柔性直流换流站绝缘配合导则

柔性直流换流站绝缘配合导则

国家标准 GB/T36498一2018 柔性直流换流站绝缘配合导则 co-ordinationoflexibleDc Guidelinesforinsulation c0nverterstation 2018-09-17发布 2019-04-01实施 国家市场监督管理总局 发布 国家标准化管理委员会国家标准
GB/T36498一2018 目 次 前言 范围 2 规范性引用文件 术语和定义 符号和缩略语 典型柔性直流换流站避雷器布置图和相应图形符号 绝缘配合原则 运行中的电压 避雷器的特性和应力 绝缘配合设计程序 1C 换流站空气间隙 爬电距离 16 附录A(资料性附录》士320V厦门对称双极)柔性直流换流站绝缘配合的实例 附录B(资料性附录)士420kV渝哪(对称单极)柔性直流换流站绝缘配合的实例 22 附录c(资料性附录士500kV张北(对称双极)多端柔性直流换流站绝缘配合的实例
GB/36498一2018 前 言 本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草 请注意本文件的某些内容可能涉及专利 本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任 本标准由电器工业协会提出 本标准由全国高电压试验技术和绝缘配合标准化技术委员会(SAC/TC163)归口 本标准起草单位;国网经济技术研究院有限公司、南方电网科学研究院有限责任公司、西安高压电 器研究院有限责任公司、西安西电避雷器有限责任公司、电力科学研究院有限公司武汉分院、国网 陕西省电力公司电力科学研究院、西安交通大学、西安西电电力系统有限公司、重庆大学、新东北电气集 团高压开关设备有限公司,国网湖北省电力公司电力科学研究院、湖南长高高压开关集团股份有限公 司、国网江苏省电力公司电力科学研究院、浙江时通电气制造有限公司、国网辽宁省电力有限公司电力 科学研究院、国网浙江省电力公司,国网山西省电力公司电力科学研究院、计量科学研究院、国网电 力科学研究院武汉南瑞有限贵任公司国网四川省电力公司电力科学研究院、南方电网有限责任公 司超高压输电公司、平高集团有限公司,北京平高清大科技发展有限公司 本标准主要起草人:陈东、赵睁、乐波、赵晓斌、崔东、王亭、危鹏张晋波、何计谋、何慧雯,蒲路 郭请、.戴敏.孙造良.余世峰.刘大鹏、据泽立、王有元、李福成、戴通令,既羚,李俊民,王磊.谢天喜、 盛加满、金鑫、金涌涛、邹国平,杨庆,俞华,王家福,王大兴卢文造、林麟、张帆、唐诚
GB/36498一2018 柔性直流换流站绝缘配合导则 范围 本标准给出了无标准绝缘水平规定的柔性直流换流站绝缘配合的导则 本标准仅适用于电力系统中的柔性直流换流站部分 本标准不适用于工业用的换流设备和常规直流输电工程换流站 所给定的原理及规则仅适用绝缘配合目的,不涉及对人身安全的要求 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的 凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文 件 凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 GB/T31l.1一2012绝缘配合第1部分;定义、原则和规则 GB/T311.22013绝缘配合第2部分:使用导则 GB/T31l.32017绝缘配合第3部分;高压直流换流站绝缘配合程序 GB/T2900,82009 电工术语绝缘子 GB/T110322010交流无间隙金属氧化物避雷器 13498一2017高压直流输电术语 GB/T16927.1一2011高电压试验技术第1部分;一般定义及试验要求 GB/T22389高压直流换流站无间隙金属氧化物避雷器导则 GB/T50064一2014交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范 IEC60099-9避雷器第9部分;高压直流(HVDC)变流站用无间隙金属氧化物避雷器(Surge Part9;MetaloxidesurgearresterswithoutgapsforHVDCconverterstations) arresterS 术语和定义 GB/T311.12012、GB/T311.32017、GB/T22389、GB/T2900.82009、GB/T110322010 GB/T13498一2017、IEC60099-9界定的以及下列术语和定义适用于本文件 为了便于使用以下重复 列出了GB/T311.1一2012、GB/T2900.8一2009和GB/Tl10322010中的某些术语和定义 3.1 绝缘配合insulationcordinationm 考虑所采用的过电压保护措施后,决定设备上可能的作用电压,并根据设备的绝缘特性及可能影响 绝缘特性的因素,从安全运行和技术经济合理性两方面确定设备的绝缘强度 [GB/T311.1一2012,定义4.1] 3.2 ld.e volta 标称直流电压 nOminaa tage 标称电流下传输标称功率所要求的直流电压平均值
GB/T36498一2018 3.3 代表性过电压 representative0vervoltage U 对绝缘电介质效应等同于系统在运行时由于不同原因产生的某一给定类型的过电压 注1在本标准中，一般的代表性过电压都是通过假定或实测的最大值来表征 注2:改写GB/T31l.1一2012,定义4.19 3.4 配合耐受电压co-ordinationwithstandvotage U 在实际运行条件下,对每种类型电压,绝缘结构满足性能指标的耐受电压值 [GB/T311.12012,定义4.24们 3.5 rreguiredwithstandvoltage 要求耐受电压 U 在标准耐受试验中,绝缘必须耐受的试验电压以保证绝缘在实际运行条件下和整个寿命期间内承 受给定种类过电压时仍能满足性能指标 要求耐受电压具有配合耐受电压的波形,并且规定用按照所 选择全部标准耐受试验条件来检验要求耐受电压 [GB/T311.1一2012,定义4.27] 3.6 withstand 规定耐受电压speeifed voltage U 经过适当选择的高于或等于要求耐受电压的试验电压 注1，对于交流设备,GB/T311.12012规定了标准耐受电压值 对于高压直流设备,没有规定标准的耐受电压 值,而是向上调整到方便的可行值 注2设备耐受试验的标准波形及试验程序在GB/T16927.1一2011和GB/T311.1一2012中规定,但对一些直流设 备(如晶闸管阀,为了能够更为真实的反映实际运行情况,其标准冲击波形可以修正， 3.6.1 操作冲击耐受电压 switehingimpulsewithstandvoltage;SIWV 标准操作冲击波形的绝缘耐受电压 3.6.2 雷电冲击耐受电压lightningimpulsewithstandvoltage;LIWV 标准雷电冲击波形的绝缘耐受电压 3.7 避雷器的持续运行电压contimousoperatingvoltageofanarrester U 允许持久地施加在避雷器端子间的工频电压有效值 [GB/T11032一2010,定义3.9] 3.8 荷电率chargeability 表征避雷器的电压负荷程度的一个参数,定义为CCOV的电压峰值与参考电压的比值 3.9 避雷器的残压residualvoltageofanarrester 放电电流通过避雷器时,其端子间的最大电压峰值
