GB∕T 20996.2-2020 采用電網(wǎng)換相換流器的高壓直流系統(tǒng)的性能 第2部分：故障和操作

?ICS29.200；29.240.99

K46

中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)

GB/T20996.2—2020/IECTR60919-2:2020

代替GB/Z20996.2—2007

采用電網(wǎng)換相換流器的高壓直流

系統(tǒng)的性能第2部分：故障和操作

Performanceofhigh-voltagedirectcurrent(HVDC)systemswith

line-commutatedconverters—Part2：Faultsandswitching

(IECTR60919-2：2020,IDT)

2020-12-14發(fā)布

2021-07-01實(shí)施

GB/T20996.2—2020/IECTR60919-2=2020

中華人民共和國

國家標(biāo)準(zhǔn)

采用電網(wǎng)換相換流器的高壓直流

系統(tǒng)的性能第2部分：故障和操作

GB/T20996.2—2020/IECTR60919-2：2020

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2020年12月第一版

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書號(hào)：155066?1-66694

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目次

tuW V

l 翻 1

2規(guī)范性引用文件 1

3高壓直流暫態(tài)性能技術(shù)規(guī)范概述 2

3.1暫態(tài)性能技術(shù)規(guī)范 2

3.2一般規(guī)定 2

4無故障操作的暫態(tài)過程 2

4.1観 2

4.2交流側(cè)設(shè)備的通電與斷電 3

4.3甩 4

4.4換流器單元的起動(dòng)與停運(yùn) 5

4.5直流斷路器和直流開關(guān)的操作 5

5交流系統(tǒng)故障 7

5.1観 7

5.2故障類型 7

5.3影響暫態(tài)性能規(guī)范的有關(guān)事項(xiàng) 7

5.4 技術(shù)規(guī)范對(duì)控制策略的影響 10

6交流濾波器、無功補(bǔ)償裝置及交流母線故障 11

6.1寸既$ 11

6.2濾波器組的暫態(tài)過電壓 11

6.3濾波器及電容器組的暫態(tài)過電流 12

6.4電容器不平衡保護(hù) 12

6.5濾波器及電容器組保護(hù)實(shí)例 13

6.6并聯(lián)電抗器保護(hù) 13

6.7交流母線保護(hù) 13

7 換流器單元故障 15

7.1観 15

7.216

7.3換流器單元預(yù)期功能故障 17

7.4換流器單元保護(hù) 17

7.5串聯(lián)換流器單元的附加保護(hù) 18

7.6并聯(lián)換流器單元的附加保護(hù) 19

8平波電抗器、直流濾波器及其他直流設(shè)備故障 20

I

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GB/T20996.2—2020/IECTR60919-2=2020

8.1 20

8.2故障類型 20

8.3保護(hù)區(qū) 21

8.4中性母線保護(hù) 21

8.5平波電抗器保護(hù) 22

8.6直流濾波器保護(hù) 22

8.7直流諧波保護(hù) 23

8.8直流過電壓保護(hù) 23

8.9直流側(cè)開關(guān)保護(hù) 23

9直流線路故障 24

9.1架空線路故障 24

9.2電纜故障 25

9.3直流故障的特點(diǎn) 25

9.4直流線路故障檢測(cè)功能要求 25

9.5保護(hù)處理 25

9.6故障保護(hù)方案 26

9.7直流側(cè)開路 26

9.8交/直流線路交叉保護(hù) 27

10接地極線路故障 27

10.1寸既$ 27

10.2對(duì)接地極線路的特殊要求 27

10.3接地極線路監(jiān)視 27

11金屬回路線路故障 28

11.1金屬回路 28

11.2金屬回路故障 28

11.3金屬回路故障檢測(cè) 28

11.4金屬回路故障保護(hù)系統(tǒng) 29

12高壓直流系統(tǒng)的絕緣配合 31

12.1寸既$ 31

12.2使用避雷器的保護(hù)方案 31

12.3交流側(cè)操作過電壓和暫時(shí)過電壓 32

12.4直流側(cè)操作過電壓和暫時(shí)過電壓 32

12.5雷電及陡波沖擊 32

12.6保護(hù)裕度 32

12.7避雷器功能 33

12.8防止避雷器電流引起繼電保護(hù)動(dòng)作 35

12.9絕緣間距 35

n

GB/T20996.2—2020/IECTR60919-2=2020

12.10絕緣爬距 35

13通信要求 38

13.138

13.2對(duì)通信系統(tǒng)的特殊要求 38

13.3通信系統(tǒng)中斷的后果 39

13.4電力線載波（PLC）系統(tǒng)的特殊考慮 39

14輔助系統(tǒng) 39

14.1寸既$ 39

14.2電氣輔助系統(tǒng) 39

14.3機(jī)械輔助系統(tǒng) 40

參考t獻(xiàn) 42

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GB/T20996（（采用電網(wǎng)換相換流器的高壓直流系統(tǒng)的性能》分為3個(gè)部分：

第1部分:穩(wěn)態(tài)；

一第2部分:故障和操作；

第3部分:動(dòng)態(tài)。

本部分為GB/T20996的第2部分。

本部分按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。

本部分代替GB/Z20996.2—2007《高壓直流系統(tǒng)的性能第2部分：故障和操作》，與GB/Z20996.2—2007相比主要技術(shù)變化如下：

一將“總則”更改為“范圍”“規(guī)范性引用文件”（見第1章、第2章.2007年版的第1章）；——修改了范圍（見第1章.2007年版的1.1）；

一修改了規(guī)范性引用文件（見第2章.2007年版的1.2）；

一將條標(biāo)題“交流側(cè)設(shè)備的投人與切除”修改為“交流側(cè)設(shè)備的通電與斷電”（見4.2,2007年版的3.2）；

——修改了對(duì)變壓器勵(lì)磁涌流的表述（見4.2,2007年版的3.2）；

一增加了換流變壓器分閘操作建議、變壓器最高分接位置的定義和斷路器選相合閘要求以及電容器和濾波器組充電的表述（見4.2）；

一增加了有助于遠(yuǎn)端斷路器跳閘的設(shè)置建議（見4.3,2007年版的3.3）；

一修改了直流開關(guān)裝置的規(guī)定（見4.5,2007年版的3.5）；

——修改了高壓直流換流站接地和接地故障的表述（見5.2,2007年版的4.2）；

一增加了交流故障期間及恢復(fù)后直流設(shè)備的暫態(tài)特性需考慮的條件（見5.2,2007年版的4.2）；一刪除了“影響暫態(tài)性能規(guī)范有關(guān)事項(xiàng)”中懸置段的內(nèi)容（見2007年版的4.3）；

增加了減少換相失敗可米取的措施的表述（見5.3.2,2007年版的4.3.2）；

一刪除了“如果被切除的無功功率設(shè)備在高壓直流系統(tǒng)的負(fù)荷達(dá)到故障前的水平之前必須重新投人，則這種無功設(shè)備投切方式會(huì)導(dǎo)致高壓直流系統(tǒng)的再啟動(dòng)時(shí)間太長，這是需要考慮的另一個(gè)問題。”（見2007年版的4.3.6）；

一增加了數(shù)字式及舊型繼電保護(hù)裝置使用時(shí)的注意事項(xiàng)（見5.3.7）；

一修改了雙極高壓直流系統(tǒng)中，交流濾波器和并聯(lián)電容器布置示例的表述（見6.1,2007年版的5.1）;

一將“分析應(yīng)要考慮到導(dǎo)致最嚴(yán)重應(yīng)力的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)中包括濾波器和并聯(lián)電容器?！毙薷臑椤胺治鰰r(shí)宜考慮包括濾波器和并聯(lián)電容器在內(nèi)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的最嚴(yán)酷應(yīng)力?！保ㄒ?.3,2007年版的5.3）；

一增加了電容器組“H”橋接線的表述（見6.4）；

一增加了閥的設(shè)計(jì)時(shí)針對(duì)斷路器故障的考慮原則和換相電容器兩端的避雷器設(shè)計(jì)的考慮事項(xiàng)（見7.2）；

一將條標(biāo)題“換流器單元功能失效”修改為“換流器單元預(yù)期功能故障”（見7.3,2007年版的6.4）；

一將“門極脈沖”修改為“觸發(fā)脈沖”，全文中后續(xù)文字也進(jìn)行了相應(yīng)修改（見7.3.2,2007年版的

GB/T20996.2—2020/IECTR60919-2=2020

6.4.1）;

一將“如果超過規(guī)定的時(shí)間或換相失敗是由丟失門極脈沖引起的，那么就應(yīng)閉鎖換流器。”修改為“如果超過規(guī)定時(shí)間或由于丟失觸發(fā)脈沖引起換相失敗，那么就宜閉鎖換流器。”（見7.3.3,2007年版的6.4.2）；

一增加了為消除保護(hù)盲區(qū)實(shí)際系統(tǒng)保護(hù)設(shè)置的建議（見8.3,2007年版的7.3）；

一增加了鋪設(shè)備用電纜、電纜接頭及其開關(guān)裝置和采用同軸電纜時(shí)的保護(hù)配置方面的建議（見9.2）；

一增加了金屬回路故障定位設(shè)備檢測(cè)故障頻率的規(guī)定（見11.3）；

一增加了電弧熄滅后，斷開直流斷路器的操作規(guī)定（見11.4）；

一增加了帶有串聯(lián)電容補(bǔ)償?shù)母邏褐绷鲹Q流站及具有串聯(lián)連接換流器的特高壓直流輸電系統(tǒng)避雷器配置方案的表述（見12.2J2.7.1）；

一將全文中的“直流電抗器”修改為“平波電抗器”，文中的圖做相應(yīng)的修改；

一增加了“不同于交流站，高壓直流設(shè)備的絕緣水平（SIWV.LIWV）不必取標(biāo)準(zhǔn)值。”（見12.6）；一將“閥廳電容的放電電流；”修改為“閥廳電容的放電；”、“雷電波放電電流”修改為“雷電波放電”（見12.7.3,2007年版的11.7.3）；

一增加了“另外，除了上述應(yīng)對(duì)污穢的措施外，復(fù)合絕緣子也是選擇之一?！保ㄒ?2.10.1）；一增加了對(duì)閥廳清潔的規(guī)定（見12.10.2）；

一增加了“通信也可用于線路故障定位，并能區(qū)別電纜故障和架空線故障?！保ㄒ?3.2）；一增加了設(shè)計(jì)熱備用或冗余設(shè)備的規(guī)定（見14.3）。

本部分使用翻譯法等同采用IECTR60919-2：2020?采用電網(wǎng)換相換流器的高壓直流系統(tǒng)的性能第2部分:故障和操作》。

與本部分中規(guī)范性引用的國際文件有一致性對(duì)應(yīng)關(guān)系的我國文件如下：

—GB/T311.1—2012絕緣配合第1部分:定義、原則和規(guī)則（IEC60071-1：2006.MOD）

一GB/T3859.1-2013半導(dǎo)體變流器通用要求和電網(wǎng)換相變流器第1-1部分：基本要求規(guī)范（IEC60146-1-1：2009.MOD）

一GB/T3859.2—2013半導(dǎo)體變流器通用要求和電網(wǎng)換相變流器第1-2部分：應(yīng)用導(dǎo)則（IECTR60146-1-2：2011.MOD）

一GB/T3859.3—2013半導(dǎo)體變流器通用要求和電網(wǎng)換相變流器第1-3部分：變壓器和電抗器（IEC60146-1-3：1991.MOD）

