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摘要：背靠背直流輸电系统与传统的长距离直流输电系统有所区别，交、直流系统典型故障的分析有助于运行人员及时分析故障原因，从而采取及时有效的措施，提高工作效率。
关键词：典型故障 波形分析 判断
1引言
目前我国背靠背换流站共有三座，分别是灵宝换流站、高岭换流站及黑河换流站。背靠背换流站在一些方面与传统的长距离直流输电工程有所区别，主要表现有：无直流滤波器，无直流线路，无直流断路器等。由此导致控制策略也与传统的直流系统有所区别，如允许直流电压在较大的范围内变化，逆变侧采用定gamma角控制（一般直流工程采用定直流电压控制，逆变侧换流变控制熄弧角），整流侧定电流控制，逆变侧换流变分接头控制阀侧Udio，整流侧换流变分接头控制点火角。由此导致某些故障特点与传统直流工程有所区别。
2典型故障分析
2.1故障量的采集
以高岭换流站为例，直流电流互感器、交流电流互感器、电压互感器的配置如下图所示。OIOB CTO、O11B CTO采集两侧换流变支路电流，CT1、CT2、CT3、CT4为换流变套管CT采集换流变交流侧、阀侧电流，CT5采集换流变交流侧接地点电流，图中红色中的VT1、CT1采集直流电流及电压。
2.2阀短路故障
2.2.1整流侧阀短路故障
整流侧阀短路会造成换流变阀侧出现长时间的两相短路和三相短路，导致阀侧电流在很短的时间内增加到很大，最大能达到额定电流的十多倍，导致阀过热损坏，必须及时闭锁阀。整流侧阀短路是直流系统最严重的一种故障，要求在5ms左右将阀闭锁，控制系统来不及调节。整流侧阀短路的典型特征为：与短路阀相连的换流变阀侧电流出现反向且剧烈增大；其余两相阀侧电流也出现剧烈增大；直流电压下降；直流电流下降；交流侧电压畸变。其典型波形如下图2。从波形图上可以看出，Y桥A相在触发录波前2ms发生故障，前1ms电流达到8702A，阀短路保护检测到故障（IacY-Id>Δ或IacD-Id>Δ，vscp_tri），触发故障点发闭锁指令，最大电流达到16000A左右。实际波形由于有阀短路保护的作用，闭锁了点火脉冲，未出现三相电流均剧烈增加的现象，在两相短路过零点时正常阀关断，故障没有进一步发展。
2.2.2逆变侧阀短路故障
逆变侧阀短路和整流侧阀短路有所不同，由于逆变侧的阀大部分时间承受正向电压，当发生阀短路故障时与逆变侧换相失败故障情况相似，使得在故障初始时期阀短路保护有可能检测不到故障，控制系统参与作用，出现换向失败的特征，部分时间阀侧电流三相均为0，直流电流有所增加，直流电压降低，整流侧点火角增加，逆变侧熄弧角增加，与换相失败不同的是，故障相电流可以穿过0连续变化，在故障的后期出现三相短路，导致电流剧烈增大，达到阀短路保护的判据。如下图3所示最大电流达到6600A，从开始故障到检测到故障之间有20ms，与整流侧阀短路相比时间大大增加，阀侧电流也相对整流侧小。
2.3交流系统扰动换相失败正常运行时，整流侧阀处于承受反向电压的时间较长，一般不会出现由于交流系统扰动导致的换相失败，而逆变侧由于换相完毕后承受反向电压的时间较短，因此逆變侧交流系统扰动容易导致两个换流桥连续换相失败，这是与丢失脉冲时产生的换相失败不同之处。逆变侧换相失败的典型特征有：部分时间阀侧电流三相均为0（交流电流减小），直流电流有所增加，直流电压降低，整流侧点火角增加，逆变侧熄弧角增加。在扰动消失后，调节器自动将直流系统调节至正常运行状态。波形如图4所示。
2.4逆变侧丢失脉冲换相失败逆变侧丢失脉冲波形如图5，主要特征有直流电流上升，在调节器的作用下后出现波动，丢失脉冲的阀对应阀侧电流呈现单方向性，直流电压降低，熄弧角增大。
2.5直流母线接地/对中性线短路
2.5.1平抗前接地
直流母线平抗前接地会导致整流侧带平抗短路，逆变侧连接短路，导致直流电压降为0，整流侧直流电流、阀侧电流上升，点火角增加；逆变侧直流电流迅速减小为0，接地点电流迅速增加很大。
2.5.2平抗后接地
直流母线平抗前接地会导致整流侧短路，逆变侧连接平抗短路，导致直流电压直接下降为0，整流侧直流电流、阀侧电流迅速上升、点火角增加，逆变侧直流电流、阀侧电流迅速减小为0，接地点电流迅速增加很大。如图7所示，从波形上与平抗前接地相比可以看出，平抗前接地由于有平抗作用，直流电压有一个下降过程，逆变侧直流电流直接降为0；而平抗后接地直流电压直接降为0，逆变侧直流电流有一个下降的过程。