GB/36498一2018 [GB/T1l032一2010,定义3.36] 3.10 避雷器保护水平proteetive levelsofanarrester 对于每一种类型的电压下,避雷器放电电流等于配合电流时避雷器的残压 注:3.10.l3.10.3定义适用高压直流换流站设备 3.10.1 操作冲击保护水平switehingimpulseproteetivelevel;SIPL 当避雷器通过操作冲击配合电流时,出现在避雷器上的残压 3.10.2 雷电冲击保护水平lightningimpulseproteetivelevel;LPL 当避雷器通过雷电冲击配合电流时,出现在避雷器上的残压 3.10.3 陡波前冲击保护水平steep-frontimpulseproteetiveleve ve;SIPL. 当避雷器通过陡波前冲击配合电流时,出现在避雷器上的残压 3.11 直接保护的设备direetlyproteetelequipment 与避雷器直接并联的设备,它们之间的距离可以忽略,且任何代表性过电压等于相应的避雷器的保 护水平 3.12 爬电距离 repagedistance CrE 在绝缘子正常施加运行电压的导电部件之间沿其表面的最短距离或最短距离之和 注1:水泥或其他非绝缘的胶合材料表面不能计人爬电距离 注2:若在绝缘子的绝缘件上施有高阻层,该绝缘件视为有效绝缘表面,其表面距离计人爬电距离 [[GB/T2900.8一2009,定义471-01-04] 3.13 电压源换流器阀可控电压源型voltagesureecoverter(sC)valve 完整的可控电压源装置,通常连接于一个交流端子和一个直流端子之间 符号和缩略语 4.1概述 仅涵盖了最为常用的符号和缩略语,在柔性直流换流站及绝缘配合中采用的更完整的符号,详见规 范性引用文件(第2章) 4.2符号 下列符号适用于本文件 K :;配合因数 K;确定性配合因数 U.:;避雷器的持续运行电压 U,:交流系统的最高电压 Um;代表性过电压 Uw;配合耐受电压 U ;规定耐受电压
GB/T36498一2018 U.:直流参考电压 U;考虑控制偏差和测量偏差的最大直流电压 a:标准偏差 4.3缩略语 下列缩略语适用于本文件 cCcOV:峰值持续运行电压(CrestvalueofContinuous operatingvolage) VSC:电压源换流器(VoltageSourcedConverter p.u.;标么值(perunib) 典型柔性直流换流站避雷器布置图和相应图形符号 图1,图2分别给出了典型的对称双极和对称单极柔性直流换流站的单线图 图1和图2涵盖了 可能布置的避雷器 图1,图2中涉及的符号说明见表1 根据具体工程,可适当删减或增加某种类型 的避雷器 DB AR LV AR 曰 NBS CBN1 cN2 ELEM 接至另一极 说明: LV 交流侧避雷器 桥臂电抗阀侧避雷器; 连接变压器阀侧避雷器 AV DB 直流极母线避雷器 AR DL 桥臂电抗端子间避雷器 直流线路避雷器; EL./EM 接地极线路/金属回线避雷器; CBN1、,CBN2、E 中性母线避雷器; 中性母线开关 V0 -连接变压器网侧中性点避雷器; NBS 图1采用对称双极柔性直流换流站典型的避雷器布置
GB/36498一2018 o NV 日 DB AR LV AR 界 D1 DB 说明 A 交流侧避雷器; 1V -桥臂电抗阀侧避雷器; DB AV -连接变压器阀侧避雷器 直流极母线避雷器 AR 桥臂电抗端子间避雷器 DL. -直流线路避雷器 NV 连接变压器阀侧中性点避雷器 图2采用对称单极柔性直流换流站典型的避雷器布置 表1符号说明 符号 说明 VSC换流阀组(换流单元 避雷器 电抗器 电阻器 双绕组连接变压器 接地 绝缘配合原则 6.1概述 绝缘配合的基本目标是: 确定系统中不同设备实际可能承受的最大稳态、暂时和瞬态过电压水平; b选择设备的绝缘强度和特性,包括过电压保护装置的特性,以保证设备在上述过电压下能够安 全、经济和可靠的运行 换流站过电压保护装置主要为无间隙金属氧化物避雷器
GB/T36498一2018 6.2绝缘配合程序 柔性直流换流站绝缘配合方法一般有以下步骤: a 选择直流回路结构,比如选择对称双极或对称单极接线方式 5 根据所选择的直流回路的结构布置避雷器; 计算分析换流站交流系统和直流系统各种过电压及其交直流系统相互影响,确定不同的代表 性过电压及避雷器保护水平、配合电流和能量; d 通过对设备的绝缘水平与避雷器的参数反复调整,优化绝缘配合设计 6.3避雷器的配置原则 在考虑避雷器保护时,交流侧连接变压器网侧)的过电压应由装在交流侧的避雷器保护,连接变压 器阀侧和电压源换流器阀直流侧的过电压应由连接变压器阀侧和电压源换流器阀直流侧的避雷器单独 或组合加以限制 换流设备的关键部件应由与该部件紧密相连的避雷器直接保护 直流电抗器线路侧的设备由直流极线DL避青器保护;阀顶区域故障由极母线DB避雷器保护;换 流阀与桥臂电抗间电气点及相关设备由LV避雷器保护;连接变压器阀侧相连设备由AV避雷器保护 运行中的电压 柔性直流换流站不同位置上的持续运行电压不一定是单纯的基频电压,而是直流电压,基波电压或 谐波电压的叠加,不同位置的持续运行电压波形不同 图3所示为对称双极柔性直流换流单元不同位置避雷器端间)的稳态运行电压的典型波形 有关 对称双极柔性直流换流站绝缘配合的实例参见附录A 图4所示为对称单极柔性直流换流单元不同位 置(避雷器端间)的稳态运行电压的典型波形,包括交流母线(A避雷器)、变压器阀侧(AV避雷器),桥 臂电抗器阀侧(LV避雷器,阀端间、桥臂电抗器端间(AR避雷器)以及极母线(DB避雷器)位置的典型 波形,其中横轴表示时间,选取的时间长度均为20ms 有关对称单极柔性直流换流站绝缘配合的实例 参见附录B AR DB -阀端间 图3某土320kV对称双极柔性直流换流站各点的稳态运行电压的典型波形
GB/36498一2018 L 一AV 3o 猫 o -AR -DB -阀端间 图4某土420kV对称单极柔性直流换流站各点的稳态运行电压的典型波形 A避雷器为交流避雷器,电压波形为工频交流电压 AV、IV避雷器处的持续运行电压,对于对称双极系统来说为直流电压,基频交流电压和谐波电压 的叠加,此时一般选用直流避雷器;对于对称单极系统来说为基频交流电压和谐波电压的叠加,不含直 流偏置,和常规交流避雷器没有区别 DB(DL)避雷器处的持续运行电压基本为纯直流电压,谐波含量很小,可以忽略不计 AR避雷器为基频交流电压和谐波电压的叠加,一般选择常规交流避雷器 E/EL/EM/CBN1/CBN2避雷器一般布置在对称双极系统中,承受一定的直流电压,谐波含量 较小 对于NV避雷器，一般布置在对称单极系统连接变压器阀侧中性点,持续运行电压可忽略不计 v0避雷器为连接变压器网侧中性点避雷器,持续运行电压可忽略不计 避雷器的特性和应力 8.1避雷器特性 避雷器的实际布置取决于柔性直流换流站的结构和直流系统回路的形式 应从设备运行的可靠 性,过电压耐受能力和相应的绝缘配置成本来综合评价设备过电压保护是否合适 通过选择特性相匹配的金属氧化物避雷器电阻片以下简称电阻片)并联可以提高避雷器吸收能量 能力 可以单只避雷器元件内部并联多柱电阻片,也可以采用外部并联多只避雷器元件 需要降低避 雷器保护水平时,也可采用避雷器电阻片多柱并联方式 避雷器的电流I随电压U变化的关系式见式(I). 1=k×U" 式中 常数; -非线性系数,与材料配方和取的电流范围有关 在避雷器工作段范围内,氧化锌电阻片的非 线性系数较高,典型值范围是25一50 避雷器的保护特性是由避雷器通过不同类型的冲击电流下的残压给定的,冲击电流波包括运行中 出现的最大的陡波、雷电和操作冲击电流 定义避雷器保护水平的标准电流波形是:雷电冲击保护水平
