绝缘配合 第12部分：高压直流换流站（LCC）绝缘配合应用导则 征求意见稿

1绝缘配合第12部分：高压直流换流站（LCC）绝缘配合应用导则本文件仅涉及当前用于高压直流换流站过电压保护的无间隙金属氧化物避雷器。本文还介绍了避雷器串联或并联组合的保护水平的确定方法。同时给出了典型的避雷器配置方案和避雷基于正文所述内容及基本分析技术，附录给出了LCCHVDC换流站的绝缘配合示例。GB/T22389-2023高压直流换流站无间隙金属氧GB/T50064-2014交流电气装置的过电压保护和绝缘配合GB/T311.11界定的以及下列术语和定义适用于本文件。持续运行电压峰值crestvalueofcontinuousoperatingvoltage持续运行电压最大峰值peakvalueofcontinuousoperatingvoltage换流站直流侧设备上出现的包括换相过冲的持续运行电压最通过触发晶闸管导通，保护晶闸管免受正向过电压、反向2inKa海拔修正因数Kc配合因数Ks安全因数Uch包括谐波的避雷器β（触发）超前角CCOV：持续运行电压峰值（CrestvalueofContinuousOperatingVoltage）3GIS：气体绝缘开关设备（Gas-InsPCOV：最大峰值持续运行电压（PeakContinuousOperatingVoltage）ECOV：等效持续运行电压（EqulalentContinuousOperatingVoltage）voltagestressvalue)]voltagestressvalue)]RSTO：代表性陡波前过电压（最大电压值）[RepresentativeSteep-frontOvervoltage(themaximumvoltagestressvalueRSIWV：要求操作冲击耐受电压（RequiredSwitchingImpulseWithstandRLIWV：要求雷电冲击耐受电压（RequiredLightningImpulseWithstandRSTIWV：要求陡波前冲击耐受电压（RequiredSteep-frontImpulSIPL：操作冲击保护水平（SwitchingImpulseProtectiveLevel）LIPL：雷电冲击保护水平（LightningImpulseProtectiveLevel）STIPL：陡波前冲击保护水平（Steep-fronSIWV：操作冲击耐受电压（SwitchingImpulseWithstandVoltage）LIWV：雷电冲击耐受电压（LightningImpulseWithstandVoltage）STIWV：陡波前冲击耐受电压（Steep-frontImpulseWithstandVoltage）设计，布置会有所变化，可能会省去或增加某种类型的避桥之间的中间点接地，会改变避雷器的布置。平波电抗器的布置一组相对地避雷器直接保护，以降低其绝缘4极1极线路DL/DCDBN211121FDC1FDC2EMAEFD428阻断滤波器3E1HE1E2HELFA极2极线路极2中性母线DR极1极线路DL/DCDBN211121FDC1FDC2EMAEFD428阻断滤波器3E1HE1E2HELFA极2极线路极2中性母线阀区域52aV152b52c92CBBTV372CH62a62a62b62c62b51a51bV251cCM71CLV361aV361b61cV381E1标引序号说明:A——交流母线避雷器；E1H——中性母线阀侧高能量避雷器；EVTB）；CL——低端换流器单元避雷器；DL/DC——直流线路入口或电缆终CH——高端换流器单元避雷器；CM——高、低端换流器之间中点直流母FA——交流滤波器避雷器；MH——高端12脉动桥中点直流母线避雷器（H5EL——接地极线路入口避雷器；ML——低端12脉动桥中点直流母线避雷器（VVVVVVVVVAAAVVVA——交流母线避雷器；FA——交流滤波器避雷器；基频电压、谐波电压及高频暂态电压的相互叠加6直流工程不需要在高电位换流变压器阀侧装相对地避点的编号和接入该节点的避雷器名称。