基于电网换相的高压直流输电（line-commutated converter-based high voltage direct current,LCC-HVDC）对电压波动十分敏感,容易引起换相失败,换相失败后直流电流激增造成换流阀过热,不利于阀设备的安全运行;换相失败恢复阶段功率波动甚至阀区保护误动导致的直流闭锁,都会对系统产生巨大冲击,危害电网的稳定运行。直流阀区配置了一套相对完备的保护,但交流故障导致直流闭锁的事故时有发生,主要原因是响应换相失败的阀区保护存在失配问题。针对此问题,本文从阀状态入手构建了全新的换相失败检测方案,具体内容如下:针对阀区保护中响应换相失败的保护存在的问题,本文从保护原理和检测性能入手,结合阀状态明确了保护存在失配问题的根本原因。分析表明保护采用平衡电流原理、选取阀区差流为故障特征量,阀区差流的幅值特性与阀状态不匹配是保护存在失配问题的根本原因,因而保护检测性能受交直流运行工况、故障条件等因素的影响具有差异性。针对单纯利用阀区差流的幅值特性无法判别阀状态的问题,本文提出了可以追踪换相过程的最小电流时序特征量。验证表明,特征量在换相时期非零、非换相时期恒为零的特性,实现了对换相过程的追踪;特征量在正常运行时为周期性非连续尖顶波、故障后为非周期性形状各异的尖顶波,利用幅值特性和时序特性的差异可提取阀状态。针对异常阀状态最极端情况换相失败,提出了基于最小电流时序特征量的单阈值换相失败检测方法。利用最小电流时序特征量在换相失败前后幅值特性和时序特性的显著差异,构建了单阈值换相失败检测判据,并分析了合理的阈值选取。通过PSCAD/EMTDC实际直流工程模型验证了检测方法的有效性和正确性,且该检测方法受交直流运行工况、故障因素和控制系统影响小,有良好的鲁棒性。针对单阈值换相失败检测方法存在幅值特性和时序特性阈值设定复杂的问题,同时为后续搭建换相失败保护新原理、设定投旁通对策略定位故障相,提出了分相最小电流时序特征量、用高门槛检测幅值特性和低门槛检测时序特性的优化策略。进而提出了基于分相最小电流时序特征量的双阈值换相失败检测方法,并在PSCAD/EMTDC实际直流工程模型验证了改进检测方法的有效性和灵敏性。本文首先提出了利用阀侧交流电流构造的最小电流时序特征量,实现了对换相过程的追踪和阀状态的提取,解决了阀区差流幅值特性与阀状态不匹配的问题。在此基础上,提出了基于最小电流时序特征量的单阈值换相失败检测方法,对其进一步完善,提出了基于分相最小电流时序特征量的双阈值换相失败检测方法,该方法检测性能受交直流运行工况、故障因素和控制系统影响小,对换相失败能灵敏、快速、可靠检测。部分研究成果的正确性和有效性已经在实际直流工程PSCAD/EMTDC控制保护模型上进行了验证。本文工作得到国家自然科学基金委员会-国家电网公司智能电网联合基金项目（U1766213）、国家自然科学基金（51677073）项目的资助。