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摘要：针对柔性直流输电系统换流站保护系统重要性进行分析，研究直流保护策略，根据换流站内一次主设备的接线结构进行保护区域划分并研究出直流保护配置方案。研究表明该配置方案以很好的保护系统安全运行，维持系统功率传输。
关键字：柔性直流输电系统；保护策略；保护分区；直流保护配置
1 前言
基于电压源换流器的柔性直流输电系统(Voltage source converter High voltage DC system VSC-HVDC)，主要由换流站、直流输电线路、交流电网和风电场（或无源负载）所组成[1-2]。由于柔性直流输电系统控制的灵活性使得其在电网的输电方式中有广阔的应用前景[3]。
柔性直流换流站直流保护在整个换流站保护系统中最核心的保护，直流保护的配置关系到整个换流站的安全运行。直流系统保护至少应双重化配置，各重保护之间在物理上和电气上应完全独立任意一重保护因故障、检修或其他原因而完全退出时，不应影响其他各重保护。本文研究了直流保护策略，根据换流站内一次主设备的接线结构进行保护区域划分并研究直流保护配置方案。
2 直流保护策略
直流系统发生故障后应尽可能减小故障影响范围，其保护策略主要有[4-5]：
(1)报警和启动录波
对于不影响正常运行的故障的首要反应措施是通过报警来告知运行人员出现问题，但系统仍然保持在正常运行状态。使用灯光、音响等方式，提醒运行人员，注意相关设备的运行状况，采取相应的措施，自动启动故障录波和事件记录仪器，便于识别故障设备和设备故障原因。
(2)闭锁触发脉冲
闭锁换流器的触发脉冲，可以分为暂时闭锁和永久闭锁。当某一相暂态电流超过限制时，暂时停止向相对应的子模块发送触发脉冲；当电流恢复到安全范围时，重新向子模块发送触发脉冲。永久闭锁意味着严重故障时，向所有的子模块发送切断控制脉冲的指令，所有的子模块停止运行。如阀冷却系统故障时，应该永久闭锁触发脉冲。
(3)交流断路器跳闸
跳开连接变交流断路器开关，中断交流网络和换流站的连接，防止交流系统向故障点注入电流。另外，交流电源的移除，也防止了换流阀遭受不必要的电压应力，尤其是在遭受电流应力的同时。
(4)交流断路器锁定
在发送断路器跳闸命令的同时，也要发送锁定信号来闭锁断路器，防止运行人员找到故障起因前开关误闭合。锁定命令和解除锁定命令也可以由运行人员手动发出。
(5)启动断路器失灵保护
在跳闸信号发送到断路器的同时，启动断路器失灵保护的信号也会同时发出，如果本级交流断路器在一定时间内没有正常动作，断路器失灵保护就会进行重跳闸或者跳开另一个断路器。
3 直流保护分区及测点配置方案
直流保护的范围应覆盖直流场、阀厅、连接变压器及其启动回路区域。直流保护必须对保护区域的所有相关的直流设备进行保护。相邻保护区域之间应重迭，不存在保护死区。
3.1 直流保护分区
直流保护按照下述分区进行配置：
(1)直流极区域：两侧换流器高低压极线电流互感器之间的区域。
(2)换流器区域：桥臂电抗器网侧至换流器正负极线电流互感器之间的区域。
(3)启动回路保护区域：换流变阀侧套管至桥臂电抗器网侧区域
(4)连接变保护区域：连接变压器
分区示意图如下所示。
图3-1:柔性换流站保护区域划分示意图
3.2 测点配置
测点配置方案如下：
(1)换流变区电流测量装置：中性点接地测点采用电子式测量装置，其余采用常规电流测量装置，用于连接变保护的测量装置的按TPY级配置，其余保护按照按5P级配置。计量采用0.2S级配置，测量采用0.2级配置。在直流区域出现接地故障的时候连接变中性点流过直流电流，因此中性点配置电子式直流电流测量装置。
(2)启动回路区域、换流器区域及直流场区域配置电子式直流电流测量装置。
(3)网侧与阀侧的交流电压测量装置配置常规电容式电压测量装置，二次侧配置4个绕组，精度满足0.2/0.2(3P)/0.2(3P)/3P。
(4)直流电压测量装置采用电阻分压式电压测量装置。
直流电流测量装置的测量误差要求如表3.1所示。
4 直流保护配置
保护的目的是防止危害直流换流站内设备的过应力，以及危害整个系统（含交流系统）运行的故障。换流单元保护系统应自适于各种直流输电运行方式以及运行方式转换，自适应于功率方向以及功率反转[6-7]。
至少具有对如下故障进行保护的功能：
(1)换流器故障，包括：换流器桥臂短路、换流器接地故障。
(2)连接变二次侧交流连线接地及相间短路故障。
(3)直流极短路，接地故障和开路故障。
(4)直流场内设备闪络或接地故障。
(5)直流控制系统误动或AC系统持续扰动对直流系统产生影响。
(6)直流系统或设备在动态过程中发生故障。
(7)防止换流站接地过流危害。
换流单元保护系统对故障提供两种及两种以上原理保护功能，以及主后备保护功能。
4.1 启动回路保护区保护配置
图4 1:启动回路保护区保护配置示意图
图4 3:直流极区保护种类及其所用测点信号
4.3 直流极区保护
5 结伦
根据一次主设备的接线形式进行了保护的分区划分及测点的研究，得到直流保护的配置方案。由图4-1~4-3可知，在直流极区域、换流器区域、启动回路保护区域、连接变保护区域的各种可能出现的故障进行了分析，同时配置相应的直流保护，保护范围交叉配置，保证保护区域的延伸，使得保护无死区，最大范围保护柔直换流站内的一次设备。
参考文献
[1]汤广福.基于电压源换流器的高压直流输电技术. 北京:中国电力出版社,2010.
[2]Franquelo L G, Rodriguez J , Leon J I , etal.The age of multi-level converters arrives[J].IEEE Industrial Electronics Magazine , 2008,2(2):28-39.
[3]汤广福;贺之渊;庞辉; 柔性直流输电工程技术研究、应用及发展[J].电力系统自动化.2013(15).
[4]徐政．柔性直流输电系统[M].北京:机械工业出版社,2013.
[5]赵畹君.高压直流输电工程技术（第二版）.北京:中国电力出版社,2011.
[6]刘钟淇，宋强，刘文华.基于模块化多电平变流器的轻型直流输电系统[J].电力系统自动化，2010，34(2)：53-58.
[7]Hagiwara M，Akagi H．PWM control and experiment of modular multilevel converters[C]//IEEE Power Electronics Specialists Conference．Rhodes，Greece：IEEE，2008：154-162．
作者简介
彭冠炎（1984-），男，硕士研究生，工程师，研究方向为柔性直流输电技术。
论文作者:彭冠炎
论文发表刊物:《电力设备》2015年第9期供稿
论文发表时间:2016/4/19
标签：故障论文; 区域论文; 断路器论文; 系统论文; 柔性论文; 测量论文; 电流论文; 《电力设备》2015年第9期供稿论文;