——GB/T13498—2017高壓直流輸電術(shù)語（IEC60633：2015.MOD）

一GB/T20990.1—2020高壓直流輸電晶閘管閥第1部分：電氣試驗(yàn)（IEC60700-1：2015.MOD）

一GB/T20996.1—2020采用電網(wǎng)換相換流器的高壓直流系統(tǒng)的性能第1部分：穩(wěn)態(tài)（IECTR60919-1：2017.IDT）

GB/T20996.3一2020米用電網(wǎng)換相換流器的局壓直流系統(tǒng)的性能第3部分：動(dòng)態(tài)（IECTR60919-3:2016.IDT）

本部分做了下列編輯性修改：

一圖2中，將“/。以線性或指數(shù)上升時(shí)：rR=20ms，n=10ms”修改為“J。以線性或指數(shù)上升時(shí)：tr10ms，t1 20ms;

一圖14中，將“八”修改為修改為“h-V’/X-V’修改為“L-V’。

本部分由中國電器工業(yè)協(xié)會(huì)提出。

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GB/T20996.2—2020/IECTR60919-2=2020

本部分由全國電力電子系統(tǒng)和設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC60)歸口。

本部分起草單位：中國電力科學(xué)研究院有限公司、南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司、西安高壓電器研究院有限責(zé)任公司、西安電力電子技術(shù)研究所、全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院有限責(zé)任公司、清華大學(xué)、南京南瑞繼保電氣有限公司、西安西電電力系統(tǒng)有限公司、許繼電氣股份有限公司、中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司超高壓輸電公司、國網(wǎng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院有限公司、西安端怡科技有限公司、平高集團(tuán)有限公司、國網(wǎng)安徽省電力有限公司電力科學(xué)研究院。

本部分主要起草人：吳婭妮、傅闖、周會(huì)高、蔚紅旗、王明新、張靜、楊曉輝、龐廣恒、劉濤、林少伯、趙曉斌、王俊生、李亞男、范彩云、裴翔羽、趙彪、任軍輝、王永平、邱偉、劉獅、嚴(yán)喜林、高子健、申笑林、洪波、張晉華、吳戰(zhàn)鋒、王高勇、王向克、陳曉鵬、董添華、陳忠。

本部分所代替標(biāo)準(zhǔn)的歷次版本發(fā)布情況為：

GB/Z20996.2 2007o

MI

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米用電網(wǎng)換相換流器的局壓直流

系統(tǒng)的性能第2部分：故障和操作

1范圍

GB/T20996的本部分是關(guān)于高壓直流系統(tǒng)暫態(tài)性能和故障保護(hù)要求的指導(dǎo)文件；論述了三相橋式(雙路)聯(lián)結(jié)的12脈波(動(dòng))換流單元構(gòu)成的兩端高壓直流系統(tǒng)故障和操作的暫態(tài)性能，不涉及多端高壓直流輸電系統(tǒng)，但對(duì)包含在兩端系統(tǒng)里的并聯(lián)換流器和并聯(lián)線路做了討論；假定換流器使用晶閘管閥作為橋臂，采用無間隙金屬氧化物避雷器進(jìn)行絕緣配合，且功率能雙向傳輸。本部分沒有考慮二極管閥。

本部分僅涉及電網(wǎng)換相換流器，包括電容換相電路結(jié)構(gòu)的換流器。在IEC60146-1-1JEC60146-1-2和IEC60146-1-3°中給出了電網(wǎng)換相半導(dǎo)體變流器的一般要求。本部分不考慮電壓源換流器。

GB/T20996由穩(wěn)態(tài)、故障和操作、動(dòng)態(tài)三部分組成。在制定與編寫過程中，已經(jīng)盡量避免了三個(gè)部分內(nèi)容的重復(fù)。因此，當(dāng)使用者準(zhǔn)備編制兩端高壓直流系統(tǒng)規(guī)范時(shí)，應(yīng)參考三部分的全部?jī)?nèi)容。

對(duì)系統(tǒng)中的各個(gè)部件，注意系統(tǒng)性能規(guī)范與設(shè)備設(shè)計(jì)規(guī)范之間的差別。本部分未對(duì)設(shè)備技術(shù)條件和試驗(yàn)要求做規(guī)定，而是著重于那些影響系統(tǒng)性能的技術(shù)要求。本部分也未包括詳細(xì)的地震性能要求。另外，不同的高壓直流系統(tǒng)可能存在許多不同之處，本部分也沒有對(duì)此詳細(xì)討論，因此，本部分不宜直接用作一個(gè)具體工程項(xiàng)目的技術(shù)規(guī)范。但是，可以此為基礎(chǔ)為具體的輸電系統(tǒng)編制出滿足實(shí)際系統(tǒng)要求的技術(shù)規(guī)范。本部分涉及的內(nèi)容沒有區(qū)分用戶和制造廠的責(zé)任。

由于各直流工程的設(shè)備通常是獨(dú)自設(shè)計(jì)和采購，考慮對(duì)高壓直流系統(tǒng)性能的影響，本部分包含直流線路、接地極線路及接地極。

為了便于使用，本部分假設(shè)高壓直流換流站包含換流器與閥廳、電抗器、濾波器、無功補(bǔ)償裝置、控制系統(tǒng)、監(jiān)視系統(tǒng)、測(cè)量裝置、保護(hù)裝置以及輔助系統(tǒng)。本部分不包括除交流濾波器及無功補(bǔ)償裝置之外的其他交流設(shè)備。

2規(guī)范性引用文件

下列文件對(duì)于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。

IEC60071-1絕緣配合第1部分：術(shù)語、定義、原則和規(guī)則(Insulationco-ordination一Part1:Terms?Definitions?principlesandrules)

IEC60146-1-1半導(dǎo)體變流器通用要求和電網(wǎng)換相變流器第1-1部分：基本要求規(guī)范(Semiconductorconverters一Generalrequirementsandlinecommutatedconverters—Part1-1:Specificationofbasicrequirements)

IEC60146-1-2半導(dǎo)體變流器通用要求和電網(wǎng)換相變流器第1-2部分:應(yīng)用導(dǎo)則(Semiconductorconverters一Generalrequirementsandlinecommutatedconverters一Part1-2:Applicationguide)

IECTR60146-1-3”半導(dǎo)體變流器通用要求和電網(wǎng)換相變流器第1-3部分：變壓器和電抗器

1)IEC60146-1-3已廢止，被IEC61378系列和IEC/IEEE60076-57-129覆蓋。

GB/T20996.2—2020/IECTR60919-2=2020

(Semiconductorconverters一Generalrequirementsandlinecommutatedconverters一Part1-3:Transformersandreactors)

IEC60633高壓直流輸電術(shù)語[Terminologyforhigh-voltagedirectcurrent(HVDC)transmission]

IEC60700-1高壓直流輸電晶閘管閥第1部分：電氣試驗(yàn)[Thyristorvalvesforhigh-voltagedirectcurrent(HVDC)powertransmission—Parti:Electricaltesting]

IECTR60919-1：2010采用電網(wǎng)換相換流器的高壓直流系統(tǒng)的性能第1部分：穩(wěn)態(tài)[Performanceofhigh-voltagedirectcurrent(HVDC)systemswithline-commutatedconverters一Part1:Steady-stateconditions]

IECTR60919-1:2010修正案1:2013(Amendment1：2013)

IECTR60919-3：2009采用電網(wǎng)換相換流器的高壓直流系統(tǒng)的性能第3部分：動(dòng)態(tài)[Performanceofhigh-voltagedirectcurrent(HVDC)systemswithline-commutatedconverters一Part3:Dynamicconditions]

3高壓直流暫態(tài)性能技術(shù)規(guī)范概述

3.1暫態(tài)性能技術(shù)規(guī)范

高壓直流系統(tǒng)在故障與操作期間完整的暫態(tài)性能規(guī)范宜包括故障的保護(hù)要求。

這些概念在下列暫態(tài)性能和相應(yīng)條款中說明：

——第4章：無故障操作的暫態(tài)過程；

一第5章：交流系統(tǒng)故障；

一第6章：交流濾波器、無功補(bǔ)償裝置和交流母線故障；

一第7章：換流器單元故障；

——第8章：平波電抗器、直流濾波器及其他直流設(shè)備故障；

一第9章：直流線路故障；

一第10章：接地極線路故障；

一第11章：金屬回路線路故障；

——第12章：高壓直流系統(tǒng)的絕緣配合；

——第13章：通信要求；

一第14章:輔助系統(tǒng)。

下述有關(guān)直流線路、接地極線路及接地極的條款僅限于討論他們與高壓直流換流站的暫態(tài)性能或保護(hù)之間的關(guān)系。

3.2—般規(guī)定

通常，控制策略能減小擾動(dòng)的影響，但宜指出，設(shè)備的安全依賴于自身的良好性能。

4無故障操作的暫態(tài)過程

4.1概述

本章討論高壓直流系統(tǒng)在換流站交流和直流兩側(cè)操作期間和操作之后的暫態(tài)過程，不涉及設(shè)備或線路發(fā)生故障的情況。這些故障情況將在本部分隨后的章條中討論。

2

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GB/T20996.2—2020/IECTR60919-2=2020

無故障操作能分為下述幾類：

a） 交流側(cè)設(shè)備［如換流變壓器、交流濾波器、并聯(lián)電抗器、電容器組、交流線路、靜止無功補(bǔ)償裝置（SVC）和同步調(diào)相機(jī)等］的通電和斷電；

b） 甩負(fù)荷；

c） 換流器單元的起動(dòng)或停運(yùn)；

d） 直流極或直流線路并聯(lián)時(shí)直流開關(guān)或直流斷路器的操作，直流線路（極）、接地極線路、金屬回路、直流濾波器等的投人或切除。

4.2交流側(cè)設(shè)備的通電與斷電

在高壓直流輸電系統(tǒng)運(yùn)行壽命期間，換流變壓器、交流濾波器、并聯(lián)電抗器、電容器組、靜止無功補(bǔ)償裝置和其他設(shè)備的通電或斷電可多次出現(xiàn)。根據(jù)交流系統(tǒng)和被操作設(shè)備的特性，在開關(guān)操作時(shí)產(chǎn)生的電流和電壓應(yīng)力，將施加到被操作的設(shè)備上，并且通常還會(huì)侵人交流系統(tǒng)的某部分中。

對(duì)工程設(shè)計(jì)來說，最為嚴(yán)酷的過電壓和過電流通常都是來自故障（見第5章?第9章），而不是來自正常的開關(guān)操作。即使如此，為完整起見，本部分還是將其視為交流系統(tǒng)的電壓擾動(dòng)進(jìn)行討論。

濾波器的投切也會(huì)引起母線電壓瞬時(shí)畸變，并可能干擾換相過程，在弱系統(tǒng)中還可能導(dǎo)致?lián)Q相失敗。

因此，為了下述目的，宜完成設(shè)備的投切研究：

確定交流網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備產(chǎn)生異常應(yīng)力的臨界條件和相應(yīng)的抑制措施；

設(shè)備設(shè)計(jì)；

核實(shí)避雷器能力。

為了控制諧波干擾和穩(wěn)態(tài)電壓而需投切濾波器或電容器組時(shí)，通常會(huì)出現(xiàn)暫態(tài)過程。

由于操作過電壓經(jīng)常發(fā)生，所以通常希望過電壓保護(hù)裝置在這樣的操作過程中不要吸收過多的能量。例如，通過使用與濾波器和電容器組關(guān)聯(lián)的斷路器中適當(dāng)?shù)碾娮杵骰蛲ㄟ^同步斷路器的合閘，能將例行的開合操作產(chǎn)生的過電壓幅值降至最小，也能減小逆變器換相失敗的概率。高壓直流控制系統(tǒng)用于抑制某些過電壓也十分有效。

