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直流系统主要故障类型和特征？

时间：2019-09-19

直流系统由于其构成设备较为复杂,因此,故障类型也相应较多，消除每种故障或异常状态的方法也有所区别，且大多数直流保护动作都配合控制系统来进行故障隔离和消除。直流系统主要故障类型按照发生故障的设备区域分为换流器故障、直流开关场设备故障、接地极故障、换流站交流设备故障,直流线路故障等;此外直流系统还配备了针对交流系统扰动的有关控制保护,如次同步谐振、稳定控制功能等。

1.换流器故障类型及特征
（1）换流器阀短路故障。阀短路是换流器阀内部或外部绝缘损坏或被短接造成的故障,这是换流器最为严重的一种故障。

整流器的阀在阻断状态时大部分时间承受反向电压,当经历反向电压峰值大幅度跃变或阀内冷水系统故障等造成绝缘损坏时,将会造成阀短路。整流器阀短路的特征是:

  1）交流侧交替发生两相短路和三相短路;
  2)通过故障阀的电流反向,并剧烈增大;
  3) 交流侧电流激增,比正常工作电流大许多倍。直流侧由于平波电抗器的作用,直流电流短时间内下降不多;
  4)换流桥直流母线电压下降。

  逆变器的阀在阻断状态大部分时间承受着正向电压,当电压过高或电压上升率过大时易造成绝缘损坏导致阀短路。逆变器阀短路的特征有: 1、开始阶段与逆变器阀误开通故障相同；2、当故障阀与下一阀换相时故障仍未消除,其特征与换相失败相同。

  发生换流器阀短路时故障控制策略为投人旁通对、停发触发脉冲,跳开交流断路器。

（2）换相失败。由于换流器阀导通后在承受反向电压一定时间的前提下才能顺利实现关断,如果在承受反向电压的时间内,阀未能恢复阻断能力,或换相过程一直未能完成,当加在该阀上的电压为正时,立即重新导通,则发生了倒换相,使预计开通的阀重新关断,造成换相失败。由于整流器大多时间内承受反向电压不易造成换相失败,但是逆变器大多时间内承受正向电压容易造成换相失败。如逆变器换流阀短路、丢失触发脉冲,交流系统故障等均会引起换相失败。

  换相失败的特征有:
  1)换相的两个阀发生倒换相;
  2)在一次换相失败中使得接在交流同一相上的一对阀同时导通形成直流短路;
  3)两次连续换相失败将有工频交流电压加到直流线路上。

（3）控制系统故障导致阀误开通、阀不开通故障。由于直流控制系统故障导致触发脉冲异常,造成换流器工作异常,出现阀误开通或阀不开通故障。
  阀误开通的特征是:整流侧误开通时,因直流电压上升,使直流电流略为上扬; 逆变侧误开通时,直流电压下降或换相失败,而直流电流增加。
  阀不开通的特征是:整流侧发生不开通故障时,直流电压和电流下降; 逆变侧发生不开通故障时直流电压下降,直流电流上升。
  对于误开通和不开通的控制策略均同换相失败的控制。

2.直流开关场设备故障
  直流开关场设备故障主要包括高压直流极母线故障,中性母线故障、直流滤波器故障、直流接线方式转换开关故障及平波电抗器本体故障等。
  由于这部分设备较为复杂,其不同设备的故障机理和特征均有所不同,在具体配置其保护时需要根据不同的设备进行具体分析,其故障控制策略也根据其故障对直流系统影响的严重程度也有所不同。例如: 高压极母线差动保护动作后应将换流器闭锁、禁止投旁通对:中
性母线差动保护动作后应跳开换流变交流侧断路器, 起动极紧急停运顺序等。

3.接地极故障
  接地极故障主要包括接地极母线故障、接地极线路故障、站内接地网故障等。

4.换流站交流设备故障
  换流站交流设备包括换流变压器、交流开关场设备、交流母线,交流滤波器,交流出线,交流馈线等。不同交流设备的故障特征均有所不同,其保护配置与交流系统中对应的设备保护配置相同。不过在此保护配置基础上增加了保护与直流系统控制保护的配合。

5.直流线路故障

由于高压直流线路均较长,一般都在800km以上,在此线路上任意一点发生故障都会导致直流系统故障, 故直流线路故障在直流系统故障中出现的几率是最大的。在直流线路对地短路的瞬间,一般从整流侧检测到直流电压下降和直流电流上升,从逆变侧检测到直流电压和直流电流均下降。

通常直流线路配备有行波保护、低电压保护、纵差保护、横差保护、交直流碰线保护等,通常以行波保护作为主保护。当直流线路发生故障后,直流线路保护检测到线路故障后起动直流线路故障重启功能,即整流器变为逆变器运行,将直流线路上的能量转移到交流系统中,经过一段无压时间(大约0.2~0.5s,可根据实际系统需要现场整定)使换流阀充分去游离,绝缘性能恢复到能够承受正电压,再重新起动直流系统。可见此直流线路故障重启功能类似于交流线路故障跳闸后的自动重合闸功能,根据需要直流线路故障重启的次数和电压均可进行整定。