这些9BV47C1MAV823E9BV47C1MAV823ETA——交流母线避雷器；M——中点直流母线避雷器；EM——金属回E——直流中性母线避雷器；EL——接地极线路入口避雷器；T——换流变压器阀侧绕组避雷器；C——换流单元避DR——平波电抗器避雷器；DB——直流极母线避雷器；DL——直流线路避雷器；DC——直流电缆避雷器；78(1-2)处的电压波形为基频正弦波叠加谐波。谐波分量大小取决于滤波器的结构、调谐频率以及换流器的运行工况。一般情况下，总谐波分量不到基频6脉动桥（位置7-8和位置9-7）两端的直流电压由交流线电压的60°弧度(持续时间为60°-μ)和二分之动桥的对地（位置7-G）电压可以与位置(7-8)的电压完全相同。然而，在双极电流非行时6脉动桥的底部会叠加一个接地极线路压降产生的直流12脉动桥两端（位置9-8）的电压包含受（触发）延迟角和换相角大小影响的交流线电压30°弧度。12脉动桥的对地（位置9-G）电压可以和位置（9-8）的电压完全相同，或因述的同样原因叠加一个接地极线路压降产生的直流偏如果有平波电抗器和直流滤波器的滤波作用，位置（10-G）的电压为桥中阀自身导通电压波形，另一段为非导通时的反向电压叠加其他层的晶闸管换相过程产生的电压波变压器阀绕组相间的电压波形如位置（56相间）所示。零电压段显示连接到相应两相的在双极和单极大地运行方式下，中性母线电压（位置8-G）为接式运行时整流站中性母线电压为运行电流在作为金属位置（n-G）的电压由一个幅值等于3/4极电压（位置10-G）的直流分量叠加下6脉动桥的纹波幅值5.2最大峰值持续运行电压（PCOV）和峰值持续运行电Udi0max是指直流系统在不同运行模式下长期稳定运行的最大理想空载电压，最大理想空虑以下因素的影响：1）角度控制变化范围及测量偏差；2）换流变分接开关1档调节范围及短路阻抗制造偏差；3）交直流电压、直流电流等测量偏差。Udi0max是选择阀厅内直流避雷器的CCOV和PCOV的基础参数（见5.2.2和5.2.4），依据Udi0max所选择的避雷器在直流系统各稳态运行方式下具有一定的裕度。9b)阀中串联连接晶闸管的反向恢复电荷分布；电压Udi0max，由下式给出:Uccov=.Udi0max=.Uv0………………(1)Udi0max和Uv0的定义参见3.2.3，CCOV与直流分量之比一般为2.2根据工程经验阀的PCOV典型值取CCOV的1.15~1.17倍。可根据换相过冲幅值的影响因素采用高频模型计算确定。应特别注意当阀以大的（触发）延迟角α运行时，将会增大换相过冲，有可能使阀避雷确定。CCOV与直流电压分量之比一般为1.图6给出了中点直流母线避雷器（M）（位置7-G）的CCOV和PCOV波形。在换流器空载时（无接），12脉动换流器两端（图3中节点9与节点8之间）的CCOV是由换流器单元直流电压叠加12脉动电压上述公式计及换相重叠角μ后，计算出的CCOV理论值由下式给出，其值小于上述公式计算值，可12脉动桥两端的PCOV与CCOV的比值可根据工程经验选择,也可如6脉动桥一样建立高频模型计算确定。CCOV与直流分量之比的典型值T/2α+µαPCOVCCOV换相过冲/换相过冲CCOVPCOVT/2换相过冲CCOVPCOVT/2直流侧的过电压来源于交流系统或直流线路和在研究过电压时，需考虑交流和直流系统的结构，换流器控制的的动态性能和保护策略以及在第6交流侧暂时过电压通常是由断路器操作和接地故障产生。最高暂时过电压通常发生在由交流系统选择阀避雷器（V）参数时，应考虑阀（触发）延迟角和由交流侧接地故障引起的暂时过电压会导致交流电压的不对称和波形畸变，会在直流侧产生二次器闭锁而投入旁通对时，交流相间暂时过电压将当工频过电压不超过典型设定值1.3p.u.