在切除電容器時(shí)，宜采用無重?fù)舸┑拈_關(guān)裝置，以防止當(dāng)切除濾波器或電容器組時(shí)可能發(fā)生重?fù)舸┒饑?yán)重的過電壓。

變壓器通電的勵(lì)磁涌流可能引起交流和直流系統(tǒng)之間不利的相互作用。從交流系統(tǒng)斷開換流變壓器時(shí)，如果可能，宜在保持交流濾波器并聯(lián)的情況下斷開換流變壓器，而不是單獨(dú)斷開換流變壓器或使用同步裝置。這將減少剩磁，降低再次通電時(shí)的勵(lì)磁涌流。幾百毫秒后再斷開交流母線上的交流濾波器。

為減小勵(lì)磁涌流，常用的方法包括加裝斷路器合閘電阻、斷路器合閘同步、設(shè)定變壓器有載分接開關(guān)在最高分接位置等。最高分接位置是指變壓器繞組匝數(shù)最多時(shí)對(duì)應(yīng)的分接開關(guān)位置。同步要求在最佳時(shí)刻合各相斷路器，例如斷路器在電壓過零后90°閉合，這就意味著三相同時(shí)合閘。對(duì)于具有單極操動(dòng)機(jī)構(gòu)（以及獨(dú)立的同步單元）的斷路器，這不是問題。為同步單元編制簡(jiǎn)單程序以便及時(shí)給斷路器各極獨(dú)立的操作指令。同時(shí)，也宜注意換流站其他變壓器的通電或靜止無功補(bǔ)償裝置的投切也會(huì)導(dǎo)致已投運(yùn)換流變壓器出現(xiàn)飽和。

采用低次諧波濾波器也有助于減輕勵(lì)磁涌流帶來的問題。這個(gè)方法的有效性很大程度取決于系統(tǒng)和有關(guān)設(shè)備的特性。另外，交流系統(tǒng)的響應(yīng)對(duì)已通電的換流變壓器臺(tái)數(shù)很敏感，在多個(gè)換流器單元串聯(lián)而換流變壓器尚未帶負(fù)載時(shí)尤為如此。

電容器和濾波器組的充電會(huì)改變系統(tǒng)的阻抗特性。在系統(tǒng)短路容量較小的情況下，電容器組的投3

人會(huì)使得系統(tǒng)的并聯(lián)諧振點(diǎn)向低頻方向偏移，當(dāng)諧振點(diǎn)接近二倍工頻，故障時(shí)會(huì)引起嚴(yán)重的過電壓。為了緩解這種情況，可給電容器組配置阻尼電阻器。

電容器和濾波器組的充電會(huì)使這些元件與電網(wǎng)其余部分之間產(chǎn)生振蕩。操作過電壓與電容器和濾波器組的容量及電網(wǎng)的特性有關(guān)，并可能和過電流同時(shí)出現(xiàn)在已帶電的交流系統(tǒng)元件上。

由于分閘操作后電容器中有剩余電荷，所以宜注意電容器再充電時(shí)損壞的可能性。如果電容器的內(nèi)部放電電阻器在規(guī)定的等待時(shí)間內(nèi)不足以完成放電過程，那么在重合之前可有必要采取放電措施?；蛘撸尚枰L的等待時(shí)間。

濾波器組充電時(shí)可能會(huì)引起其與交流系統(tǒng)之間的振蕩。切除濾波器和電容器組亦會(huì)引起交流系統(tǒng)的電壓振蕩。

靜止無功補(bǔ)償裝置能用于穩(wěn)定電壓和控制暫時(shí)過電壓。靜止無功補(bǔ)償裝置的通電宜僅對(duì)系統(tǒng)電壓產(chǎn)生輕微的影響，甚至無暫態(tài)現(xiàn)象發(fā)生。大多數(shù)靜止無功補(bǔ)償裝置都是通過控制作用達(dá)到這一目的。

并聯(lián)電抗器或電容器的投切會(huì)引起交流電壓的變化。為了把投切引起的電壓變化限制在允許范圍內(nèi)，對(duì)這些設(shè)備的容量和操作宜予以規(guī)定。

與高壓直流換流站相連的交流輸電線的通電和斷電也會(huì)產(chǎn)生電壓暫態(tài)過程，這也宜予以考慮。這些操作使影響暫態(tài)諧波效應(yīng)的交流諧波阻抗發(fā)生變化。

當(dāng)同步調(diào)相機(jī)在起動(dòng)或作為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，會(huì)吸取無功功率、降低系統(tǒng)電壓，并引起暫態(tài)電壓，它們?cè)谶@方面的性能宜仔細(xì)檢驗(yàn)。

宜將各系統(tǒng)元件在操作期間可接受的暫時(shí)或暫態(tài)過電壓和過電流水平，以表格的形式，或優(yōu)先以預(yù)期的暫態(tài)過電壓水平和過電流水平隨時(shí)間變化的曲線的形式寫人規(guī)范之中。

綜上所述，有關(guān)交流系統(tǒng)的電氣特性和未來發(fā)展都宜盡可能全面的在規(guī)范中提供。在規(guī)范書中還宜提供相關(guān)的運(yùn)行規(guī)程和現(xiàn)有的及預(yù)期的交流過電壓水平。

無論投人或切除高壓直流換流站中的哪個(gè)元件，在前面條款中所述的暫態(tài)條件下所希望的性能都宜給予說明。

高壓直流系統(tǒng)的過電壓性能宜與現(xiàn)在所連交流電網(wǎng)的實(shí)際性能特性相配合。

4.3甩負(fù)荷

由于以下原因，無故障時(shí)高壓直流系統(tǒng)傳輸?shù)墓β士赡芡蝗粶p?。?/p>

一由于某一側(cè)交流斷路器意外跳閘；

一由于控制系統(tǒng)作用使得換流器單元閉鎖或旁路；

一由于發(fā)電機(jī)組丟失或其他可能的各種原因。

交流系統(tǒng)電壓升高，主要原因是高壓直流換流站無功補(bǔ)償過剩。由于電力變壓器飽和滿足諧振條件，變壓器、濾波器與交流電網(wǎng)之間可能發(fā)生諧振。交流系統(tǒng)頻率偏移可能加劇過電壓的影響。宜特別注意逆變器只與濾波器和并聯(lián)電容器組連接而與交流系統(tǒng)斷開的情況。

對(duì)于這種故障，逆變器宜閉鎖并旁路以防止過電壓損壞濾波器元件、交流側(cè)避雷器或閥避雷器。對(duì)于逆變器通過一回或很少幾回線路與交流系統(tǒng)相連的系統(tǒng)，設(shè)計(jì)保護(hù)方案時(shí)宜考慮線路遠(yuǎn)端斷路器跳閘的情況。采用快速可靠的通信系統(tǒng)有助于遠(yuǎn)端斷路器的跳閘。

交流系統(tǒng)故障后甩負(fù)荷的暫態(tài)過程，將在5.3.5中討論。

如果預(yù)計(jì)甩負(fù)荷引起的過電壓大于4.2所描述的水平，則宜專門規(guī)定其可接受的幅值和持續(xù)時(shí)間。需研究適當(dāng)?shù)倪\(yùn)行方案，使系統(tǒng)返回正常運(yùn)行工況。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的措施包括控制仍在運(yùn)行的換流器單元以調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓，或者投人電抗器，或者切除電容器或?yàn)V波器組。如果需要在過電壓狀態(tài)下操作電容器或?yàn)V波器組，在選擇斷路器的額定值和容量時(shí)宜考慮到這一點(diǎn)。如果現(xiàn)有的斷路器容量不足，

則宜禁止使用這種方法而改用其他方法降低過電壓。

若欲將換流器用作電壓控制，在閥的設(shè)計(jì)和制造時(shí)，宜考慮閥在大觸發(fā)角下運(yùn)行的工況。

采用控制換流器的方法降低交流系統(tǒng)過電壓的程度取決于滿足交流系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的供電連續(xù)性要求。

另外，也可需要用其他方法，如投切電容器或電抗器、同步調(diào)相機(jī)、靜止無功補(bǔ)償裝置、特殊金屬氧化物（MO）暫時(shí)過電壓（TOV）吸收器等，把過電壓限制在可接受的水平，從而達(dá)到希望的換流器性能。雖然經(jīng)濟(jì)性在大多數(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案中占據(jù)主要地位，但需在成本與系統(tǒng)性能之間權(quán)衡。

4.4換流器單元的起動(dòng)與停運(yùn)

宜編制高壓直流輸電極的正常起動(dòng)或停運(yùn)操作規(guī)程。

串聯(lián)換流器單元的起動(dòng)與停運(yùn)是由控制系統(tǒng)完成的，有時(shí)由控制系統(tǒng)換流器單元上并聯(lián)的開關(guān)裝置共同完成。為此，在斷開或閉合旁路開關(guān)之前，自動(dòng)程序通常使閥橋內(nèi)部形成閥旁路。

在這一過程中，任何特殊的要求或限制，如交流母線電壓變化的最大允許值、特殊的聯(lián)鎖要求或傳輸功率的最大變化等，都宜加以規(guī)定。

尤其在工程分期建設(shè)階段，宜注意系統(tǒng)中運(yùn)行的換流器數(shù)量少于最終設(shè)計(jì)的換流器數(shù)量。

4.5直流斷路器和直流開關(guān)的操作

用在高壓直流輸電系統(tǒng)直流側(cè)的開關(guān)裝置，其作用如下：

一旁路或切除換流器單元；

一在雙極系統(tǒng)中使換流站極與接地極線路連接或斷開；

將極或雙極并聯(lián)，包括極性倒換；

一投切中性母線；

投切直流線路；

投切直流濾波器；

一在單極運(yùn)行期間將直流濾波器并聯(lián)。

它們可根據(jù)不同特點(diǎn)分成幾類。圖1給出了換流站直流側(cè)如下幾種開關(guān)裝置的布置：

一電流轉(zhuǎn)換開關(guān)（S）;

隔離開關(guān)（D）；

一接地開關(guān)（E）。

要注意下列區(qū)別：

——用于無電流分閘的裝置，即使其具有限定的關(guān)合和開斷能力；

一能把電流從一條通路轉(zhuǎn)換到與它相并聯(lián)的另一通路的裝置，為了在轉(zhuǎn)換期間分?jǐn)囝A(yù)定的電流，這樣的裝置應(yīng)具有足夠的能量吸收能力；

一直流斷路器能斷開額定值內(nèi)任意大小的直流電流并能承受隨后的恢復(fù)電壓。

直流斷路器可用來使換流站或直流線路極不受限制地并聯(lián)或解除并聯(lián)。直流斷路器的一個(gè)特殊應(yīng)用就是用做金屬回路轉(zhuǎn)換開關(guān)（MRTB）。

無電流情況下操作的開關(guān)和具有不超過負(fù)載電流的電流開斷能力的直流斷路器，在故障條件下及運(yùn)行操作中都應(yīng)與控制系統(tǒng)的動(dòng)作相配合。例如，換流站或線路極的并聯(lián)或解除并聯(lián)操作就需要斷開和閉合不同的開關(guān)。

這些操作可能引起多種電壓和電流的暫態(tài)過程，這些功能由直流控制所決定的操作順序執(zhí)行。因此，這種暫態(tài)過程取決于控制系統(tǒng)、開關(guān)的動(dòng)作時(shí)間以及交流及直流系統(tǒng)的電氣特性。

