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(特)高压直流输电控制保护技术


务实 求精 协作 创新

(特)高压直流输电控制保护技术

常规直流及多端直流

提纲
1 直流控制技术

2

直流保护技术

3

多端直流技术

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/>2

直流控制技术--提纲
1 直流输电基本知识

2

直流输电控制基本技术

3

控制功能介绍

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3

直流输电的应用领域
? 长距离输电
300-1400KM 长距离、大功率

? 背靠背联网
两个相邻的独立系统,但 具有不同的 频率 / 电压等 级 / 短路容量

? 海底电缆输电
直流线路无需无功补偿

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4

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。 ? 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。 ? 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 流输电无功只与有功有关,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; ? 技术较复杂。

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5

HVDC运行模式

(单极大地系统)

双极运行

单极大地 回路运行

单极金属 回线运行

双极线并联 单极大地回 路运行

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6

阀的连接

Y

Y D

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7

国外控制保护厂家
? ABB、SIEMENS、AREVA(ALSTOM)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; ? ABB公司直流控制保护系统MACH2,1995年开发完成,龙政 直流、三广直流采用;DCC800,2009年开发完成,复奉特 高压采用; ? SIEMENS公司提供的直流控制保护系统SIMADYN D被我国南 方电网的天广直流和在建的贵广直流所采用,Siemens已开 始推广更新一代系统。 ? AREVA Series V控制保护系统。

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8

国内控制保护厂家
? 南瑞继保,引进ABB的MACH2技术;2010年,新一代 UAPC平台的PCS9550在天广改造中使用; ? 许继电气, 引进SIEMENS的SIMADYN D技术;正在 研发新一代系统; ? 四方电气,ABB的MACH2.5技术,ABB合作方。

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9

第1条商用直流(ABB)

1954年,瑞典在本土和 果特兰岛(Gotland)之 间建成一条海底电缆直 流输电线,是世界上第 一条商业性高压直流输 电线路。

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10

HVDC技术发展
Gotland工程(1954)
? ? 单极,-100 KV 20 MW

三常工程(2003)

? 双极,? 500 KV
? 3000 MW ?可控硅阀

?
? ?

汞弧阀
模拟控制,功能简单 面板/模拟盘操作界面

?数字控制,功能丰富
?计算机全图形操作界面

复奉工程(2010) ? 双极,? 800 KV,6400 MW,串联可控硅阀 新技术:
轻型直流(HVDC Light) 滤波器技术(有源直流滤波)

LTT阀、IGBT
新一代直流控制保护系统

光CT/PT
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11

直流控制技术--提纲
1 直流输电基本知识

2

直流输电控制基本技术

3

控制功能介绍

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12

控制基本技术
? 直流输电工作原理-功率正送
两个可调的电压源

Vdr ? Vdo cos? ? d? I d
整流侧

Vdi ? Vdo cos? ? d? I d
逆变侧

注意:只有很小的电压差

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13

控制基本技术
? 直流输电工作原理-功率反送

逆变侧

整流侧

注意:电流方向不改变

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14

基本原理

? 换流器件
?

采用晶闸管元件(半控器件)
? ?

晶闸管导通条件:正向电压+触发脉冲 晶闸管关断条件:电流过零,零电压或负电压 触发角α 叠弧角μ 熄弧角γ 超前角β

?

定义:
? ?

?

?

? ? ? ?? ??

经过计算??

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15

极控系统主要控制功能框图
Manual orders to sequences Freq

MODS

Delta-power

The other station

TCOM

OWS

Manual order Power/Current

Manual order Q/U ref. Current max limit

The other pole

OLL RSQ

TCOM

Uac

RPC
Ramp permit
AC-Filter switch orders

Ud

PPC
Current order

Start/stop order

Id Ud

RFO

VARC
Voltage and angle ref.

MSQ
SEQ. block/deblock

Manual orders to sequences

Manual orders to sequences

SSQ

Id Ud

CFC CPG VC

Alpha order

OLT BSQ

Block/deblock

PROT. block/deblock

Protections

SWC

TCC

Switch orders
Switch orders Switch orders Firing pulses Step orders

Ud

AC Filters

Id

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控制功能模块
- 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
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
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17

外特性曲线

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18

操作界面

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19

直流控制技术--提纲
1 直流输电基本知识

2

直流输电控制基本技术

3

控制功能介绍

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20

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

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21

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

? ? ?

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22

闭环电流控制逻辑框图

180 deg

ID

1
1+sTP

K

IORD LIM RECT
0.0 0.1 pu pu 1 sTI -180 deg

ALPHA ORDER IO MARGIN INT MAX

INT MIN

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23

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

? ?

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24

电压控制器逻辑框图

MAX LIM VCA GAIN P UD ABS UD REF INV
-1 1 sTI

ALPHA VCA

VCA GAIN I

MIN LIM

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25

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

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26

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)

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27

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

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28

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15??2.5?,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。

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29

PPC功能概况图

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30

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

?

?