时，控制策略应按照最少投切滤波器原则分时段先切除小组电电压幅值。其他限制措施有在交流场装静止无功补偿器、调相机直流侧暂时过电压通常是由换流器在特定工况下操作产生。当逆变站闭锁而整流站以最小触发角交流暂时过电压传递到直流侧的暂时过电压会受到直流控制系统的快速调节而抑制到正常运行电频率的串联或并联谐振回路。而滤波器和换流变的投切操作以及系统单相或三相接地故障及清除会激Hz。应校核直流平波电抗器、直流滤波器与直流极线回路的谐振频率以及中性母线平波电抗器和中性或接地极线路产生二次谐波的谐振过电压。极线路在阀连续丢失触发脉冲和逆变站闭锁而旁通对未解锁故障时有可能出现工频谐振过电压。金属回线或接地极线在最低电位换流变低压套管闪络时有可能出现工频谐振过电压。同廊道架设的交流线路会在直流线路感应工频纵向电势并由直流线路和换流站端部平波电抗器和直流滤波器形成的L、C并联回路放大，可导致换流变产生直流偏磁电流，换流站50Hz分量保护误动，严重时产生工频谐振过电压和过电流。整流器快速起动和直流线路短路工况可能将阶跃或者接近阶跃的电压扰动加在直流线路应根据DB和DL避雷器在直流侧谐振过电压的幅值和持续时间下的泄放能量和换流站50Hz和100Hz保护发生误动的概率，确定是否需要采取限制措施。可采用在中性母线上串联50Hz或100Hz阻断滤波器或在直流滤波器上并联100Hz谐振支路激发50Hz和100Hz谐波产生谐振过电压的故障期间，阻断滤波器和直流滤波器的元件上都会网在换流站交流场产生的缓波前过电压通常低于发生在换流站交流母线附近故障和操作产生的缓波前的过电压一般比故障引起的缓波前过电压要低。但是在极少的情况下断路器开断时产生重燃现象会使在选择高压直流换流站的交流避雷器时，应考虑到交流网络上原有的避雷器与换流站避雷器的并况下，为了限制在正常操作时产生的过电压，在断路器上装有合闸和/或分闸电阻、选相装置，或在断路器两极之间配备避雷器。LCCHVDC控制系统还可用于有效抑制某些过电压，如暂时波器断路器装分闸电阻可减小首先开断高幅值容性电流的主触头断口恢复电压和随后开断的电阻触头由于磁饱和效应，合空载换流变压器或换流站内以及附近大容量的联络变压器会产生高幅值的励谐波谐振过电压。逆变站合空载换流变和联络变压器产生过大的涌流且持续时间较长时会导致交流电联络变之前采取手动增加正在运行的换流器γ角定值；或调节换流变分接开关提高阀侧交流电压以增加γ角；或规定在低压侧合空载联络变，在高压侧并列等措施，防止发生换相失败。和降低避雷器的吸收能量。采用交流有源滤波器也能达到阻5.5.3.1交流侧相间操作过电压通过换流变压操作产生的相间操作过电压通过换流变压器传递到直流侧，作用在运行换流器的阀和阀避雷器上产生5)逆变站失去交流电源（或称为逆变站最后一个交流断路器跳闸6)6脉动桥中同一换相组中三个阀电流同时熄灭或6脉动桥电流同时熄灭；3)直流转换开关（如MRTB）操作。以上这些偶然事件在第6章详细讨论。在换流器单元串联的HVDC换流站中，应考虑某些事件，例如一个换流桥投入旁通对，而另一个换流桥正在运行的情况，尤其是在逆器主电容大时，需提高隔离开关切合电容电流的能力和抑制合闸操作在滤波器低压侧元件上产生的过由于换流变绕组端部绝缘结构复杂，不同介质的交界面处的空间感应电荷在瞬态过程中沿不同的方向应该使用不同的方法研究高压直流换流站的不同区域的快波前和陡波前过电压。这些区域包括:——交流开关场区域：从交流线路入口到换流变压器网侧线端；——换流桥区域（阀厅）：从换流变压器的阀侧线端到平波电抗器阀来自换流变压器交流侧和平波电抗器外的直流侧的雷电侵入波，在两侧串联电抗和对地电容共同衰减换流站雷电过电压主要来源于接入交流开关场和直流开关场2km进线段线路的雷电侵入波和换流线保护范围计算方法或滚球法选用直击雷电流对在高压直流换流站及阀厅内的接地故障引起陡波前过电压对绝缘配合是非常重要的，尤其是高电压直流换流站的结构和直流系统回路的形式。