(高清版)GBT 311.14-2024 絕緣配合 第14部分：高壓直流系統(tǒng)ACDC濾波器絕緣配合

絕緣配合第14部分：高壓直流系統(tǒng)AC/DC濾波器絕緣配合2024-03-15發(fā)布國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會IGB/T311.14—2024前言 V 12規(guī)范性引用文件 13術(shù)語和定義 14符號和縮略語 14.1符號 4.1.1文字符號 14.1.2圖形符號 24.2縮略語 25AC/DC濾波器典型配置方案 25.1高壓直流輸電系統(tǒng)AC/DC濾波器典型配置方案 25.2柔性直流輸電系統(tǒng)AC/DC濾波器典型配置方案 46運行中的電壓和過電壓 46.1濾波器不同位置的運行電壓 46.2交流濾波器過電壓類型和典型等效工況 56.3直流濾波器過電壓類型和典型等效工況 57避雷器的特性和應(yīng)力 67.1避雷器特性 67.2避雷器應(yīng)力 67.2.1交流濾波器避雷器應(yīng)力 67.2.2直流濾波器避雷器應(yīng)力 77.3保護策略 78絕緣配合設(shè)計程序 88.1概述 88.2避雷器要求 98.3代表性過電壓(Um) 98.4配合耐受電壓(U) 8.5要求耐受電壓(Uw) 8.6規(guī)定耐受電壓(Uw) 9研究工具和系統(tǒng)模型 9.1研究方法及工具 9.2典型等效工況建模方法 9.2.1單相接地故障 9.2.2交流母線操作沖擊 ⅡGB/T311.14—20249.2.3濾波器合閘 9.2.4三相短路后故障恢復(fù) 9.2.5換流變空載投入 9.2.6直流極線接地故障 9.2.7直流極線操作沖擊 A.1算例系統(tǒng)條件 A.2避雷器的布置方案 A.3CCOV計算 附錄B(資料性)某500kV交流濾波器絕緣配合示例 B.1算例系統(tǒng)條件 B.2避雷器的布置方案 B.3避雷器的額定參數(shù)選取 B.4過電壓典型等效工況計算 B.5交流濾波器各點的絕緣水平選取 附錄C(資料性)某士800kV直流系統(tǒng)直流濾波器絕緣配合示例 C.1算例系統(tǒng)條件 C.2避雷器的布置方案 C.3避雷器的額定參數(shù)選取 C.4過電壓典型等效工況計算 C.5直流濾波器各點的絕緣水平選取 參考文獻(xiàn) 圖1典型的交流濾波器結(jié)構(gòu)圖 3圖2典型的直流濾波器結(jié)構(gòu)圖 3圖3交流濾波器各點的典型運行電壓波形 4圖4直流濾波器各點的典型運行電壓波形 4圖5單相接地故障的典型等效工況示意圖 圖6交流母線操作沖擊波的典型等效工況示意圖 圖7交流濾波器投切的典型等效工況示意圖 圖8三相短路后故障恢復(fù)的典型等效工況示意圖 圖9換流變空載投入的典型等效工況示意圖 圖10極線接地故障的典型等效工況示意圖 圖11直流極線操作波的典型等效工況示意圖 圖A.1交流濾波器避雷器配置 圖B.1交流濾波器避雷器配置 圖C.1直流濾波器避雷器配置 表1符號說明 2ⅢGB/T311.14—2024表2交流濾波器絕緣配合設(shè)計考慮的典型等效工況及過電壓類型 5表3直流濾波器絕緣配合設(shè)計考慮的典型等效工況及過電壓類型 5表4交流濾波器考慮的典型等效工況及影響的避雷器參數(shù) 表5直流濾波器考慮的典型等效工況及其影響的避雷器參數(shù) 7表6交流濾波器保護避雷器匯總 8表7直流濾波器保護避雷器匯總 8表8避雷器要求 9表9代表性過電壓和要求耐受電壓水平 9表10交流和直流濾波器絕緣配合設(shè)計推薦的安全因數(shù) 表A.1交流濾波器參數(shù)表 表A.2交流濾波器電抗器主要次諧波電流值 表A.3交流濾波器電抗器2%CCOV及算術(shù)和計算結(jié)果 表B.1交流濾波器參數(shù)表 表B.2交流濾波器電抗器主要次諧波電流值 表B.3避雷器參數(shù)表 表B.4交流濾波器暫態(tài)定值結(jié)果 表B.5交流濾波器絕緣水平 表C.1直流濾波器參數(shù) 表C.2直流濾波器電抗器主要次諧波電流值 表C.3避雷器參數(shù)表 表C.4直流濾波器暫態(tài)定值結(jié)果 表C.5直流濾波器絕緣水平 V本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。本文件是GB/T311《絕緣配合》的第14部分。GB/T311已經(jīng)發(fā)布了以下部分：——第2部分：使用導(dǎo)則；——第3部分：高壓直流換流站絕緣配合程序；——第4部分：電網(wǎng)絕緣配合及其模擬的計算導(dǎo)則；——第14部分：高壓直流系統(tǒng)AC/DC濾波器絕緣配合。