【论文推荐】南瑞继保公司 王杨正, 杨建明, 鲁 江, 等：配置HSS的并联多端高压直流输电线路保护选择性研究

本文发表在《电力工程技术》2020年第39卷第1期，欢迎品读！

当某一大型电厂或者集中在某一地区的多个电厂需要向多个负荷中心送电时，多落点的多端直流输电成为降低线路建设成本的有效措施。然而，多端直流输电与传统的两端直流输电相比，存在多个送端和受端换流站，接线方式和运行方式更为多样，控制策略更加复杂，继电保护实现更加困难。

在配置HSS的拓扑中，每一条线路的某一端或者两端都没有配置平波电抗器，线路对侧的行波保护和电压突变量保护在原理上就会存在选择性盲区。目前专家学者对配置DCB方案的直流控制保护研究较多，而对配置HSS方案的研究相对较少，尤其是针对线路保护的选择性问题基本无相关研究。因此，针对配置HSS的并联多端直流拓扑，研究线路保护策略，解决线路保护的选择性问题具有重要的现实意义。文中对配置HSS的并联多端直流线路保护选择性问题进行深入研究，提出一种两段式线路主保护策略，通过定值配合和新增保护辅助判据策略，解决了通信正常和通信故障下线路主保护选择性问题。

图1为包含1个分支站的并联多端直流输电主回路拓扑结构，图中换流站1至换流站N-1各通过一回直流线路连接至换流站N内的流母线，整个多端系统以换流站N为中心呈星形结构。

图1可推广至包含多个分支站的并联多端高压直流输电，该拓扑适用于配置DCB的多端直流，也适用于配置HSS的多端直流。

如图2所示，配置HSS的并联多端直流输电系统中，当分支站站N因检修退出运行时，分支站站内的双极区、极区和阀组区设备均已停电，但汇流母线和连接在汇流母线上的所有分支线路仍处于带电状态（图2中蓝色标示区域所示），汇流母线靠近站N的HSS处于分位，而汇流母线靠近Line1到LineN-1的所有HSS均为合位。

为满足多端直流检修需求，线路保护按照分支线路分段配置独立保护装置并且采取三取二冗余结构。以三端直流为例，如图3所示，站1和站2为终端站，站3为分支站，站1、站2分别通过线路1和线路2与站3连接。

配置HSS的并联多端直流主回路拓扑如图4所示，图中每一条分支线路在分支站汇流母线连接处都不配置平波电抗器，当任意一条分支线路在接近分支站汇流母线区发生接地故障或者汇流母线接地故障时，终端站的主保护（行波保护、线路电压突变量保护）无法识是哪一条分支线路接地故障还是汇流母线接地故障，即终端站的线路主保护在图4所示的故障点F₁~F_N失去了选择性。综上所述，不同故障点需要不同的保护动作隔离故障，因此解决线路保护选择性问题显得尤其重要。

（1）具备选择性的保护策略整体思路

配置HSS的并联型多端直流系统中，直流线路保护原则不变：区内故障保护动作，区外故障保护不动作。

经上节分析，终端站线路保护无法根据采集的电流、电压及开关量实现自身选择性，所以解决终端站线路主保护的选择性问题必须从整个并联多端直流输电系统的角度去考虑，可以将终端站线路主保护分成2段：保护I段通过提高定值门槛的方式使各终端站保护各自站端到分支站汇流母线方向的线路大部分区域，保证该段线路保护的快速性和选择性；保护II段分通信正常和通信故障2种情况，通过增加保护选择性逻辑，正确区分汇流母线接地故障和分支线路靠近汇流母线区接地故障，使得保护完全具备选择性。

（2）分段式线路保护算法及定值整定

线路主保护包括行波保护和电压突变量保护、电压突变量保护通过检测线路电压的值和下降速率实现，具体算法原理简单不再赘述；行波保护的算法很多，文中仅以基于时模变化的行波保护为例说明终端站行波保护的策略。

输电线路有电抗和电阻，线路故障点位置的不同必然导致终端站线路主保护检测到的行波分量幅值、行波分量变化速率以及直流电压下降幅值、下降速率的不同，所以通过适当的定值整定可以设定线路主保护保护线路全长或者保护部分线路，通过定值整定，可将终端站线路主保护的保护范围设置为如图5所示。

（3）线路保护II段策略

线路主保护II段的保护范围就是图4所示的选择性盲区，仅通过整定定值已经无法满足选择性要求。针对站间通信正常和站间通信故障2种情况分别提出主保护II段的选择性实现方法。终端站线路主保
护II段逻辑如图6所示。

为了验证文中提出的并联多端直流输电系统线路保护策略的正确性，搭建了并联三端直流输电实时数字仿真系统；对图3所示的线路1中点故障以及故障F1、F2、F3进行了模拟，验证终端站1行波保护和电压突变量保护是否具备选择性。

如图7所示，模拟分支线路1中点发生接地故障时，终端站1行波保护和电压突变量保护I段在故障发生后，2ms左右迅速动作。

如图8所示，模拟F1故障时，终端站1行波保护和电压突变量保护I段都没有达到定值，因此没有动作。

如图9所示，模拟F2故障时，终端站1行波保护和电压突变量保护I段没有达到定值，因此没有动作。

如图10所示，模拟F3故障时，与F2故障相同，终端站1行波保护和电压突变量保护I段没有达到定值，因此没有动作。

如图11所示，站间通信故障工况下，模拟F1故障，终端站1行波保护和电压突变量保护I段没有达到定值，因此没有动作。

文中基于并联多端直流输电主回路拓扑，提出了含HSS的并联多端直流输电线路保护装置的配置方案，分析了普通直流线路保护存在选择性问题。为解决该问题，提出将终端站的线路保护分成2段，通过定值整定和增加保护辅助判据的方式实现选择性，最后RTDS试验验证了所提线路保护策略在站间通信正常和故障下全线路接地故障都具备选择性。

文中提出的多端线路保护策略能有效区分线路故障和汇流母线故障，全线路无选择性盲区，在发生线路永久故障时无需多端系统全停，仅需隔离故障线路而其他线路仍正常运行，该策略可应用于配置HSS的并联多端直流输电系统中，有效解决线路保护选择性问题，提高直流输电可靠性。

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