Fault Characteristics and Protection Scheme for Bipolar Zone of Site-division Cascaded UHVDC Transmission Systems

TANG Jun; ZHANG Qingwu; ZHANG Jianfeng; GAO Zijian

doi:10.7500/AEPS20250915001

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Fault Characteristics and Protection Scheme for Bipolar Zone of Site-division Cascaded UHVDC Transmission Systems

Engineering Application | 更新时间：2026-09-22

- Fault Characteristics and Protection Scheme for Bipolar Zone of Site-division Cascaded UHVDC Transmission Systems
- Automation of Electric Power Systems Vol. 50, Issue 18, Pages: 223-231(2026)
- 作者机构：
  
  1.南京南瑞继保电气有限公司，江苏省南京市 211102
  2.国网电力科学研究院有限公司（南瑞集团有限公司），江苏省南京市 211106
  3.国网经济技术研究院有限公司，北京市 102209
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  State Grid Corporation of China(5500-202426160A-1-1-ZN)
- DOI：10.7500/AEPS20250915001
  CLC：
- Received：15 September 2025，
  
  Revised：2026-03-30，
  
  Online First：01 July 2026，
  
  Published：25 September 2026
- 稿件说明：
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唐俊,张庆武,张建锋等.分址级联特高压直流输电系统双极区故障特征及保护方案[J].电力系统自动化,2026,50(18):223-231.

TANG Jun,ZHANG Qingwu,ZHANG Jianfeng,et al.Fault Characteristics and Protection Scheme for Bipolar Zone of Site-division Cascaded UHVDC Transmission Systems[J].Automation of Electric Power Systems,2026,50(18):223-231.
唐俊,张庆武,张建锋等.分址级联特高压直流输电系统双极区故障特征及保护方案[J].电力系统自动化,2026,50(18):223-231. DOI： 10.7500/AEPS20250915001.

TANG Jun,ZHANG Qingwu,ZHANG Jianfeng,et al.Fault Characteristics and Protection Scheme for Bipolar Zone of Site-division Cascaded UHVDC Transmission Systems[J].Automation of Electric Power Systems,2026,50(18):223-231. DOI： 10.7500/AEPS20250915001.

摘要

分址级联特高压直流输电系统具有独特的运行特性与保护需求。文中介绍了该系统的拓扑结构，提出了分址两个换流站各自配置独立双极区保护的原则及相应的保护判据。在双极运行且两极使用不同站的接地极线路接地的工况下，研究了双极区发生接地故障和站接地过流故障时，双极中性母线差动保护、站接地过流保护等保护在动作后无法隔离故障的问题；提出了根据接地极线路热备用情况，选择执行接地极线路转换或执行一极闭锁、另一极移相重启(站接地过流保护执行双极闭锁)的方案；此外，针对接地极线路单根开路故障，研究了接地极线过负荷保护动作执行极平衡策略后，健全接地极线路仍存在损坏风险的问题，提出了故障极执行功率回降的方案。最后，通过实时数字仿真验证了所提方案的可行性和有效性。

Abstract

The site-division cascaded ultra-high-voltage direct current (UHVDC) transmission system exhibits unique operating characteristics and protection requirements. This paper introduces the topology of the proposed system and proposes the principle of configuring independent bipolar-zone protections for each of the two converter stations

along with corresponding protection criteria. Under the operating condition

in which both poles are in service and each pole is grounded via the electrode lines of different stations

the failure of protections—such as the bipolar neutral-bus differential protection and the station grounding overcurrent protection—to isolate faults after operation is investigated. A scheme is proposed that

depending on the hot-standby status of the electrode lines

selects either electrode‑line switchover or blocking one pole while restarting the other with phase shift (with bipolar blocking applied for the station grounding overcurrent protection). Moreover

for a single open-circuit fault

the issue that the sound electrode line may still be damaged even after pole balancing is activated by the overload protection is studied

and a power runback scheme for the faulty pole is presented. Finally

real-time digital simulation verifies the feasibility and effectiveness of the proposed schemes.

关键词

Keywords

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