對(duì)于可靠性要求很高的兩端系統(tǒng)，米用直流斷路器提供了通過輸電線路并聯(lián)及沿其路徑分段的方法提高輸電的可靠性及可用率。這樣，當(dāng)運(yùn)行需要或發(fā)生持續(xù)性故障時(shí)，允許將并聯(lián)線路之一或某一線段隔離，甚至無需暫時(shí)停運(yùn)直流輸電系統(tǒng)。

因此，在發(fā)熱允許范圍內(nèi)，剩下的健全線路能維持最大輸電容量。當(dāng)然，如同并聯(lián)交流線路，需要采用有選擇性的保護(hù)。

高壓直流輸電系統(tǒng)中所有開關(guān)和斷路器，其操作特性，包括速度要求都宜加以確定和規(guī)定。

DC_1 電抗器 DL-1 高壓直流極1線路

電流轉(zhuǎn)換開關(guān)=S

12脈動(dòng)換流單元1

12脈動(dòng)換流單元2

圖例

第1個(gè)字母

隔離開關(guān)=0

接地開關(guān)=￡

DF-1

DL-2

EN-2

EN-2SN-2

DN-1

DN-3MRTB

接地極線路

金屬回路轉(zhuǎn)換開關(guān)=MRTB

第二個(gè)字母 例如

C換流器 SN-1中性母線開關(guān)

f濾波器 SN-2大地回路轉(zhuǎn)換開關(guān)

L線路 SN-3中性母線接地開關(guān)

N中性 SC-1旁路開關(guān)

SC-2旁路開關(guān)

圖1換流器串聯(lián)連接的高壓直流換流站的直流側(cè)開關(guān)

對(duì)于直流開關(guān)裝置，應(yīng)規(guī)定如下內(nèi)容:

6

——在高壓直流換流站內(nèi)的作用；

運(yùn)行方式;

——?jiǎng)幼鲿r(shí)間要求；

——連續(xù)工作電流；

——開斷電流；

關(guān)合電流；

——恢復(fù)電壓；

斷口電壓；

——合閘和分閘位置時(shí)的對(duì)地電壓；

一操作一次吸收的最大能量（或根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行兩次或多次操作）；

——對(duì)地雷電沖擊耐受水平；

斷路器斷口間雷電沖擊耐受水平；

——對(duì)地操作沖擊耐受水平；

一斷路器斷口間操作沖擊耐受水平。

考慮到一極直流側(cè)低阻抗接地故障的情況，至少有一臺(tái)宜能把電流從運(yùn)行極轉(zhuǎn)移到地的中性線開關(guān)。

5交流系統(tǒng)故障

5.1概述

高壓直流系統(tǒng)在交流系統(tǒng)故障及故障清除后緊接著恢復(fù)階段的暫態(tài)性能，在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和規(guī)范編制時(shí)要慎重考慮。此恢復(fù)性能受所采用的特定控制策略的影響，也直接影響到高壓直流設(shè)備的定值和與之相連的交流變電站設(shè)備以及交流電網(wǎng)的響應(yīng)。

5.2故障類型

在制定高壓直流系統(tǒng)規(guī)范書時(shí)，宜考慮下列交流故障：

一每一功率流向的送端（整流器）和受端（逆變器）故障；

一高壓直流換流站的三相接地和單相接地故障；

一遠(yuǎn)離高壓直流換流站的交流故障，宜考慮重合閘的實(shí)際情況；

一在有交流線路與直流線路平行架設(shè)且距離很近的情況下，交流及直流線路上的上述各種故障;這些類型故障的極端情況是在交流線路和直流線路的交叉處，發(fā)生交流線路對(duì)直流線路的閃絡(luò)。

交流故障期間及恢復(fù)后直流設(shè)備的暫態(tài)特性需要考慮所有可能的交直流系統(tǒng)運(yùn)行條件及設(shè)備額定值。在直流設(shè)備規(guī)范書制定時(shí)宜達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)造價(jià)和性能的最優(yōu)匹配。

交流故障期間及恢復(fù)后直流設(shè)備的暫態(tài)特性將在下面的相關(guān)章節(jié)進(jìn)行討論。

5.3影響暫態(tài)性能規(guī)范的有關(guān)事項(xiàng)

5.3.1有效的交流系統(tǒng)阻抗

有效的交流系統(tǒng)阻抗最簡(jiǎn)單的形式通常表達(dá)為短路比（SCR）.即交流系統(tǒng)短路容量（MVA）與換流器直流功率額定值（MW）之比。

然而，短路比的更精確表達(dá)形式是以額定直流功率和交流電壓為基準(zhǔn)的交流系統(tǒng)導(dǎo)納。它是在系統(tǒng)頻率下計(jì)算的.并包括阻抗角。許多研究都涉及從換流器向交流系統(tǒng)看進(jìn)去的總導(dǎo)納.包括連接在高壓直流換流站交流母線上的濾波器及其他無功功率器件的導(dǎo)納。這稱為有效短路比（ESCR）。低次諧波頻率范圍內(nèi)的阻抗是最重要的。

這里定義的SCR不同于IEC60146-1-1定義的RSC，后者是以換流器額定容量（MVA）作分母的。短路比對(duì)暫態(tài)故障性能的影響表現(xiàn)在以下方面：

a） 在故障期間能維持功率穩(wěn)定傳輸而不發(fā)生換相失??；

b） 恢復(fù)時(shí)間，特別是當(dāng)逆變側(cè)故障時(shí)；

c） 故障后控制恢復(fù)電壓在可接受的范圍內(nèi)；

d） 可能產(chǎn)生的低頻諧振條件，即小于5次諧波的諧振；

e） 暫時(shí)過電壓。

所有這些因素的影響都隨交流系統(tǒng)阻抗和相角的增加而變得更加顯著。

5.3.2故障期間傳輸功率

對(duì)于距離較遠(yuǎn)的交流系統(tǒng)故障，即使引起高壓直流換流站的交流母線電壓變化不大，高壓直流系統(tǒng)可以對(duì)此敏感。

交流故障造成的電壓降落和畸變會(huì)影響換流器的觸發(fā)角，并使傳輸?shù)闹绷鞴β式档汀?duì)于遠(yuǎn)端三相短路故障，損失的直流功率與交流電壓降基本上成正比，當(dāng)直流電壓降到一定水平后，可能需要采用某些形式的與電壓相關(guān)的控制對(duì)策，這將在后面有關(guān)章節(jié)中討論?？刂颇Ｊ降霓D(zhuǎn)換會(huì)造成進(jìn)一步的直流功率減小，這將在5.3.8中說明。

與電壓相關(guān)的控制提供了一種以相互配合使電流裕度不會(huì)失去的方法修改每端換流器的電流限值或電流參考值。每端的直流電壓代表了整流站和逆變站相互配合所需的信息，在此無需其他通信。這樣的控制方案有幾種，如圖2所示。

當(dāng)換流器用作無功功率控制時(shí)，與電壓相關(guān)的控制的輸人電壓宜為交流母線電壓。

宜對(duì)每一系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)研究，以確定所需直流或交流電壓閾值、電流限值、時(shí)間常數(shù)及升降速率的最優(yōu)整定值。

對(duì)于靠近整流站及其附近的交流單相對(duì)地故障，換流器傳輸功率的減小也基本上與平均的交流電壓降成正比，因?yàn)橥ㄟ^換流器不平衡觸發(fā)很容易補(bǔ)償較大的交流電壓不對(duì)稱。

另一方面，對(duì)于采用等距觸發(fā)方案的大多數(shù)逆變器控制，為使換相失敗減至最小而設(shè)定的最早觸發(fā)時(shí)間，確定了所有閥的觸發(fā)時(shí)間。這種控制行為與電壓相關(guān)的控制一起，通常導(dǎo)致在逆變站交流單相故障期間傳輸功率最小。在逆變站交流線路對(duì)地故障期間，逆變側(cè)切換到按相控制運(yùn)行，這種方式提供了一種使傳輸功率大于上述最小傳輸功率而不會(huì)發(fā)生換相失敗次數(shù)過多的方法。

為了盡可能兩端功率穩(wěn)定傳輸并避免故障期間的換相失敗，可優(yōu)化角度裕度控制。例如采用直接或間接方式檢測(cè)晶閘管閥的關(guān)斷角并應(yīng)用于角度的閉環(huán)控制。如果系統(tǒng)要求，這些功能都能加以規(guī)定。在交流故障條件下能否傳輸功率，很大程度上取決于所考慮的高壓直流系統(tǒng)的性能，因此，最好通過數(shù)字和/或模擬研究決定。

5.3.3故障清除后的恢復(fù)

恢復(fù)時(shí)間可定義為：故障清除后，高壓直流系統(tǒng)在規(guī)定的超調(diào)量和穩(wěn)定時(shí)間內(nèi)，恢復(fù)到規(guī)定的功率水平所需的時(shí)間。此功率水平的典型值是故障前功率水平的90%。

對(duì)與低阻抗交流系統(tǒng)相連的整流器或逆變器來說，在換流站中發(fā)生的所有非持續(xù)性交流故障，對(duì)于具有現(xiàn)代控制系統(tǒng)的高壓直流系統(tǒng)，恢復(fù)時(shí)間可能很快，如50ms?100ms。但實(shí)際設(shè)計(jì)或建設(shè)的許多8

高壓直流系統(tǒng)一端連接在高阻抗交流系統(tǒng)上，在這種情況下，其恢復(fù)時(shí)間可能要比連接在低阻抗交流系統(tǒng)上的高壓直流系統(tǒng)長幾倍。使用長距離直流電纜或很長的直流架空線路的高壓直流系統(tǒng)，其恢復(fù)時(shí)間也會(huì)較長。

恢復(fù)時(shí)間的整定應(yīng)考慮交流系統(tǒng)受主保護(hù)和后備保護(hù)故障清除時(shí)間影響的穩(wěn)定性。

然而，有些因素，如需要盡量減少換相失敗或降低故障后的恢復(fù)電壓等，經(jīng)常影響到直流系統(tǒng)控制方案中實(shí)際設(shè)定的恢復(fù)時(shí)間。

在嚴(yán)重的交流單相接地或三相短路故障期間，如果可能，通過閥的觸發(fā)控制，把直流電流維持在降低了的某一數(shù)值，通常也能改善恢復(fù)特性。在故障期間對(duì)閥繼續(xù)觸發(fā)或在故障被清除后立即恢復(fù)觸發(fā)也能降低恢復(fù)電壓的幅值，提高穩(wěn)定性。

技術(shù)規(guī)范宜考慮單相接地及三相故障可能持續(xù)的時(shí)間，包括可能有的后備保護(hù)清除故障時(shí)間。對(duì)于后備保護(hù)清除故障的情況，高壓直流系統(tǒng)宜具有快速恢復(fù)能力。這一點(diǎn)是重要的，因?yàn)樵O(shè)計(jì)閥時(shí)，應(yīng)使其門極電路存儲(chǔ)足夠的能量，以渡過預(yù)期的故障階段。

5.3.4故障期間和故障后恢復(fù)期間的無功功率消耗

交流故障期間及故障后高壓直流換流站的無功功率消耗取決于換流站的控制策略。具有特定性能的低壓限流特性經(jīng)常用來調(diào)節(jié)無功消耗（是電壓的函數(shù)），以及用來改善逆變器的恢復(fù)能力，且不發(fā)生換相失敗。

對(duì)于高壓直流系統(tǒng)遠(yuǎn)端非故障站以及在故障站（如可能的話），可采取一些策略維持無功功率的消耗或把交流母線電壓維持在規(guī)定的極限范圍內(nèi)。

