直流线路区保护措施

24.2.4.1　直流线路区故障特性

1）直流输电线路接地短路故障

直流线路故障发生后，电压电流剧烈波动，直流控制系统也将迅速动作以消除故障，保护设备安全。依据故障后直流故障电流的特征以及控制系统的动作情况，可将故障过程划分为三个阶段：初始行波阶段、暂态阶段以及稳态阶段。

（1）初始行波阶段为故障发生瞬间开始到控制系统启动之前，此时沿线路分布的电场、磁场相互转换形成故障电流、电压行波；故障电流行波幅值由线路波阻抗以及故障时电压决定，与控制系统无关；本阶段内两侧控制系统尚未对故障做出响应；

（2）暂态阶段为控制系统中的定电流控制开始发挥作用，整流侧和逆变侧的触发角迅速增大，抑制了线路两端向故障点注入的电流，此时整流侧电流明显下降，逆变侧电流持续下降，故障电流由强迫分量和自由分量两部分组成；

（3）稳态阶段中，整流侧以及逆变侧的电流分别被限制于各自的电流参考值上，两侧均为定电流控制，两侧流入控制点的电流方向相反，故障点电流为两者之差，即直流侧与逆变侧间设定的电流裕度值。

2）直流输电线路与交流输电线路碰线

长距离架设的高压直流输电线路不可避免地会在不同地点与不同电压等级的交流输电线路发生交叉跨越，因此在长期运行过程中，有可能发生交直流输电线路碰线的故障。当发生此故障时，由于交流线路与直流线路存在直接接触点，因此在直流输电线路的电流中会出现工频的交流分量。

24.2.4.2　直流线路区保护原理及配置

1）直流线路行波保护

（1）主要功能及原理

行波保护检测直流线路的金属性接地短路故障，原理包括两类：

一种实现方式是以输电线路电压变化率d u/d t、线路电压变化量ΔU以及线路电流变化量ΔI作为主要判据，对故障行波到达线路末端时引起的末端电气量的剧烈变化进行检测和判别；

另一种实现方式，是基于直流线路上发生对地短路故障时会从故障点向线路两端传播故障行波，通过检测极波的变化实现对直流线路故障的检测；同时，故障时两个接地极母线上的过电压吸收电容器上会分别产生冲击电流，利用该冲击电流以及两极直流电压的变化构成地模波，通过地模波的极性来判断故障极。

（2）保护判据

保护判据1：

保护判据2：

保护判据2：

（3）故障处理策略

执行直流线路故障重启。

（4）整定建议

行波保护是线路故障的主保护，一般无延时动作出口；定值的确定应通过仿真计算与仿真试验，最终的定值将通过现场试验校核确定。为保证降压运行时保护范围与正常电压运行时基本相同，降压时各定值将自动根据当前电压调整。

2）直流线路电压突变量保护

（1）主要功能和原理

检测直流线路发生金属性接地短路故障，根据直流线路电压设置电压突变量和低电压两个判据：当直流线路发生接地故障时，直流电压快速降到一个较低值，通过电压突变量判据检测；为躲开运行过程中扰动的影响，同时检测低电压水平。

（2）保护判据

（3）故障处理策略

执行直流线路故障重启。

（4）整定建议

行波保护是线路故障的主保护，一般无延时动作出口；定值的确定应通过仿真计算与仿真试验，最终的定值将通过现场试验校核确定。为保证降压运行时保护范围与正常电压运行时基本相同，降压时各定值将自动根据当前电压调整。

2）直流线路电压突变量保护

（1）主要功能和原理

检测直流线路发生金属性接地短路故障，根据直流线路电压设置电压突变量和低电压两个判据：当直流线路发生接地故障时，直流电压快速降到一个较低值，通过电压突变量判据检测；为躲开运行过程中扰动的影响，同时检测低电压水平。

（2）保护判据

（3）故障处理策略

执行直流线路故障重启。

（4）整定建议

定值的确定通过仿真计算与仿真试验，最终的定值将通过现场试验校核确定。为保证降压运行时保护范围与正常电压运行时基本相同，降压时各定值将自动根据当前电压调整。保护动作时间与交流系统主保护清除故障时间相配合，通常不低于100ms。

3）直流线路低电压保护

（1）主要功能和原理

根据直流线路电压降低水平，检测直流线路高阻接地故障；同时还可以检测无通讯时逆变侧闭锁故障。保护应包含完善的辅助判据，防止区外故障导致保护误动。

（2）保护判据

（3）故障处理策略

执行直流线路故障重启。

（4）整定建议

定值的确定通过仿真计算与仿真试验，最终的定值将通过现场试验校核确定。为保证降压运行时保护范围与正常电压运行时基本相同，降压时各定值将自动根据当前电压调整。保护动作时间与交流系统主保护清除故障时间相配合，通常不低于100ms。

