特高压直流输电换相失败保护动作方程的改进

高压直流输电换相失败原因及对策摘要：换相失败在高压直流输电系统中时常发生，短时间内的换相失败不会造成严重后果，但长时间多次换相失败将导致直流系统停运。

造成换相失败的常见原因主要有:(1)交流侧系统异常，比如电压跌落、电压波形畸变等;(2)换流阀触发脉冲丢失;(3)直流电压、电流异常。

关键字：高压直流输电；换相失败；原因及对策1换相失败基本原理换相失败是直流系统常见的故障之一，一般单次换相失败仅会导致短暂的功率中断，其对系统影响不严重，只有发生连续换相失败可能引起直流闭锁。

换相失败一般都发生在逆变站，当逆变侧换流器两个桥臂之间换相结束后，刚退出导通的阀在承受反向电压的时间内，如果换流阀载流子未能完成复合并恢复正向阻断能力，或在反向电压持续期间未能完成换相，此时当阀两侧电压变为正向后，预定退出的阀将发生误导通，从而引起换相失败。

换相失败的特征是:(1)关断角小于换流阀恢复阻断能力的时间(大功率晶闸管约0.4ms);(2)6脉动逆变器的直流电压在一定时间下降到零;(3)直流电流短时增大;(4)交流侧短时开路，电流减小;(5)基波分量进入直流系统。

2换相失败保护原理保护功能测量换流变阀侧Y绕组和D绕组的电流以及直流电流IDP和IDNC。

一个6脉动桥换相失败的明显特征是交流相电流降低，而直流电流升高。

换相失败可能是由一种或多种故障，如控制脉冲发送错误、交流系统故障等引起的。

阀的误触发或触发脉冲丢失会导致其中一个6脉动桥的连续换相失败;交流系统干扰会导致两个6脉动换流桥的连续换相失败。

对于一个6脉动阀组的持续换相失败和12脉动阀组的持续换相失败，保护分别经过不同的延时跳闸。

换相失败动作后果:单桥换向失败动作后果为请求控制系统切换;X闭锁;极隔离;跳交流断路器;起动断路器失灵保护;锁定交流断路器;启动故障录波。

双桥换相失败动作后果为请求控制系统切换;Y闭锁;极隔离;跳交流断路器;起动断路器失灵保护;锁定交流断路器;启动故障录波。

高压直流输电典型故障控制保护策略的对策摘要：高压直流输电能够安全高效的运行，很大程度上取决于它的控制保护系统。

当高压直流输电发生故障时，通过查看其控制保护系统，针对不同的故障，进行故障仿真模拟，展开故障机理分析并寻找故障发生的原因。

针对故障原因强化控制保护系统的部分功能区，分析研究控制保护策略。

关键词：高压直流输电；保护策略；线路的故障引言高压直流输电的典型故障主要有两种，一种是换相失败，另一种是直流线路故障。

基于以上两种不同的故障，其控制保护策略的研究也有所不同。

需要先研究其故障发生的机理原因以及位置特征，随后在故障仿真基础上研究控制保护策略。

一、控制保护策略研究现状高压直流输电系统的组成为两部分，分别是两端换流站、直流输电线路。

而换流站中的控制保护系统是高压直流输电系统最核心的部分，直接影响整个系统的运行。

目前，我国对高压直流输电系统的典型故障控制保护策略研究相对不完善，仍旧存在着运行过程中某一环节发生故障，导致过电压冲击。

其他因素的影响也使得控制保护系统更加繁杂。

系统故障主要有两种，比较常见的是换相失败。

对于此种故障，国内对其进行了大量的仿真研究，机理分析、故障发生的判断依据及其检测方法、恢复运行的措施等。

这些研究做为控制保护策略研究的基础，在整个研究分析过程中是非常有必要的。

另一种故障在远距离输电线路上容易发生，叫做直流线路故障。

对于直流线路故障，国内外对其进行研究后，提出了保护线路的判断依据和原理。

二、换相失败控制保护策略的对策（一）建立仿真软件模型仿真模型的准确建立是控制保护策略研究的关键所在，通过对机电暂态仿真软件和电磁暂态软件的对比研究，高压直流输电系统更加适合建立电磁暂态软件，即PSCAD/EMTDC。