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構(gòu)不承擔(dān)識別專利的責(zé)任。本文件由中國電器工業(yè)協(xié)會提出。本文件由全國高電壓試驗技術(shù)和絕緣配合標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(SAC/TC163)歸口。本文件起草單位：南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司、西安高壓電器研究院股份有限公司、中國電力科學(xué)研究院有限公司、國網(wǎng)經(jīng)濟技術(shù)研究院有限公司、中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司超高壓輸電公司、國網(wǎng)四川省電力公司電力科學(xué)研究院、國網(wǎng)安徽省電力有限公司電力科學(xué)研究院、浙江大學(xué)、平高集團有限公司、國網(wǎng)河北省電力有限公司電力科學(xué)研究院、國網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院、國網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院、中國能源建設(shè)集團云南省電力設(shè)計院有限公司、蘇州華電電氣股份有限公司、國網(wǎng)陜西省電力公司電力科學(xué)研究院、國網(wǎng)江蘇省電力有限公司電力科學(xué)研究院、國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院、云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院、國網(wǎng)浙江省電力有限公司電力科學(xué)研究院、廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院、國網(wǎng)青海省電力公司電力科學(xué)研究院、國網(wǎng)寧夏電力有限公司電力科學(xué)研究院、國網(wǎng)新疆電力有限公司電力科學(xué)研究院。本文件主要起草人：黃瑩、張小勇、辛清明、孫泉、徐迪臻、邱偉、何慧雯、崔東、王亭、樂波、李強、VIGB/T311《絕緣配合》旨在確立高壓交流和高壓直流絕緣配合的原則和導(dǎo)則。由于交流絕緣配合和直流絕緣配合有明顯的差別，需分為交流絕緣配合和直流絕緣配合兩個方面，擬由以下部分構(gòu)成?！?部分：定義、原則和規(guī)則。目的在于確立絕緣配合定義、原則和規(guī)則?！?部分：使用導(dǎo)則。目的在于對正確執(zhí)行第1部分提供使用指導(dǎo)。——第3部分：高壓直流換流站絕緣配合程序。目的在于對高壓直流換流站的絕緣配合提供指導(dǎo)。——第4部分：電網(wǎng)絕緣配合及其模擬的計算導(dǎo)則。目的在于確定絕緣配合數(shù)字化計算的導(dǎo)則?！?1部分：高壓直流系統(tǒng)絕緣配合定義、原則和規(guī)則。目的在于確立直流系統(tǒng)絕緣配合的定義、原則和規(guī)則?！?2部分：高壓直流換流站(LCC)絕緣配合應(yīng)用導(dǎo)則。目的在于對以LCC為換流器的高壓直流換流站的絕緣配合提供指導(dǎo)?！?3部分：高壓直流換流站(VSC)絕緣配合應(yīng)用導(dǎo)則。目的在于對以VSC為換流器的高壓直流換流站的絕緣配合提供指導(dǎo)。——第14部分：高壓直流系統(tǒng)AC/DC濾波器絕緣配合。目的在于確定高壓直流系統(tǒng)中交流和直流濾波器的絕緣配合?！?5部分：直流輸電線路絕緣配合。目的在于確定直流輸電線路及接地極線路的絕緣配合。本文件是GB/T311《絕緣配合》的第14部分。交流和直流濾波器的過電壓計算工況、避雷器的參考電壓和配合電流的選取程序與交直流系統(tǒng)及其設(shè)備的選取程序不同，要充分考慮交流和直流濾波器的諧波疊加特性對絕緣配合的影響。我國直流工程建設(shè)和運行經(jīng)驗日益豐富，亟需對交流和直流濾波器絕緣配合統(tǒng)一規(guī)范，為我國直流工程建設(shè)提供指導(dǎo)性技術(shù)文件。