基本原则是换流器上的每个电压水平的设备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其过电压保护是否合通过选择特性相匹配的金属氧化物避雷器电阻片并联可以提高避雷器吸收能量能力。可以单只避避雷器的电流I随电压U变化的关系式为:a——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的8μs/20μs雷电冲击保护水平（LIPL）和30μs/60（STIPL）用避雷器通过波前时间为1μs的冲击电流来确定。由于避雷器有较高的非线性系数，会导致避雷器上的电压波形与电流波形不同。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通常换流站交流侧避雷器额定电压和最大持续运行电压的选择与交流系统相同。避雷器额定电压载试验中正确工作。最大持续运行电压是运行特性的表连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和谐波分量，在某些情况下还叠加有换相过冲。避雷器的持续电压用最大峰值持续运行电压（PCOV）、峰值持续运行电压（CCOV）和等效持22389中已作调整。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更和高频暂态，避免因避雷器持续吸收能量，加速老化，降低交流避雷器的额定电压Ur和直流避雷器的参考电压Uref的选择需综合考虑荷电率对应的直流参考电流与电阻片单位面积电流密度相关，IEC60099-9规定直流参考电流的典型值范围为单柱电阻片0.01mA/cm2~0.5mA/cm2，并要求制造厂给出直流参考电流下的最小Uref，用于常规试验和型式试验。直流避雷器的荷电率是表征避雷器的电压负荷程度的一个参数，定义为CCOV或PCOV与直流参考电压Uref的比值。荷电率高，残压低，保护水平低；但泄漏电流增大，有功损耗增加，易老化，热，目前有些工程直流阀厅内选用无外套或薄硅橡胶外套形率典型值0.9计算出的Uref中的大者选择。也有直流工程按CCOV的荷电率为0.9左右选择Uref，运行经验表明选如此高的荷电率也是可行的。图1阀厅内高端12脉动换流器上的MH和CB避雷器按5.2.3节中的公避雷器残压为避雷器流过冲击放电电流时在避雷器两端出现的残压峰值，规定的避雷器保护水平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还应考虑持续时间小于200μs的电流脉冲会降低避雷器能量耐可选择特性相匹配的金属氧化物避雷器并联，并联方式可采用一个避雷器瓷套内部多柱电阻片并是动态均流特性以及单柱电阻片沿面耐受电压变化梯度提高避雷器的参考电压（Uref）可以降低避雷器的比能量（kJ/kV）要求。的取值范围为0%～20%，该因数取决于计算输入数据的容差、所用模型及高于已研究的决定避雷器能量当直流线路较短或虽然较长但采用大截面导线时，直流线路图1所示极线和中性母线安装相同电抗值的平波电抗器，两降大小相等，方向相反，理论上使得串联的两12脉动换流单元中间母线（图1中节点91）的电压几乎为纯直流电压。因而高端12脉动换流单元各节点对地CCOV和PCOV可按常规的12脉动换流单元各节点对地PCOV的公式计算，然后加上中点母线的纯直流电压，否则需加上中点母线（节点91）的CCOV（为些节点避雷器的Uref，从而降低了避雷器保护水平以及被保护设备的绝缘水平，有中性母线装平波电抗器时，会使E1H避雷器侧对地电容起主要作用。考虑到避雷器的CCOV和PCOV是按Udi0max设计，并考虑了直流分压器、交流CVT、换流变漏抗、α角等正误差，已十分保守，因此将中点母线电压看作纯直流选择高端12脉动换流图3给出了双极高压直流工程，每极单12脉动换流器方案的类似的保护布置可用于每极双12脉动换流器的换流站或背靠背换流站。