故，此文选择PSCAD/EMTDC为高压直流输电系统研究的仿真软件。

主回路参数是建模的重要依据，建模需要的参数主要有：交流系统条件、直流滤波器组、直流线路参数以及直流滤波装置包含的平波电抗器，交流滤波器、中性点冲击电容器和无功补偿装置等。

特高压直流线路差动保护改进方案摘要：提出一种差动保护改进方案，利用特定电压、电流数据与线路电阻三者间可等效转换的特定电气三角平衡关系，辅以积分算法具有的低通滤波效果，将线路两端突变量差流作为动作量，将线路两端电压突变量差与线路电阻之比作为制动量，构造改进判据. 理论分析表明，当线路发生区外故障时，动作量明显小于制动量；线路内部故障时，动作量大于制动量，判据设置清晰、明确. 该方案对采样频率要求不高、整定简洁、结果清晰且不受分布电容电流的影响 . 以我国 ±800kV 特高压工程为参照搭建仿真模型，设置 3 种典型故障对保护判据进行仿真验证 . 结果表明，所荐方案具有可靠性高、判别灵敏的特点，能准确、快速地识别区内、区外故障，具有较好的工程运用前景.关键词：特高压直流(UHVDC)；差动保护；突变量；积分滤波算法；电气三角平衡；电压制动一、特高压直流输电线路传统差动保护1.1传统差动保护直流输电线路传统差动保护由于缺乏有效工频量，无法构成类似交流电流差动保护一样的制动电流，只能凭借区外故障时的实际瞬时最大不平衡电流增加可靠系数，以此来设置固定的门槛值 . 常见的传统电流差动保护动作方程如下：|im(t)+in(t)|>Iset.(1)mntim(t)in(t)tmnIset 式中：、为线路整、逆两端的测量点；为时间；、分别为时刻线路、两测量点处的电流值；为动作的整定值 . 在式 (1) 动作方程中，直流线路差动保护采用线路两端直流电流差值作为动作量，理论上保证了差动保护绝对的选择性 . 由于传统差动保护受线路分布电容、电力电子操控和直流控制系统等因素的影响，差动保护必须通过设置短延时、高定值来躲避区外故障暂态过程中最大不平衡电流的干扰，以此来保证保护的可靠性；或通过长延时、低定值来确保系统进入故障稳态运行后差动保护判据的成立 . 可见，传统直流线路差动保护缺乏相对稳定制动量，只能根据故障后运行特点，通过调节门槛值的大小及保护的出口时间来确保差动保护判据成立.1.2基于积分滤波算法的差动保护目前，国内特高压直流输电系统均采用双 12 脉动换流器的接线方式. 在稳态运行和系统故障条件下，换流器会产生特征和非特征谐波 . 为了消除这些暂态谐波分量的影响，直流线路两端安装有消除特征谐波的直流滤波器和平波电抗器 . 然而，系统外部故障时除了这些特征谐波外还存在大量的非特征谐波，会对故障暂态过程中的电流和电压测量产生影响 . 暂态谐波电流可能会降低差动保护的性能指标，引起直流差动保护的误动与拒动，因此为了最大程度地抑制交流分量和保留直流信号完整性，需要采用数字滤波手段来消除暂态谐波的影响 .二、特高压直流输电系统目前，世界上已运行的特高压直流输电工程大多为双极系统，主要由整流站、逆变站和直流输电线路三部分构成，结构如图 1 所示.三、差动保护改进方案与整定原则在区外、区内故障情况下，线路两端的、与三者间，具有显著的区外、区内故障特性，利用上述特性，借鉴文献 [15]、[16] 中纵向阻抗的研究成果，利用上述指定的电压、电流结构与线路串联电阻三者间所形成的特定关系，转变算式，构造差动保护改进判据如下：1N ∑ Tt=0[?imφ(t)+?inφ(t)] ? 1NrD ∑Tt=0[?um>Iset.