1絕緣配合第14部分：高壓直流系統(tǒng)AC/DC濾波器絕緣配合本文件給出了高壓直流輸電系統(tǒng)用交流濾波器(包括并聯(lián)電容器)和直流濾波器的絕緣配合程序和規(guī)則、避雷器布置和應(yīng)力特性等內(nèi)容。本文件適用于高壓直流輸電系統(tǒng)的交流和直流濾波器，為確定交流和直流濾波器的工作電壓、耐受電壓、避雷器選型提供指導(dǎo)，不涉及對人身安全的要求。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T311.1—2012絕緣配合第1部分：定義、原則和規(guī)則GB/T25093—2010高壓直流系統(tǒng)交流濾波器GB/T25308—2022高壓直流輸電系統(tǒng)直流濾波器高壓直流系統(tǒng)絕緣配合定義、原則和規(guī)則(Insulationco-ordination—IEC60071-12:2022高壓直流換流站(LCC)絕緣配合應(yīng)用導(dǎo)則(Insulationco-ordination—Part12:ApplicationguidelinesforLCCHVDCconverterstations)3術(shù)語和定義GB/T311.1—2012、GB/T25093-2010、GB/T25308-2022、IEC60071-11:2022、IEC60071-12:2022界定的術(shù)語和定義適用于本文件。4符號和縮略語4.1符號下列符號適用于本文件。K:海拔修正因數(shù)。K:配合因數(shù)。n:諧波次數(shù)。U:避雷器的峰值持續(xù)運行電壓。U:配合耐受電壓。U:避雷器的參考電壓。2Up:代表性過電壓。U:要求耐受電壓。本文件中給出圖中涉及的圖形符號說明見表1。表1符號說明符號說明電容器電抗器電阻器避雷器接地單相三繞組變壓器閥(換相組)小組濾波器，可以采用A、B、C等方式表示不同的濾波器類型。小組濾波器開關(guān)4.2縮略語下列縮略語適用于本文件。CCOV:峰值持續(xù)運行電壓(CrestValueofContinuousOperatingVoltage)LCC:電網(wǎng)換相型換流器(LineCommutatedConverter)LIPL:雷電沖擊保護水平(LightningImpulseProtectiveLevel)LIWV:雷電沖擊耐受電壓(LightningImpulseWithstandVoltage)MMC:模塊化多電平換流器(ModularMultilevelConverter)RFFO:代表性快波前過電壓(最大電壓值)[RepresentativeFast-frontOvervoltage(TheMaximumVoltageStressValue)]RLIWV:要求雷電沖擊耐受電壓(RequiredLightningImpulseWithstandVoltage)MaximumVoltageStressValue)]RSIWV:要求操作沖擊耐受電壓(RequiredSwitchingImpulseWithstandVoltage)SIPL:操作沖擊保護水平(SwitchingImpulseProtectiveLevel)SIWV:操作沖擊耐受電壓(SwitchingImpulseWithstandVoltage)5AC/DC濾波器典型配置方案5.1高壓直流輸電系統(tǒng)AC/DC濾波器典型配置方案交流濾波器配置于換流站交流母線。交流濾波器通常采用三調(diào)諧濾波器、雙調(diào)諧濾波器、單調(diào)諧濾3波器、C型阻尼濾波器及并聯(lián)電容器。交流濾波器采用的三調(diào)諧和雙調(diào)諧濾波器一般宜配置電阻器，如圖1所示。三調(diào)諧濾波器雙調(diào)諧濾波器標(biāo)引序號說明：L?,L?,LaR?,R?——高壓電容器； 低壓電容器；F,Fse,Fa,Fac?——交流濾波器避雷器。圖1典型的交流濾波器結(jié)構(gòu)圖直流濾波器配置于換流站直流極母線與直流中性母線之間。直流濾波器通常采用三調(diào)諧濾波器或雙調(diào)諧濾波器，如圖2所示。宜根據(jù)需要選擇是否配置電阻器。標(biāo)引序號說明：F,Fa?,Fas,F——直流濾波器避雷器。圖2典型的直流濾波器結(jié)構(gòu)圖45.2柔性直流輸電系統(tǒng)AC/DC濾波器典型配置方案對于采用LCC和MMC的混合直流輸電系統(tǒng)，含LCC的換流站配置交流和直流濾波器是十分必要的；僅含MMC的換流站，交流側(cè)可不配置濾波器，直流側(cè)根據(jù)系統(tǒng)需求確定是否配置濾波器。