极地保护措施：保护北极和南极的生态环境

24.2.2.1　极区故障特性

1）高压直流母线或中性直流母线故障

12脉动整流器直流高压端对地短路，其故障点见图24-4的14，通过站接地网及直流接地极（在站内接地开关闭合时不通过接地极），到达直流中性端，形成12脉动换流器直流端短路。短路使直流回路电阻减小，阀及交流侧电流增加；而直流侧极线电流很快下降到零。

12脉动逆变器直流高压端对地短路，直流端直接接地，通过站接地网及直流接地极，形成逆变器直流端短路，其故障过程与逆变器直流侧出口短路类似。故障使直流侧电流增加，而流经逆变器的电流很快下降到零，中性端电流也下降。

12脉动整流器直流中性端对地短路，其故障点见图24-4的15，因中性端一般处于地电位，对换流器正常运行影响不大。但是，短路电阻与接地极电阻并联，重新分配通过中性点的直流电流。

12脉动逆变器直流中性端对地短路，因中性端一般处于地电位，对逆变器正常运行影响不大。但是，由于短路电阻与接地极电阻并联，会重新分配通过中性点的直流电流。

故障特性如下：

（1）高压直流母线对地或对中性直流母线故障时，IdH与IdL表现出不同的变化规律，一个增大，一个减小。而在其他故障情况下，IdH与IdL均同时增大或同时减小，根据这一特征，可对高压直流母线故障与区外故障进行准确区分；

（2）高压直流母线中性直流母线短路时，IdN增大，IdE减小，在其他故障情况下，IdN与IdE同时增大或同时减小。

2）直流线路断线或开路故障

直流系统在运行过程中，输电线路由于受到外力等因素而断开，或因线路倒杆、倒塔、线路覆冰过重等故障情况下发生断线。

直流输电线路的断线会造成直流输电系统开路，直流电流降低到零，随着电流急速降低，整流侧触发角a迅速减小，此时换流变压器的分接头处在高位，所以整流侧电压迅速上冲。

3）接地极开路故障

为了避免直流地电流对站接地网和换流变压器的影响，接地极通常建在离换流站几十公里的地方，因此换流站与接地极之间需要接地极引线进行连接。当接地极引线发生断路故障时，则流过接地极的电流为零，站内因失去参考电位，中性母线电压将会升高。

24.2.2.2　极区保护原理及配置

1）直流低电压保护

（1）主要功能和原理

直流低电压保护一般作为短路保护、阀组差动保护、直流差动保护以及直流线路保护的总后备，通过检测直流线路电压UdL实现，可以检测站间通信故障的同时检测逆变侧因某种原因投旁通对，整流器、逆变器直流侧高压直流母线对地或对中性线短路以及直流线路的对地故障。

（2）保护判据

Ⅰ段：

Ⅱ段：

（3）故障处理策略

Ⅰ段动作后高端阀组（|UdL-UdM|＜Δ）或低端阀组（|UdM-UdN|＞Δ）闭锁；Ⅱ段动作后，双阀组闭锁。

（4）整定建议

直流低电压保护动作定值推荐取0.25～0.50p.u.；根据系统设计情况配置，在站间通讯故障时，逆变侧停运后需要本保护停运整流侧时，整流侧动作时间需躲过交流系统近后备动作时间，保护动作延时与阀旁通过程中的承受电流能力相配合，推荐取1s。若本保护仅作为系统总后备配置时，保护动作时间要大于交流系统远后备保护及交流系统低电压保护动作时间，动作时间不低于4s。

2）50Hz保护

（1）主要功能和原理

50Hz保护根据直流线路电流中的50Hz分量，来检测换相失败故障、换流器阀短路故障、换流器交流侧相对地短路故障、换流阀的误开通和不开通故障，作为发生换相失败和阀触发异常的后备保护。

（2）保护判据

（3）故障处理策略

保护动作后闭锁换流器。

（4）整定建议

保护定值应确保所有的触发异常情况都能被包含在内，时间定值参考阀触发异常时承受的过应力情况与阀组过应力承受能力配合整定，推荐不低于1.5s。

3）100Hz保护

（1）主要功能和原理

直流线路电流中100Hz分量产生的最根本原因是换流站交流电压中含有负序分量，100Hz保护根据直流线路电流中的100Hz分量，来检测换流器交流侧相间短路故障、换流器交流侧相对地短路故障，作为交流系统故障时的后备保护。