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31

基本控制功能
? 换流变分接头控制TCC
- 模式:手动与自动 - 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

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32

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

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33

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34

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式或运行方式转换

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35

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

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36

提纲
1 直流控制技术

2

直流保护技术

3

多端直流技术

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37

直流保护技术--提纲
1 概述 直流极保护原理 直流极保护动作后处理策略 直流极保护定值、动作矩阵 典型故障录波分析

2 3
4

5

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38

概述
换流站所包含的保护设备
直流保护
直流保护区

直流滤波 器保护
IdYL IdYC

交流滤波 器保护 换流变 保护
母线保护区

Vd

交流滤 波器

换流变压器保护区
直流 滤波器 12/36 直流 滤波器 12/24

交流滤波器保 护区

Y △

Y

线路保护区

直流滤波器保护区
交流滤 波器

IEE1

IdDL

IdDC

IEE2

Vee

母线保护区

断路器保护 线路保护

交流(滤波器)母 线保护

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39

概述
换流站所包含的保护设备

? 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 ? 交流滤波器保护 ? 母线保护 ? 断路器保护 ? 交流线路保护
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40

概述
? 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、70%/80 %降压等)

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41

概述
直流极保护分区(常规)
IDP

极母线区
UDL IDL

直流线路区

Uac Y Y Y D

IVY 直流 滤波 器 IVD IDNC NBS IDNE UDN IDEL1 MRTB GRTS IDNC NBS IDNE NBGS 直流 滤波 器 IVD IDP IDME IANE IDEL2

极1

换流阀区

中性线区
UDN

接地极引线区

Uac Y Y Y D

IVY

双极区

极2
UDL

IDGND

金属回线区 IDL

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42

概述
直流极保护分区(常规)

1. 换流阀区 2. 极高压母线区

3. 极中性母线区
4. 直流滤波器区 5. 直流线路区 6. 双极中性母线区 7. 接地极线区

8. 金属回线区
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43

概述
直流极保护分区(特高压)
Uac1 IVY1 Y Y Y D IVD1 ID1N ID1P

? 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
Uac2

高压换流阀区 阀组开关区

ID2P IVY2 Y Y Y D IVD2 ID2N

IDNC

低压换流阀区

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44

概述
直流极保护分区(背靠背)

? 换流阀保护区1 ? 换流阀保护区2
? 极区
Uac1 ID1

换流阀区1 UD1
IVY1 Y Y

换流阀区2
IVY2 Y Y Uac2

极区 IDGND
Y D IVD1 D Y IVD2

UD2 ID2

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45

提纲

1

概述 直流极保护原理 直流极保护动作后处理策略 直流极保护定值、动作矩阵 典型故障录波分析

2 3
4

5

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46

直流极保护原理
介绍的内容

? 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

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47

直流极保护原理--硬件
? ? ? ? ? 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) 保护算法实现单元

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48

直流极保护原理--硬件
运行/维护工作站 双网络

含三取二逻辑、线 路再启动逻辑、低 压线路再启动

极控: PCPA/PCPB

三取二: 2F3A/2F3B

跳开关、启动失灵、 重合开关等

光纤

光纤

保护:PPRA/PPRB/PPRC

光纤

CAN

电压/电流: DMI DFTA/DFTB/DFTC

开关/刀闸: IOA/IOB/IOC

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49

直流极保护原理--硬件

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50

直流极保护原理--配置原则
? ? ? ? ? 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

三取二 完全双重化 系统切换二取二 1989年 2001年 2009年 2012年

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51

直流极保护原理--配置原则
保护针对的故障类型

? ? ? ?

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

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52

直流极保护原理
典型的测点配置(常规)
IdH UdL Uac Y Y Y D IacD IdN UdN UdN HSNBS IdEE3 (Tsq) IdE HSGS 直流 滤波 器 IacD IdH IdEE2 HSNBS IdE IacY 直流 滤波 器 IdL

极2
MRS IdEE1 MRTB

IdN Uac Y Y Y D IacY

极1
UdL

IdEE4

IdL

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53

直流极保护原理
典型的测点配置(特高压)

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54

直流极保护原理
各保护区的保护配置及原理

? ? ? ? ?

高压换流阀区(CONVPR_H) 低压换流阀区(CONVPR_L) 极保护区(POLEPR) 直流线路区(LINEPR) 双极保护区(BIPOLEPR)

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55

直流极保护原理--换流阀区
? ? ? ? ? ? ? ? ? 短路保护(87SCY/87SCD ) 换相失败保护(87CFP ) 桥差动保护(87CBY/87CBD ) 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) 电压过应力保护(VSP)

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56

直流极保护原理--换流阀区
? 交流阀侧绕组接地保护(59ACVW) ? 触发异常保护(VMF) ? 大角度监视(EFAP)
换流阀区的主要故障

? ? ? ?

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

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57

直流极保护原理--换流阀区
针对阀区短路故障的保护 ? 短路保护(87SCY/87SCD ):
IacY–min(IdH,IdN) > max(Isc_set, k_set* min(IdH,IdN)) IacD–min(IdH,IdN) > max(Isc_set, k_set* min(IdH,IdN))

? 桥差动保护(87CBY/87CBD):
|Max(IacY,IacD)– IacY| > I_set |Max(IacY,IacD)– IacD| > I_set

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58

直流极保护原理--换流阀区
针对阀区短路故障的保护(续) ? 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

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59

直流极保护原理--换流阀区
针对阀区短路故障的保护(续) ? 交流阀侧绕组接地保护(59ACVW):
|UacYa + UacYb + UacYc|> Uacc0_set |UacDa + UacDb + UacDc|> Uacc0_set

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60

直流极保护原理--换流阀区
IdL

桥臂短路

SHORT CIRCUIT CURRENT PATH DC CURRENT PATH
IacY
1 3 5

UdL

4

6

2

IacD
1 3 5

4

6

2

IdE
UdN

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61

直流极保护原理--换流阀区
? 触发角与电压;阀导通条件(两个必要)、阀关断条件(两个充分)