GB/T36498一2018 LPl)为8从、/0,操作冲击保护水平(sPl)为30从/60s(见GB/TI082一20),陡波冲击保 护水平常用波前时间1!s的冲击电流来确定 由于避雷器有较高的非线性系数,不同的代表性电流会 导致不同的电压波形 配合电流依据避雷器的安装位置和不同类型的电流波形有不同的选择,并在最 终的设计阶段详细研究确定 通常换流站连接变压器网侧避雷器和连接变压器阀侧避雷器(对称单极)额定电压和最大持续运行 电压的选择与交流系统相同,但在某些情况下需要考虑避雷器安装点持续运行电压波形中谐波分量的 影响 避雷器额定电压是施加到避雷器端子间的最大允许工频电压有效值,按照此电压所设计的避雷 器,能在所规定的动作负载试验中正确工作 最大持续运行电压是运行特性的表征参数 对于柔性直流换流站的连接变压器阀侧避雷器(对称双极)和电压源换流器阀直流侧避雷器,持续 运行电压不同于交流系统避雷器,因为在连接变压器阀侧对称双极)持续出现在避雷器两端电压的波 形是在直流分量上叠加基频交流和谐波分量,在电压源换流器阀直流侧持续出现在避雷器两端电压的 波形是在直流分量上叠加谐波分量 避雷器的持续电压用峰值持续运行电压(CCOV)来规定 针对上 述工况,避雷器的相关试验见GB/22389 对避雷器的能量要求,应结合工程实际考虑波形、幅值、持 续时间及放电次数等多种因素 8.2避雷器规范 8.2.1避雷器参数的选择原则 避雷器参数的选择一般遵循下列原则 aa 交流避雷器的持续运行电压考虑系统最大交流电压叠加系统可能出线的最大谐波电压值 直流避雷器的持续运行电压要考虑严酷工况下的直流运行电压叠加基频交流和谐波,避免因 b 避雷器持续吸收能量,加速老化,降低可靠性 交流避雷器的额定电压U，和直流避雷器的参考电压U.的选择需综合考虑荷电率,CcOV,暂 时过电压、雷电冲击和操作冲击保护水平以及避雷器的能量等因素优化选择 d 配合电流和能量的选取需要考虑各种故障情况下的避雷器电流和能量的仿真结果 8.2.2直流侧避雷器的参考电压(U.)的选择 工程中连接变压器阀侧对称双极)和电压源换流器阀直流侧避雷器的直流参考电压U.定义为电 阻片直流参考电流下的电压 具体选择参考电压对应的参考电流可与电阻片单位面积电流密度相关， 参考电流的取值范围见GB/T11032一2010,并要求制造厂给出参考电流下的最小Uad 直流避雷器的 荷电率高,电阻片数量少,残压降低,保护水平低,但泄漏电流增大,有功损耗增加,易老化，缩短了避雷 器的使用寿命 反之,荷电率低,残压高,保护水平高,损耗小,寿命长 在确定了各类型避雷器的U 后,可基本确定其相应的保护水平 荷电率的大小取决于氧化锌电阻片的特性,诸如伏安特性曲线的非 线性系数、在直流电压上叠加谐波电压下的有功损耗大小、长期工作的老化特性、过电压下允许的泄放 能量、安装位置(户内或户外)的温度和污秽的影响以及散热特性 综合考虑设备的可靠性和经济性,对称单极柔性直流系统中,LV,DB/DL避雷器的荷电率不宜超 过0.7,对于AV避雷器可见8.3.3.2;而对于对称双极柔性直流系统,AV、Lv、DB/DL避雷器的荷电率 不宜超过0.85 这主要是由两种接线方式柔性直流系统的运行特性决定,在换流站附近发生极线接地 故障情况下,对称单极系统要比对称双极系统产生的过电压高,推荐对称单极柔性直流系统中的直流避 雷器选取较低的荷电率 另外.在对称双极柔性直流系统中,考虑AV,LV避雷器存在的较大交流成 分,可能导致避雷器电压分布不均匀性问题,LV和AV避雷器的荷电率一般要比DB/DL 避雷器稍低
GB/36498一2018 8.2.3直流侧避雷器的配合电流 配合电流值通过系统过电压研究计算确定 研究需考虑各类型避雷器吸收的能量、单台避雷器内 部需并联柱数和单台避雷器放电电流峰值,该值与其外部并联的避雷器数量相关 配合电流对应的残 压确定了受该避雷器直接(紧靠的)保护设备上的代表性过电压 该研究过程是在避雷器布置和参数选 择与受其直接保护设备的要求耐受电压之间反复计算调整,寻找最优平衡点 最终结果是优选出配合 电流 对应配合电流的操作、雷电和陡波冲击电流的标准波形的定义见GB/T11032一2010,可用于避雷 器的试验和确定保护水平 对于可能遭受直击雷的柔性直流换流站设备,确定避雷器雷电冲击配合电流应考虑换流站避雷线 和避雷针以及针线联合的屏蔽设计 配合电流的选择见GB/T311.32017 8.2.4直流侧避雷器能量参数 直流侧避雷器的能量与换流站故障类型及持续时间、控制和保护的响应速度及延迟时间密切相关 不同的过电压事件下避雷器放电电流的持续时间会有所变化 在规定避雷器的能量时,应考虑放电电 流的幅值及其持续时间,包括因相关故障,操作或保护动作顺序而导致避雷器重复动作 连续几个基波 周期的重复冲击放电电流可视为单次放电该单次放电的能量和持续时间等于实际重复放电电流和时 间的累积 从热稳定观点看,重复的冲击电流按照较长的电流持续时间来考虑,当确定等效能量时,还 应考虑持续时间小于200!s的电流脉冲会降低避雷器能量耐受能力 可选择特性相匹配的金属氧化物避雷器并联,满足避雷器单次允许能量要求和降低避雷器的残压 并联方式可采用一个避雷器外套内部多柱电阻片并联或外部多只避雷器元件并联 应考虑多柱并联避 雷器的电阻片柱或多只并联避雷器之间放电电流分配的不均匀性,尤其是动态均流特性以及单柱电阻 片沿面耐受电压变化梯度的能力 提高避雷器的参考电压(U.)可以降低避雷器的比能量(kJ/AkV)要求 在规定避雷器吸收能量时,应对系统研究计算出的能量值考虑一个合理的安全因数 这个安全因 数的取值范围为0% -20%,该因数取决于计算输人数据的容差,所用模型及商F已研究的决定赴借器 能量事件出现的概率 8.3避雷器应力 8.3.1概述 对称双极和对称单极柔性直流系统各避雷器的保护范围及特点见表2和表3 避雷器布置的基本原则: 连接变压器网侧产生的过电压,应由连接变压器网侧避雷器(A,V0)来限制 主要由交流线路 侧避雷器,交流母线避雷器,连接变压器避雷器限制;母线是否装避雷器由雷电侵人波过电压 计算确定 b)连接变压器阀侧和电压源换流器阀直流侧产生的过电压,同样应由直流母线、直流线路避雷器 DB和DL.).连接变压器阀侧难雷器(AV),连接变压器阀侧中性点避雷器(NV)桥臂电抗器 阀侧避雷器[LV、桥臂电抗器间避雷器(AR)和中性母线避雷器(E/EL/EM/CBN/CBN2)]来 限制
GB/T36498一2018 表2对称双极避雷器保护范围及特点 保护范围及特点 位置 保护避雷器 交流母线避雷器保护连接变压器网侧,避雷器的安装紧靠连接变压器 按照交 交流母线 流避雷器配置原则配置 AV 避雷器保护连接变压器阀侧 AV避雷器的能量要求和操作冲击保护水平 连接变压器阀侧 需要综合考虑交流系统,连接变压器阀侧、桥臂电抗器阀侧两相短路以及电压 AV 源换流器阀直流侧障引起的操作冲击 i桥臂电抗器之间的电气点及相关设备 山器主要保护电压源换流器阀与 该避雷 桥臂电抗器阀侧 LV 主要考虑操作冲击,需要考虑的故障包括其他桥臂故障,对极桥臂故障、桥臂电 阀顶故障以及连接必压器阀侧故障对该点的冲击 直流电抗器线路侧开关场设备由直流极线避雷器保护 过电压较严重的工况 是由直流线路侵人的雷电或因直流场屏蔽失效的雷击,后者的雷击电流由于在 直流电抗阀侧/直流 DB/DL. 直流极线设备上空有适当的屏蔽系统而限制到非常小,对户内直流场则为零 极线 因另一极接地故障,桥臂电抗器阀侧三相故障或接地短路故障,在直流线路上 会产生操作过电压 CBN 阀厅内中性线 防止雷击进人阀厅 连接变压器阀侧、桥臂电抗器与连接变压器间或极线接地故障时,CBN2上有较 阀厅外中性线 CBN2 大的操作过电压 用于吸收雷电和操作负载 由于金属回线运行方式下有较长的返回线路,所以 接地极线金属回 E/EL/EM 在连接变压器阀侧桥臂电抗器与连接变压器间或极线接地故障时,不接地站 线 中性母线有较高的操作过电压 AR避雷器的能量要求和操作冲击保护水平需要综合考虑极线或桥臂发生各种 桥臂电抗器端间 AR 故障引起的操作冲击 连接变压器网侧中 v0 110kV及以上连接变压器网侧中性点一般直接接地,V0避雷器一般没有负载 性点 表3对称单极避雷器保护范围及特点 保护避雷器 保护范围及特点 位置 同对称双极 交流母线 AV 连接变压器阀侧 同对称双极 阀底 LV 同对称双极 直流电抗线路侧 DB/D儿 同对称双极 桥臂电抗器端间 AR 同对称双极 该避雷器主要用于保护连接变压器阀侧中性点,正常情况下电压为零,极线、桥 连接变压器阀侧中 NV 性点 臂电抗器与连接变压器间的接地故障会在NV避雷器上产生较大的操作冲击 在多端柔性直流电网工程中,如果将接地站的直流电压确定为额定直流电压,这样随着连接端数的 增加,其他站的最大直流运行电压将大于工程标称直流电压,在极线避雷器、桥臂避雷器和连接变压器 阀侧避雷器设计时要重点考虑实际运行电压升高对避雷器设计带来的影响 有关多端柔性直流换流站 绝缘配合的实例参见附录c 10