（2）保护判据

（3）故障处理策略

保护动作后闭锁换流器。

（4）整定建议

应通过仿真试验模拟交流系统最大工况以及最小工况、直流正常运行的最小电流情况到最大电流情况下，交流系统发生单相金属性接地故障时直流线路电流100Hz分量，确定最终的定值，推荐取0.02～0.03p.u.；保护动作延时需要与交流线路保护距离Ⅱ段动作时间相配合，不低于3s。

4）接地极开路保护

（1）主要功能和原理(www.xing528.com)

当两根接地极引线同时断开，或者单极金属回线运行方式下金属回线断开时，由于失去电位参考点，中性点电位将迅速升高，威胁换流设备的安全。根据中性点电位的显著变化特征，可形成接地极过电压保护以保护换流设备的安全。

（2）保护判据

（3）故障处理策略

双极接线方式：保护动作后合高速接地开关，双极平衡运行；

非双极接线方式：保护动作后合高速接地开关，闭锁本极。

（4）整定建议

电压定值与设备耐受水平配合，低于避雷器动作电压，大于金属回线运行时非接地侧的最高电压；动作延时与运行方式转换时接地极暂态过电压持续时间相配合，并校验设备的过电压耐受能力。

5）直流差动保护

（1）主要功能和原理

直流差动保护检测换流器直流侧高压母线和中性线上的电流IdH、IdN。正常情况下两个电流是相等的，当换流器发生接地故障（包括换流器直流侧高压端接地、中性端接地、换流器中点接地、换流器交流侧单相接地）时，由于接地支路的引入，二者不再相等。通过对IdH、IdN进行差值，可形成直流差动保护，保护换流阀的安全。

（2）保护判据

保护配置两段，Ⅰ段为阀区故障的快速主保护，Ⅱ段为高灵敏度后备保护。

（3）故障处理策略

动作后紧急停运、极隔离（或跳中性母线开关）、跳交流断路器，逆变侧Ⅰ段保护动作后禁止投入旁通对。

（4）整定建议

直流差动保护区内故障时故障电流一般较大，启动定值可较大，最终启动定值由仿真试验确认，推荐取值0.3～0.4p.u.；保护动作时间与直流系统控制特性配合，通过仿真试验确认，快速段时间定值一般不超过10ms。

6）极母线差动保护

（1）主要功能和原理

极母线差动保护通过检测换流器直流侧出口高压端电流IdH和架空线电流IdL实现；正常情况下以及高压直流母线区外故障时，这两个电流基本相等；当高压直流母线区内发生对地或对中性直流母线短路时，二者存在很大的差值。

（2）保护判据

（3）故障处理策略

保护动作后紧急停运、极隔离（或跳开中性母线开关、拉开直流线路隔离刀闸）、跳交流断路器。

（4）整定建议

保护定值最终应通过仿真试验确认，推荐取值不低于0.2p.u.；保护动作时间与直流系统控制特性配合，通过仿真试验确认，快速段时间定值推荐取5ms。

7）中性母线差动保护

（1）主要功能和原理

中性母线差动保护通过检测换流器中性线电流IdN、中性母线电流IdE实现；正常情况下以及中性直流母线区外故障时，这两个电流基本相等；当发生中性直流母线对地短路故障后，对端电流通过故障通道与本端形成回路，接地极引线部分被短路，二者将产生较大的差值。

（2）保护判据

通常采用两段式，Ⅰ段为高定值段，Ⅱ段为低定值段。

（3）故障处理策略

保护动作后紧急停运、极隔离（或跳开中性母线开关、拉开直流线路隔离刀闸）、跳交流断路器。

（4）整定建议

保护定值最终应通过仿真试验确认，Ⅱ段动作延时应躲过直流线路故障及直流滤波器内部故障的暂态过程，一般不低于500ms。

8）直流后备差动保护

（1）主要功能和原理

检测换流器、极母线、极中性母线内的接地故障。直流后备差动保护通过检测架空线电流IdL和中性母线电流IdE，保护换流器、极母线、极中性母线内所有接地故障，一般作为直流场接地总后备差动保护。

（2）保护判据

通常采用两段式，Ⅰ段为高定值段，Ⅱ段为低定值段。

（3）故障处理策略

保护动作后紧急停运、极隔离（或跳开中性母线开关、拉开直流线路隔离刀闸）、跳交流断路器。

（4）整定建议

Ⅰ段为快速段，躲过区外故障最大差流或近似按照2.5～3.5p.u.额定电流时测量误差整定，最终由仿真试验确定，与换流器差动保护、极母线差动保护以及中性母线差动保护的配合级差不低于10ms；Ⅱ段为慢速段，需要躲过短时过负荷运行工况（可近似按照1.5p.u.）下的测量误差，并小于系统最小运行电流，与中性母线差动保护慢速段配合级差不少于200ms。