3）直流线路低电压保护

（1）主要功能和原理

根据直流线路电压降低水平，检测直流线路高阻接地故障；同时还可以检测无通讯时逆变侧闭锁故障。保护应包含完善的辅助判据，防止区外故障导致保护误动。

（2）保护判据

（3）故障处理策略

有通讯时执行直流线路故障重启；无通讯时紧急停运、跳交流断路器。

（4）整定建议

通讯正常时，保护动作时间要大于最长的通道延时至少20ms；通讯中断，双极运行时，本站检测到另一极直流电压正常的时间至少20ms，保护应该大于此时间；本站检测到另一极直流电压低时，保护的动作时间要大于对站交流系统近后备保护动作时间；通讯中断，单极运行时保护的动作时间要大于对站交流系统近后备保护动作时间至少100ms。降压运行时定值应自动根据当前电压调整。

4）直流线路纵联差动保护(www.xing528.com)

（1）主要功能和原理

根据整流站和逆变站直流线路电流的差值，检测直流线路高阻接地故障，作为行波保护和电压突变量保护的后备。站间通讯故障时保护自动退出。

（2）保护判据

（3）故障处理策略

有通讯时执行直流线路故障重启；无通讯时紧急停运、跳交流断路器。

（4）整定建议

通讯正常时，保护动作时间要大于最长的通道延时至少20ms；通讯中断，双极运行时，本站检测到另一极直流电压正常的时间至少20ms，保护应该大于此时间；本站检测到另一极直流电压低时，保护的动作时间要大于对站交流系统近后备保护动作时间；通讯中断，单极运行时保护的动作时间要大于对站交流系统近后备保护动作时间至少100ms。降压运行时定值应自动根据当前电压调整。

4）直流线路纵联差动保护

（1）主要功能和原理

根据整流站和逆变站直流线路电流的差值，检测直流线路高阻接地故障，作为行波保护和电压突变量保护的后备。站间通讯故障时保护自动退出。

（2）保护判据

（3）故障处理策略

执行直流线路故障重启。

（4）整定建议

保护动作延时躲交流系统故障及清除阶段、直流输送功率快速调整、双极或金属回线运行时相邻线故障的暂态过程，站间通讯速度较慢情况下可延长保护动作时间，推荐不低于500ms。

5）交直流碰线保护

（1）主要功能和原理

根据直流线路电流和直流线路电压中的50Hz分量，检测是否发生交直流线路碰线故障。

（2）保护判据

包括两种动作逻辑：

（3）故障处理策略

执行直流线路故障重启。

（4）整定建议

保护动作延时躲交流系统故障及清除阶段、直流输送功率快速调整、双极或金属回线运行时相邻线故障的暂态过程，站间通讯速度较慢情况下可延长保护动作时间，推荐不低于500ms。

5）交直流碰线保护

（1）主要功能和原理

根据直流线路电流和直流线路电压中的50Hz分量，检测是否发生交直流线路碰线故障。

（2）保护判据

包括两种动作逻辑：

（3）故障处理策略

极闭锁。

（4）整定建议

保护定值和延时定值由仿真试验确定，保护动作后推荐无延时出口。

6）金属回线纵差保护

（1）主要功能和原理

金属回线运行方式下，根据金属回线的整流站和逆变站线路电流的差值，检测金属回线发生的接地故障。仅在金属回线运行方式下投入；站间通信异常时保护自动退出。

（2）保护判据

（3）故障处理策略

极闭锁。

（4）整定建议

保护定值和延时定值由仿真试验确定，保护动作后推荐无延时出口。

6）金属回线纵差保护

（1）主要功能和原理

金属回线运行方式下，根据金属回线的整流站和逆变站线路电流的差值，检测金属回线发生的接地故障。仅在金属回线运行方式下投入；站间通信异常时保护自动退出。

（2）保护判据

（3）故障处理策略

保护分为两段，Ⅰ段（短延时）动作后起动重启，Ⅱ段（长延时）动作后极闭锁。

（4）整定建议

保护动作时间应躲过交流系统故障的暂态过程，可参考直流线路纵联差动保护的整定。

（3）故障处理策略

保护分为两段，Ⅰ段（短延时）动作后起动重启，Ⅱ段（长延时）动作后极闭锁。

（4）整定建议

保护动作时间应躲过交流系统故障的暂态过程，可参考直流线路纵联差动保护的整定。