GB/36498一2018 8.3.2交流侧避雷器(A) 柔性直流换流站交流侧是由连接变压器网侧A型避雷器以及与换流站布置有关的其他位置的A 避雷器提供保护 GB/T50064一2014规定220kV750kV交流系统在满足线路断路器变电站侧和 线路侧工频过电压不超过1.3p.u.和1.4p.u.(持续时间不大于0.5s)时,变电站侧和线路侧A避雷器的 额定电压宜按0.75U,选取 为降低连接变压器阀侧和电压源换流器阀直流侧的操作过电压水平,基于 避雷器具有良好的工频电压时间耐受特性,换流站站控系统有控制工频过电压的策略,换流站A避雷 器的额定电压可以选择比0.75U.低 避雷器参数的选择应考虑接地故障清除后交流电压恢复等最苛刻工况,包括变压器饱和过电压和 甩负荷过电压,以及断路器分闸时断口重击穿的过电压 若存在高幅值和长持续时间的饱和过电压时,应选择大能量的避雷器 应注意A避雷器与换流站或其附近变电站已有的交流避雷器之间的配合 需根据雷电侵人波过 电压计算确定交流母线是否装避雷器 如果用避雷器限制暂时过电压,尤其是弱交流系统甩负荷并可能发生低次谐振过电压时,避雷器可 能会吸收高能量,因而需要多柱电阻片柱或多只避雷器并联 对于交直流紧密耦合系统应考虑各换流站交流避雷器额定电压、保护水平和相应配合电流相互配 合,使它们各自适当地分担过电压下的能量 8.3.3桥臂电抗器避雷器(LV)和连接变压器阀侧避雷器(AV) 8.3.3.1LV避雷器 在对称双极系统中,LV避雷器一般按照直流避雷器选择,根据柔性直流系统的运行原理，LV避雷 器的最高运行电压可以达到工程的额定直流运行电压,其ccov一般按照最高直流运行电压取值 在对称单极系统中,LV避雷器按照交流避雷器选择,在稳态工况下其承受的运行电压为基频交流 电压叠加一定的谐波 根据柔性直流系统的运行原理,交流波形的峰值可达到工程的最大直流运行电 压U,所以其U 一般取值U厄 LV避雷器承受的操作过电压需要综合考虑桥臂电抗器阀侧两相短路故障或单相短路故障,以及 直流极线站内接地等工况等 8.3.3.2AV避雷器 在对称双极系统中,AV避雷器一般按照直流避雷器选择 稳态运行工况下,除了要承受半个极线 直流电压(U/2)外,还要承受由变压器网侧传递过来的交流电压,交流电压有效值一般在网侧A避雷 器U 的基础上,通过变压器的变比(考虑最负分接)得到 AV避雷器的峰值一般按照直流电压加上计 算得到的交流电压的峰值考虑 在设备经济性允许的条件下,为了保证工程更加可靠的运行,AV避雷 器的CCOV也可以与LV避雷器选择一致 在对称单极系统中,AV避雷器的选择原则与A避雷器相似,只是AV避雷器可能为非标准避雷 器 AV避雷器的CCOV一般在网侧A避雷器CcOV的基础上,通过变压器的变比(考虑最负分接 得到 AV避雷器承受的操作过电压需要综合考虑桥臂电抗器阀侧两相短路故障和直流极线站内接地等 工况,对于对称双极系统还需考虑桥臂电抗器阀侧单相接地故障等 8.3.4阀顶(DB)和直流线路(直流电缆)避雷器(DL 阀顶避雷器DB用于保护连接到直流极母线的设备 通常,要考虑雷电侵人波过电压下DB避雷 11
GB/T36498一2018 器保护距离,应根据雷电侵人波过电压计算结果使得安装在直流极母线不同位置的重点设备得到充分 的保护,可安装多只DB避雷器 线路(电缆人口处安装的避雷器被视为直流线路(直流电缆)避雷 器DL DB和DL避雷器的CCOV是叠加少量纹波的直流电压,电压的幅值取决于两端换流器的控制系 统 选择避雷器的荷电率较低更合理 DB和DL 避雷器主要限制雷电侵人波过电压 对于对称双极系统来说,DB和DL 避雷器的操作 过电压主要考虑在双极架空线运行中发生单极接地故障时在健全直流极线将产生的操作波类型的感应 过电压、上桥臂阀侧三相短路等;对于对称单极系统来说,DB和DL避雷器的操作过电压主要考虑桥臂 电抗器单相接地或对极接地故障等 8.3.5中性母线避雷器(E/EL/EM/CBN1/CBN2) 对称双极柔性直流系统在双极完全平衡运行方式下时,送端站和受端的E/EL/EM/CBN1/CBN2 避击器Cco儿乎可以忽略 然而,不接地的送端站在单极金属回线运行时,金属回线线路流过的直 流电流产生的直流偏置电压导致E/EL/EM/CBNI/CBN2避雷器的CCOV幅值增加,而受端站采用站 内接地网接地或经接地极线路接地时E/EL/EM/CBN1/CBN2避雷器的CCOV接近于零值 在双极和单极金属回线方式下,桥臂电抗器两端分别发生单相接地故障或直流极线发生接地故障 期间,阀侧交流电压与其阀侧所连接的换流器直流电压串联,由连接变压器漏抗、桥臂电抗器电抗、限流 电抗和金属线路波阻抗分压加在相应的避雷器上 对于加人了直流断路器的柔性直流工程,因目前的直流断路器开断能力有限,这使得在中性线避雷 器配置时需重点考虑这一因素所带来的的影响 在以往一些柔性直流或常规直流工程中,中性线避雷 器选择的参考电压较低,这样在桥臂或极线位置发生接地故障时会在直流回路和中性线避雷器中通过 很大的故障电流,如果此电流超过断路器开断电流水平,将导致直流断路器无法切除故障;中性线避雷 器选择的参考电压较高的话,也会带来中性线区域设备造价的提高 随着柔性直流电压和电流水平的 不断提升,中性线避雷器配置问题将变得更加突出 中性线避雷器的参数需要根据系统的暂态电流仿 真结果,断路器开断能力、设备造价等因素综合考虑进行反复校核和调整,以满足工程需要 8.3.6直流断路器避雷器 对于直流断路器用避雷器,在正常运行情况下,其两端的实际电压为零 避雷器承受的操作过电压 -般由拉直流断路器、极线出口对金属回线短路故障(对称双极)或双极线路出口短路故障(对称单极) 决定,与工程的电压等级、输送容量和避雷器参数选取关系很大,具体由直流断路器制造单位结合实际 制造能力确定 8.3.7NV避雷器 NV避雷器一般布置在对称单极系统变压器的阀侧中性点 由于变压器中性点配置了比较大的电 阻,在极线接地故障下为了控制变压器中性点的绝缘水平,故配置NV避雷器 NV避雷器在稳态运行工况下运行电压很低,，一般不对其CCOV做具体要求 其具体的操作保护 水平,一般在综合考虑连接变压器、中性点接地电阻,避雷器等设备经济性的条件下,通过过电压仿真优 化配置 8.4避雷器雷电保护水平 避雷器的雷电保护水平一般由换流站内避雷针,避雷线和针线联合的屏蔽设计确定 12