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62

直流极保护原理--换流阀区
正常换相
2000

ID

1500 1000 500

ID; IacY;L1 IacY;L2 IacY;L3

IacY A B C

0 -500 -1000 -1500 -2000 -2500

三相桥式整流
2800 2600 2400 2200

600

650

700

750

800

IacY – min(IdH, IdN) >△

2000 1800 1600 1400 1200 1000

780

800

820

840

860

880

900

920

940

960

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63

直流极保护原理--换流阀区
阀短路故障
x 10 2 1.5 1 0.5 0 -0.5 -1 -1.5 -2
4

ID; IacY;L1 IacY;L2 IacY;L3

1900

1950

2000

2050

2100

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64

直流极保护原理--换流阀区
针对阀区过电压等保护

? 电压过应力保护(VSP):
Udio > Udio_set

? 交流过电压保护(59AC):
Uac > U_set

? 交流低电压保护(27AC):
Uac < U_set

? 大角度监视(EFAP):
Alpha_set1 < Alpha < Alpha_set2

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65

直流极保护原理--换流阀区
换相失败、丢失脉冲的保护

? 换相失败保护(87CFP):
max(IdH,IdN) – IacY > 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
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66

直流极保护原理--换流阀区
max(IdH,IdN) – IacY > max(Icf_set , k_set* max(IdH,IdN))
IdL

NORMAL DC CURRENT PATH CURRENT PATH AT A COMMUTATION FAILURE
1

*

3

5

UdL

换相失败

4

6

**

2

IacY

1

3

5

4

6

2

IacD

IdE

UdN

* THE COMMUTATION FROM VALVE 1 TO 3 FAILS ** AT THE NEXT FIRING OF VALVE 4 THE COOMUTATION FAILURE IS FULLY DEVELOPED

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67

直流极保护原理--换流阀区
换相失败故障

1500

1000

IacD;L1 IacD;L2 IacD;L3 ID

500

0

-500

-1000 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800

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68

直流极保护原理--换流阀区
特高压增加的保护

? ? ? ?

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

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69

直流极保护原理--极区
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 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) 功率反向保护(RPDP)(国网最新文件去除)
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70

直流极保护原理--极区
? 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)
极区的主要故障

? ? ? ? ?

接地 断线 过电压 低电压 开关失灵
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71

直流极保护原理--极区
? 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 < U_set

? 中性母线差动保护(87LV) (特高压特殊处理)
|IdN – IdE | > max(I_set , k_set * max(IdN,IdE))

? 直流后备差动保护(87DCY)
|IdL – IdE| > I_set + k_set * IdE

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72

直流极保护原理--极区
? 换流器开路保护/直流过电压保护(59/37DC) (特高压特 殊处理)
I段:|UdL|> U_set1 & IdH < I_set或|UdL-UdN|> U_set1 & IdH < I_set II段和III段:|UdL|> U_set2或|UdL-UdN|> U_set2

? 直流低电压保护(27DC)
|UdL|< U_set ALPHA > 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_set

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73

直流极保护原理--极区
? 接地极开路保护(59EL)
UdN > U_set &|Idee1+Idee2|< I_set) I段双极运行,合站地开关、极平衡、闭锁 ; II段,闭锁、单极运行合站地开关 或独立电压判据:UdN > U_set ; III段,闭锁; IV段,合站地开关

? 50/100Hz保护(81-50/100HZ)
IdN_50 > I_set + k_set * IdN IdN_100 > I_set + k_set * IdN

? 功率反向保护(RPDP)
Ud<Ud_set,并在一定时间内(典型0.5s)改变极性;& P>P_set
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74

直流极保护原理--极区
? 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)
|IacY-IdH|> I_set2或|IacD-IdN|> I _set2 |Ud_cal –|UdL||> △Ud_set IacY > I_set1或IacD > I _set1

? 次同步谐振保护(SSR)
IdHssr> I_set

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75

直流极保护原理--极区
50Hz保护(整流侧丢失脉冲)

600

ID;

500

400

300

200

100

0

-100 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800

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76

直流极保护原理--极区
100Hz保护(交流系统接地故障)

1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800

ID;

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77

直流极保护原理--直流线路区
? 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)

直流线路区的主要故障
? 金属性接地 ? 高阻接地短路

? 与交流系统碰线
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78

直流极保护原理--直流线路区 ? 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 integ(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_set
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79

直流极保护原理--直流线路区
直流线路故障波形
600 UdL1 UdL2 400

200

0

-200

-400

-600

-800 0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

2500 IdL1 IdL2 2000

1500

1000

500

0

-500 0

1000

2000

3000

4000

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5000

6000

80

直流极保护原理--直流线路区
行波量(线模/零模)
600 POLE_W; COMM_W;

400

200

0

-200

-400

-600 500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

1400

1500

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81

直流极保护原理--直流线路区
电压突变量(du/dt)
? ?

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

500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 980 985 990 995 1000 1005 1010 1015 1020 1025

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82

直流极保护原理--直流线路区 ? 直流线路低电压保护(27DCL):
|UdL|< U_set ;加有众多闭锁条件

? 直流线路纵差保护(87DCLL) :
|IdL – IdL_Fosta|> max(I_set , k_set * IdL)

直流线路再启动逻辑
? 线路保护动作后,迅速将直流电压降到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。

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83

直流极保护原理--双极区 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 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)

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84

直流极保护原理--双极区 ? 金属回线开关保护(82-MRS) ? 快速接地开关保护(82-HSGS)
双极区的主要故障

? ? ? ? ?