背靠背换流站通常仅需要），A避雷器对高压直流换流站的交流侧的交流母线和交流滤波器母线提供过电压保护。直流电缆和架空线混合连接线路应在电缆和架空线的连接处安装避雷器，用来限制来自架空线的流变、站用变避雷器限制；母线是否装避雷器由雷电侵入波过电压计换流器极顶母线避雷器（CB）或直流电缆避雷器（DC）和中性母线避雷器（E高压直流换流站重点设备过电压由紧靠的避雷器直接保护。一般由保护其它元件的几种类型避雷器串联来实现换流变压器阀侧绕组的保护。最高电位的换流变阀侧绕组可安装紧靠它的避雷器直接保变阀侧绕组由T避雷器直接或由中点直流母线避雷器（M）与阀高压直流换流站交流侧是由换流变压器网侧以及与换流站布置有关的其它位置的A避雷器提供保护（见图3示例）。GB/T50064-2014规定220kV~750kV交流系统在满足线路断路可按0.75Us选取。GB/Z24842-2009规定1000kV交流系统线路侧和母线侧的避雷器均可按额定电压828kV选择。为降低换流变阀侧和换流阀以及交流滤波器操作过电压（包括相地和交流滤波器断路器断口暂态恢复电压基于避雷器具有耐受1.3p.u工频过电压良好的伏过电压的策略，可选择换流站A避雷器额定电压比0.75Us小一个级差。例如±500kV和±800kV换流站的换流变500kV网侧和交流滤波器母线采用的氧化锌避雷器额定电压由420kV降低为396kV或400kV避避雷器参数的选择应考虑接地故障清除后交流电压恢复的最苛刻工况，包括变压器饱和过电压和若存在高幅值和长持续时间的饱和过电压时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,避雷器可交流侧并联电容器和滤波器组构成的大容量的无功电源，可能会减小来自交流系统的操作和雷电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交流滤波器FA避雷器对交流滤波器低压侧的电抗器和电阻器元件提供过电压保护。低压元件结构FA避雷器的持续运行电压是由工频电压与对应于滤波器回路谐振频率的谐波电压叠加组成。F确定FA避雷器负载时应考虑交流母线上的暂时过电压叠加缓波前过电压和滤波器母线在缓波前过相不对称运行电压时激发低次非特征谐波谐振过电压，可使FA避雷器泄放高的能量。a)接地故障发生在滤波电容器充电至最大基频相c)暂时过电压,尤其是弱交流系统甩负荷并激发低次谐振过电压条件下,特别是低次谐波滤波器上考虑阀关断的暂态过程，T避雷器的PCOV高于CB避雷压从节点72跃变至节点92，高电压持续时间为10ms（见图4中的5-G电压波形）。因而热量低于CB避雷器，可选PCOV的荷电率0.95左右，取得较低的保护水平。因外绝缘的要求，T避雷器V避雷器为晶闸管阀提供过电压保护。该避雷器和晶闸管的正向保护触发构成了阀的过电压保护。V避雷器持续运行电压是由带有换相过冲和换相缺口的正弦波段组成，如图5所示。不考虑换相过冲，CCOV与Udi0max成正比例关系（见5.2）。(PCOV)。换相过冲大小取决于（触发）延迟角，应特别注意阀在大（触发）延迟角情况下的运小，其波形可视为交流电压。由于V避雷内串联的电阻片数相对较少，入口电容大，PCOV产生的脉冲于PCOV，而不会导致避雷器温度持续上升。其PCOV的荷电率可选为1.0～1.05左右。应尽量降低阀避雷器的额定电压从而降低阀的绝缘水平，以降低阀的损耗、阀和阀厅的高度，节省建设和运行成本。近高压直流换流站的交流侧接地故障清除伴随直流甩负荷而产生的。然而只有在换流阀未闭锁或部分b)靠近高压直流换流站的交流接地故障及清图3中最高电位换流变压器阀侧发生单相接地故障，将使处在最高直流电位换相组中的V避雷器承器具有很大的泄放能量能力。