在換相失敗期間，無功潮流發(fā)生顯著變化。換流器持續(xù)換相失敗引起保護(hù)動(dòng)作，使無功功率回流人交流系統(tǒng)，從而導(dǎo)致在高阻抗系統(tǒng)中出現(xiàn)相當(dāng)高的過電壓。

高壓直流系統(tǒng)的研究，對(duì)于確定控制交流母線電壓的方法，及確定維持換相以及維持交流電網(wǎng)穩(wěn)定性的方法都是重要的。

5.3.5交流故障引起的甩負(fù)荷

可能導(dǎo)致?lián)Q流器閉鎖、切負(fù)荷、三相故障清除后恢復(fù)失敗及嚴(yán)重的換相失敗等故障情況都以甩負(fù)荷的形式表現(xiàn)出來，這會(huì)引起很高的暫時(shí)過電壓、鐵磁共振或可能導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰的交流系統(tǒng)不穩(wěn)定。

另外，對(duì)某些系統(tǒng)應(yīng)注意甩掉大的直流負(fù)荷導(dǎo)致高壓直流換流站中或在電氣上靠近它的發(fā)電機(jī)或同步調(diào)相機(jī)自激的可能性。

甩負(fù)荷過電壓將會(huì)對(duì)高壓直流設(shè)備的定值產(chǎn)生直接影響。

為了評(píng)估宜進(jìn)行以下研究工作：

一交流電網(wǎng)中現(xiàn)有設(shè)備能承受這些過電壓的程度和必要的應(yīng)對(duì)措施的設(shè)計(jì)；

一高壓直流換流站設(shè)備的設(shè)計(jì)要求，包括能承受這種甩負(fù)荷過電壓所需的交流保護(hù)。換流器未閉鎖時(shí)能用來協(xié)助限制過電壓。但是，要考慮到交流系統(tǒng)故障恢復(fù)失敗后換流器閉鎖的可能性。這樣的偶然事故可能需要采用其他手段，如通過無功補(bǔ)償設(shè)備的高速開關(guān)、靜止無功補(bǔ)償裝置、低次阻尼濾波器或保護(hù)性能量泄放裝置控制甩負(fù)荷過電壓。

技術(shù)規(guī)范宜指出對(duì)于上述偶然事故可接受的過電壓幅值和持續(xù)時(shí)間。

5.3.6無功補(bǔ)償設(shè)備的投切

無功補(bǔ)償設(shè)備如交流濾波器、并聯(lián)電容器和并聯(lián)電抗器組的投切是高壓直流換流站交流側(cè)控制諧波干擾及穩(wěn)態(tài)電壓的常用方法，穩(wěn)態(tài)電壓是交流系統(tǒng)負(fù)荷或交流系統(tǒng)一次回路電壓的函數(shù)。

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當(dāng)指定用開關(guān)裝置投切濾波器、并聯(lián)電抗器或并聯(lián)電容器組時(shí)，不僅要注意其在正常穩(wěn)態(tài)下的開斷能力和速度，而且要注意清除交流故障及甩大負(fù)荷引起的過電壓要求。

更復(fù)雜的情況是如果一臺(tái)現(xiàn)有的無功功率開關(guān)裝置在瞬時(shí)甩負(fù)荷過電壓期間不足以安全開斷，此時(shí)，應(yīng)配備一臺(tái)容量足以開斷超額無功功率電源的后備斷路器。

5.3.7故障期間諧波電壓和電流的影響

在交流故障期間或恢復(fù)期間，若發(fā)生多周波的換相失敗或閥觸發(fā)異常故障，可在交流側(cè)和直流側(cè)產(chǎn)生低次非特征諧波的電壓和電流并激發(fā)其他頻率的電壓和電流。這些可能在交流或直流系統(tǒng)中暫時(shí)引發(fā)諧振，但產(chǎn)生的電流和電壓通常不太大，部分原因是現(xiàn)代控制系統(tǒng)的抑制作用。但是，對(duì)這樣的影響宜進(jìn)行研究以檢查它對(duì)諸如濾波器的暫態(tài)額定值的影響以及可能導(dǎo)致的交流系統(tǒng)繼電保護(hù)誤動(dòng)作等。

如果直流側(cè)在基波頻率上諧振，則換流變壓器可能出現(xiàn)飽和。這會(huì)在換流變壓器網(wǎng)側(cè)產(chǎn)生二次諧波，并可能造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。在整流站附近發(fā)生的交流單相接地故障也會(huì)在直流側(cè)引起大的二次諧波電壓，且將隨著觸發(fā)的繼續(xù)一直保持下去。考慮到這些情況，有必要仔細(xì)研究直流線路對(duì)這種諧波產(chǎn)生諧振的可能性。

在設(shè)計(jì)交流濾波器的額定值和決定逆變器在故障恢復(fù)期間的換相能力時(shí)，宜考慮故障期間產(chǎn)生的諧波。

另外，宜仔細(xì)檢查在交流故障期間低次諧波引起的交流保護(hù)誤動(dòng)作的可能性。在這種情況下，使用數(shù)字式繼電保護(hù)裝置能防止對(duì)于一定程度的諧波分量的誤動(dòng)作。但宜考慮到現(xiàn)有的舊型繼電保護(hù)裝置抗諧波能力較差。

5.3.8運(yùn)行控制方式轉(zhuǎn)換

在交流故障情況下，可有必要改變運(yùn)行方式，例如，變?yōu)楣β士刂品绞交螂娏骺刂品绞健恼鱾?cè)電流控制轉(zhuǎn)換到逆變側(cè)電流控制會(huì)導(dǎo)致傳輸功率減小，故需要調(diào)整電流指令以補(bǔ)償功率損失。對(duì)于兩端之間有或沒有通信情況下的電流裕度配合以及無功功率消耗隨電流裕度調(diào)整的變化也宜進(jìn)行研究。

對(duì)于一些高阻抗交流系統(tǒng)，在故障引起的暫態(tài)期間，在功率控制方式下運(yùn)行可能出現(xiàn)不穩(wěn)定，除非轉(zhuǎn)換到電流控制方式，或使功率控制方式具有定電流控制特性。

5.3.9高壓直流系統(tǒng)的功率調(diào)制

交流系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性及高壓直流系統(tǒng)的故障恢復(fù)性能有時(shí)能通過功率調(diào)制、直流電流調(diào)制或直流電壓調(diào)制改善。這部分內(nèi)容將在IEC60919-3中討論。

5.3.10緊急功率降低

在導(dǎo)致關(guān)鍵交流線路被切除的故障情況下，為了緩解交流系統(tǒng)的不穩(wěn)定問題，作為一種應(yīng)急方案，可要求具有緊急功率減小或甚至功率反轉(zhuǎn)的能力。技術(shù)規(guī)范宜考慮這種控制作用對(duì)以下各項(xiàng)的影響：一連接到另一端換流站的交流系統(tǒng)，由于甩掉部分負(fù)荷可能產(chǎn)生的過電壓和不穩(wěn)定；一配合緊急功率降低及故障后增加功率的通信時(shí)間要求以及可能發(fā)生的通信中斷的影響。

在某些情況下，從交流故障直到其他恢復(fù)措施執(zhí)行完畢的故障恢復(fù)期間，可允許直流系統(tǒng)降低功率水平運(yùn)行。這通過適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)研究予以確定。

5.4技術(shù)規(guī)范對(duì)控制策略的影響

由于在確定交流故障期間及故障清除后的恢復(fù)期間最佳的暫態(tài)性能應(yīng)考慮的交流系統(tǒng)工況變化范圍很廣，沒有單一的控制策略能適合于所有的情況。每個(gè)系統(tǒng)應(yīng)圍繞特定參考條件優(yōu)化，這利用數(shù)字仿10

真和/或模擬仿真對(duì)特定系統(tǒng)研究確定。

性能規(guī)范宜允許直流控制策略在維持功率傳輸與防止換相失敗、不穩(wěn)定或很大的恢復(fù)電壓之間作出最佳權(quán)衡，其總體效果應(yīng)滿足所連交流系統(tǒng)的運(yùn)行要求。

說明：

Utl —S流電壓；

電流指令；

rR.r,——分別為整流側(cè)及逆變側(cè)時(shí)間常數(shù)。

圖2低壓限流特性示例

6交流濾波器、無功補(bǔ)償裝置及交流母線故障

6.1概述

本章討論交流濾波器、無功補(bǔ)償裝置及交流母線上的故障。這些故障可產(chǎn)生較大的諧波電流，應(yīng)在保護(hù)方面加以考慮。本部分未涉及靜止無功補(bǔ)償裝置的故障保護(hù)。

在雙極高壓直流系統(tǒng)中，交流濾波器和并聯(lián)電容器的布置示例如圖3所示。每組中的電容器、電抗器及濾波器支路可分別通過小組斷路器投切，接地故障則應(yīng)由各支路的小組斷路器切除，若出現(xiàn)小組斷路器拒動(dòng)則由控制整組的大組斷路器切除。有時(shí)采用另一種布置方案，即通過換流變壓器的第三繞組連接濾波器、電容器及電抗器組。

濾波器組和無功功率組的基波及諧波阻抗對(duì)交流母線上出現(xiàn)的過電壓幅值和波形影響很大。因此，交流濾波器和無功功率組的詳細(xì)模型是研究暫態(tài)條件下的母線電壓的基礎(chǔ)。

6.2濾波器組的暫態(tài)過電壓

在正常運(yùn)行條件下，加在濾波器主電容器兩端的電壓接近相電壓，而其他濾波器元件兩端的電壓通常只是相電壓的一小部分。然而在暫態(tài)條件下，濾波電抗器和電阻兩端的電壓可能比正常的相電壓還要高。因此，在濾波器內(nèi)部宜采用避雷器保護(hù)，這將在第12章中討論。

除了正常的開關(guān)操作（見第4章）經(jīng)常產(chǎn)生的過電壓外，濾波器元件很可能還要承受雷電產(chǎn)生的過

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電壓、操作過電壓以及母線上或鄰近處外部故障產(chǎn)生的過電壓。

由于濾波電容器對(duì)陡波頭如雷電放電等呈現(xiàn)低阻抗，濾波電抗器和電阻將幾乎直接承受出現(xiàn)在交流母線上的雷電過電壓。

出現(xiàn)在交流母線上的操作過電壓可在濾波器內(nèi)部被顯著地放大，致使其元件上的過電壓甚至可超過交流母線對(duì)地電壓。因此，在研究過電壓時(shí)，宜考慮單個(gè)元件上的過電壓。當(dāng)元件沒有避雷器直接保護(hù)時(shí)，通常如濾波器的主電容器，它們的端子之間能承受操作過電壓的能力可能需要設(shè)計(jì)得比連接在母線與地之間的其他被直接保護(hù)的設(shè)備更高。

在交流系統(tǒng)不平衡故障期間，換流器如果未閉鎖，將會(huì)產(chǎn)生幅值相當(dāng)大的低次諧波。如采用低次諧波濾波器時(shí)，濾波器避雷器可要求吸收相當(dāng)大的能量。對(duì)于2次或3次諧波濾波器（如采用時(shí)）的濾波電抗器，應(yīng)特別重視其避雷器在另一種情況下的能量吸收，即當(dāng)電氣上靠近濾波器母線的大容量變壓器通電時(shí)的情況。這種情況可能出現(xiàn)在如近端交流故障后的恢復(fù)過程中。