(23) 在积分数据窗的选择上，一是考虑积分算法的滤波效果，时间越长，效果越明显；二是控制系统约在故障发生4~5ms 后开始启动，调节过程一般约为 30ms[11,17].综合考虑选择积分时间长度为T=0~10ms.Iset=0.1IeIe在启动门槛值的整定上，考虑到故障稳态电流为 0.1 的额定电流 [8,11]，因此可按0.1 的额定电流来整定，即，为直流输电系统的额定电流.nm?imφ(t)n?inφ(t)mn[?umφ(t) ? ?unφ(t)]/(rD)?imφ(t) ? ?inφ(t)[?umφ(t) ? ?unφ(t)]/(rD)?imφ(t)?inφ(t)[?umφ(t) ? ?unφ(t)]/(rD)改进保护判据可以描述如下：根据线路两端电流突变量和的积分滤波值与线路两端电压突变量差的积分滤波值跟线路电阻值之比的大小关系来识别区内、区外故障 . 其中线路两端的测量点、测量点与故障点构成电气三角的 3 个顶点，测量点到故障点的电流突变量为电气三角的一边、测量点到故障点的电流突变量为另一边，和两个测量点之间的电流突变量为第三边，三边构成一个具备特定制衡机制和等量转换的电气三角平衡关系 . 电气三角平衡关系类似数学几何中的三角关系，具有两边之差小于第三边，两边之和大于第三边的特点 . 当发生区外故障时，经过积分算法滤波后，与之差明显小于，线路两端电压突变量差中的直流分量能够有效抵御区外故障时不平衡电流的干扰，保证了区外故障时差动保护的可靠性. 同理，当线路发生区内故障时，在经过积分算法滤波后，与之和明显大于，即两边之和大于第三边，线路两端电压突变量差值的残余分量能够反映出差动小故障电流，保证了在线路发生内部故障时保护的灵敏度 . 与如式 (1) 所示的传统直流差动保护判据相比，式 (23) 所示的改进判据具有相对稳定的制动量，判据设置清晰，整定方便，可以在故障暂态过程中投入，积分算法的运用有效地遏制了高频谐波的干扰，抗扰动能力强，不需进行延时处理，可靠性和速动性均得到提高.四、结语本文提出了一种改进的差动保护方案 . 利用积分算法的低通滤波特性以及电压量等效转换的制动效果，构造差动保护改进判据 . 该改进方案具有明确的整定依据，原理简单，整定简便 . 积分滤波算法的运用降低了对采样频率的要求，能有效遏制高频谐波的干扰，再加上电压制动的运用，使得保护可在故障暂态过程中投入. 仿真结果表明，该改进方案能准确识别区内、区外故障，解决直流输电线路传统差动保护缺乏相对稳定制动量的问题，耐过渡电阻能力强，适用于一般高压直流输电工程的线路保护，具有较好的工程运用前景.参考文献[1]基于计算电阻的高压直流输电线路纵联保护[J]. 杨亚宇, 邰能灵, 范春菊, 刘剑. 电工技术学报.2017(07)[2]基于 Kaiser 窗滤波的高压直流输电线路突变量功率保护 [J]. 张艳霞, 马桦岩, 李婷, 刘志雄, 冯康恒. 高电压技术.2016(01)[3]利用时域波形比对的高压直流输电线路电流差动保护[J]. 刘琪, 宋国兵. 电力系统自动化.2015(24)[4]基于PSCAD 的云广特高压直流输电系统仿真模型建立[J]. 裴旵,王振, 吕思颖, 秦昕, 要航. 广西电力.2015(04)[5]高压直流输电线路行波特性与保护定值整定[J]. 高本锋, 刘辛晔, 张云晓, 赵书强, 马玉龙. 电力系统自动化.2015(16)[6]高压直流输电线路微分欠压保护特性与定值整定 [J]. 高本锋 , 董沛毅, 刘辛晔, 张学伟, 张云晓, 马玉龙, 赵书强. 电网技术.2015(08)。

