(jiān)側(cè)和保護(hù)。交流濾波器保護(hù)對構(gòu)成交流濾波器的電容器、電抗器和電阻器予以保護(hù)，也包括并聯(lián)電容器組的保護(hù)。對于典型的“H”型電容器結(jié)構(gòu)，通常通過檢測中間點(diǎn)的電流而啟動(dòng)電容器的不平衡保護(hù)。還可通過檢測流過濾波器的電流，配置并聯(lián)電容器過電流保護(hù)和電抗器接地故障保護(hù)，還有電抗器和電阻器熱檢側(cè)的過負(fù)荷保護(hù)、并聯(lián)電抗器內(nèi)部短路接地的電流差動(dòng)保護(hù)，以及通過對濾波器中零序電流和單相阻抗值變化的檢測而設(shè)置的濾波器失諧保護(hù)。交流濾波器的開關(guān)是直接影響換流站交直流系統(tǒng)運(yùn)行的重要部件，必須配置檢測信號可靠的斷路器失靈保護(hù)。換流站交流開關(guān)場還應(yīng)配置常規(guī)的交流線路、交流母線、重合閘、斷路器失靈等保護(hù)。直流線路保護(hù)主要有行波保護(hù)、直流電壓變化率保護(hù)、直流欠壓保護(hù)和直流線路縱差保護(hù)等。對于直流輸電架空線路，要求保護(hù)具有全線速動(dòng)性能，并能區(qū)別直流開關(guān)場內(nèi)故障、逆變側(cè)換相失敗故障，以避免區(qū)內(nèi)故障區(qū)外保護(hù)動(dòng)作。通常采用行波保護(hù)，即通過對直流線路故障點(diǎn)向換流站兩端發(fā)射的電壓和電流行波的快速檢測來判斷故障，最快可在故障后約2ms檢測到行波量，不需遠(yuǎn)動(dòng)通信就可啟動(dòng)直流線路接地故障保護(hù)。通常與行波保護(hù)配用的還有直流電壓變化率(du/dt)保護(hù)，以區(qū)別其它故障。但du/dt保護(hù)的定值要經(jīng)過仔細(xì)的研究、試驗(yàn)和選擇。還可根據(jù)換流站線路出口處所測得電流變化的方向(di/dt的方向)來區(qū)分直流線路和直流開關(guān)場故障。對于直流線路的高阻接地，直流電壓下降幅值和速率都較低，可根據(jù)直流線路兩端電流的差值，采用選擇性和靈敏度都很好的直流線路縱差保護(hù)，但此保護(hù)需要依靠兩端換流站間的通信通道，因而其動(dòng)作延時(shí)較長。具有長時(shí)限的直流欠壓保護(hù)也可作為直流線路故障的后備保護(hù)。直流架空線接地故障的保護(hù)邏輯最終由整流側(cè)控制保護(hù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。其常規(guī)的保護(hù)邏輯是測得故障發(fā)生后整流器緊急移相，使其變?yōu)槟孀兤鬟\(yùn)行，直流電流迅速到零.等待弧道去游離后，再自動(dòng)起動(dòng)直流系統(tǒng)，使其恢復(fù)到故障前的直流電壓和直流電流。去游離時(shí)間通常在100~500ms左右。再起動(dòng)次數(shù)可視工程要求而定。如果由于線路污穢等原因造成全壓再起動(dòng)不成功，也可設(shè)置有