接地短路 断线 MRTB无法断弧 MRS无法断弧 HSGS无法断弧

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85

直流极保护原理--双极区
IdL

IdE HSNBS

MRTB
IdEE3 MRTB IdEE1

IdEE2 GRS

IdE

HSGS

IdEE4

HSGS

GRS

IdL_ OP

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86

直流极保护原理--双极区 ? 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。

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87

直流极保护原理--双极区 ? 直流断路器主要性能

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88

直流极保护原理--双极区
? 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|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
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89

直流极保护原理--双极区 ? 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):
|IdL-IdL_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)

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90

直流极保护原理--双极区 ? 金属回线转换开关保护(82-MRTB):
金属回线转换开关(MRTB)指示分闸位置后, 满足|Idee3|> I_set1或|Idee1+Idee2|> 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_set

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91

直流极保护原理--双极区

接地极线阻抗监视

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92

直流极保护原理--其它
背靠背直流

? 背靠背差动 ? 接地保护
直流融冰

? 差动 ? 接地保护

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93

直流极保护原理--程序页面
阀短路程序(可视化)

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94

提纲

1

概述 直流极保护原理 直流极保护动作后处理策略 直流极保护定值、动作矩阵 典型故障录波分析

2 3
4

5

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95

直流极保护动作后处理策略 ? 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
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96

直流极保护动作后处理策略 ? ? ? 请求升分接头 禁止解锁 合站地开关

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97

直流极保护动作后处理策略
闭锁(西门子)

? ? ? ?

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

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98

直流极保护动作后处理策略
闭锁(ABB)

? ? ? ?

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

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99

直流极保护动作后处理策略
移相、重起

? 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。

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100

直流极保护动作后处理策略
请求控制系统切换

? 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
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101

直流极保护动作后处理策略
极平衡
? 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。

功率回降/降功率
? 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。
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102

直流极保护动作后处理策略
极隔离

? 将直流场设备与直流线路、接地极线部分断开。 ? 极隔离1:先分直流线路刀闸,后分HSNBS ? 极隔离2:先分HSNBS

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103

直流极保护动作后处理策略--极隔离
? F1点、F2点 ? 投旁通对后的F3点,和阀区内接地点 ? F4不考虑

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104

直流极保护动作后处理策略
重合开关

? 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
禁止升分接头/请求降分接头

? 阀体上的电压过高,避免损坏阀的操作
禁止解锁

? 存在接地故障,解锁后有过电流。此操作避免过流 损坏设备
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105

提纲

1

概述 直流极保护原理 直流极保护动作后处理策略 直流极保护定值、动作矩阵 典型故障录波分析

2 3
4

5

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106

直流极保护定值、动作矩阵
定值

? 延时(0.5ms----125min)
?

<5ms:87SCY/D、WFPDL 、27du/dt、87DCM、OCP(Fast)

?

>5s:OCP(Slow)、VSP、76SG、76EL、60EL

? 物理量
电流、电压、角度、温度、阀热模型参数、功率

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107

直流极保护定值、动作矩阵
保护定值(可视化程序页)

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108

直流极保护定值、动作矩阵
动作矩阵(可视化程序页)

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109

直流极保护定值、动作矩阵
动作矩阵

? 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。

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110

提纲

1 2 3 4 5

概述 直流极保护原理 直流极保护动作后处理策略

直流极保护定值、动作矩阵
典型故障录波分析

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111

典型故障分析--基本方法 ? 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

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112

典型故障分析--基本方法
- 故障发生时的状况
? ? ? ?

运行工况 设备状况 系统方式 外部环境

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113

典型故障分析--基本方法 ? 事件与波形分析

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114

典型故障分析--录波 ? 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

- 差动量等中间计算值

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115

典型故障分析--录波

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116

典型故障分析--录波 ? 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

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117

典型故障分析--录波

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118

典型故障分析--要点 ? 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

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119

典型故障分析--典型故障点

IdH 6 3 4 10 13 UdL 14

IdL

21 16

IdL

1

7

12

2

5 9

11 8 IdN 15 HSNBS UdN IdE HSGS Idee4 18

Idee1

19 20

Idee2 17

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120

典型故障分析--阀短路 ? 整流侧:阀电流可高达约7pu

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121

典型故障分析--阀短路
? 逆变侧:引起换相失败,形成旁通对,直流电流增大
短 路 制 动 电 流 [A] 直 流 电 流 IDN [A] 直 流 电 流 IDN [A] 阀 角 侧 C相 电 流 [A] 阀 星 侧 C相 电 流 [A] 短 路 D桥 差 流 [A] 直 流 电 流 IDH [A] 直 流 电 流 IDH [A] 阀 角 侧 B相 电 流 [A] 阀 星 侧 B相 电 流 [A] 角 侧 A相 电 流 [A] [A]侧 电 流 最 大 值 阀 [A] 短 路 Y桥 差 流 [A] 阀角侧电流最大值 阀星 阀 星 侧 A相 电 流 [A]
File: FZ_S2P1PPRA2_2012_07_11_14_24_01_202Child00.CFG 5000 0 -5000 2000 0 -2000 5000 0 -5000 5000 0 -5000 5000 0 -5000

0.46

0.48

0.5

0.52

0.54

0.56

0.58

0.6

0.62

0.46

0.48

0.5

0.52

0.54

0.56

0.58

0.6

0.62

0.46

0.48

0.5

0.52

0.54

0.56

0.58

0.6

0.62

0.46

0.48

0.5

0.52

0.54

0.56

0.58

0.6

0.62

0.46

0.48

0.5

0.52

0.54

0.56

0.58

0.6

0.62

短 路 Y桥 短 路 D桥 极解锁 极运行 0.46 0.48 0.5 0.52 0.54 Time [s] 0.56 0.58 0.6 0.62

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122

典型故障分析--换流变阀侧两相短路
? 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

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123

典型故障分析--换流变阀侧单相接地
? 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

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124

典型故障分析--换流变阀侧单相接地
? 逆变侧:
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

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125

典型故障分析--换流变阀侧单相接地

? 逆变侧故障电流图(投旁通对后)