高压直流输电系统故障分析及其保护方案摘要：因为高压直流输电系统承载的电流容量高、功率易调整、电网连接便利，适合应用在较远距离的电能输送、城市商业区电缆供电等。

但是，根据现阶段高压直流输电系统看，故障问题仍然存在，对社会经济发展与人们生命安全构成威胁。

因此，做好输电系统保护成为重要研究课题。

鉴于此，笔者结合实践研究，就高压直流输电系统故障分析与保护方案进行简要分析。

关键词：高压直流输电系统；故障分析；保护方案社会经济的进步、企业经济效益的提高，高压直流输电系统发挥了重要作用，因为其特点优势也得到广泛推广与应用。

不过，怎样保证高压直流输电系统运行稳定和安全性也得到了重视。

一、高压直流输电系统发展高压直流输电和交流输电技术对比，前者有着较强的稳定性，安全性、调节迅速，在较远距离大容量输电和电网连接中得到了广泛应用。

根据当前电网建设发展状态分析，我国中部与东部沿海区域电力使用达到84%；水能资源多在西部、西南区域，导致中部、东部沿海城市大容量电力输送困难。

此外，城市电网建设存在动态无功问题、短路电流较高、电网运行安全性等成为所关注的问题；而通过高压直流输电系统可以有效处理该问题。

当前，国内特高压输电技术有待进一步完善，加之直流输电操控性强，在隔离故障上效果显著，运行管理方便；通过直流输电能够有效处理电网管理不足，确保电网系统之间不受影响，确保稳定性。

高压直流输电的推广应用，其内换流器经济投入少、换流站使用率高，今后发展空间较大。

二、直流输电故障问题现状笔者以某城市电网直流输电为例，该电网为城市最大电网但仍然存在不足。

500千伏电网是该城市电网电力吞吐的主网架，其安全水平较低，供电稳定性与水平无法达到标准要求，无功功率降低。

针对这一问题，选择将直流输电系统安装在500千伏城市环网和市外受电通道中，系统两端交流电网短路容量无法传输，保证500千伏电网输送顺利。

220千伏电网作为该城市电网的主体供电网络，供电效果差、无功电源容量低；经过系统研究和分析，选择把柔性直流输电系统安装在220千伏分区电网的主要联络通道中，提升了电网供电水平，效果显著。

多馈入高压直流输电系统换相失败防御技术课题
多馈入高压直流输电系统（MTDC）是一种先进的输电技术，它可以通过将多个直流电源并联到一个共同的直流母线上来提高输电容量和可靠性。

然而，MTDC系统在运行过程中可能遇到换相失败的问题，这可能会导致整个系统的故障。

为了防御多馈入高压直流输电系统的换相失败，可以采取以下技术措施：
1.合理设计和选择换相设备：根据系统的负载、电压等级和功率需求，选择合适的换相设备。

同时，确保换相设备具有良好的稳定性和可靠性。

2.实施全面的监测和检测措施：安装各种传感器和监测设备，对系统的电压、电流、温度等参数进行实时监测和检测。

通过对数据的分析和处理，及时发现潜在的换相故障迹象。

3.建立可靠的保护系统：根据系统的运行特点和可能出现的故障情况，设计和建立可靠的保护系统。

包括过电压保护、过电流保护、短路保护等，以避免换相失败引发更大的故障。

4.定期维护和检修：进行定期的维护和检修工作，对换相设备进行清洁、紧固以及故障排除。

及时更换老化和损坏的部件，确保系统的正常运行。

5.培训和提升技术人员的能力：加强对技术人员的培训，提高他们的技术水平和应急处理能力。

能够熟练操作和维护换
相设备，以及在换相失败情况下迅速做出正确的应对措施。

需要注意的是，以上技术措施是基于当前的技术和经验总结得出的，具体的防御技术还需要根据实际情况进行进一步的研究和改进。

超高压直流输电换相失败对继电保护的影响研究摘要：超高压直流输电对电网的发展有着很重要的关系，尤其是在交直流混联的系统中逆变侧换流站发生换相时候之后，超高压直流输电会就导致一些谐波闭锁判据的误动，从而使超高压直电流出现一些延长、故障等现象，如果长期使用就会导致整个超高压直流输电设备损坏。