GB/36498一2018 绝缘配合设计程序 g.1概述 交流和直流系统之间的主要差别导致交流和直流系统绝缘配合之间存有差异,本章给出了柔性直 流绝缘配合设计程序 第一个设计目标就是根据系统设计资料确定避雷器安装位置 第二个设计目标是提出避雷器的要 求并进行设计与研究 主要目的是确定换流站设备的规定耐受电压,以达到预期的可靠性指标 g.2避雷器要求 表4给出了柔性直流换流站的各类型避雷器,例如图1、图2中的各类型避雷器在绝缘配合设计中 提出的要求 表中的避雷器类型和所列的单个项目应清楚地标识出来 表4避雷器要求 持续运行电压 荷电率 在相应于配合电流下的避雷器保护水平 能量吸收 避雷器能量 CCOV Ul SIPL lIP 避雷器的类型 Ccov/U. kV kV kA kV kA M kV 幅值) 峰值 峰值 峰值 峰值 额定电压 要求 不适用 要求 要求 要求 要求 要求 AVLV(对称双极 要求 要求 要求 要求 要求 要求 要求 要求 要求 AV/LV对称单极额定电压 要求 不适用 要求 要求 要求 要求 DB/DL 要求 要求 要求 要求 要求 要求 要求 要求 CBN1/CBN2/E 要求 要求 要求 要求 要求 要求 要求 要求 要求 要求 要求 要求 要求 要求 EL/EM 要求 要求 AR 要求 不适用 要求 要求 要求 要求 要求 额定电压 NV 额定电压 要求 不适用 要求 要求 要求 要求 要求 Vo 额定电压 要求 不适用 要求 要求 要求 要求 要求 9.3绝缘特性 柔性直流换流站如同交流变电站也有两种类型绝缘:自恢复绝缘和非自恢复绝缘 而气体绝缘可 纳人这两种绝缘类型中 直流设备考虑直流、交流和冲击电压共同作用下的绝缘特性 单个类型的绝 缘特性不包含在本标准的范围内 9.4代表性过电压(U, 如GB/T311.1一2012中的定义代表性过电压等于每种类型过电压中的最大过电压 代表性过电 压定义适用于交流和直流系统,但该定义在直流系统绝缘配合中的应用比较特别,认为受避雷器直接保 护设备上的代表性过电压等于该避雷器的保护水平 在进行相关故障计算分析后,确定换流站设备关键绝缘节点和绝缘上的代表性过电压类型和峰值 以及对应的绝缘水平 当过电压类型确定后,选择代表性过电压的峰值,考虑过电压持续时间和波形进 13
GB/T36498一2018 行调整 这种调整也可在避雷器保护水平使用配合因数时进行 9.5绝缘水平的确定方法 GB/T311.1一2012推荐的绝缘配合程序中使用的绝缘配合因数(K.)乘以代表性过电压U带计算 配合耐受电压(U.),即U.=K.xU,见GB/T311.1一2012的4.3). 对于直流侧设备采用确定性法计算配合耐受电压(见GB/T311.22013的3.3),用确定性配合因 数Ka(见GB/T311.2一2013的3.3.2.1)代替K Ka考虑了以下因素: 在建模计算过电压输人数据和模型的误差;避雷器严重的非线性特性带来的配合电流误差; a b) 过电压波形和持续时间与标准冲击试验波形之间的差异 对于直流应用,如果计算出的U,是所考虑的全部能够出现的且合理的故障事件中的最大值,则认 为U.等于Um 对于高压直流设备,其绝缘水平一般等于要求耐受电压向上调整到方便的可行值 设备配合耐受电压的最小绝缘配合因数不小于表5中的值 表5最小绝缘配合因数 过电压类型 油绝缘(线侧 油绝缘阀侧 空气绝缘 1.,25 陡波 1.25 1.25 雷击 1.25 1.20 1.20 操作 1.,20 1.15 1.15 g.6设备的保护水平及绝缘水平 直流设备如同交流设备,其绝缘按GB/T311.l一2012分为自恢复和非自恢复绝缘设备 柔性直 流工程的绝缘配合需确定连接变压器网侧连接变压器阀侧、连接变压器网侧或阀侧中性点、连接变压 器阀侧相间、桥臂电抗器阀侧、桥臂电抗器阀侧相间、桥臂电抗器端间、电压源换流器阀端间、直流极线 侧、直流正负极母线间或极母线与中性母线间等的操作和雷电保护水平,同时见表5中的绝缘配合因 数 获得相应的操作和雷电绝缘水平 连接变压器阀侧绕组sIw/LIwV的比值 9.7 当不考虑连接变压器阀侧雷电侵人波过电压时,可根据连接变压器厂家制造和运行经验来确定连 接变压器阀侧SIwV/LIwV的比值，一般为0.830.97 根据国内外连接变压器和交流变压器运行经 验,较高的比值可能会导致连接变压器故障率增加,同时降低连接变压器SIwV/LIwV的比值也会带 来制造困难和成本的增加 根据综合考虑确定的LIwV选择保护避雷器的雷电冲击保护水平和配合 电流 10换流站空气间隙 10.1设备对地或两端的空气间隙 GB/T311.1一2012中详细地给出了如何选择交流系统要求的空气间隙,以满足标准的冲击耐受 电压 选择直流要求的最小空气间隙时要考虑交流、直流和冲击电压的联合作用情况 一般情况下,空气 间隙的正极性直流和正极性冲击耐受电压要比负极性耐受电压低 直流电压叠加操作冲击电压下的空 14
GB/36498一2018 气间隙放电试验可以用单一操作冲击波试验代替,单一操作冲击波的幅值等于直流电压与操作冲击电 压峰值的和 确定空气间隙大小的因素中,操作比雷电重要 对于一个标准的空气间隙,正的雷电冲击击穿电压 至少要比正的操作冲击击穿电压高30% 选择合适的电极形状可提高操作冲击耐受电压,减小要求的 最小空气间隙 直流系统的空气间隙选择是基于设备规定的冲击耐受电压,该电压为避雷器保护水平乘以合适的 裕度系数得到,而无需向上靠一个标准绝缘水平 计算临界(50%)耐受电压(U.)选择户外空气净距时,可按照式(2),并至少考虑2a: U Us0= 2o 式中: U -相应冲击电压波形下的50%的闪络电压,单位为千伏(kV); U -规定的冲击耐受电压,单位为千伏(kV); 标准偏差 然后,可根据不同电极形状特性对应的间隙系数由U选择户外空气净距 推荐采用设备的真型 或仿真间隙放电试验数据选择户外空气净距 当式(2)中U、为内绝缘规定的耐受电压时,需要进行海拔1000m以下地区的外绝缘的修正,选 择的设备的空气间隙适合于海拔1000m以下地区 而计算海拔1000m以上的U 时,可按GB/T 311.l一2012的海拔修正公式减去1000m后进行修正 当U 为外绝缘规定的耐受电压时即避雷器 保护水平乘以1.05),应从0m按GB/T311.1一2012的海拔修正公式进行修正 推荐采用外绝缘规定 的耐受电压 因为直流设备不像交流设备有标准化的绝缘水平,可适合海拔1000m以下的所有地区. 以增加设备的通用性和互换性 采用外绝缘规定的耐受电压选择的空气间隙小于按内绝缘规定的耐受 电压,过电压下的闪络率高于内绝缘,有利于保护内绝缘 最小净距应从设备操作和雷电冲击耐受电压下确定的净距中选择较大者 对于阀厅内的设备,U 值应至少高于设备规定耐受电压2a,同时还应考虑到以下几点 -计算大气修正因数时,同厅的最高温度和较低的湿度， 应用间隙系数时所对应的典型电极结构与阀厅复杂电极结构的差别 单一冲击试验电压波形与阀厅设备承受的实际的复杂过电压波形不同,其包括直流、交流电压 和瞬态过电压的叠加. 选择阀厅空气间隙时考虑到阀厅有空调系统,温度和湿度较为稳定,可按照GB/T16927.12011 进行大气修正 10.2相间空气间隙 选择换流站连接变压器网侧和阀侧等设备的相间空气间隙要求的U耐受电压计算公式同10.1 可将公式中的U 更换为U,(.5 U,为所考虑的全部能够出现的且合理的故障事件中的相间操作过 电压最大值,1l.05为安全系数 接人超高压或特高压交流系统的相间过电压预期值一般可取相对地避雷器保护水平的1.7倍~ 1.8倍左右,可取爽型值0.035 选择相间空气间隙时推荐采用与模拟计算出的相间过电压“系数相 同或较低的真型或仿真相间间隙临界波形放电试验数据选择相间空气净距,宜考虑波形修正 a系数 的定义和由试验数据计算相间空气间隙击穿强度的方法见GB/T311.2一2013中附录C和附录F 换 流站极间距离一般远大于交流相间空气间隙距离,可以不考虑 15
GB/T36498一2018 1 爬电距离 11.1概述 爬电距离是表明绝缘子在持续运行电压(交流、直流或两者叠加)下外绝缘特性的一个参数 在潮 湿情况下,绝缘子上的污秽将降低其耐受运行电压的能力,雨、雪、凝露或雾等气象因素为这个过程提供 了条件 在污秽情况下,带有内部芯子结构的套管、直流电流测量装置、直流电压分压器和其他类似设 备,内部和外部电压的分布都将发生改变 在合理确定绝缘子的类型和形状时需要考虑上述因素 11.2爬电距离基准电压 配置外绝缘统一爬电距离所用的基准电压为: 换流站交流侧交流设备)相对地绝缘;相对地最高持续运行电压的有效值; a b 换流站交流侧(交流设备)相对相绝缘:相对相最高运行电压的有效值 交流基频和谐波叠加电压波形的绝缘;叠加电压的均方根值; c 承受直流电压波形的绝缘;设备承受的最高持续直流电压值" d 承受直流、基频和谐波叠加电压波形的绝缘;叠加电压的峰值(按照直流爬电比距要求) 16