若高壓直流換流站發(fā)生交流母線對(duì)地閃絡(luò)，濾波器中的電抗器和電阻器兩端會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的陡波過電壓。這些濾波器元件兩端的電壓幅值將可能與閃絡(luò)前主濾波電容器兩端的電壓相等，所以對(duì)其避雷器的能量吸收要求可能很高。

6.3濾波器及電容器組的暫態(tài)過電流

在暫態(tài)條件下，濾波器元件中的電流峰值可為正常穩(wěn)態(tài)值的好幾倍。

當(dāng)發(fā)生母線對(duì)地閃絡(luò)時(shí)，電容器組將向故障點(diǎn)釋放能量。此放電電流受電容器組及其連接母線雜散電感和限流電感器（如采用）的限制。同樣，在交流濾波器的電抗器和電阻器上跨接有避雷器時(shí)，因?yàn)橹挥斜Ｗo(hù)裝置的反電勢(shì)和雜散電感起限流作用，其電容器放電電流會(huì)很大。

在制定元件和保護(hù)電路的技術(shù)規(guī)范及設(shè)計(jì)接地系統(tǒng)時(shí)，都宜考慮這些過電流。因此，電容器保護(hù)熔斷器應(yīng)經(jīng)受放電電流，電流互感器和保護(hù)繼電器的運(yùn)行不宜受到不良影響。當(dāng)暫態(tài)電流在濾波器元件的允許范圍內(nèi)時(shí)，保護(hù)不宜誤動(dòng)作。這些設(shè)備都宜按照能耐受這樣的放電電流設(shè)計(jì)。

分析時(shí)宜考慮包括濾波器和并聯(lián)電容器在內(nèi)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的最嚴(yán)酷應(yīng)力。

6.4電容器不平衡保護(hù)

為了在各種直流負(fù)荷下，達(dá)到希望的諧波性能和無功功率平衡，電容器和濾波器組通常分成一些可單獨(dú)投切的支路。這些支路的額定容量可相對(duì)較小，也就是說電容器組中并聯(lián)的元件個(gè)數(shù)可能不多。

在電容器組的運(yùn)行壽命期間，電容器元件可能損壞以及由于熔絲熔斷而被切除。當(dāng)使用內(nèi)部熔絲時(shí)，其動(dòng)作只切除單個(gè)內(nèi)部故障元件，而外部熔斷器熔斷則將切除整臺(tái)電容器。

電容器組常設(shè)計(jì)為具有冗余容量，也就是有限數(shù)量的電容器元件損壞且相應(yīng)的熔絲熔斷，不應(yīng)使組中剩余的健全電容器產(chǎn)生過應(yīng)力。此外，熔絲熔斷宜能檢測(cè)到，以便利用方便的時(shí)機(jī)盡早恢復(fù)組中的冗余電容器。

一種檢測(cè)方法是采用電流不平衡繼電保護(hù)。在此方案里，電容器組的每一相采用“H”橋接線。如果某個(gè)電容器單元的內(nèi)部熔絲熔斷，則該橋臂電容會(huì)減小，電流互感器會(huì)檢測(cè)出橋臂上出現(xiàn)不平衡電流。

還有一種檢測(cè)方法是把每相電容器分成兩個(gè)嚴(yán)格相等的電容器并聯(lián)組，并裝設(shè)靈敏的電流不平衡繼電器，根據(jù)支路中電流差異探測(cè)由于電容器元件損壞和相應(yīng)的熔絲熔斷而產(chǎn)生的微小電流變化。

第三種方法是使用電壓敏感元件，它通過測(cè)量電容器組每一相中分接點(diǎn)的電壓以檢測(cè)由于電容器損壞和熔絲熔斷而產(chǎn)生的電壓變化。使用過電壓繼電器監(jiān)測(cè)相電壓或中間分接點(diǎn)電壓之和。

在某些場(chǎng)合采用兩段不平衡檢測(cè)。第一段發(fā)出報(bào)警并允許手動(dòng)切除電容器組，更換損壞的電容器，12

以便恢復(fù)必要的冗余電容器。第二段發(fā)出自動(dòng)跳閘信號(hào)以確保電容器組剩余部分不受牽連，否則會(huì)造成電容器或其元件更大數(shù)目的損壞。不平衡保護(hù)方案基于以下假設(shè)：濾波電容器組兩條支路同時(shí)發(fā)生同等程度的電容器元件故障的概率非常小。

6.5濾波器及電容器組保護(hù)實(shí)例

高壓直流系統(tǒng)濾波器和電容器組的保護(hù)布置如圖4、圖5和圖6所示。保護(hù)的選擇通常是以用戶各自的經(jīng)驗(yàn)和規(guī)程為基礎(chǔ)。

如果備用足夠，允許換流極在一個(gè)濾波器支路退出運(yùn)行的情況下繼續(xù)運(yùn)行，此時(shí)采用各濾波器支路單獨(dú)保護(hù)可滿足要求，以便能迅速切除故障的濾波器支路，使輸電容量損失最小。

若失去一個(gè)濾波器支路換流極就不能繼續(xù)運(yùn)行，那么，只對(duì)整組濾波器提供保護(hù)或?qū)V波器納人母線保護(hù)區(qū)內(nèi)可被認(rèn)為是經(jīng)濟(jì)的。對(duì)濾波器單獨(dú)進(jìn)行保護(hù)的另一種方案是保護(hù)動(dòng)作后施加一些運(yùn)行上的限制，如減小傳輸功率等。

為了保證具有合適的保護(hù)特性，宜對(duì)失去部分無功功率源的工況的運(yùn)行要求進(jìn)行研究和規(guī)定。在給定保護(hù)區(qū)內(nèi)出現(xiàn)的接地故障或單相接地故障能用常規(guī)的電流差動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)檢測(cè)，如圖4所示。當(dāng)濾波器有自己獨(dú)立的保護(hù)區(qū)時(shí)，在它的交流母線側(cè)的每一相以及中性母線側(cè)都應(yīng)裝有電流互感器。當(dāng)濾波器組被視為單一保護(hù)區(qū)時(shí)，則只需要在母線連線上裝一組高壓電流互感器。

如果斷開濾波器組時(shí)宜切除整個(gè)換流極，則濾波器組的保護(hù)也可結(jié)合在整個(gè)極差動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)中，但這樣就減少了自動(dòng)辨別故障濾波器組的信息，這是一個(gè)缺點(diǎn)。

另一個(gè)區(qū)域保護(hù)方案是內(nèi)部接地故障保護(hù)，如圖5所示。此方案在三相高壓導(dǎo)線的每一相和中性母線連線上安裝電流互感器檢測(cè)保護(hù)區(qū)內(nèi)的接地故障。

宜注意的是如果濾波器組內(nèi)的避雷器直接接到換流站的接地網(wǎng)上，避雷器浪涌電流可被保護(hù)系統(tǒng)作為不平衡電流記錄下來。通過適當(dāng)?shù)呐浜匣虬驯芾灼靼ㄔ诒Ｗo(hù)區(qū)內(nèi)能使繼電保護(hù)誤動(dòng)作的概率減到最小。

濾波器和電容器組中的電流不僅取決于交流母線電壓的幅值和諧波分量，而且取決于濾波器和組內(nèi)元件自身的參數(shù)。上面敘述的電流差動(dòng)方案對(duì)檢測(cè)濾波器內(nèi)部的所有故障可能不夠靈敏。某些初期的故障可需要在進(jìn)一步發(fā)展后才能被檢知并被清除。

通常，設(shè)備能在一定的時(shí)間內(nèi)承受異常交流母線電壓造成的過電流，而不會(huì)嚴(yán)重影響設(shè)備的使用壽命。但是宜對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，以便在超過設(shè)備標(biāo)明的固有裕度的過載情況出現(xiàn)之前采取緩解措施。為此，能通過測(cè)量每一相的電流，并使用過電流和過負(fù)荷繼電器進(jìn)行保護(hù)。對(duì)于交流濾波器中的這些問題，為了確保有充分的保護(hù)，常需要給濾波器的個(gè)別元件加裝電流互感器，如圖6所示。

6.6并聯(lián)電抗器保護(hù)

并聯(lián)電抗器用來控制高壓直流換流站的無功功率，它的保護(hù)布置與交流輸電系統(tǒng)中使用的電抗器或變壓器類同。

6.7交流母線保護(hù)

換流器交流母線通常采用差動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)。由于在交流濾波器和交流系統(tǒng)之間可能存在諧振，在故障恢復(fù)期間，母線電流中可出現(xiàn)較高的諧波電流分量。當(dāng)出現(xiàn)這些諧波電流時(shí)，母線保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)正確動(dòng)作。

宜檢驗(yàn)這種保護(hù)的另一方面，即其在瞬時(shí)過電壓情況下的性能。在某些情況下，一個(gè)極性的電壓峰值可比另一極性高得多，這會(huì)導(dǎo)致單方向的避雷器電流。此時(shí)，應(yīng)保證電流互感器不飽和，否則保護(hù)可13

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圖3大型雙極高壓直流系統(tǒng)的交流濾波器、電容器及電抗器組布置示例

交流濾波器差動(dòng)保護(hù)CT

圖4交流濾波器及交流母線差動(dòng)保護(hù)的電流互感器布置示例

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圖6阻尼濾波器支路過負(fù)荷保護(hù)示例

7換流器單元故障

7.1概述

本章討論換流器單元故障，即發(fā)生在換流變壓器閥側(cè)與平波電抗器閥側(cè)之間的故障。

對(duì)于在換流器橋臂外部，但在功能上屬于這部分的電子設(shè)備（見IEC60633）.在本章中均進(jìn)行了適當(dāng)?shù)挠懻摗＠鋮s設(shè)備在第14章討論。

對(duì)于某些工程，換流器單元在高壓直流換流站一個(gè)極內(nèi)串聯(lián)或并聯(lián)，有關(guān)這方面的故障本章也作了

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分析。

換流器單元故障可分類如下：

a） 閃絡(luò)或短路（見7.2）；

b） 換流器單元功能失效（見7.3）。

換流器單元通常包含多種保護(hù)功能用來檢測(cè)故障和不利于設(shè)備（尤其是晶閘管閥）安全的運(yùn)行狀態(tài)。7.4僅列出了閥設(shè)計(jì)中需要的典型保護(hù)功能。

7.2短路

在換流器單元中，外絕緣或內(nèi)絕緣擊穿、誤操作或其他原因會(huì)引起短路。因設(shè)備損壞概率高并需要修理或更換，受影響的換流器單元要求停運(yùn)。

在雙極系統(tǒng)中或每極由兩個(gè)或多個(gè)獨(dú)立的換流器單元組成的系統(tǒng)中，當(dāng)一個(gè)換流器單元短路之后，未受影響的換流器單元及高壓直流輸電系統(tǒng)的剩余部分仍能繼續(xù)運(yùn)行。

例如，在一個(gè)典型的換流器單元內(nèi)，幾個(gè)可能的短路位置如圖7所示。在高壓直流系統(tǒng)中，換流變壓器內(nèi)部故障沒有特別之處，故圖上沒有畫出。圖7對(duì)并聯(lián)連接或串聯(lián)連接的各換流器單元均適用。最嚴(yán)重的故障通常是在換流器單元處于整流運(yùn)行并工作在最小觸發(fā)角和最大交流電壓下發(fā)生換流閥短路（例如由于閃絡(luò)）。這會(huì)造成類似于換流變壓器閥側(cè)繞組相間金屬性短路，使同一換相組正在導(dǎo)通的閥流過全偏置的短路電流。同時(shí)需要考慮變壓器中性點(diǎn)對(duì)地閃絡(luò)的可能性。