對于采用兩電平或三電平換流器的柔性直流輸電系統(tǒng)，配置交流和直流濾波器是十分必要的。柔性直流輸電系統(tǒng)中若需配置交流和直流濾波器，通常使用的配置方案見5.1。6運行中的電壓和過電壓6.1濾波器不同位置的運行電壓濾波器的主要作用是提供諧波通路，而工頻交流電壓或直流電壓主要作用于濾波器的電容器C上。圖3、圖4分別為交流和直流濾波器上典型的運行電壓波形。圖3、圖4中的節(jié)點位置分別見圖1、圖3交流濾波器各點的典型運行電壓波形圖4直流濾波器各點的典型運行電壓波形交流濾波器和直流濾波器的典型運行電壓特征說明如下：a)對于交流濾波器：1)考慮到交流母線諧波已經(jīng)被交流濾波器有效濾除，交流母線電壓波形見圖3中Loc.(1-G),該點電壓波形近似為理想正弦波形；52)Loc.(1-2)電壓波形為以基波為主疊加諧波的電壓波形。諧波電壓與濾波器配置、調(diào)諧點和換流閥運行工況有關(guān)。諧波電壓含量一般低于30%;3)Loc.(2-G),(3-G),(2-3),(3-4)為交流濾波器內(nèi)部低壓元件的電壓波形。波形僅包含諧波，其頻率與濾波器的調(diào)諧頻率相關(guān)。b)對于直流濾波器：1)Loc.(1-N),(1-2)是由于平波電抗器和直流濾波器的影響而平滑的電壓；2)Loc.(2-N),(3-N),(4-N),(2-3),(3-4)是直流濾波器內(nèi)部低壓元件的電壓波形。波形僅包含諧波，其頻率與濾波器的調(diào)諧頻率相關(guān)；3)Loc.(N-G)為典型的中性母線電壓，取決于接地極回路和濾波器參數(shù)，可包括直流偏置電壓，尤其是在單極金屬回線運行方式期間。6.2交流濾波器過電壓類型和典型等效工況交流濾波器過電壓推薦根據(jù)IEC60071-11:2022表1中描述的過電壓波形的特征，分為暫時過電壓、快波前過電壓和緩波前過電壓三類。暫時過電壓主要來自三相短路后故障恢復(fù)、換流變空載投入?？觳ㄇ斑^電壓主要來自單相接地故障、濾波器合閘。緩波前過電壓主要來自單相接地故障、交流母線操作沖擊、濾波器合閘、三相短路后故障恢復(fù)、換流變空載投入。交流濾波器絕緣配合設(shè)計考慮的典型等效工況及其過電壓類型見表2。表2交流濾波器絕緣配合設(shè)計考慮的典型等效工況及過電壓類型典型等效工況過電壓類型單相接地故障快波前過電壓/緩波前過電壓交流母線操作沖擊緩波前過電壓濾波器合閘快波前過電壓/緩波前過電壓三相短路后故障恢復(fù)暫時過電壓/緩波前過電壓換流變空載投入暫時過電壓/緩波前過電壓注：典型等效工況說明見第9章。6.3直流濾波器過電壓類型和典型等效工況直流濾波器過電壓推薦根據(jù)IEC60071-11:2022表1中描述的過電壓波形的特征，分為快波前過電壓和緩波前過電壓兩類?？觳ㄇ斑^電壓主要來自直流極線接地故障。緩波前過電壓主要來自直流極線操作沖擊。直流濾波器絕緣配合設(shè)計考慮的典型等效工況及其過電壓類型見表3。表3直流濾波器絕緣配合設(shè)計考慮的典型等效工況及過電壓類型典型等效工況過電壓類型直流極線接地故障快波前過電壓6GB/T311.14—2024表3直流濾波器絕緣配合設(shè)計考慮的典型等效工況及過電壓類型(續(xù))典型等效工況過電壓類型直流極線操作沖擊緩波前過電壓注：典型等效工況說明見第9章。7避雷器的特性和應(yīng)力7.1避雷器特性交流和直流濾波器的避雷器主要為無間隙金屬氧化物避雷器。根據(jù)交流濾波器與直流濾波器各元件電壓及各次諧波電壓，在選擇避雷器的參考電壓時需要考慮諧波電壓對避雷器電阻片老化特性的影響。7.2避雷器應(yīng)力7.2.1交流濾波器避雷器應(yīng)力交流濾波器避雷器為交流濾波器的電容器、電抗器和電阻器提供過電壓保護。交流濾波器避雷器的持續(xù)運行工作電壓是由工頻電壓與對應(yīng)于濾波器回路諧振頻率的諧波電壓疊加組成。由于諧波電壓下避雷器功耗相對較高，所以在確定避雷器的CCOV時考慮諧波電壓是非常必要的。交流濾波器避雷器的CCOV計算公式見公式(1)。U,,——諧波電壓。………(1)用公式(1)計算交流濾波器避雷器的CCOV時，只考慮50次以內(nèi)特征諧波電壓峰值的疊加。對于12脈動LCC換流器，交流特征諧波次數(shù)為12k±1,直流特征諧波次數(shù)為12k,k為正整數(shù)。如果換流站空間較小，宜考慮采用降低濾波設(shè)備絕緣水平的方式減少濾波器的占地面積，采用2%統(tǒng)計CCOV的方法計算CCOV。附錄A給出了2%統(tǒng)計CCOV計算示例。