GB/36498一2018 附 录 A 资料性附录 土320kV厦门对称双极)柔性直流换流站绝缘配合的实例 概述 A.1 本附录给出的对称双极柔性直流换流站绝缘配合实例已在厦门士320kV柔性直流工程中应用,实 例基于实际系统参数,对对称双极柔性直流换流站避雷器的布置、参数选择、关键过电压应考虑的因素 及确定设备规定的绝缘水平步骤进行介绍 A.2系统参数 工程建设双极士320kV直流系统,输送容量1000Mw,直流线路采用电缆设备,中性区域采用回 流电缆方式,正常运行方式下,大地无直流电流通过 采用三相模块化多电平换流器结构型式,子模块 单元采用半桥式子模块结构,每个桥臂上装设桥臂电抗器 两端换流站接人交流系统的电压见表A.1 两端接人均为220kV交流系统,系统稳态运行电压 230kV,最高极端电压为242kV 表A.1换流站接入交流系统电压 单位为千伏 换流站 彭厝站 湖边站 额定运行电压 230 230 235 235 最高稳态电压 222 222 最低稳态电压 最高极端电压 242 242 最低极端电压 209 209 两端换流站交流母线的短路容量按照表A.2所列条件进行设计 表A.2各换流站交流母线的短路电流 单位为千安 换流站 彭厝站 湖边站 最大短路电流 47.3 46.3 最小短路电流 22.1 27.2 A.3连接变压器参数 A.3.1避雷器的布置和参数 连接变压器的主要参数见表A.3 17
GB/T36498一2018 表A.3连接变压器参数 连接变压器 单位 网侧绕组 阀侧绕组 有效值 kV 230 额定线电压(分接头为0 166.57 MVA 590/3 额定容量(SN2w) 分接头调节范围 分接头挡位数 分接头挡位数 -8 分接头调节步长 1.25 15 在额定分接头(0)时的阻抗 A.3.2避雷器布置方案 避雷器配置方案见图1所示 不装连接变压器阀侧中性点避雷器和桥臂电抗器; a b配置变压器网侧A避雷器、阀侧AV避雷器、桥臂电抗器LV避雷器、阀顶DB/DL以及中性 线CBN2避雷器; 不配置避雷器E/EL/EM/CBN1 A.3.3避雷器配置参数 根据避雷器304s/60s标准操作冲击和8!s/20!s标准雷电冲击最大的伏安特性曲线,并考虑安 装点上避雷器的持续运行电压波形特点,选择各类型避雷器参考电压,能量、操作和雷电冲击保护水平 及其配合电流 表A.4所列为换流站内避雷器参数 其中,DB/DL避雷器的的持续运行电压主要在系统额定直流电压的基础上,考虑系统的控制误差 和测量误差;根据柔性直流系统的控制原理,LV避雷器的持续运行电压(峰值)最高可与极母线电压相 同,AV避雷器的持续运行电压(峰值)与LV避雷器的持续运行电压差别较小,这里取相同设计值 表A.4换流站避雷器参数及保护水平 sIP LIPL 持续运行电压 U 额定电压 能量 避雷器 kV kV kV kV/kA kV/kA MJ 159(有效值) 296 532/10 452/0,5 Av 323.2 408 610/3 Iv 323.2 408 610/3 DB 323.2 40 570/2 DL 323.2 400 570/2 CBN2 160/20 表中A避雷器持续运行电压为包括谐波的电压有效值 避雷器持续运行电压为峰值 本工程直流场采用户内布置方案,AV、LV、,DB/DL避雷器配置没有考虑雷电保护水平 18
GB/36498一2018 A.4过电压及其保护 A.4.1避雷器动作的故障事件 避雷器在运行及操作故障时可能承受持续、暂时、缓波前、快波前和陡波前过电压,在设计允许的范 围内,避雷器应能够承受这些过电压产生的负载,同时能够有效地对设备进行保护 引起换流站过电压的因素包括两类,外部原因引起的过电压和内部原因引起的过电压 前者包括 交流系统开关操作,故障清除、雷击以及甩负荷,这类故障一般不会直接导致直流系统停运 后者包括 直流系统内的接地故障,短路以及控制故障,该类故障可能会导致直流系统停运 工程中换流站连接变压器阀侧至直流电抗器出口处设备均为户内布置型式,而直流侧电缆均采用 地下通道敷设方式,因此直流区域无需考虑雷击引起的过电压 综上考虑,针对厦门工程两端换流站引起避雷器动作的相关事件包括操作故障和雷击故障 操作故障包括: 220kV交流母线接地故障(包括单相和三相); a b 连接变压器阀侧接地故障(包括单相和三相); 换流阀与桥臂电抗间接地故障; c d 直流侧电抗阀侧接地故障; 直流侧电抗线路侧接地故障; e 电缆中点短路故障; 直流侧开路故障 g 雷击故障包括 来自交流侧的雷击; aa b)交流场屏蔽失效 A.4.2交流母线(A 交流母线避雷器保护连接变压器网侧 A避雷器的能量要求和操作冲击保护水平(sIPL)要考虑与交流系统220kV交流系统避雷器保护 水平的匹配 A.4.3直流电抗器线侧(DL) 直流电抗器线路侧的设备由直流极线避雷器(DL)保护 因另一极接地故障、桥臂短路或桥臂接地故障产生的操作冲击,在直流线路上可能产生过电压 由于采用电缆连接,且采用海底隧道敷设,因此无需考虑雷击影响 电缆宜直接接人户内设备,且 在电缆连接处(无屏蔽层)宜考虑配置避雷针或其他设备 A.4.4阀顶(DB) 阀顶区域故障由阀顶避雷器(DB)保护 -方面,阀顶避雷器能够限制阀顶区域的过电压水平,另一方面,阀顶避雷器配合换流阀与桥臂电 抗间避雷器(LV),保护阀设备 需要考虑交流侧出现过电压时直流侧的过电压水平 本工程直流电抗器布置于直流极线区域,该电抗对极线接地等暂态电压有明显抑制作用 19
GB/T36498一2018 A.4.5换流阀与桥臂电抗间电气点(L 该避雷器主要保护换流阀与桥臂电抗器连接电气位置 主要考虑操作冲击,需要考虑的故障包括 其他桥臂故障、对极桥臂故障、阀顶故障以及连接变压器阀侧故障对该点的冲击 A.4.6变压器阀侧母线(AV AV避雷器保护连接变压器阀侧和接地点母线 避雷器的安装紧靠连接变压器 AV避雷器承受的操作过电压需要综合考虑桥臂电抗器阀侧两相短路故障、单相接地故障和直流 极线站内接地等工况 稳态运行时,该点运行电压与阀底电压较为接近 考虑极限运行工况,该点电压为160kV的直流 电压叠加幅值不超过160kV交流电压的波形 A.4.7中性母线平抗之间的中性母线部分(CBN2 CIBN2置于户内,用于防雷电和操作冲击 决定该避雷器过电压的故障情况是极线或桥臂接地放 障 金属回线运行时的故障情况决定了避雷器的能量 A.4.8中性母线外的中性母线部分(E/EL/EM)如配置 避雷器E用于吸收雷电和操作负载,且其伏安特性比用于雷电保护的避雷器EL的低 E避雷器 主要用于防止中性线区域的雷电负载,EL/EM避雷器主要用于防止操作冲击和限制来自金属回线的 雷电冲击决定该避雷器过电压的故障情况是极线或桥臂接地故障 金属回线运行时的故障情况决定 了避雷器的能量 A.5设备绝缘水平 设备绝缘水平见表A.5 尤其需要强调的是,连接变压器阀侧和桥臂电抗阀侧设备绝缘水平应不 低于表中所列数据,考虑设备安全及运行电压等级,设备制造时应根据其应用环境进行污秽和海拔 修正 表A.5换流站设备绝缘水平 L.IwV SIWV 位置 kV kVv 220kV交流母线 950 750 连接变压器阀侧 桥臂电抗阀侧 750 直流电抗阀侧 656 656 直流极线/电缆 A.6空气间隙 空气间隙需耐受的电压值取与设备绝缘水平相同值 20
GB/36498一2018 A.7确定爬电距离的最小电压 爬电距离的最小电压见表A.6 表A.6换流站确定爬电距离的电压(对地 确定爬电距离的最小电压(直流) 位置 kV 连接变压器阀侧 323 323 柔性直流换流器阀阀底 323 柔性直流换流器阀与直流电抗间 直流电抗极线侧 323 10 中性母线 A.8开关场的屏蔽 开关场被避雷针和避雷线有效屏蔽 屏蔽失效时交流母线处的雷电冲击电流被限制在10kA 保 护交流开关场的避雷器有规定的雷电冲击保护水平(LIPL),它是由假设一个配合电流而计算的,该电 流是假定在遭受直击雷或是由交流线路侵人的雷电冲击时,母线处的最大雷电流 因此,相应区域的所 有设备都受到保护,不会遭受来自屏蔽导线、杆塔等的更大雷电电流的反击 屏蔽保护要求列于表A.7 表A.7屏蔽保护要求的最大雷电电流 最大雷电电流 有关设备的区域 kA 10 交流场 阀厅、桥臂电抗器及直流母线设备 金属回线 20 21