直流側(cè)的其他短路包括六脈波（動(dòng)）橋短路、12脈波（動(dòng)）組短路或極對(duì)地短路。然而，在這些情況下由于存在電動(dòng)勢(shì)和阻抗，使換流閥承受的短路電流得到一定程度的減小。

高壓直流晶閘管閥換流器中的差動(dòng)保護(hù)也能檢測(cè)到短路，此時(shí)通常需立即閉鎖所有觸發(fā)脈沖以阻止繼續(xù)換相。短路電流在其第一個(gè)過零點(diǎn)時(shí)刻消失，這一般發(fā)生在故障后第一個(gè)周期內(nèi)。接著，相應(yīng)的閥要承受恢復(fù)電壓，包括由于直流甩負(fù)荷而造成的瞬時(shí)過電壓。作為后備，同時(shí)也斷開換流器單元的交流斷路器。因?yàn)殡娏骺赡苎舆t過零，所以對(duì)斷路器在這些情況下的性能宜給予適當(dāng)注意。

流過短路電流的閥承受的應(yīng)力最為嚴(yán)重，該閥承受恢復(fù)電壓時(shí)，其晶閘管的結(jié)溫比正常結(jié)溫高。晶閘管閥經(jīng)受這種應(yīng)力而不損壞和阻斷恢復(fù)電壓的能力稱為故障抑制能力（見IEC60700-1）。

對(duì)于任何給定系統(tǒng)，由最大交流系統(tǒng)故障電流（包括來自交流濾波器的電流）得出最大閥故障電流和相應(yīng)的最高晶閘管結(jié)溫。另一方面，最大恢復(fù)電壓包括甩負(fù)荷過電壓，通常對(duì)應(yīng)于最小交流系統(tǒng)故障電流值。

宜規(guī)定閥具有一定的短路電流水平和恢復(fù)電壓水平的故障耐受能力。還要考慮到斷路器本身的故障。若使用三極機(jī)械聯(lián)動(dòng)斷路器并且斷路器發(fā)生故障，后備斷路器約在400ms之后斷開，閥的設(shè)計(jì)要考慮到這段時(shí)間。若使用單極斷路器，當(dāng)某相的斷路器發(fā)生故障時(shí)，由于大部分故障都是由兩相供電，故障電流會(huì)被切斷，閥的設(shè)計(jì)則不必考慮額外時(shí)間。若把斷開換流器單元斷路器作為故障耐受能力的備用，則宜規(guī)定在斷路器跳閘之前的時(shí)段里閥不損壞。

對(duì)于接地故障，包括圖7中的故障B1、B2和B3,不承受故障電流的閥，會(huì)經(jīng)受電位的迅速變化。在某些電路參數(shù)下，這可使換流閥遭受相當(dāng)于陡波前沖擊電壓的應(yīng)力。因此，技術(shù)規(guī)范宜要求設(shè)計(jì)和制造的換流器單元設(shè)備，在前述的有關(guān)故障條件下，能承受所產(chǎn)生的應(yīng)力而不致?lián)p壞。

對(duì)于電容換相換流器，在主電路設(shè)備的參數(shù)選定時(shí)，換相電容器的短路電流不是決定性的短路電流值。在進(jìn)行換相電容器兩端的避雷器設(shè)計(jì)時(shí)，宜重點(diǎn)考慮閥短路和換相失敗/交流系統(tǒng)單相故障等決定性的故障情況。連續(xù)換相失敗次數(shù)/交流系統(tǒng)單相故障決定了避雷器的設(shè)計(jì)，因此需要仔細(xì)考慮。換相電容器和閥之間的兩相短路或是三相短路故障會(huì)產(chǎn)生巨大的能量，這種故障實(shí)際上不可能作為避雷器的設(shè)計(jì)依據(jù)。如果換流站的布置不能避免兩相或是三相故障的發(fā)生，宜通過這些故障校核電流設(shè)計(jì)而不是避雷器的能量設(shè)計(jì)。

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7.3換流器單元預(yù)期功能故障

7.3.1概述

換流器單元的基本功能是直流電流在交流系統(tǒng)的相間進(jìn)行周期性轉(zhuǎn)換。為完成這一功能，應(yīng)具備以下兩個(gè)條件:具有足夠的換相電壓以及由換流器單元控制系統(tǒng)產(chǎn)生周期性同步觸發(fā)脈沖并傳送到閥觸發(fā)電路。

7.3.2整流運(yùn)行

換相電壓降低或畸變一般關(guān)系不大，因?yàn)閾Q流器單元具有足夠的電壓-時(shí)間面積以完成換相，即使在近處發(fā)生單相接地故障時(shí)亦如此。若三相電壓太低不能成功換相時(shí)，可減小直流電流或閉鎖換流器。當(dāng)電壓回升時(shí)，換流器宜在盡可能短的延遲時(shí)間內(nèi)恢復(fù)運(yùn)行。這就對(duì)閥的設(shè)計(jì)提出了一個(gè)要求，即當(dāng)其門極或晶閘管保護(hù)的電源能量取自主回路時(shí)，其電子電路宜設(shè)計(jì)成能快速再通電或具有足夠的能量?jī)?chǔ)存能力。

可能是由于丟失觸發(fā)脈沖，某個(gè)閥持續(xù)地不能開通，這會(huì)使基波交流電壓進(jìn)人直流電路。在某些電路參數(shù)下，會(huì)導(dǎo)致變壓器飽和，或在直流線路上激發(fā)諧振等，并可能使受影響的設(shè)備遭受嚴(yán)重的應(yīng)力。技術(shù)規(guī)范宜要求能檢測(cè)到這種故障并采取相應(yīng)的措施（見8.7）。

7.3.3逆變運(yùn)行

在逆變運(yùn)行時(shí)，如沒有足夠的換相電壓-時(shí)間面積或丟失閥的觸發(fā)脈沖，就會(huì)導(dǎo)致?lián)Q相失敗。這會(huì)使閥遭受過電流并使交流電壓基波分量進(jìn)人直流電路。采用特殊控制方法，如提前觸發(fā)角、形成旁通對(duì)以消除直流側(cè)的交流基波電壓、降低直流電流等，從而使換相失敗的可能性及其影響減至最小。

若換相失敗是由于如交流系統(tǒng)故障引起交流電壓不足所造成的（見第5章），那么，故障一旦被清除，就有可能恢復(fù)正常運(yùn)行。為避免換流器單元停運(yùn)，閥宜設(shè)計(jì)和制造成能在換流器單元控制的協(xié)助下，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)經(jīng)受住這類事故產(chǎn)生的應(yīng)力。如果超過規(guī)定時(shí)間或由丟失觸發(fā)脈沖引起換相失敗，那么就宜閉鎖換流器。

對(duì)于觸發(fā)晶閘管所需的輔助能量取自閥主電路的設(shè)計(jì)方案，有關(guān)的電子電路宜設(shè)計(jì)成快速再通電或具有足夠的能量?jī)?chǔ)存能力，以使換相電壓正常之后，換流器能迅速恢復(fù)正常運(yùn)行。

7.4換流器單元保護(hù)

7.4.1換流器差動(dòng)保護(hù)

通過比較換流變壓器閥側(cè)電流和直流電流能檢測(cè)到換流橋內(nèi)部的短路。相應(yīng)的保護(hù)動(dòng)作是使換流器單元持續(xù)性閉鎖并跳開相關(guān)的交流斷路器。

7.4.2過電流保護(hù)

通過測(cè)量變壓器閥側(cè)電流的幅值可能實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。這也是換流器差動(dòng)保護(hù)的后備。保護(hù)動(dòng)作與7.4.1中所述相同。

7.4.3交流過電壓保護(hù)

交流過電壓保護(hù)監(jiān)測(cè)交流電壓，例如，用變壓器套管中的電容分壓器或其他方法監(jiān)測(cè)換流變壓器閥側(cè)交流電壓。當(dāng)檢測(cè)到大的過電壓后，保護(hù)動(dòng)作可能包括切除電容器組，增加換流器吸收的無功功率，持續(xù)性閉鎖閥同時(shí)跳開換流器單元的交流斷路器，或這些動(dòng)作的適當(dāng)組合。

7.4.4大觸發(fā)角運(yùn)行保護(hù)

如果在特定閥設(shè)計(jì)中需要大觸發(fā)角運(yùn)行保護(hù)，能通過在換流器單元控制中測(cè)量閥的觸發(fā)角并限制17

這種運(yùn)行方式的持續(xù)時(shí)間實(shí)現(xiàn)。此限制值取決于交流電壓和閥冷卻液溫度。

7.4.5換相失敗保護(hù)

換相失敗檢測(cè)通常通過測(cè)量交/直流電流之差實(shí)現(xiàn)。若故障不能自然恢復(fù)，將在延遲一段時(shí)間后動(dòng)作，以暫時(shí)增加逆變器的觸發(fā)角。若進(jìn)一步延遲后仍不能恢復(fù)，則應(yīng)使閥持續(xù)性閉鎖。

7.4.6晶閘管閥保護(hù)

如果需要，晶閘管的冗余量能通過對(duì)每個(gè)晶閘管的連續(xù)在線檢查進(jìn)行監(jiān)測(cè)。保護(hù)動(dòng)作包括報(bào)警、停運(yùn)并隔離換流器單元或這些動(dòng)作的組合。

通過監(jiān)測(cè)單個(gè)晶閘管電壓，如果超過安全值（見12.7.3），就施加一個(gè)門極信號(hào)，或通過其他方法，都能實(shí)現(xiàn)晶閘管正向過電壓的保護(hù)。

正向恢復(fù)保護(hù)能用來保護(hù)晶閘管。在恢復(fù)期間如果正向電壓上升率（dv/df）超過安全值就施加門極信號(hào)，或采取其他方法，使其免遭過高dv/dr的侵害。

7.4.7變壓器保護(hù)

換流變壓器的保護(hù)與通常在交流輸電系統(tǒng)中使用的變壓器保護(hù)相同。它包括差動(dòng)保護(hù)、過電流保護(hù)、瓦斯保護(hù)和熱點(diǎn)檢測(cè)等。保護(hù)動(dòng)作是跳開換流器單元交流斷路器。應(yīng)防止直流電流通過變壓器，例如形成旁通對(duì)以協(xié)助斷路器清除故障。這對(duì)串聯(lián)連接的換流器單元可能特別重要。

由于閥側(cè)沒有直接接地，保護(hù)閥側(cè)接地故障的大差保護(hù)較復(fù)雜，宜考慮諧波對(duì)此保護(hù)（尤其是具有諧波制動(dòng)的比例差動(dòng)保護(hù)）的影響。

由于可能存在飽和問題，宜特別注意目前所用變壓器的設(shè)計(jì)和額定值。值得關(guān)注的問題包括如由于換相失敗導(dǎo)致的直流電流注人、中性母線故障以及中性母線開關(guān)動(dòng)作延時(shí)（見第11章）。

7.4.8變壓器分接開關(guān)不平衡保護(hù)

分接開關(guān)不平衡保護(hù)可用來避免換流器單元的不平衡運(yùn)行。換流器單元的不平衡運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生較大的非特征諧波，這會(huì)使濾波器過載。保護(hù)裝置發(fā)出報(bào)警信號(hào)以便手動(dòng)或自動(dòng)進(jìn)行分接開關(guān)的重新平衡。7.4.9交流連線接地故障保護(hù)

交流連線接地故障保護(hù)用在當(dāng)換流變壓器已帶電而閥依舊閉鎖的情況下，檢測(cè)換流變壓器與閥之間連線的接地故障（圖7中故障B1和B2）。換流變壓器閥側(cè)電壓的測(cè)量能用變壓器套管或閥廳套管中的電容分壓器或其他方法。保護(hù)動(dòng)作可是換流器單元交流斷路器跳閘。