基于此，本文对超高压直流输电换相失败对继电保护的影响进行了简单的研究，从而保证超高压直流输电可以正常使用，促进我国电力行业快速发展。

关键词：超高压直流输电；换相失败；继电保护前言：随着社会不断的发展，超高压直流输电的保护与交流系统的故障对于直流系统的保护已经成为了国内外专业技术人员研究的主要重点，但是，我国对于超高压直流输电的交流测保护的影响研究还是较少。

直流输电系统在使用过程中可以根据其本身的设置配备来进行单独的保护与控制。

一般来说，在直流输电线路发生故障时，不会影响交流线路正常工作。

在交直流系统在运行过程中，对于继电的保护影响变得非常复杂，因此做好超高压直流输电换相失败对继电保护的影响有着很重要的关系。

一、对于超高压直流输电换相失败的主要原因超高压直流输电是整个电网中重要组成部分，当两个桥臂之间进行换相止之后，刚推出的导通阀门在反向电压作用的一段时间里，如果没能及时进行恢复阻断能力，或者在一些反向电压期间进行换相就会到这两个桥臂之间无法正常运行。

一般来说，这在这两种情况下，需要阀电压进行不断的转变，并以正向的阀门以原有的预定推出导通阀门进行互相换相，从而保证设备可以正常使用。

二、换相失败对突变量方向元件的影响近年来，我国湖北地区江陵换流站就曾经发生过直流交换流站换相失败的例子，并对超高压直流输电中的继电没有进行正确的保护。

比如说，如果500kv的江陵换流站在于B相接地过程中出现故障时，江州路线两侧的电流就会出现保护正确的行为，对超高压直流输电造成一定的影响。

同时在江周路线与B相连时候出现跳闸现象30秒左右时，就需要将江记路线两侧的电流进行切断，从而保证超高压直流输电不会发生任何故障，可以正常使用。

HVDC换相失败对交流保护的影响及对策的开题报
告
一、研究背景
高压直流输电（HVDC）作为电力系统中的一种重要的输电方式，在现代电力系统中得到了广泛应用。

而在HVDC系统中，换流器作为其中最重要的部分之一，其影响着HVDC系统的可靠性和稳定性。

因此，HVDC换相失败对电力系统的稳定性和可靠性产生了重要的影响，对其进行深入研究具有重要的理论和实践意义。

二、研究内容
1. HVDC换相失败对电力系统的影响
HVDC换相失败会造成与交流系统的深度耦合，从而影响电力系统的稳定性和可靠性。

首先，换相失败会引起交流系统的瞬时电压和电流浪涌，进而影响交流保护系统的动作。

其次，在交流侧电网和直流侧电网之间的交互作用下，会产生电压振荡、电流震荡、频率偏移等不稳定现象，对电力系统的稳定性和可靠性造成威胁。

2. 对策研究
针对HVDC换相失败对电力系统的影响，可采取以下对策：
（1）提高换流器可靠性，减少换相失败的概率。

（2）采用快速电压保护等技术，增强交流保护器的灵敏度。

（3）增强电力系统的抗干扰能力，减少交流侧电网与直流侧电网之间的相互作用。

三、研究方法
本研究将采用文献研究和案例分析相结合的方法，对HVDC换相失败的原因、机理以及对电力系统的影响进行深入分析，总结出适用于HVDC换相失败对电力系统的保护及对策，提供一定的理论和实践参考。

四、研究成果
通过本研究，可深入掌握HVDC换相失败的机理和对电力系统的影响，为电力系统的保护及运行提供理论和实践上的参考。

同时，本研究将为HVDC换相失败的进一步研究提供一个良好的基础。

高压直流输电系统换相失败分析作者：苏催宋鑫源来源：《西部论丛》2019年第35期摘要：换相失败是高压直流输电系统逆变站最常见的故障之一，简介了永富直流输电系统中换相失败极控系统与极保护系统检测方法党的差异，比较了高肇直流输电系统换相失败的检测技术的优缺点，同时对交流系统电压波动引起的换相失败波形进行了分析，并就存在的问题提出整改建议。