確定交流濾波器避雷器負(fù)載時，宜考慮交流母線上的暫時過電壓疊加緩波前過電壓和濾波器母線在緩波前過電壓下發(fā)生接地故障時濾波電容器的放電事件。前者確定SIPL要求，后者確定LIPL和吸收能量要求。在某些情況下，低次諧波諧振過電壓或因接地故障產(chǎn)生三相不對稱運行電壓時激發(fā)低次非特征諧波諧振過電壓，會使避雷器承受高能量。此外，濾波器合閘也會對濾波器涌流產(chǎn)生影響。在下列事件中，交流濾波器避雷器會承受更高能量：a)接地故障發(fā)生在濾波器電容器充電至最大基頻相對地電壓；b)接地故障發(fā)生在濾波電容器充電至避雷器緩波前過電壓保護水平；c)暫時過電壓，尤其是弱交流系統(tǒng)甩負(fù)荷并激發(fā)低次諧振過電壓條件下，特別是低次諧波濾波器上的避雷器會承受高能量；d)在濾波器小組合閘前，交流母線電壓處于最大值且其余濾波器均已投入，濾波器小組開關(guān)合閘交流濾波器絕緣配合設(shè)計考慮的典型等效工況及其影響的避雷器參數(shù)見表4。7表4交流濾波器考慮的典型等效工況及影響的避雷器參數(shù)典型等效工況影響的避雷器參數(shù)單相接地故障配合電流、LIPL配合電流、SIPL交流母線操作沖擊配合電流、SIPL濾波器合閘浪涌電流三相短路后故障恢復(fù)避雷器吸收能量、SIPL換流變空載投入避雷器吸收能量7.2.2直流濾波器避雷器應(yīng)力直流濾波器避雷器為直流濾波器的電容器、電抗器和電阻器提供過電壓保護。直流濾波器電抗器側(cè)避雷器的正常工作電壓通常比較低，一般由與濾波支路諧振頻率對應(yīng)的一個或多個諧波電壓組成。在確定避雷器的額定值時，宜考慮諧波電壓在避雷器上產(chǎn)生的較高功耗。直流濾波器避雷器的CCOV計算公式見公式(1),具體的計算方法與7.2.1中所述方法相同。直流濾波器避雷器的負(fù)載主要由濾波器母線發(fā)生接地故障引起的直流濾波器電容器放電和雷電侵入波過電壓來確定。直流濾波器絕緣配合設(shè)計考慮的典型等效工況及其影響的避雷器參數(shù)見表5。表5直流濾波器考慮的典型等效工況及其影響的避雷器參數(shù)典型等效工況影響的避雷器參數(shù)直流極線接地故障配合電流、LIPL直流極線操作沖擊配合電流、SIPL7.3保護策略避雷器的實際配置取決于濾波器的結(jié)構(gòu)，基本原則是保證每個設(shè)備都得到充分的保護，且成本要與設(shè)備所期望的可靠性以及設(shè)備耐受能力相匹配。交流濾波器典型的避雷器配置方案如圖1所示，直流濾波器典型的避雷器配置方案如圖2所示。濾波器中避雷器配置的基本原則是高壓電容器不配置直接保護避雷器，低壓電抗器和電阻器配置與之直接并聯(lián)的避雷器。但三調(diào)諧濾波器、雙調(diào)諧濾波器配置于2點對地的避雷器以及配置于2點和3點之間的避雷器可二者均配置，也可以二選其一，需結(jié)合設(shè)備的耐受能力進(jìn)行優(yōu)化。交流和直流濾波器不同節(jié)點保護避雷器的匯總分別見表6和表7,其中濾波器的類型分別參考圖1和圖2。在實際避雷器配置設(shè)計中宜建立此表格。8表6交流濾波器保護避雷器匯總濾波器類型保護位置保護避雷器說明三調(diào)諧濾波器Faca+FalF?可省去雙調(diào)諧濾波器F?可省去單調(diào)諧濾波器C型阻尼濾波器并聯(lián)電容器Facl注：“(1)”“(2)”指的是可能的避雷器保護選項。表7直流濾波器保護避雷器匯總濾波器類型保護位置保護避雷器說明三調(diào)諧濾波器Faes+Fdet——FdetFa2可省去Fac雙調(diào)諧濾波器FcaFac2可省去注：“(1)”“(2)”指的是可能的避雷器保護選項。8絕緣配合設(shè)計程序本章節(jié)遵循IEC60071-11:2022中5.4規(guī)定的絕緣配合原則，給出了交流和直流濾波器絕緣配合設(shè)計程序。98.2避雷器要求表8給出了濾波器各避雷器，例如圖1、圖2中的各避雷器在絕緣配合設(shè)計中提出的要求。表中的避雷器類型和所列的單個項目宜清楚地標(biāo)識出來。表8避雷器要求保護避雷器持續(xù)運行電壓在相應(yīng)于配合電流下的避雷器保護水平能量吸收UretCCOVLIPL避雷器能量(峰值)(峰值)(峰值)(峰值)(峰值)(峰值)Facl,Fac?,Fa3,FactFdei,Faez,Fdes,Fdc48.3代表性過電壓(Up)交流和直流濾波器的代表性過電壓受高壓直流輸電系統(tǒng)的故障類型和運行方式影響。按照第6章推薦的過電壓類型和典型等效工況，仿真計算濾波器各點的最大過電壓作為代表性過電壓。在進(jìn)行相關(guān)故障計算分析后，確定的代表性過電壓以及要求耐受電壓見表9。