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126

典型故障分析--换流器中点接地
? 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

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127

典型故障分析--换流器中点接地
? 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

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128

典型故障分析--极母线接地 ? 整流侧:
- 相当于电源出口短路,直流电流迅速增大

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129

典型故障分析--极母线接地

200 0

UD;

-200 -400 -600 500 3000 2000 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500

IDYC;

1000 0 -1000 500 2000 1000 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500

IDYL;

0 -1000 -2000 500 400 200 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500

IF1Y;

0 -200 -400 500 400 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500

IF2Y;

200 0 -200 500

600

700

800 900 1000 1100 1200 TFR GS_S1P2PPRA1 PR_TFR 20040526 18;56;11_322000.CFG

1300

1400

1500

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130

典型故障分析--极母线接地 ? 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

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131

典型故障分析--直流线路接地

600 500 400 300 200

UD;

100 0 -100 -200 -300 -400 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000

2500

2000

1500

IDYL;

1000

500

0

-500

0

1000

2000 3000 4000 5000 TFR GS_S1P1PPRA1 PR_TFR 20040527 17;23;02_204000.CFG

6000

7000

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132

典型故障分析--直流线路接地 ? 直流线路保护类似交流保护的重合闸,有重启动过程

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133

典型故障分析--直流线路接地

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134

典型故障分析--丢失脉冲
? 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

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135

典型故障分析--丢失脉冲 ? 削波特性(整流侧,大电流)

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136

典型故障分析--丢失脉冲
? 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

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137

典型故障分析--交流单相接地
? 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

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138

典型故障分析--交流单相接地
? 逆变侧:换相失败;直流电流增大、直流电压与直流电流出现100Hz分 量

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139

典型故障分析--金属回线接地 ? 线路电流因大地分流减小,接地开关会通过很大电流

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140

典型故障分析--最后一个断路器
? 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

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141

典型故障分析--接地极引线开路

? 单极大地回路运行:

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142

典型故障分析--接地极引线开路

? 双极大地回路运行:

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143

典型故障分析--双极区接地

? 单极大地回路运行
File: TFR HL_S1P1PPRA1 PR_TFR 20081031 09;34;57_946000.CFG 400 300 200
IDEL2 [A] IDEL1 [A] IDNE [A]

100 0 -100 -200

0

0.5

1

1.5

50 40 30 20
IDNEOP [A] IDME [A] IDGND [A]

10 0 -10 -20 -30 -40 0 0.5 Time [s] 1 1.5

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144

典型故障分析--双极区接地

? 双极大地回路运行
File: TFR HL_S1P1PPRA1 PR_TFR 20081031 09;37;50_820000.CFG 700 600 500 400
IDEL2 [A] IDEL1 [A] IDNE [A]

300 200 100 0 -100 -200 0 0.5 1 1.5

400 350 300 250
IDNEOP [A] IDME [A] IDGND [A]

200 150 100 50 0 -50 0 0.5 Time [s] 1 1.5

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145

提纲
1 直流控制技术

2

直流保护技术

3

多端直流技术

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146

多端直流技术--提纲
1 概述

2

并联型控制技术

3

并联型保护技术

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147

概述
? 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

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148

概述
? 分类:
? 串联型; ? 并联型; ? 级联型;

? 混合型

? 在国外已经有工程应用,全部为并联型

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149

串联型
~~ 交流网1 交流网5

~~

~~

交流网2 接地极3 ~~ 接地极2

交流网4

交流网3

± 800kV直流线路 ~~

换流站2 ± 400kV直流线路 ± 400kV直流线路
~~ ~~

换流站3

换流站1 ~ 至接地极 至接地极 ~

换流站4

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150

并联型
~~ 交流网1 接地极1 接地极5 交流网5

接地极3 交流网2 接地极2 接地极4 交流网4

交流网3

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151

多端直流技术--提纲
1 概述

2

并联型控制技术

3

并联型保护技术

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152

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。

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153

四个换流站并联

100km

854km

300km

整流站 I

整流站 II

逆变站 II

逆变站 I

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154

电流裕度控制

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155

电流平衡控制器

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156

功率升降平衡
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。

?P P ( ) ? 1 ?(? ?t ) 3 ?P3
?P ?t 1

?P2 ?P ( ) ? ? ( ?t )3 ?P3
?P ?t 2

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157

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, 另一站为从站,作为备用,也可以人为进行切换。

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158

多端控制通信
S1. 多端控制

多端主控站间通讯

S4. 多端控制 (图略)

多端控制通讯

站1 直流站控

站2 直流站控

站3 直流站控

站4 直流站控

极1控制

极1控制

极1控制

极1控制

极2控制

极2控制

极2控制

极2控制

极1保护

极1保护

极1保护

极1保护

极2保护

极2保护

极2保护

极2保护

多端保护通讯

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159

四站同步启动
整流侧(站1)波形
File: FZ_S1P1PCPA1_2012_04_25_09_40_26_015Child00.CFG 600 400
UDL [KV]

直流电压

200 0 -200

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

直流电流
IDL [A]

400 300 200 100 0 -100 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2

OWN_PWR

直流功率

200 150 100 50 0 -50 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2

ALPHA_MEAS [Deg]

