基于模块化多电平换流器（modular multilevel converter,MMC）的高压直流输电（high voltage direct current,HVDC）输出谐波少、运行损耗低,在电网异步互联、孤岛供电、远距离大容量送电等领域被广泛应用。对称双极主接线运行灵活、输电容量大,符合直流电网多端、高压、大容量的发展趋势,逐渐成为MMC-HVDC系统的主流拓扑。针对对称双极接线的半桥MMC-HVDC电网,本文首先分析了换流变压器阀侧接地故障的暂态特性,阐述了利用含时变电容的RLC模型和二阶变系数常微分方程求解暂态电流的计算方法,能够较为准确的预估电容放电电流,对于实际工程中预测故障过电流水平、设计保护判据以及器件的选型具有借鉴意义。其次,换流变阀侧接地故障造成MMC过流闭锁后,会产生桥臂过电流和子模块过电压问题,需尽快识别出故障并投入后续保护。作为实际工程中阀侧连接线的主保护,交流母线差动保护需数十毫秒完成故障检测,速动性差。对此,本文提出了基于MMC交流出口暂态零模电流的接地保护,能够在故障后1ms内完成故障识别并尽快闭锁MMC,限制故障电流的同时也大幅提前了后续保护策略的投入时刻,从而快速清除故障电流以保护子模块二极管和电容。将所提保护作为换流变阀侧接地故障的主保护、阀控过流保护为后备,两种保护相互配合以提高可靠性,避免因单一保护拒动造成IGBT被烧毁。接着,针对现有保护策略难以解决的MMC上桥臂子模块电容过电压严重和故障相下桥臂电流衰减缓慢的问题,本文在MMC的中性母线上安装断路器,提出了依赖所提接地保护判据主动闭锁MMC并断开直流断路器和中性母线断路器的新型换流变阀侧接地故障保护方案,在故障后约4ms使故障电流开始逐渐衰减至零,有效避免了换流器内过电流及子模块电容过电压问题。最后,以新型换流变阀侧接地故障保护方案为前提,本文设计了基于变压器Δ侧中性点电位的单相接地故障的自适应重合闸策略,故障性质辨识判据的可靠性好且几乎不受过渡电阻的影响,有利于提高柔性直流电网的传输效率及供电可靠性。通过在PSCAD/EMTDC中搭建了采用对称双极接线的四端MMC-HVDC电网仿真模型,验证了故障暂态特性分析理论的正确性和所提保护策略的适用性。