表9代表性過電壓和要求耐受電壓水平絕緣位置代表性過電壓(Up)要求耐受電壓(U,w)I交流濾波器(見圖1)交流濾波器電容器(a)高壓側(cè).1-G.3-G(b)兩端，1-2,3-G(c)低壓側(cè)，2-G交流濾波器電抗器(a)高壓側(cè)，2-G,3-G(b)兩端，2-3,3-G(c)低壓側(cè)，3-GⅡ直流濾波器(見圖2)直流濾波器電容器(a)高壓側(cè)，1-G,3-G(b)兩端，1-2,3-4(c)低壓側(cè)，2-G,4-G直流濾波器電抗器(a)高壓側(cè)，2-G,3-G(b)兩端，2-3,3-4(c)低壓側(cè)，3-G,4-G配合耐受電壓是由配合因數(shù)乘以代表性過電壓計算得出，見公式(2),或用確定性配合因數(shù)(K)代替K(見GB/T311.2—2013的5.3.3.1),K。通常取1。8.5要求耐受電壓(U)設(shè)備的要求耐受電壓見公式(3):安全因數(shù)Ks推薦按照表10進(jìn)行選擇。表10交流和直流濾波器絕緣配合設(shè)計推薦的安全因數(shù)設(shè)備類型安全因數(shù)快波前過電壓緩波前過電壓交流濾波器直流濾波器注：推薦值用于一般設(shè)計，最終的安全因數(shù)(增高或減小)根據(jù)選擇的性能指標(biāo)確定。設(shè)備外絕緣海拔修正參照GB/T311.1—2012附錄B執(zhí)行。8.6規(guī)定耐受電壓(Uw)規(guī)定耐受電壓應(yīng)等于或高于要求耐受電壓，且盡可能從下列最接近要求耐受電壓序列值中向上選取。推薦的沖擊電壓(kV峰值)標(biāo)準(zhǔn)化序列值如下：95,125,150,170,185,200,250,325,350,450,500,550,600,650,750,850,950,1050,1175,1300,1425,1550,1675,1800,1950,2100,2250,2400,2550,2700,2850。濾波器與交流和直流母線連接位置的絕緣水平按照對應(yīng)母線的絕緣水平選取。附錄B給出了交流濾波器絕緣配合的示例，附錄C給出了直流濾波器絕緣配合的示例。9研究工具和系統(tǒng)模型9.1研究方法及工具交流和直流濾波器過電壓的研究方法由下列步驟組成：第1步：確定避雷器配置方案；第2步：確定濾波器元件的最大持續(xù)運行電壓。最大持續(xù)運行電壓可以采用2%統(tǒng)計CCOV或者各次諧波電壓的算數(shù)和；第3步：確定避雷器的參考電壓；第4步：研究產(chǎn)生最大放電電流和能量的情況；第5步：確定避雷器的配合電流、保護水平和避雷器能量的要求，并提出避雷器的規(guī)范；第6步：計算交流和直流濾波器各元件的配合耐受電壓。仿真工具應(yīng)滿足緩波前過電壓和快波前過電壓計算步長的要求，一般使用非實時仿真工具。9.2典型等效工況建模方法9.2.1單相接地故障單相接地故障考慮在交流母線過電壓的條件下濾波器的電容器C,高壓端單相接地故障，該工況考核濾波器因交流側(cè)過壓導(dǎo)致的閃絡(luò)。以雙調(diào)諧濾波器為例，典型等效工況示意圖見圖5。故障回路宜考慮濾波器電容器的雜散電感與故障點的等效電感(包括母線電感),同時考慮不與電容器并聯(lián)的電抗器設(shè)備的雜散電容，及考慮電抗器的電阻對故障電流的影響。在故障發(fā)生前，電容器已充電至交流濾波器母線避雷器的緩波前過電壓保護水平。單相接地故障的故障點分為遠(yuǎn)區(qū)故障和近區(qū)故障：一般情況下，2km及以內(nèi)的線路接地故障為近區(qū)故障，過電壓波形一般表現(xiàn)為快波前過電壓特性；2km以外的線路接地故障為遠(yuǎn)區(qū)故障，過電壓波形一般表現(xiàn)為緩波前過電壓特性。具體過電壓特性需要根據(jù)實際仿真電壓波形進(jìn)行判定。接地故障最遠(yuǎn)一般考慮到50km處的線路接地故障。標(biāo)引序號說明：C?——高壓電容器；C?——低壓電容器；L?,L?——電抗器；Le,LeR?,R??——電抗器的電阻；L;——接地故障等效電感；Fael,Fa2,Fa3——交流濾波器避雷器。圖5單相接地故障的典型等效工況示意圖9.2.2交流母線操作沖擊交流母線操作沖擊是模擬外部傳遞過來的操作波引起的濾波器過電壓，以雙調(diào)諧濾波器為例，典型等效工況示意圖見圖6。故障回路宜考慮濾波器電容器的雜散電感，同時考慮不與電容器并聯(lián)的電抗器設(shè)備的雜散電容，及考慮電抗器的電阻對故障電流的影響。