王俊生，蒲莹，张建锋/高压直流输电保护定值整定依据及配合关系探讨/2024, 48(17):181-189.
答：先看一个阀短路保护误动作事例。基于EMTDC仿真平台构建的仿真案例设置如下：整流站交流网侧发生三相金属性接地故障，100 ms故障清除，系统恢复时，Y桥阀短路保护动作（启动定值为额定直流电流的一半（0.5 p.u.））。该故障的动作时刻波形如图1所示。
图1 阀短路保护误动波形
图1中换流变阀侧电流IVY,L1和IVY,L3确实大于直流电流IDL；满足Y桥阀短路保护动作（VSCPY_TR）条件。阀短路保护误动分析见图2。
图2 阀短路保护误动分析图
故障恢复时，直流电流流向如图2红色箭头所示，流经Y桥导通的V4、V5阀。同时，存在蓝色虚线箭头所示的电流通路；交流网侧电压UAC,L3通过导通的V5阀，对V1阀并联的阻容回路充电，回到电压较低的交流网侧电压UAC,L1。同样，存在绿色虚线箭头所示电流通路。蓝色、绿色虚线的和电流就是阀短路保护判据的差流。
误动说明：阀短路保护启动定值躲不开该EMTDC模型阻容参数下的充电电流。将模型阻容参数中设置偏小的电阻值修改为与工程一致并再次试验，阀短路保护没有误动。可见，躲开极端情况下换流阀并联阻容回路的充电电流是阀短路保护选择0.5 p.u.启动电流值的重要因素。
答：3 s过负荷段和2 h过负荷段保护的对象是直流控制系统。与过负荷相关的直流控制系统失控有两种情况：1）直流运行电流没有达到控制的目标值；2）控制目标电流没有达到所设定的时间。比如3 s过负荷1.3 p.u.，第1种失控情况是运行电流超过或不足1.3 p.u.，第2种是运行时间超过或不足3 s。
1）直流过负荷运行电流超过控制目标：阈值需稍大于相应的过负荷能力（取有冗余冷却的大数值），比如乘以系数1.01；早期工程就是如此设定的。从原理上看，如果直流控制系统失控使得直流电流更大，则设备耐受更大电流的时间将更短。可通过阀内阻、散热时间常数等参数计算电流发热的阀结温并作为主保护，而将基于直流电流大于过负荷阈值判据的保护仅作为后备过流保护。
2）直流过负荷运行时间超过所设定的时间：以最高环境温度、无冗余冷却数值为依据，兼顾考虑测量误差；系统进入3 s/2 h过负荷运行状态后，保护动作门槛条件即满足，开始累计延时时间。3 s过负荷运行状态下，若3 s时间到达后并没有转入2 h过负荷运行，则时间定值设置为3.5 s动作是合适的。
答：从整流站交流、换流器、直流极母线、直流线路故障到逆变站换流器、直流极母线、交流故障等（含控制系统错误），均会造成“直流电压低”这一相同的故障特征。仅采用“直流电压低”这一唯一故障特征的直流低电压保护无法确定故障的具体区域；先于其他能够确定故障区域的保护动作，显然不是最佳选择。延时定值设置原则如下：
1）长距离高压直流输电工程中该区域故障延时较长的保护是：直流线路纵差保护和换相失败双桥原理保护。首先，直流线路高阻接地故障纵差保护动作尝试线路再启动；直流低电压保护不能越前动作闭锁停运直流。其次，对端换流站换相失败双桥原理保护延时段动作，则分断发生故障的逆变站换流变网侧开关；如果直流低电压保护越前动作，则可能分断非故障的整流站换流变网侧开关，不是十分恰当。
2）背靠背高压直流输电工程没有直流线路设备，与换相失败保护双桥原理配合即可。还有另一设计思路：直流低电压保护延时定值可以等于换相失败保护双桥原理延时定值。
答：这2个保护与交流系统配合的目的是：交流系统故障应由交流系统切除，交流系统切除不了故障的情况下可考虑直流停运（简称交先直后）。
直流谐波100 Hz保护定值配合存在两种思路：一是与近区交流接地故障最长延时后备保护配合，设置100 Hz延时大于该“最长延时”；二是与近区交流接地故障的某段后备保护配合。第1种思路是严格执行“交先直后”；第2种思路是绝大部分交流系统故障由交流系统切除、直流继续运行，极少情况由直流先于交流系统切除故障而闭锁停运。
对换相失败双桥原理保护定值设置首先考虑直流是否采用快慢分段设置，其次才考虑如何与交流系统配合，不能本末倒置。如果考虑快慢分段设置，那通常有快慢两段与交流系统的配合。例如，快速段与交流系统距离Ⅱ、Ⅲ段保护配合，慢速段与交流系统零序Ⅱ、Ⅲ段保护配合。
答：直流线路再启动逻辑定值中的去游离时间一般有设置范围。范围下限为可靠的“故障点熄弧、恢复绝缘”所需的时间；范围上限则与交流系统稳定策略及交流滤波器切除策略相关。去游离时间过长，直流再启动时交流系统已经切机/切负荷，或者某些交流滤波器已经被切除，这样势必影响再启动后直流的输电功率，并没有实现再启动逻辑的目的。