GB/T36498一2018 录 附 B 资料性附录 士420kV渝鄂对称单极)柔性直流换流站绝缘配合的实例 B.1概述 本附录给出的对称单极柔性直流换流站绝缘配合实例已在渝鄂士420kV背靠背柔性直流换流站 设计中应用,实例基于实际系统参数,对对称单极柔性直流换流站避雷器的布置、参数选择、,关键过电压 应考虑的因素及确定设备规定的绝缘水平步骤进行介绍 B.2系统参数 工程建设四个士420kV柔性直流换流器单元,南北通道各两个,单元容量1250Mw,采用三相模 块化多电平换流器结构型式,子模块单元采用半桥式子模块结构,每个桥臂上装设桥臂电抗器 本工程 采用背靠背连接型式,南北通道内的送,受两端换流单元处于同一阀厅 整流和逆变侧接人交流系统的电压见表B.1 两端接人均为500kV交流系统,系统稳态运行电压 525kV,最高极端电压为550kV 表B.1换流站接入交流系统电压 单位为千伏 北/南通道换流站 渝侧 鄂侧 额定运行电压 525 525 最高稳态电压 550 550 最低稳态电压 500 500 最高极端电压 550 550 475 475 最低极端电压 两端换流站交流母线的短路容量按照表B.2所列条件进行设计 表B.2各换流站交流母线的短路电流 单位为千安 北通道 南通道 换流站 鄂侧 渝侧 哪侧 渝侧 最大短路电流 15 41.5 15.9 23.4 最小短路电流 5.5 15.9 6.3 8,9 渝侧与鄂侧换流单元采用对称设计,各侧换流单元有功、无功运行范围相同 单个换流单元有功功 率运行范围为一1250Mw1250Mw,无功功率输送能力不小于土514Mvar 该工程不存在直流线路,计算过程中考虑直流电阻为零 B.3连接变压器参数 连接变压器的主要参数见表B3 22
GB/36498一2018 表B.3连接变压器参数 连接变压器 单位 网侧绕组 阀侧绕组 Y0/YN/ Yo YN kV 525 437.23 额定线电压(分接头为o 每台变额定容量 MVA 1380/3 分接头调节范围 11 分接头挡位数 分接头挡位数 分接头调节步长 1,25 在额定分接头(o)时的阻抗 B.4避雷器的布置和参数 B.4.1避雷器布置方案 避雷器配置方案见正文中图2所示 装设连接变压器阀侧中性点避雷器 aa b 配置变压器网侧A避雷器、阀侧AV避雷器、桥臂电抗器LV避雷器以及阀顶DB/DL避 雷器; 不配置AR避雷器 B.4.2避雷器配置参数 根据避雷器30!s/60s标准操作冲击和84s/20!s标准雷电冲击最大的伏安特性曲线,并考虑避 雷器安装点的持续运行电压波形特点,选择各类型避雷器参考电压、能量,操作和雷电冲击保护水平及 其配合电流 表B.4所列为换流站内避雷器参数 其中,DB/DL避雷器的持续运行电压主要在系统额定直流电压的基础上,考虑系统的控制误差和 测量误差;根据柔性直流系统的控制原理,LV避雷器的持续运行电压(峰值)最高可与极母线电压相 同,AV避雷器的持续运行电压根据网侧最大电压和连接变压器的变比得到 表B.4换流站避雷器参数及保护水平 SIPL LIPL 持续运行电压 U 额定电压 能量 避雷器名称 kV kV kV kV/kA kV/kA M] 420 852/3 960/10 A" 318(有效值 10.8 14 AV 343 660/3.5 743/1o 272(有效值 NV 288 600/1.5 10 LV 300(有效值 452 870/3 860/2 DB 424.4 640 870/6 860/2 36 避雷器持续运行电压均为包含谐波的电压有效值 23
GB/T36498一2018 B.5 过电压及其保护 B.5.1避雷器动作的故障事件 换流站过电压由外部或内部的原因引起 引起过电压的外部因素有:交流系统开关操作、故障清 除、雷击和甩负荷 引起过电压的内部因素有:直流系统内(包括电源部分)的接地故障、短路以及控制 故障 避雷器可能经受持续、暂时、缓波前、快波前和陡波前过电压的作用 针对柔性直流换流站,引起 避雷器动作的相关事件包括操作故障和雷电故障 操作故障包括 交流母线短路故障(包括单相,两相、三相); a 连接变压器阀侧短路故障(包括单相、两相、三相) b IGBT阀与桥臂电抗间短路故障(包括单相、两相、三相) c d 直流极接地故障; e 直流正负极短接故障 雷电故障包括 a 来自交流侧的雷击; b)交流场屏蔽失效 B.5.2交流母线(A) 交流母线避雷器保护连接变压器网侧 A避雷器的能量要求和操作冲击保护水平(SIPL)要考虑与500kV交流系统避雷器保护水平的 匹配 B.5.3直流极母线(DB;/DL 该工程直流极的设备以及阀顶区域都由直流极线避雷器(DB/DL)保护 B.5.4换流阀与桥臂电抗间母线(LV 该避雷器主要保护柔性直流换流器阀与桥臂电抗间电气点及相关设备 主要考虑操作冲击,需要 考虑的故障包括其他桥臂故障、阀顶故障以及连接变压器阀侧故障对该点的冲击 B.5.5连接变压器阀侧母线(A) AV避雷器保护连接变压器阀侧 AV避雷器的能量要求和操作冲击保护水平(SIPL)需要综合考虑交流系统故障以及直流侧故障引 起的操作冲击 B.5.6连接变压器阀侧中性点(v0 Vo避雷器保护连接变压器阀侧中性点 B.6设备绝缘水平 设备绝缘水平见表B.5 尤其需要强调的是,连接变压器阀侧和桥臂电抗阀侧设备绝缘水平不低 于表中所列数据,考虑设备安全及运行电压等级,设备制造时宜根据其应用环境进行污秽和海拔修正 24
GB/36498一2018 表B.5换流站设备绝缘水平 操作冲击耐受 雷电冲击耐受 位置 电压(SIWV 电压(LIWV kV kV 500kV交流母线 1175 1550 911 1175 连接变压器阀侧 连接变压器阀侧中性点 750 1175 桥臂电抗器阀侧 直流极母线 1175 空气间隙 B.7 空气间隙需耐受的电压值取与设备绝缘水平相同值 B.8确定爬电距离的最小电压 爬电距离的最小电压见表B.6 表B.6换流站确定爬电距离的电压(对地 确定爬电距离的最小电压 位置 kV 连接变压器阀侧 272(有效值 柔性直流换流器阀阀底 00(有效值 换流阀与直流电抗间 424.2(直流 直流电抗极线侧 424.2(直流 中性母线 10(直流 B.9开关场的屏蔽 S 开关场被避雷针和避雷线有效屏蔽 屏蔽失效时交流母线处的雷电冲击电流被限制在10kA 保 护交流开关场的避雷器有规定的雷电冲击保护水平(LIPL),它是由假设一个配合电流而计算的,该电 流是假定在遭受直击雷或是由交流线路侵人的雷电冲击时,母线处的最大雷电流 因此,相应区域的所 有设备都受到保护,不会遭受来自屏蔽导线、杆塔等的更大雷电电流的反击 屏蔽保护要求列于表B.7 25
GB/T36498一2018 表B.7屏蔽保护要求的最大雷电电流 最大雷电电流 有关设备的区域 kA 10 交流场 阀厅内设备 桥臂电抗器 直流母线设备 26