2.6交流系统故障
2.6.1单相接地
交流系统单相接地最明显的特征就是故障相电压降为O。交流系统单相接地，故障侧出现换相失败，逆变侧故障时，直流电流上升，直流电压下降，阀三角侧电流出现环流。整流侧故障时，直流电流下降，直流电压下降，整流侧点火角减小至最小限制5度，逆变侧熄弧角增加，进入逆变侧定电流控制。
2.6.2相间短路
相间短路最明显的特征就是有两相电压下降且相同。整流侧发生相间短路时，由于短路相电压相同，导致整流侧有一相长期不能开通，电流一直为0，直流电压下降，直流电流下降，整流侧点火角减小到达最小值5度，逆变侧熄弧角增加，进入逆变侧定电流控制，在调节器的作用下，直流电流、直流电压出现周期性的波动。逆变侧发生相间短路时，逆变侧有一相长期不能开通，电流一致为0，出现换相失败，直流电流上升，直流电压降低。
2.6.3三相接地
交流系统发生三相接地短路的主要特征就是交流电压降为0或很小。如接地出现在整流侧，则直流电流、直流电压和换流变两侧阀侧电流会迅速减小为0；如接地出现在逆变侧，将导致直流电压下降，直流电流上升，同时由于逆变侧不提供换相电压，金属性接地导致故障前导通的阀长时间导通至电流减小为O（非金属性接地时换相时间加长，换相失败）。
2.7最后一台断路器保护动作
最后一台断路器保护配置的主要目的是在逆变侧失去所有电源时为防止出现过电压，在开关断开之前及时将直流系统闭锁。保护主要采集相关保护的动作信号，迅速闭锁直流系统，主要波形与直流系统正常停运基本一致，只是交流侧电压过数个周期后降为0。
3故障分析的重点
3.1接地点电流。接地点电流的大小和方向决定了是否存在接地以及接地点的位置，是判断存在接地的最直接的判断。
3.2阀侧电流与直流电流。比较阀侧电流和直流电流可以较准确判断出故障的性质。
3.3点火角、熄弧角。通过点火角与熄弧角可以分析控制系统参与的调节的特性。
3.4事件记录。通过事件记录可以初步判断是何种保护动作，在根据录波图判断保护是否正确动作。
4结语
当高压直流输电系统发生故障时，除根据事件记录查找保护动作原因及故障原因，更应根据故障录波图所显示的故障特性综合判断，准确、及时查出故障真正原因，缩短故障处理时间，提高直流输电系统可用率。
关键词：典型故障 波形分析 判断
1引言
目前我国背靠背换流站共有三座，分别是灵宝换流站、高岭换流站及黑河换流站。背靠背换流站在一些方面与传统的长距离直流输电工程有所区别，主要表现有：无直流滤波器，无直流线路，无直流断路器等。由此导致控制策略也与传统的直流系统有所区别，如允许直流电压在较大的范围内变化，逆变侧采用定gamma角控制（一般直流工程采用定直流电压控制，逆变侧换流变控制熄弧角），整流侧定电流控制，逆变侧换流变分接头控制阀侧Udio，整流侧换流变分接头控制点火角。由此导致某些故障特点与传统直流工程有所区别。
2典型故障分析
2.1故障量的采集
以高岭换流站为例，直流电流互感器、交流电流互感器、电压互感器的配置如下图所示。OIOB CTO、O11B CTO采集两侧换流变支路电流，CT1、CT2、CT3、CT4为换流变套管CT采集换流变交流侧、阀侧电流，CT5采集换流变交流侧接地点电流，图中红色中的VT1、CT1采集直流电流及电压。
2.2阀短路故障
2.2.1整流侧阀短路故障
整流侧阀短路会造成换流变阀侧出现长时间的两相短路和三相短路，导致阀侧电流在很短的时间内增加到很大，最大能达到额定电流的十多倍，导致阀过热损坏，必须及时闭锁阀。整流侧阀短路是直流系统最严重的一种故障，要求在5ms左右将阀闭锁，控制系统来不及调节。整流侧阀短路的典型特征为：与短路阀相连的换流变阀侧电流出现反向且剧烈增大；其余两相阀侧电流也出现剧烈增大；直流电压下降；直流电流下降；交流侧电压畸变。其典型波形如下图2。从波形图上可以看出，Y桥A相在触发录波前2ms发生故障，前1ms电流达到8702A，阀短路保护检测到故障（IacY-Id>Δ或IacD-Id>Δ，vscp_tri），触发故障点发闭锁指令，最大电流达到16000A左右。实际波形由于有阀短路保护的作用，闭锁了点火脉冲，未出现三相电流均剧烈增加的现象，在两相短路过零点时正常阀关断，故障没有进一步发展。
2.2.2逆变侧阀短路故障