答：极差保护被设计为极区、换流器区接地等故障的后备保护；极母线差动保护、中性线差动保护、换流器差动保护是该所属区域的主保护。目前，工程中主保护有分段配置，对应极差保护也存在分段后备和真实后备两种定值整定思路。
分段后备：极差保护分Ⅰ段和Ⅱ段。快速的极差保护Ⅱ段与快速的主保护Ⅱ段配合，阈值低于或等于所属区域的主保护Ⅱ段中最低的阈值，延时定值大于所属区域的主保护Ⅱ段中最长的延时定值；但极差保护Ⅱ段阈值或高于所属区域的主保护Ⅰ段，延时定值或小于所属区域的主保护Ⅰ段。可以预见，在发生高阻接地故障时，后备的极差保护Ⅱ段先于主保护Ⅰ段动作。
真实后备：不管极差保护是否分段，其定值设置严格按极区、换流器区接地等故障的后备保护设置，即极差阈值小于或等于主保护最小阈值，延时定值大于主保护最长延时定值。
答：假设金属回线运行时发生丢失脉冲故障，期望动作的保护是换相失败单桥原理保护或是直流谐波50 Hz。但实际（仿真或现场试验）动作的保护可能是整流站接地极引线开路保护，或是逆变站金属回线接地保护。
1）接地极引线开路保护动作原因：丢失脉冲故障造成直流电流波动，也就是dIDL/dt变化；整流站中性母线电压UDN为LdIDL/dt±IDLRL。可见，UDN随dIDL/dt波动，峰值可能超过中性母线避雷器动作电压。
这种波动（可能的50 Hz振荡）可能带来避雷器的频繁动作。设置两种动作量的接地极引线开路保护，一种为中性母线电压采用直采并取绝对值；一种为中性母线电压采用取绝对值并经低通滤波（滤波后输出会相对平滑）。
2）金属回线接地保护动作原因：常规中性母线均接有对地的冲击电容器；在金属回线运行下，整流站中冲击电容器接地点与逆变站的接地点形成回路，该回路会流过丢失脉冲故障下波动的直流运行电流，造成丢失脉冲故障下逆变站采用直采并取绝对值的接地电流（经过一定的低通滤波）动作量的金属回线接地保护可能动作。
总之，故障下哪个保护动作都可以，即不用过多考虑保护间定值配合问题。
答：低压再启动指双极区或接地极引线区或金属回线区等低压区域接地等故障下相关保护动作后采取的尝试移相后再启动的策略。
早期的高压直流输电工程低压再启动与高压线路再启动是没有任何联系的。后期工程将低压再启动移相与直流线路保护动作信号以“或逻辑”出口去触发再启动逻辑。
要弄清楚后期工程的低压再启动移相并入再启动逻辑是否合适，需要了解再启动逻辑次数累计及清零的原因:1）持续直流线路故障下，线路保护持续动作，动作次数累加；2）从第1次再启动开始，计时30 s，计时满足后清零再启动逻辑次数累计器。这样设计再启动逻辑的目的是直流线路某处（位置不变）发生持续/永久故障时，尝试更多的再启动没有必要，闭锁停运是更佳的选择。尝试降压重启1次（特高压再加上1次高端换流器重启），才显得合理，30 s内再次发生同一极的直流线路保护动作，被认为是在同一地点的故障。因此，再启动逻辑中次数累加及清零针对的是同一地点的线路故障。
如果认为设定30 s内总的移相次数很有必要，建议新增逻辑累计环节：低压再启动与高压线路再启动的总次数，满足次数定值后闭锁停运；低压再启动移相不使用“或逻辑”触发再启动逻辑（低压再启动移相不可能执行再启动逻辑中的降压重启）。
/ 引文信息
王俊生,蒲莹,张建锋.高压直流输电保护定值整定依据及配合关系探讨[J].电力系统自动化,2024,48(17):181-189.
WANG Junsheng, PU Ying, ZHANG Jianfeng. Discussion on Basis and Coordination Relationships of Settings for High Voltage Direct Current Transmission Protection[J]. Automation of Electric Power Systems, 2024, 48(17):181-189.
主要作者简介
Introduction to the Main Authors
博士，研究员级高级工程师，IEEE高级会员，主要研究方向：高压直流输电控制保护技术等。E-mail：wangjs@nrec.com
博士，教授级高级工程师，主要研究方向：高压直流输电控制保护系统设计与仿真。E-mail：puying@chinasperi.sgcc.com.cn
硕士，高级工程师，主要研究方向：特高压直流输电控制保护技术等。E-mail：zhangjf@nrec.com
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