触发角

200 150 100 50 0

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

移相 解锁

RETARD

DEBLOCK

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1 Time [s]

1.2

1.4

1.6

1.8

2

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160

四站同步启动
整流侧(站2)波形
File: FZ_S2P1PCPA1_2012_04_25_09_40_25_960Child00.CFG 600 400

直流电压

UDL [KV]

200 0 -200

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

300

IDL [A]

直流电流

200 100 0 -100

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

150

OWN_PWR

直流功率

100

50

0

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

200
ALPHA_MEAS [Deg]

触发角

150 100 50 0

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

移相 解锁

RETARD

DEBLOCK

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1 Time [s]

1.2

1.4

1.6

1.8

2

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161

四站同步启动
逆变侧(站3)波形
File: FZ_S3P1PCPA1_2012_04_25_09_40_25_558Child00.CFG 600 400
UDL [KV]

200 0 -200

直流电压

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

400 300
IDL [A]

200 100 0 -100 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2

直流电流

150

OWN_PWR

直流功率

100 50 0 -50

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

40
GAMMA_CFC [Deg]

35 30 25 20 15 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2

熄弧角

移相 解锁

RETARD

DEBLOCK

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1 Time [s]

1.2

1.4

1.6

1.8

2

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162

四站同步启动
逆变侧(站4)波形
File: FZ_S4P1PCPA1_2012_04_25_09_40_25_540Child00.CFG 600 400
UDL [KV]

直流电压

200 0 -200

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

400 300

直流电流

IDL [A]

200 100 0 -100 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2

150 100 50 0 -50

直流功率

OWN_PWR

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

30

熄弧角

GAMMA_CFC [Deg]

25

20

15

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

移相 解锁

RETARD

DEBLOCK

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1 Time [s]

1.2

1.4

1.6

1.8

2

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163

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 。
File: FZ_S2P1PCPA1_2012_04_25_09_47_37_002Child00.CFG 510 505

直流电压

UDL [KV]

500 495 490

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

300

IDL [A]

直流电流

200 100 0 -100

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

150

OWN_PWR

直流功率

100 50 0 -50

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

200
ALPHA_MEAS [Deg]

150 100 50 0

触发角

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

移相 解锁

RETARD

DEBLOCK

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1 Time [s]

1.2

1.4

1.6

1.8

2

站2单站起动波形

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164

停运

? 同步停运 ? 分步停运 ? 故障紧急停运

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165

紧急停运
? 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。

直流电压

触发角 直流电流

多端直流逆变侧紧急停运响应对比
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166

换相失败
? 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。

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167

换相失败
8000

I D L (A )

4000

I D L (A )

6000

3000

M a g n it u d e ( M a g )

4000

M a g n it u d e ( M a g )
0 200 400 T im e ( m s) 600 800 1000

2000

2000

1000

0

0

-2 0 0 0

-1 0 0 0 0 E le c tr o te k C o n c e p ts ? 200 400 T im e ( m s ) T O P , T h e O u tp u t P r o ce sso r ? T O P , T h e O u tp u t P r o c e s s o r ? 600 800 1000

E le c tr o te k C o n ce p ts ?

站1
15000

站2
6000

I D L (A )

I D L (A )

10000

4000

M a g n it u d e ( M a g )

5000

M a g n it u d e ( M a g )
0 200 400 T im e ( m s ) 600 800 1000

2000

0

0

-5 0 0 0

-2 0 0 0 0 E le c tr o te k C o n c e p ts ? 200 400 T im e ( m s ) T O P , T h e O u tp u t P r o c e s s o r ? 600 800 1000

E le c tr o te k C o n c e p ts ?

T O P , T h e O u tp u t P r o c e s s o r ?

站3 站4 站3交流系统故障引起换相失败,各站极1直流电流波形
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168

运行方式
? 单极大地运行方式: 仅列出典型方式图,不是全部方式图。
默认换流站1、换流站2为整流方式,换流站3、换流站4为逆变方式。
序号 方式名称 方式图

1

单极大地 (4个换流器运行) 单极大地 (4个换流器运行) 单极大地 (4个换流器运行) 单极大地 (3个换流器运行) 单极大地 (3个换流器运行)

2

3

4

5

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169

运行方式
? 双极大地运行方式: 仅列出典型方式图,不是全部方式图。
默认换流站1、换流站2为整流方式,换流站3、换流站4为逆变方式。
序号 方式名称 方式图

1

双极大地 (4个换流站运行) 双极大地 (3个换流站运行)
双极大地 (3个换流站运行) 双极大地 (3个换流站运行) 双极大地 (3个换流站运行)

2

3

4

5

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170

运行方式
? 金属回线运行方式:
提供一条金属回线,作为换流站2故障下的金属回线用。线路2设计为三 条直流线路:“线路2/极I”、“线路2/极II”、“线路2/备用”。 该备用线路既可作为极I或极II的金属回线使用,也可代替永久故障的 直流线路使用。
线路2/极I 线路1
S25 SL21 S21 S2B1