最终决定还应该考虑最高直流电压出现的流变阀侧绕组接地故障确定V2的SIPL和能量要求；交流侧相间过电压传递到阀侧是确定V3避雷器的SIPL和能量要求的关键事件之一，如图8中当只有1个下阀导通时，V3将承受来自交流相间（如AB相）过电压，其过电压值取决于变压器网侧A避雷器的KA相V1V1V3V1V3KV1KV1的三个V避雷器的允许能量和配合电流，取决于直流系统额定电流、控制系统的动态特性、平波电抗器投入旁通对，这种工况下V避雷器会吸收较大的能量。若在换流器闭锁后几个周波换流变断路器跳闸，应该变化接地故障的起始时刻和接地故障清换流区域的换流器通过换流变压器的漏抗和平波电抗器的电抗与交流场和直流场分隔开。雷电反击和绕击换流变的网侧交流线路或平波电抗器线侧的直流线路产生的雷电行波被换流变压器的漏抗和般仅承受交直流线路反击和绕击产生的快波产生最严重的陡波前过电压的事件通常是连接至最高直流电位换流变压器阀侧发生单相对地短路在晶闸管阀的涌流设计中应考虑阀承受正向过电压时被触发，阀侧V避雷器的电流转移到了阀上。该转移电流很大，不应作为V避雷器的配合电流。一般在V避雷器承受反向过电压时确定为V避雷器的第一种方案，V避雷器限制阀上出现的正向及反向过电压，设置阀保护触发电压高于V避雷器操作联晶闸管元件严重的非线性电压分布的情况下，对单独的晶闸管层进行过电压保第二种方案，V避雷器限制阀上出现的反向过电压，阀的正向保护触发电压设置较低，一般为V避功率传输中断，并且有利于故障发生时换流器仍维晶闸管阀保护触发电压应与不同运行条件下的过电压相配合，并在阀的设计中说明保护触发电压间如果没有永久闭锁，在出现最高过电压时保护触发不应B避雷器连接在6脉动桥换流单元两端。组成单12脉动换流单元的上下6脉动桥换流单元均可并联B避雷器。上6脉动换流桥B避雷器与中点直流母线避雷考电压时，应考虑包括换相过冲的最大峰值持续运行电压(PCOV)。换相过冲大小取决于（触发）延迟b)相应的6脉动桥电流熄灭（如果能发生，见6.3.5.3.4）。CCOV是由换流器单元的最大直流电压叠加12脉动电压组成。用于设计的计算公式见较直流分量小，且C避雷器装在阀厅内，可不考虑污秽和环），与之串联的高端12脉动换流器单元的CH避雷器动作。但CH避雷器一般不会泄放高幅值操作冲击电流。雷电侵入波过电压传播到阀厅时，CH与CM避雷器串联可以限制雷电过器几乎并列运行，因而CL避雷器限制低端换流器两端过电压的作用不大，可以不采用平波电抗器分置在极线和中性母线方式下（见图1）理论上节点91运行电压为纯直流电压。但CM避雷器的CCOV、PCOV与CL避雷器相同。CM避雷器可安装在低端阀厅中，其CCOV和PCOV的荷图3所示M避雷器连接在到12脉动换流器的中点直流母线与地之间。M避雷器一般用于降低12脉动若下部6脉动桥电流发生同时熄灭的事件时（见6.3.5.3.4），M避雷器会承图1中MH避雷器的CCOV和PCOV为高、低端12脉动换流单元中点母线直流电压加上V3避雷器的CCOV和PCOV。采用平波电抗器分置在极线和中性母线方式可降低MH避雷器上的CCOV和PMH避雷器与V2串联保护高端YY换流变阀侧绕组，替代T避雷器。其优点是MH避雷器安装节点72器串联的保护水平略高于T避雷器。因此为了降低MH+V2避雷器的保护水平，MH的PCOV的荷电率可MH和ML避雷器在双12脉动换流单元串联连接的情况下，当高或低端12脉动换流单元旁通断路器操作时会承受操作过电压。当换流站阀厅套管与平波电抗器之振回路，受到扰动时可能激发24次谐波谐振，而引起ML避雷器吸收很大能量（见5.4.5）；在其他故障确定MH和ML避雷器的操作保护水平和能量的主要工况是因为其Uref和保护水平很高，该避雷器通常在缓波前过电压下不会动作。当换流站阀厅套管与平波6.3.10直流母线(DB)、直流线路（DL）和直流直流母线避雷器DB用于保护连接到直流极母线的直流场设备。