考慮外部操作波作用下的濾波器各元件的暫態(tài)應(yīng)力時，在換流器的交流側(cè)引入標(biāo)準(zhǔn)緩波前過電壓波，幅值為交流濾波器母線避雷器的緩波前過電壓保護水平。古標(biāo)引序號說明：C?——高壓電容器；C?——低壓電容器；——電抗器；——電抗器的雜散電容；——電容器的雜散電感；R,R?g——電抗器的電阻；圖6交流母線操作沖擊波的典型等效工況示意圖在交流濾波器合閘瞬間，交流系統(tǒng)和其他濾波器會對合閘的交流濾波器充電，在被合閘的濾波器上產(chǎn)生過電壓。最嚴(yán)苛的工況為最后一組交流濾波器投入的工況。偏嚴(yán)考慮，交流濾波器在交流母線電壓處于峰值時瞬間合閘，將出現(xiàn)最嚴(yán)重的過電壓。典型等效工況示意圖見圖7。交流電網(wǎng)使用正弦電壓源與等值阻抗串聯(lián)模型來等效，等值阻抗考慮按交流系統(tǒng)最大短路電流水平計算。專交流系統(tǒng)標(biāo)引序號說明：L,——交流系統(tǒng)等值電感；R,——交流系統(tǒng)等值電阻。圖7交流濾波器投切的典型等效工況示意圖9.2.4三相短路后故障恢復(fù)在交流系統(tǒng)三相短路后的故障恢復(fù)過程中，交流電壓快速恢復(fù)，并在交流母線上產(chǎn)生操作過電壓和暫時過電壓，進(jìn)一步引起變壓器飽和，增大系統(tǒng)側(cè)的低次諧波，增大濾波器低次諧波應(yīng)力。典型等效工況示意圖見圖8。圖中交流系統(tǒng)可按照交流系統(tǒng)的等值電源和等值阻抗考慮，換流變壓器宜考慮其飽和特性。交流系統(tǒng)電壓按交流系統(tǒng)最高運行電壓考慮，交流系統(tǒng)短路容量按照最小短路容量考慮。交流系統(tǒng)采用正弦電壓源與等效電感串聯(lián)模型等效。在研究過電壓時，仿真計算宜模擬在交流母線發(fā)生三相短路故障后，在故障清除和交流系統(tǒng)電壓恢復(fù)期間，直流換流器未閉鎖，且交流濾波器一直與交流母線相連的情況。在研究通過避雷器最大能量時，宜考慮到各種情況。其中最嚴(yán)重的情況是在故障發(fā)生后換流器閉鎖，在故障清除和交流系統(tǒng)電壓恢復(fù)期間，濾波器一直與交流母線相連。UUU專交流系統(tǒng)&標(biāo)引序號說明：L,——交流系統(tǒng)等值電感；R、——交流系統(tǒng)等值電阻；Pac——直流輸電系統(tǒng)的有功功率；Q——直流輸電系統(tǒng)的無功功率；U——直流輸電系統(tǒng)的直流電壓。圖8三相短路后故障恢復(fù)的典型等效工況示意圖9.2.5換流變空載投入換流變投入時產(chǎn)生的涌流包含大量的低次諧波，低次諧波被低通濾波器吸收，將使低通濾波器應(yīng)力增大，尤其是低通濾波器電阻器，該工況是其暫態(tài)能量的決定性工況。典型等效工況示意圖見圖9。圖中交流系統(tǒng)可按照交流系統(tǒng)的等值電源和等值阻抗考慮，換流變壓器宜考慮其飽和特性。偏嚴(yán)格考慮，換流變空載合閘的時刻為對應(yīng)相電壓過零點；交流系統(tǒng)電壓按交流系統(tǒng)最高運行電壓考慮，交流系統(tǒng)短路容量按照最小短路容量考慮。交流系統(tǒng)采用正弦電壓源與等效電感串聯(lián)模型等效。仿真計算宜模擬一極在最大過負(fù)荷運行時，投入另一極換流變，并考慮在此過程中合理的交流濾波器投切組合。PPR;L,古交流系統(tǒng)A避雷器A避雷器ACBC言3標(biāo)引序號說明：L。——交流系統(tǒng)等值電感；R、——交流系統(tǒng)等值電阻；Pa——直流輸電系統(tǒng)的有功功率；Qa——直流輸電系統(tǒng)的無功功率；U?——直流輸電系統(tǒng)的直流電壓。圖9換流變空載投入的典型等效工況示意圖9.2.6直流極線接地故障該工況考慮了在直流側(cè)極線過電壓條件下發(fā)生直流濾波器電容器對地短路故障。典型等效工況示意圖見圖10。在故障發(fā)生前，電容器已充電至直流極線避雷器的緩波前過電壓保護水平。此工況宜考慮直流系統(tǒng)的接地方式對過電壓的影響，考慮站內(nèi)直接接地、金屬回線接地、接地極接地三種情況。計算避雷器最大能量時考慮兩次直流極線全壓重啟動。極線對地短路故障的故障點分為遠(yuǎn)區(qū)故障和近區(qū)故障：2km以內(nèi)的線路接地故障為近區(qū)故障，過電壓波形一般表現(xiàn)為快波前過電壓特性；2km以外的線路接地故障為遠(yuǎn)區(qū)故障，過電壓波形一般表現(xiàn)為緩波前過電壓特性。