~~

S3B1

S35

SL31

S31

线路3

极I
S27

1800A
NBS21 MRTB2

S23

极I
S2B2 S3B2 S37 NBS31

线路2/备用

1800A
MRTB3

S33

~~

换流站2
MRS22 MRS21 NBS22 S2B5

~ 接地极2
S3B5

换流站3
MRS32 S38 MRS31 NBS32

~ 接地极3

S28

1800A
SL22

极II

S24

S2B3

S3B3

极II

S34

1800A
SL32 S32

线路1

S26

S22

S2B4

~~
线路2/极II
S3B4

S36

线路3

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171

运行方式
? 一个故障换流站组合下的金属回线运行图汇总
序 故障 金属回线方式 号 类型 1 S1P1 序 故障 金属回线方式 号 类型 5 S3P1

2 S1P2

6 S3P2

3 S2P1

7 S4P1

4 S2P2

8 S4P2

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172

多端直流技术--提纲
1 概述

2

并联型控制技术

3

并联型保护技术

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173

多端直流保护特点
? 与常规直流保护区别点:
? 直流线路

? 金属回线
? 动作处理策略

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174

直流线路故障保护
从换流站1线路保护观察:
? F1点接地故障属区外,期望不动作 ? F2点接地故障属区内,期望动作 ? 平抗L2可能与线路2+线路3阻抗相当

? 区内区外不能兼顾
线路1
~ ~

线路2
~~

线路3
~~

L1 极I 换流 站1 接极 II
接 地 ~ 极 1

L2

F1 极I

L3 极I
接 地 ~ 极 2

F2

L4 极I

换流 站2 接极 II

换流 站3 接极 II

接 地 ~ 极 3

换流 站4 接极 II

接 地 ~ 极 4

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175

直流线路故障保护
解决方法
? 框定各换流站线路行波保护和线路电压突变量保护的保护 范围:
? 换流站1和换流站2保护线路1 ? 换流站2和换流站3保护线路2

? 换流站3和换流站4保护线路3

带来新问题
? 换流站2退出运行,换流站1保护不到线路2 ? 线路2得不到全面保护

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176

直流线路故障保护
解决方法--定值切换
? 线路行波保护和线路电压突变量保护需配备多套定值,这 些定值分别适用于不同的保护范围 ? 换流站1的线路保护配三套定值,分别保护线路1、线路1和 线路2、线路1和线路2以及线路3

? 换流站2运行则使用保护范围为“线路1”的定值
? 换流站2退出运行则使用保护范围为“线路1和线路2”的定 值

? 换流站2并且换流站3退出运行则使用保护范围为“线路1和 线路2以及线路3”的定值

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177

直流线路故障保护
测点布局(换流站2/3)
IDL11 IDL1 IDL12

极I

接地极
MRS2 IDME2 MRS1 IDME1

极II
IDL2 IDL21 IDL22

建议不配置IDME1和IDME2
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178

直流线路故障保护
线路保护的配置
? 除线路低电压保护、线路差动保护外, ? 线路1:换流站1的正方向行波保护、正方向电压突变量保护;换流站2 的反方向行波保护、反方向电压突变量保护

? 线路2:换流站2的正方向行波保护、正方向电压突变量保护;换流站3 的反方向行波保护、反方向电压突变量保护
? 线路3:换流站3的正方向行波保护、正方向电压突变量保护;换流站4 的反方向行波保护、反方向电压突变量保护

? 算法:换流站2和换流站3正方向取电流测点IDL12/IDL22,反方向
取电流测点IDL11/IDL21
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179

直流线路故障保护
线路差动保护
? 各站本极线路电流(极I的IDL1或极II的IDL2) ? 进行如下处理:整流站电流取正值、逆变站电流取负值、 非运行站电流取零。 ? 差流为所有处理过的各站本极线路电流之和

优点
? 各站程序相同 ? 故障后,每站均动作

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180

直流线路故障保护
动作后处理策略
? 瞬时故障
动作信号送往其它站;启动线路再启动逻辑

? 支线路(如线路1和线路3)永久故障
判别故障点位置算法:采用线路差动 到达隔离永久故障的支线路次数定值后,隔离永久故障的支线路的同时, 闭锁支线路换流站(换流站1或换流站4)

下面给出线路1永久故障试验
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181

直流线路故障保护
File: FZ_S1P1PCPA1_2012_04_28_10_24_43_553Child00.CFG 1000
UACC [KV] UACB [KV] UACA [KV]

500 0 -500 1 0.1 4 x 10 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

IACY_L3 [A] IACY_L2 [A] IACY_L1 [A]

0

-1 500
UDL [KV]

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

0

-500 10000
IDL [A]

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

5000 0 -5000 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

ESOF RETARD 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 Time [s] 0.6 0.7 0.8 0.9

站1波形
? 第2次移相期间闭锁 ? 线路1被分断,UDL为零
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182

直流线路故障保护
File: FZ_S2P1PCPA1_2012_04_28_10_24_43_553Child00.CFG 400
UACC [KV] UACB [KV] UACA [KV]

200 0 -200 5000 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

IACY_L3 [A] IACY_L2 [A] IACY_L1 [A]

0

-5000 1000
UDL [KV]

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

500 0 -500 5000 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

IDL [A]

0

-5000

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

ESOF RETARD 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 Time [s] 0.7 0.8 0.9 1

站2波形
? 第2次移相后,重启成功 ? 线路1的分断不影响站2的UDL,UDL电压恢复
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183

T区保护
高压T区保护
? 采用差动算法 ? 动作后处理策略:建议采用所有
换流站闭锁命令策略
接地极
MRS2 IDME2 MRS1 IDME1 IDL11 IDL1 IDL12

极I

? 原因:
这个区域在换流站内,与直流线路 分布在野外不同 与其再启动后闭锁整个极(两次或 以上冲击电网),不如直接选择整 个极闭锁
IDL21

极II
IDL2 IDL22

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184

金属回线接地故障
? 换流站2/3左右两套金属回线 ? 接地站数目不限于1个,可以多个 ? 换流站2/3有两个运行状态:如图换流站2极II左边金
属回线运行,右边大地回线运行