逆变侧阀短路和整流侧阀短路有所不同，由于逆变侧的阀大部分时间承受正向电压，当发生阀短路故障时与逆变侧换相失败故障情况相似，使得在故障初始时期阀短路保护有可能检测不到故障，控制系统参与作用，出现换向失败的特征，部分时间阀侧电流三相均为0，直流电流有所增加，直流电压降低，整流侧点火角增加，逆变侧熄弧角增加，与换相失败不同的是，故障相电流可以穿过0连续变化，在故障的后期出现三相短路，导致电流剧烈增大，达到阀短路保护的判据。如下图3所示最大电流达到6600A，从开始故障到检测到故障之间有20ms，与整流侧阀短路相比时间大大增加，阀侧电流也相对整流侧小。
2.3交流系统扰动换相失败正常运行时，整流侧阀处于承受反向电压的时间较长，一般不会出现由于交流系统扰动导致的换相失败，而逆变侧由于换相完毕后承受反向电压的时间较短，因此逆變侧交流系统扰动容易导致两个换流桥连续换相失败，这是与丢失脉冲时产生的换相失败不同之处。逆变侧换相失败的典型特征有：部分时间阀侧电流三相均为0（交流电流减小），直流电流有所增加，直流电压降低，整流侧点火角增加，逆变侧熄弧角增加。在扰动消失后，调节器自动将直流系统调节至正常运行状态。波形如图4所示。
2.4逆变侧丢失脉冲换相失败逆变侧丢失脉冲波形如图5，主要特征有直流电流上升，在调节器的作用下后出现波动，丢失脉冲的阀对应阀侧电流呈现单方向性，直流电压降低，熄弧角增大。
2.5直流母线接地/对中性线短路
2.5.1平抗前接地
直流母线平抗前接地会导致整流侧带平抗短路，逆变侧连接短路，导致直流电压降为0，整流侧直流电流、阀侧电流上升，点火角增加；逆变侧直流电流迅速减小为0，接地点电流迅速增加很大。
2.5.2平抗后接地
直流母线平抗前接地会导致整流侧短路，逆变侧连接平抗短路，导致直流电压直接下降为0，整流侧直流电流、阀侧电流迅速上升、点火角增加，逆变侧直流电流、阀侧电流迅速减小为0，接地点电流迅速增加很大。如图7所示，从波形上与平抗前接地相比可以看出，平抗前接地由于有平抗作用，直流电压有一个下降过程，逆变侧直流电流直接降为0；而平抗后接地直流电压直接降为0，逆变侧直流电流有一个下降的过程。
2.6交流系统故障
2.6.1单相接地
交流系统单相接地最明显的特征就是故障相电压降为O。交流系统单相接地，故障侧出现换相失败，逆变侧故障时，直流电流上升，直流电压下降，阀三角侧电流出现环流。整流侧故障时，直流电流下降，直流电压下降，整流侧点火角减小至最小限制5度，逆变侧熄弧角增加，进入逆变侧定电流控制。
2.6.2相间短路
相间短路最明显的特征就是有两相电压下降且相同。整流侧发生相间短路时，由于短路相电压相同，导致整流侧有一相长期不能开通，电流一直为0，直流电压下降，直流电流下降，整流侧点火角减小到达最小值5度，逆变侧熄弧角增加，进入逆变侧定电流控制，在调节器的作用下，直流电流、直流电压出现周期性的波动。逆变侧发生相间短路时，逆变侧有一相长期不能开通，电流一致为0，出现换相失败，直流电流上升，直流电压降低。
2.6.3三相接地
交流系统发生三相接地短路的主要特征就是交流电压降为0或很小。如接地出现在整流侧，则直流电流、直流电压和换流变两侧阀侧电流会迅速减小为0；如接地出现在逆变侧，将导致直流电压下降，直流电流上升，同时由于逆变侧不提供换相电压，金属性接地导致故障前导通的阀长时间导通至电流减小为O（非金属性接地时换相时间加长，换相失败）。
2.7最后一台断路器保护动作
最后一台断路器保护配置的主要目的是在逆变侧失去所有电源时为防止出现过电压，在开关断开之前及时将直流系统闭锁。保护主要采集相关保护的动作信号，迅速闭锁直流系统，主要波形与直流系统正常停运基本一致，只是交流侧电压过数个周期后降为0。
3故障分析的重点
3.1接地点电流。接地点电流的大小和方向决定了是否存在接地以及接地点的位置，是判断存在接地的最直接的判断。
3.2阀侧电流与直流电流。比较阀侧电流和直流电流可以较准确判断出故障的性质。
3.3点火角、熄弧角。通过点火角与熄弧角可以分析控制系统参与的调节的特性。
3.4事件记录。通过事件记录可以初步判断是何种保护动作，在根据录波图判断保护是否正确动作。
4结语
当高压直流输电系统发生故障时，除根据事件记录查找保护动作原因及故障原因，更应根据故障录波图所显示的故障特性综合判断，准确、及时查出故障真正原因，缩短故障处理时间，提高直流输电系统可用率。