具體的過電壓特性需要根據(jù)實際仿真電壓波形進(jìn)行判定。接地故障最遠(yuǎn)一般考慮到50km處的線路接地故障。GB/T311.14—2024標(biāo)引序號說明：高壓電容器；低壓電容器；電抗器；電抗器的雜散電容；Le,Le——電容器的雜散電感；電抗器的電阻；接地故障等效電感；Faa,F,Fas——直流濾波器避雷器；接地極線路等效電阻；接地極線路等效電感；金屬回線等效電阻；Lm——金屬回線等效電感。圖11。考慮外部操作波作用下的直流濾波器各元件的暫態(tài)應(yīng)力時，在直流極線上引入標(biāo)準(zhǔn)緩波前過電壓波，幅值為直流極線避雷器的緩波前過電壓保護水平。此工況宜考慮直流系統(tǒng)的接地方式對過電壓的影響，考慮站內(nèi)直接接地、金屬回線接地、接地極接地三種情況。標(biāo)引序號說明：C?——高壓電容器；C?——低壓電容器；L?,L?——電抗器；Le,LeRμ,R??——電抗器的電阻；Fdel,Fae,Faes——直流濾波器避雷器；Rg——接地極線路等效電阻；Lg——接地極線路等效電感；Rm——金屬回線等效電阻；Lm——金屬回線等效電感。圖11直流極線操作波的典型等效工況示意圖(資料性)2%統(tǒng)計CCOV計算示例A.1算例系統(tǒng)條件算例采用某標(biāo)稱直流電壓為800kV的直流工程，交流側(cè)電壓為500kV。交流側(cè)濾波器為雙調(diào)諧濾波器，其參數(shù)見表A.1。表A.1交流濾波器參數(shù)表濾波器類型雙調(diào)諧濾波器容量/MVarC?/μFL?/mHC?/μF4.871L?/mHR?/Ω交流濾波器的電抗器主要次諧波電流值見表A.2。表A.2交流濾波器電抗器主要次諧波電流值交流濾波器類型元件L?電抗器電感mH9.290主要次諧波電流有效值A(chǔ)n=1290.7292.123.8n=560.8n=740.229.747.8n=11358.7822.1n=1346.6n=23n=25n=35n=47A.2避雷器的布置方案圖A.1表明了避雷器的配置方案，所有避雷器均采用無間隙金屬氧化物避雷器。標(biāo)引序號說明：C?——高壓電容器；C?——低壓電容器；L?,L?—-電抗器；R?——電阻器；Fa,Fag——直流濾波器避雷器。圖A.1交流濾波器避雷器配置A.3CCOV計算根據(jù)表A.2中交流濾波器電抗器的主要次諧波電流，使用計算程序?qū)崿F(xiàn)給每個諧波分配隨機相位并通過疊加計算總電壓的功能。統(tǒng)計一萬次計算的結(jié)果，將概率不超過2%的電壓作為CCOV,結(jié)果見表A.3。F直接保護電抗器L,其CCOV為47.87kV。F保護電抗器L,高壓端，其CCOV為L,和L。2%統(tǒng)計電壓之和88.5kV。使用算術(shù)和計算的CCOV結(jié)果見表A.3。表A.3交流濾波器電抗器2%CCOV及算術(shù)和計算結(jié)果交流濾波器類型元件L?電抗器電感mH40.6347.8747.06(資料性)某500kV交流濾波器絕緣配合示例B.1算例系統(tǒng)條件算例采用某標(biāo)稱直流電壓為800kV的直流工程，交流側(cè)電壓為500kV。交流側(cè)濾波器為雙調(diào)諧表B.1交流濾波器參數(shù)表濾波器類型雙調(diào)諧濾波器容量/MVarC?/μF2.550L?/mHC?/μF4.871L?/mH9.290R?/Ω根據(jù)系統(tǒng)研究結(jié)論，交流濾波器的電抗器主要次諧波電流值見表B.2。表B.2交流濾波器電抗器主要次諧波電流值交流濾波器類型元件L?電抗器電感mH9.290主要次諧波電流有效值A(chǔ)n=1290.7292.123.8n=560.8n=740.2n=929.747.8n=11358.7822.1n=1346.6n=25n=35n=47n=49B.2避雷器的布置方案圖B.1表明了避雷器的配置方案，所有避雷器均采用無間隙金屬氧化物避雷器。圖B.1交流濾波器避雷器配置B.3避雷器的額定參數(shù)選取為合理的降低避雷器的2%統(tǒng)計CCOV,各次諧波相角隨機分配，取2%統(tǒng)計CCOV。根據(jù)表B.2計算得到L上的2%統(tǒng)計CCOV為40.6kV,L?上的2%統(tǒng)計CCOV為47.9kV。由第7章確定，避雷器參數(shù)見表B.3。避雷器參數(shù)參考電壓B.4過電壓典型等效工況計算根據(jù)9.2.1至9.2.4的建模方法，針對交流濾波器過電壓典型等效工況，逐一進(jìn)行仿真分析，得到結(jié)表B.4交流濾波器暫態(tài)