关键词：直流输电;换相失败;极控系统;极保护系统引言换相失败是高压直流输电系统逆变站最常见的故障之一，它将导致直流电压降低、输送功率减小、直流电流增大、换流阀寿命缩短、换流变压器直流偏磁及逆变侧弱交流系统过电压等不良后果;若换相失败控制不当，还会引发连续的换相失败，最终导致直流停运。

而换相失败故障期间输入交流系统的电流发生了改变，引起系统潮流方向发生变化，还可能导致交流系统保护误动作，而富宁换流站处在若交流系统中。

因此，迅速正确的检测到换相失败并采取适当控制措施使直流输电系统尽快从故障中恢复，对整个电网的运行都至关重要。

根据统计，永富直流输电系统在2017年至2019年间就发生了23次换相失败，原因均是逆变站相连的广西电网交流电网发生交流系统故障。

本文比较了高肇直流与永富直流换相失败检测的不同逻辑，并对永富直流2018年9月发生的一起广西电网交流短路故障引起的典型换相失败进行分析，并就存在的问题提出整改建议。

1、换相失败的机理分析1.1换相失败定义当换流器在逆变运行时，从被换相的阀电流过零EOC算起，到该阀重新被加上正向电压ZV为止这段时间所对应的角度，也称为熄弧角。

如果熄弧角太小，以致晶闸管阀来不及完全恢复正常阻断能力，又重新被加上正向电压，它会自动重新导通，于是将发生倒换相过程，其结果将使该导通的阀关断，而应该关断的阀继续导通，这种现象称为换相失败。

1.2换相失败的原因（1）关断角γ过小;（2）受端交流电压下降较多;（3）直流电流增大;（4）触发脉冲丢失;（5）换流阀短路故障等。

直流输电换流变故障分析及保护改进摘要：直流输电工程中，换流变保护区内阀侧发生单相接地故障时，存在保护灵敏度低、可靠性差的问题。

高压直流输电的可靠性在一定程度上决定了区域电网的稳定性，作为直流换流站的主要设备，换流变压器的可靠运行尤为重要，换流变保护应保证换流变压器的可靠运行。

本文就直流输电换流变故障分析及保护改进展开探讨。

关键词：换流变保护；阀侧故障；可靠性引言作为高压直流输电系统控制的基本手段之一，换流变分接头控制对高压直流输电系统的调控起着非常重要的作用，为确保换流变分接头与换流阀触发角α（或逆变器的关断角γ）密切配合，使换流器在最优参数下运行，通过对换流变分接头各种不同控制策略的介绍，并结合一起分接头控制失败案例进行分析，为提高换流变运行可靠性，减少换流变分接头机械故障率，提供了运维方面的建议。

1换流变压器保护概述换流变压器（简称换流变）是直流输电系统中最重要的设备之一，主要用于交、直流电转换，实现电压变换、功率传输和隔离。

高压直流输电的可靠性一定程度上决定了区域电网的稳定性，换流变作为交、直流电网的枢纽，其作用至关重要，同时因其制造工艺复杂，价格昂贵，所以，换流变保护必须保证换流变的安全、可靠运行。

虽然，换流变与传统交流变压器相比，无论从结构，还是保护配置均存在很大不同，但是，在保护原理方面，换流变保护仍然沿用了传统交流变压器保护的保护原理和计算方法，保护主要核心原理如下：（1）差分滤波＋傅式算法的交流量采集方法：差分滤波主要用于滤除衰减直流分量；傅式算法提取交流基波分量和谐波分量，用于保护计算；（2）带制动特性的比率差动保护原理：防止区外故障保护误动作；（3）基于谐波制动的励磁涌流判据和电流互感器饱和判据：避免由于变压器充电、投切等产生的励磁涌流，以及区外故障等导致的电流互感器饱和，引起保护误动作。

然而，在实际的工程实施过程中发现：换流变阀侧发生单相接地故障时，故障电流小，保护灵敏度低，大部分工况下的阀侧单相接地故障，换流变保护无法可靠正确动作。