? 金属回线接地站不一定没有电流流过接地极,可以 调整接地极电流为零
SL11 S11

~~

S25

SL21

S21

~~

S35

SL31

S31

~~

S41

SL41

极I
3000A
NBS11 MRTB1 S13 S27

极I
1800A
NBS21 MRTB2 S23 S37

极I
1800A
NBS31 MRTB3 S33 S43

极I
3000A
NBS41 MRTB4

换流站1
NBS12 MRS1

~ 接地极1

换流站2
MRS22 MRS21 NBS22

~ 接地极2

换流站3
MRS32 MRS31 NBS32

~ 接地极3

换流站4
MRS4 NBS42

~ 接地极4

0A
SL12

极II

S14

S28

1800A
SL22

极II

S24

S38

极II

S34

S44

1800A
SL32

极II
SL42

3000A

S12

~~

S26

S22

~~

S36

S32

~~

S42

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185

金属回线接地故障
保护方法
? 金属回线差动保护:以换流站间金属回线为保护单位进行设计。差
流取金属回线线路两端电流之差

? 金属回线横差保护、金属回线接地保护:接地站投入。由于正
常运行时接地极可以有电流存在,多个接地站的金属回线运行时,需退 出;只有一个接地站金属回线运行时,可以投入

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186

金属回线接地故障
动作后处理策略
? 移相:尝试减流熄弧,恢复绝缘后继续输送功率,避免停运。如图,
靠近换流站2金属回线发生接地故障,即使S1P2移相,使S1P2没有电流 流经接地故障点,但是S2双极可能的非平衡运行电流也可能会流经接地 故障点,达不到断流熄弧的目的

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187

金属回线接地故障
动作后处理策略
? 移相:其他方式金属回线运行存在相同问题。建议取消。 ? 闭锁:大部分情况下,只有一个换流站闭锁(如上图S1P2)。另一个
换流站需要将故障侧的金属回线运行标志置为零(如上图S2P2左侧)



? 闭锁后:上页分析的故障点断流问题可能仍然存在,采用双极中性母
线差动保护来处理这个问题(闭锁S2P2 )

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188

站间通信
换流站1 PPR 换流站2 PPR 换流站3 PPR 换流站4 PPR

极I
换流站1 PPR 换流站2 PPR 换流站3 PPR

极II

换流站4 PPR

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189

站间通信
? 收到其他换流站闭锁命令的处理:去除发出闭锁命令的换
流站,判别剩余运行系统是否包括整流站和逆变站。包括整流站和逆变 站,则无需处理;不包括整流站,或不包括逆变站,则执行收到其他换 流站的闭锁命令,整个极停运。

? 收到其他换流站的所有换流站闭锁命令的处理:执
行闭锁命令,整个极停运。

? 收到其他换流站线路保护动作信号的处理:或逻辑操
作后,送往再启动逻辑。整流站和逆变站进行同样的操作;目的是任何 支线路永久故障,能正确隔离故障线路。

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190

动作后处理策略
总体原则
? 切除和隔离故障

? 故障程度和故障范围不能因为选取的处理策略而扩大
? 保证非故障系统继续运行 ? 故障换流站不能因为闭锁方式的选择而产生潮流反转

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191

动作后处理策略
闭锁
? 降电流后闭锁:计划停运等正常闭锁、非紧急故障下慢速保护动作
情况下采用

? 闭锁脉冲:并联型多端比较常用;不会引起的过电压;宜发出的其它
整流站移相命令(为了避免对电网的冲击,可以不发该命令)

? 快速移相及同时投旁通:直流过电压时,可采用该闭锁策略。有
利于设备,并不扩大故障范围。站间通信故障时,可采用

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192

动作后处理策略
跳换流变网侧开关
? 逆变站延时跳开关,提供反压有利于阀组的关断

? 下图,换流站3换流变阀侧两相短路100ms故障,立即跳换 流变网侧开关和延时( 100ms )跳换流变网侧开关的对比 图

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193

立即跳换流变网侧开关
File: FZ_S3P1PCPA1_2012_04_18_16_30_05_131Child00.CFG 200
UACC [KV] UACB [KV] UACA [KV]

0

-200 2
IACY_L3 [A] IACY_L2 [A] IACY_L1 [A]

x 10

4 0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0

-2 1000

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

UDL [KV]

500 0 -500 10000 5000 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

IDL [A]

0 -5000 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

BLK_FIR ESOF 0.1 0.2 0.3 0.4 Time [s] 0.5 0.6 0.7

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194

延时跳换流变网侧开关
File: FZ_S3P1PCPA1_2012_05_02_10_56_56_640Child00.CFG 400
UACC [KV] UACB [KV] UACA [KV]

200 0 -200 0.1 4 x 10 2 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

IACY_L3 [A] IACY_L2 [A] IACY_L1 [A]

0

-2 0.1 500
UDL [KV]

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0

-500 0.1 10000
IDL [A]

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

5000 0 -5000 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

BLK_FIR ESOF 0.1 0.2 0.3 0.4 Time [s] 0.5 0.6 0.7

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195

跳换流变网侧开关
结果分析:
? 立即跳换流变网侧开关:没有交流电压,即使故障结束后,直流
电压仍然没有恢复(换流站3阀无法关断,存在实际的旁通对),导致 站1/站2线路低电压动作,进行移相、重启动;

? 延时跳换流变网侧开关:有交流电压,故障结束后,直流电压恢
复,没有导致站1/站2线路低电压动作。

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196

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