GB/36498一2018 附录 C 资料性附录 土500kV张北(对称双极)多端柔性直流换流站绝缘配合的实例 C.1引言 本附录给出的士500kV柔性直流换流站绝缘配合实例已在土500kV张北柔性直流换流站设计中 应用 张北柔性直流工程绝缘配合与厦门柔性直流工程相似 c.2系统参数 工程建设双极土500kV直流电网系统,其中张北和北京换流站有功运行范围相同,有功功率运行 范围为>-3000Mw<3000Mw,康保和丰宁换流站有功运行范围相同,有功功率运行范围为 -1500Mw~<1500Mw,直流线路和中性线区域采用架空线设备,正常运行方式下,大地无直流 电流通过 采用三相模块化多电平换流器结构型式,子模块单元采用半桥式子模块结构,每个桥臂上装 设桥臂电抗器,极线出口配置直流断路器 张北柔性直流四端换流站接人交流系统的电压见表C.1 张北和康保站接人均为220kV交流系 统,丰宁和北京站接人均为500kV交流系统 表C.1换流站接入交流系统电压 单位为千伏 张北站 康保站 换流站 丰宁站 北京站 230 525 525 额定运行电压 230 242 242 550 550 最高稳态电压 最低稳态电压 220 220 500 500 最高极端电压 242 242 550 550 最低极电压 209 209 475 475 四端换流站交流母线的短路容量按照表C.2所列条件进行设计 表c.2各换流站交流母线的短路电流 单位为千安 康保站 换流站 张北站 丰宁站 北京站 最大短路电流 50 50 63 63 最小短路电流 张北和北京换流站有功运行范围相同,有功功率运行范围为>-3000Mw~<3000Mw 康保和丰宁换流站有功运行范围相同,有功功率运行范围为>-1500Mw~ 500Mw 调制比参数值见表c.3 27
GB/T36498一2018 表c.3控制系统参数 参数 描述 范围/值 M 额定调制比 0.85 Mm 稳态运行最大调制比 0.95 稳态运行最小调制比 Mn 0,75 Mm 暂态运行最大调制比 1.0 0.70 Ma 暂态运行最小调制比 连接变压器参数 变压器的主要参数见表C.4一表C.7 表C.4张北站连接变压器参数 单位 连接变压器 网侧绕组 同侧绕组 Yo Yo/YN kV 220 290.88 额定线电压(分接头为0 每台变额定容量 MVA 1700/3 分接头调节范围 分接头挡正位数 7 分接头挡负位数 % 分接头调节步长 1.25 % 在额定分接头(0)时的阻抗 18 表c.5康保站连接变压器参数 连接变压器 单位 网侧绕组 阀侧绕组 Yo Yo/YN/ 额定线电压(分接头为o 220 290,88 MA 每台变额定容量 850/3 分接头调节范围 分接头挡正位数 十10 分接头挡负位数 一4 分接头调节步长 1.25 在额定分接头(0)时的阻抗 15 28
GB/36498一2018 表c.6丰宁站连接变压器参数 单位 连接变压器 网侧绕维 同侧绕维 Yo Y0/YN/公 k\ 525 额定线电压(分接头为0 290.88 MVA 850/3 每台变额定容量 分接头调节范围 分接头挡正位数 十10 分接头挡负位数 -4 分接头调节步长 1.25 在额定分接头(o)时的阻抗 15 表c.7 北京站连接变压器参数 单位 连接变压器 网侧绕维 同侧绕维 Yo Y0/YN kV 525 290.88 额定线电压(分接头为0 1700/3 MVA 每台变额定容量 分接头调节范围 分接头挡正位数 十" 分接头挡负位数 分接头调节步长 1.25 在额定分接头(o)时的阻抗 20 避雷器的布置和参数 C.4.1避雷器布置方案 避雷器配置方案如图1: 装设连接变压器阀侧中性点避雷器 a b)配置变压器网侧A避雷器、阀侧AV避雷器、桥臂电抗器LV避雷器、阀顶DB(DL.)避雷以及 E/EL/EM/CBN1/CBN2避雷器 C.4.2避雷器配置参数 根据避雷器304s/604s标准操作冲击和84s/204s标准雷电冲击最大的伏安特性曲线,并考虑避 雷器安装点的持续运行电压波形特点,选择各类型避雷器参考电压、能量、操作和雷电冲击保护水平及 其配合电流 表C.8所列为换流站内避雷器参数 29
GB/T36498一2018 表C.8换流站避雷器参数及保护水平 持续运行电压 UM 交流额定电压 SIPL LIPL 能量 避雷器名称 kV kV/kA kV kV kV/kA MJ] 452/10 532/10 A(220kV) 159(有效值 296 A(550kV 852/10o 960/20 318(有效值 420 AV 535 652 937/2 1063/2 V 535 652 937/2 l063/2 CBH 629 904/2 1025/1o 535 10 DB 535 629 025/1o 904/2 10 DL 629 904/2 1025/1o 10 535 CBN1 428 594/2 40 CBN2 565/5 5472 40 396 10 EL 268 30 385/8 391/10 20 避雷器持续运行电压为包含谐波的电压有效值 AV和LV避雷器持续运行电压为峰值 C.5过电压及其保护 见A.5 设备绝缘水平 C.6 设备绝缘水平见表C.9 尤其需要强调的是,连接变压器阀侧和桥臂电抗阀侧设备绝缘水平不低 于表中所列数据,考虑设备安全及运行电压等级,设备制造时应根据其应用环境进行污秽和海拔修正 表c.9换流站设备绝缘水平 SIwV LIwV 项目 kV kVy 220kV交流母线 950 550kV交流母线 1175 1550 连接变压器阀侧 1080 1275 桥臂电抗阀侧 1080 1275 直流电抗阀侧 1040 1230 直流极线 1040 1230 中性线设备-平抗阀侧Max(CBNl,CBN2) 650 715 中性线设备-平抗线路侧Max(EL 445 470 C.7空气间隙 空气间隙需耐受的电压值取与设备绝缘水平相同值 30
GB/36498一2018 C.8确定爬电距离的最小电压 爬电距离的最小电压见表C.10 表C.10换流站确定爬电距离的电压(对地 确定爬电距离的最小电压(直流) 位置 kV 连接变压器阀侧 550 55o 柔性直流换流器阀阀底 55o0 柔性直流换流器阀与直流电抗间部分 直流电抗极线侧 550 中性母线 80 开关场的屏蔽 C.9 开关场被避雷针和避雷线有效屏蔽 屏蔽失效时交流母线处的雷电冲击电流被限制在10kA 保 护交流开关场的避雷器有规定的雷电冲击保护水平(LIPL),它是由假设一个配合电流而计算的,该电 流是假定在遭受直击雷或是由交流线路侵人的雷电冲击时,母线处的最大雷电流 因此,相应区域的所 有设备都受到保护,不会遭受来自屏蔽导线、杆塔等的更大雷电电流的反击 屏蔽保护要求列于表c.11 表c.11屏蔽保护要求的最大雷电电流 最大雷电电流 有关设备的区域 kA 10 交流场 连接变压器(包括备用单元 10 10 直流极线,从限流电抗器到线路隔离开关到线路站内出口 直流极线,从穿墙套管到限流电抗器 阀厅或户内场,包括从桥臂穿墙套管 开始到线路穿墙套管和中性母线穿墙套管间 连接变压器阀侧,从阀侧套管到桥臂电抗器区域 中性母线,从穿墙套管到中性母线限流电抗器 中性母线,包括从中性母线限流电抗器到双极中性母线连接点 站内金属回线,从双极中性母线连接点到金属回线站内出口 金属回路站内出口 10

柔性直流换流站绝缘配合导则GB/T36498-2018解读

柔性直流换流站作为现代电力系统中的关键设备之一，具有能够实现高效、可靠送电的重要作用。而其中，绝缘配合导则是实现换流变压器、组合电容电抗器等基本元件安全运行的必要条件。

GB/T36498-2018标准是我国首个针对柔性直流换流站绝缘配合导则发布的行业标准。该标准规定了绝缘配合测试的方法、绝缘参数的评估和检验要求等内容，对于保障柔性直流换流站的安全运行具有重要意义。

具体而言，GB/T36498-2018标准包含以下方面：

• 定义了绝缘配合测试的相关术语和概念；
• 规定了绝缘配合测试的基本要求和测试方法；
• 规定了绝缘参数的评估和检验要求，包括放电等级、介质损耗角正切、交流电阻等指标；
• 给出了测试结果的处理方法和数据报告要求。

需要注意的是，柔性直流换流站绝缘配合导则在实际应用中需要考虑诸多因素。例如，不同厂家生产的设备具有不同的设计特点和技术路线，在测试过程中需要根据实际情况进行针对性调整和改进。

总之，GB/T36498-2018标准的发布对于推动柔性直流换流站技术的发展、促进行业标准化建设具有重要作用。我们需要充分认识该标准的意义，并在实践中加以应用和完善。

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