7.5串聯(lián)換流器單元的附加保護(hù)

當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)換流器單元在高壓直流換流站一個(gè)極的直流側(cè)串聯(lián)時(shí)，適用于與單個(gè)換流器單元同一類型的故障保護(hù)（見7.3及7.4）?？刹捎昧硪环N差動(dòng)保護(hù)，在換流器單元故障（圖7中故障類型4）時(shí)，通過比較換流器單元的高壓側(cè)電流和低壓側(cè)電流進(jìn)行保護(hù)。

由于兩個(gè)換流器單元能互相獨(dú)立運(yùn)行，宜考慮把高壓直流換流站的換流器部分再細(xì)分成多個(gè)保護(hù)區(qū)（見圖8）。發(fā)生短路時(shí)，保護(hù)動(dòng)作通常是閉鎖故障極以切斷直流電流。若故障發(fā)生在換流器單元1或單元2區(qū)域內(nèi)，相應(yīng)的單元宜被隔離且旁路，以便使剩下的健全單元能恢復(fù)運(yùn)行。也宜考慮在直流輸電系統(tǒng)的另一端切除一個(gè)換流器單元以避免在大觸發(fā)角下長時(shí)間運(yùn)行。

當(dāng)只有一個(gè)串聯(lián)換流器單元發(fā)生某些故障時(shí)，如變壓器故障或換相失敗，除了切除故障外，還能通過保護(hù)程序，通過換流閥的旁路操作或閉合旁路開關(guān)把故障單元的直流電流轉(zhuǎn)移出去。

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7.6并聯(lián)換流器單元的附加保護(hù)

從暫態(tài)性能和故障保護(hù)的觀點(diǎn)出發(fā)，并聯(lián)的每一個(gè)換流器單元一般能獨(dú)立處理。但就換相失敗而論，特別是如果逆變器具有不同穩(wěn)態(tài)電流額定值時(shí)，宜對(duì)并聯(lián)逆變器的暫態(tài)電流額定值給以適當(dāng)考慮。為了隔離換流器單元，特別是逆變器，以免閉鎖整個(gè)輸電極，可在極母線上裝設(shè)直流斷路器（見圖9）。

說明：

故障類型：

A 閥短路。

B——接地故障：

1） 低端換流變壓器閥側(cè)交流單相接地；

2） 高端換流變壓器閥側(cè)交流單相接地；

3） 六脈波（動(dòng)）換流橋中點(diǎn)接地；

4） 高端換流變壓器中點(diǎn)接地；

5） 極母線接地。

C——高端換流變壓器閥側(cè)與中性母線短路故障。

D 換流器短路故障：

1） 低端六脈波（動(dòng)）換流器橋間短路；

2） 高端六脈波（動(dòng)）換流器橋間短路；

3） 12脈波（動(dòng)）換流器橋間短路。

E——交流相間短路故障：

1） 兩相相間短路；

2） 三相相間短路。

F——極線平波電抗器線路側(cè)與中性母線短路故障。

G——極線平波電抗器線路側(cè)接地故障。

圖7 12脈波（動(dòng)）換流器單元故障示例

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圖8串聯(lián)連接的換流器單元保護(hù)區(qū)

8平波電抗器、直流濾波器及其他直流設(shè)備故障

8.1概述

本章討論高壓直流輸電系統(tǒng)直流換流站內(nèi)以下區(qū)域的故障:

a） 每個(gè)極從平波電抗器閥側(cè)到直流輸電線路；

b） 每個(gè)極換流器單元的中性母線側(cè)到接地極線路。

8.2故障類型

從直流側(cè)母線和設(shè)備的保護(hù)考慮，故障類型宜包括：

a） 母線接地故障和母線間短路故障；

b） 設(shè)備故障；

c） 直流開關(guān)設(shè)備功能失效。

8.3保護(hù)區(qū)

高壓直流換流站技術(shù)規(guī)范的制定不僅要考慮所有直流側(cè)設(shè)備的保護(hù)，而且宜考慮保護(hù)的協(xié)調(diào)配合。高壓直流系統(tǒng)的分區(qū)保護(hù)原理及其保護(hù)技術(shù)與交流保護(hù)的情況大致相同。高壓直流系統(tǒng)換流閥的故障抑制能力（見第7章），加上較高的平波電抗器和變壓器阻抗，有助于直流側(cè)保護(hù)的選擇性。

高壓直流換流站保護(hù)區(qū)的設(shè)置，宜使站內(nèi)每一設(shè)備都至少得到一種保護(hù)功能的保護(hù)。為消除保護(hù)盲區(qū)，實(shí)際系統(tǒng)中相鄰保護(hù)區(qū)域宜重疊。

高壓直流輸電換流站之間的通信系統(tǒng)能用于優(yōu)化故障后的恢復(fù)過程，并且能改進(jìn)高壓直流輸電系統(tǒng)中可能發(fā)生的許多故障的保護(hù)選擇性。然而，本章中討論的設(shè)備保護(hù)是無需通信的。圖10和圖11給出兩種結(jié)構(gòu)的高壓直流換流站的直流保護(hù)區(qū)域和測(cè)量裝置布置的例子。

8.4中性母線保護(hù)8.4.1概述

高壓直流系統(tǒng)的中性母線側(cè)通常分成幾個(gè)保護(hù)區(qū)域，以便使每一極能獨(dú)立地進(jìn)行故障檢測(cè)并有選擇地隔離，同吋兩個(gè)極也有一個(gè)公共保護(hù)區(qū)域。在公共保護(hù)區(qū)域內(nèi)的檢修工作需要雙極停運(yùn)。

8.4.2中性母線故障檢測(cè)

在雙極平衡運(yùn)行條件下，極中性母線保護(hù)區(qū)域、雙極中性母線保護(hù)區(qū)域及接地極線路保護(hù)區(qū)域（見第10章）基本上都處于地電位。因此，雙極平衡運(yùn)行時(shí)，在這些區(qū)域內(nèi)的任何接地故障都不會(huì)影響換流站的運(yùn)行。其直流故障電流實(shí)際上接近零。

一旦由于某種原因，如一個(gè)極起動(dòng)、停運(yùn)或受到擾動(dòng)，使雙極暫時(shí)不平衡，這些中性母線區(qū)域的接地故障將被檢測(cè)到。如果預(yù)計(jì)兩個(gè)極的運(yùn)行是平衡的，則高壓直流技術(shù)規(guī)范宜只考慮中性母線區(qū)域保護(hù)報(bào)警，以便允許運(yùn)行人員在檢測(cè)到故障時(shí)，同時(shí)考慮安全和電力傳輸要求而采取正確的措施。

極中性母線區(qū)域和雙極中性母線區(qū)域宜以直流電流互感器為界（d.c-c.t.）。在兩個(gè)極間不平衡運(yùn)行條件下，由區(qū)域邊界上設(shè)置的直流電流互感器測(cè)量電流，能通過電流的差動(dòng)比較檢測(cè)每一個(gè)保護(hù)區(qū)域內(nèi)的故障。

8.4.3中性母線故障隔離

在中性母線區(qū)域或換流器區(qū)域內(nèi)的接地故障，要求停運(yùn)極以清除故障。

中性母線開關(guān)用來在保護(hù)時(shí)序中隔離故障極，并把殘余極電流轉(zhuǎn)移到大地回路。

中性母線開關(guān)裝置的電流轉(zhuǎn)換要求宜考慮最嚴(yán)酷的條件，包括健全極的最大電流和最不利的故障位置。此開關(guān)應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)比大地回路的電阻壓降更大的電壓以迫使電流轉(zhuǎn)換。對(duì)于那些不準(zhǔn)許大地回路方式運(yùn)行或不準(zhǔn)許在線轉(zhuǎn)換到金屬回路方式運(yùn)行的系統(tǒng)，此開關(guān)裝置不需要有開斷負(fù)荷的能力。在這種情況下，用隔離開關(guān)即可。

另外，一個(gè)極的中性母線開關(guān)裝置開斷失敗將導(dǎo)致雙極閉鎖。

8.4.4雙極中性母線故障

雙極中性母線保護(hù)區(qū)域內(nèi)的母線故障能通過如8.4.2中所討論的差動(dòng)方案檢測(cè)。在這個(gè)區(qū)域內(nèi)的中性母線故障需要雙極停運(yùn)（可能是計(jì)劃停運(yùn)），以進(jìn)行檢修。

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8.5平波電抗器保護(hù)

每個(gè)極的平波電抗器可是干式的或油絕緣型的。油絕緣型電抗器保護(hù)使用了許多與交流變壓器保護(hù)相同的技術(shù)，但充分考慮了直流電流量對(duì)這些保護(hù)裝置動(dòng)作的影響。

保護(hù)可能包括：

——壓力釋放裝置；

一油溫監(jiān)測(cè)；

——油位監(jiān)測(cè)；

瓦斯檢測(cè)；

一繞組溫度檢測(cè)；

——冷卻系統(tǒng)故障檢測(cè)；

一差動(dòng)保護(hù)。

平波電抗器或能包括在高壓直流換流站的一個(gè)保護(hù)區(qū)內(nèi)的設(shè)備都能裝設(shè)差動(dòng)保護(hù)，如圖10和圖11所示。

油絕緣型平波電抗器設(shè)計(jì)有套管，這有助于經(jīng)濟(jì)地解決差動(dòng)保護(hù)需安裝直流電流互感器的問題。當(dāng)使用干式平波電抗器時(shí)，需分開安裝直流電流互感器以檢測(cè)電抗器故障。

8.6直流濾波器保護(hù)

8.6.1概述

高壓直流換流站的直流濾波器通常用來限制流人直流線路的諧波電流引起的諧波干擾（見IEC60919-1：2010的第17章）。

直流濾波器支路的保護(hù)設(shè)計(jì)宜考慮到高壓直流換流站預(yù)定的各種正常和不正常運(yùn)行工況。

同樣，直流濾波器元件，如電容器、電抗器、阻尼電阻及隔離開關(guān)的保護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮由于大觸發(fā)角運(yùn)行、超前角運(yùn)行或諧振等引起的諧波電流造成濾波器元件過應(yīng)力的所有可能的運(yùn)行工況。

8.6.2濾波器組故障保護(hù)

直流濾波電容器組接地故障可能引起直流線路極保護(hù)動(dòng)作。但是，技術(shù)規(guī)范宜要求直流線路保護(hù)動(dòng)作不宜妨礙任何直流濾波器故障的正確識(shí)別和自動(dòng)清除并隔離故障濾波器支路。

通過直流濾波器區(qū)域邊界處直流電流互感器之間的差動(dòng)比較，可檢測(cè)到直流濾波器區(qū)域內(nèi)的故障，如圖10和圖11所示。其他設(shè)備，如線路阻波器、耦合電容器、直流分壓器等也可包括在這個(gè)保護(hù)區(qū)域內(nèi)。

故障濾波器的隔離可要求相應(yīng)的極瞬時(shí)閉鎖以允許隔離開關(guān)動(dòng)作。

如果故障濾波器支路被切除后，該極還要繼續(xù)運(yùn)行，則技術(shù)規(guī)范要考慮到直流側(cè)干擾水平可能增大，其他濾波器可能過載和可能產(chǎn)生諧振等情況。

8.6.3直流濾波電容單元保護(hù)

由于直流濾波器的電容器組通常是由元件串并聯(lián)組成，所以可采用多種保護(hù)方法，例