摘要：本文从常见的高压直流电系统换流器故障分析出发，进一步分析换流器的故障保护，并在本文最后进一步探究换流保护控制策略，为以后高压直流输电系统的正常运行提供参考性意见。

关键词：高压致直流输电系统;换流器;保护;动作

随着社会经济的加速发展，全社会的整体用电量也在不断增加，为满足社会经济的发展的需要，充分保证高压直流输电系统的稳定，所以必须保证换流器的正常运转。

一、常见的故障分析

区内故障保护动作、区外故障保护不动作是换流器的两个基本保护原则。通常来说，换流器设备故障主要指的是区内故障，另外输电保护系统需要按照相应的极来进行相应的配置工作，每极一组有12脉动换流器，各个极之间的脉动换流器保护区具有一定的相对独立性。系统在运行过程中，换流器发生故障的某一特性和單极大地回线方式存在共通之处。

二、常见的故障保护分析

（一）阀组短路保护

阀组短路保护装置能够检测各个阀之间的短路，以及接地故障、换流阀的相间短路等之类故障，以此避免换流阀出现故障[1]。根据阀组短路故障，换流器将会自动开启保护设置，避免换流阀承受较大的压力。

1.桥臂短路

若发生两相桥臂短路，则会使交流侧电流突然增加，甚至达到两相短路电流的两倍乃至三倍，此时直流电也会减少。这时，交流侧一侧的电流是直流额定电流的两倍，换流器会进行自动保护的动作。

2.换相失败保护

换相失败保护装置，能够检测因交流电网扰动造成的换流器换相失败的问题，及时检测问题，发现原因，减少交流电扰动的次数，避免换流器频繁出现换相失败，进而保证直流系统的安全性、稳定性。整流侧发生短路时，接地故障点会使交流交流电流小于额定电流，在正流测正常运转是，交流电流大于额定交流，通常来说，整流侧接地发生故障时，换流器一般不会开启保护动作[3]。

3.直流差动保护

在系统正常运行过程中，因为换流器出口高低压测直流电电流是相同的，所以如果换流器出现接地故障，那么部分电流会直接通过接地点，而此时高低侧电路是不相同，换流器将会开启保护行为。一般来说，动作阀值在小于直流电差值的绝对值时，系统会自动开启保护行为。如果高压母线发生短路故障，高压出口直流电、低压侧直流电的电流会增加，但是如果高压侧直流电增加，低压侧直流是零，系统也依旧会开启自动保护行为，同时，如果高压侧电流增加，低压侧的电流是零，在判定此保护依据符合既定条件时，系统也会开启保护行为;中性母线发生短路时，因低压侧分流，直流电流会减少，此时可以开启保护行为。同样，换流器内部短路也会是低压侧分流，系统依旧会开启保护行为的。

4.直流/交流过电流保护

预防晶闸管损坏，能有效的避免换流器损坏状况。其主要保护原理是，检测直流换流器电流是都处于最大值，若故障电流已经超出了预定值，换流器将处于闭锁状态。需采用直流运行与主保护配合形式，设置保护定值。

在电流保护过程中，要测量换流变压器阀侧Y绕组、D绕组电流，通过采集两者的最大值与平均值，比较两者的差值[4]。若交流过电保护中，产生了控制障碍问题以及短时过载等障碍，交流保护将作为其他保护系统的备用保护，只有其他保护系统不开启保护行为时，备用保护才会开启保护行为。在逆变侧、换流变桥侧短路时会提升交流电量其他故障不会导致交流过流的产生，因此，换流变桥发生短路且处于不动作时，换流器才会开启保护行为。

5.阀组差动保护

所谓的阀组差动保护是一种基于差流波形综合判别的保护方法，通过综合判别阀组差流的波形，并根据波形的差异、特征，进而识别所发生的故障是否在保护范围内，然后通过判别综合阀组之间的差动与救济差动定值，调整阀组差动的延时。这种方法能够避免间断性差流影响，减少影响中的误差，同时保护范围内的故障能通过可靠的动作隔离故障。

6.桥差保护

桥差保护可以分为桥差电压保护与桥差电流保护，桥差保护是用较平衡电桥、四臂电桥去平衡角线电流、电压差。以保证电流差的稳定。换流器桥差保护的基本原理为：桥差保护所采用的是换流变阀绕组的TA的二次电流，在正常情况下，两桥交流线上的电流是相等的，在发生故障时，换流变以及换流变阀侧的电流根据预判的条件进行判别，如果满足相关条件，换流器进行桥差保护，跳开网络两侧的交流断路器。

三、换流器保护控制策略

（一）单极故障控制策略

当保护系统在检测出换流器的具体故障时，此时会向故障极发送一个关于故障相关信号，整流站在接受到故障的相关信号时，会立即发生一个变相160度，这时整流器处于逆变工作状态，待直流电降低至零值，直流系统的开关就会断开，交流侧开关会直接跳开。

（二）双极故障控制策略

如果系统的两个极都出现故障，此时要及时停运两个故障极。当输电极未出现故障，为进一步提高输电线路的使用效率，需要将开关倒闸门操作系统设置为金属回线模式，这时的直流功率会下降到原来的七分之三，其输电线路的使用效率也得到较大的提高。当直流保护系统检测到两个极的故障时，会立即启动停止运行功能，此时发生故障的两极会停止运行;同时系统的故障极也会进行信号的转换与发送，通过电流控制整体值的重新设定，进而保证系统的平稳运作。

参考文献：

[1]聂琪，胡浩亮，刘少波，等. 一种直流电压互感器的低压现场校验方法[J]. 沈阳工业大学学报，2021，43（1）：12-16.

[2]李晨光，范菁. 特高压直流换流阀TFM板发热原因分析及改造[J]. 云南民族大学学报（自然科学版），2021，30（2）：169-173.

[3]国网四川省电力公司电力科学研究院. 一种直流电流互感器宽频传输特性测试系统及方法：CN202010547695.0[P]. 2020-09-18.

[4]汪娟娟，黄梦华，傅闯. 交流故障下高压直流运行特性及恢复策略研究[J]. 中国电机工程学报，2019，39（2）：514-523.

作者简介：宋海彬（1987-02），男，汉，山东文登人，本科学历，换流站正值班员，研究方向为高压直流、柔性直流运行维护。