通常，要考虑雷电侵入波过电压下DB避雷器保护距离，应根据雷电侵入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，因此可安装多只DB避雷。线路（电缆）入口处安装的避雷器被视为直流线路（直流电DB和DL避雷器的CCOV几乎是纯的直流电压，电压的幅值取决于换流器、换流变分接头控制级差分布不均，引起电阻片局部过热，环境温度对避雷器散热影响较大，选择较低荷电率更合过电压和随后产生的基波及二次谐振过电压导致D高压直流系统使用长电缆输电时，电缆DC避雷器的额定能量取决于突发事件下电缆充电至最高电不考虑线路和电缆连接处DC电缆避雷器的雷电过的直流偏置电压在中性母线避雷器E和EL上的CCOV通常比较低。其中EL和EM为高能量避雷器由多台图1的单极双12脉动结构换流器，因中性母线装有平波电抗器，避雷器E1和E1H的CCOV由平抗上器的CCOV对选择其Uref不起决定性作用。而接地故障下避雷器的缓波前过电压保护水平和能耗起决定选E1避雷器的Uref高于E1H。若无该类型设备，E1避雷器可省去。E1H避雷器由多台避雷器并联构成，为高能量避雷器，它与V3避雷器串联可以保护低端的YD换流E2H避雷器由多台避雷器并联构成，为高能量避雷器，有以下两种布置方案：方案（1）：E2H避雷器装在极1和极2共用的中性母线上，这样无论在BP、GR和MR运行方式下发过电压以及泄放直流滤波器电容和线路电容的储能。可选E、EM和EL避雷器为单柱避雷器，其直流参考电压高于E2H，仅用于快波前过电压保护。E避雷器的布置和数量需根据极线、金属回线和接地极线）：MR运行方式下发生接地故障时中性母线过电压和在故障起始时泄放直流滤波器电容和线路极间电容方案（1）优点是只需一组高能量避雷器E2H，而方案（2）需在双极和单极大地方式下，高端YY换流变阀侧单相接地故障期间，阀侧交流电压与其阀侧所连接的6脉动桥下端换流器直流电压串联，由换流变压器漏抗与平波电抗器电抗和接地极线路波阻抗分压加型避雷器能耗将比E2H避雷器大，尤其是整流站的E1H避雷器能量要求更大。因E1H（高能量）避雷器提高了低端中性母线侧YD换流变的操作冲击绝缘水平。E1H避雷器可装于户外，万一泄放能量过大，直流电压作用下经中性母线平波电抗器来的较缓的故障电流。直流电流的上升率受直流平波电抗器的整流站与中性母线避雷器并联的阻抗是作为金属回线运行的直流线路的行方式下逆变站总是接地运行，可选逆变站中性母线避雷器的Uref低于整流站。对避雷器需要吸收很大能量的小概率事件，特别是在更换自牺牲避雷器不显著影响直流系统停运（1）最高电位和最低电位的换流变阀侧在额定运行电压或工频过电压或6.3.11.4串联的基波和谐波阻如果中性母线安装了串联阻断滤波器，也应考虑安装与阻断滤波器并联的避雷器，并进行绝缘配平波电抗器避雷器DR并联在干式平波电抗器端子间，为其提供过电压保护。平波电抗器串联接在在直流线路和阀厅之间有效阻尼了来自直流极线路的的雷电波侵入波过电压进入阀厅，为了不降低平抗对雷电波侵入波过电压阻尼作用，应选择DR避雷器的保护水平以及相应的平波电抗器绝缘水平尽可DR避雷器的CCOV仅为流过平抗的直流电流在平抗电阻上的压降叠加12脉动纹波电流在平抗电感R的Uref大于直流线路最高运行电压，避免在线路接地故障下动作，因而可采用单柱轻型避雷器。确定单只DR避雷器的操作保护水平和能量的最主要故障为两只串联平波电抗器连接点对地闪络或承受与平波的雷电过电压为平抗线路侧端子承受与其阀侧端子直流母线运行电压极性相反的雷电过电压。应考虑通过DR避雷器泄放的雷电流可传播到阀厅在换流器上产生雷电侵入波过电压，降低平抗对雷电波侵入当平波电抗器的绝缘水平能够满足DB或DL避雷器冲击保护水平叠加最大反极性的直流运行电压Ud——直流额定电压，LDR为平波电抗器的电感值；LT——换流变单相的漏抗电感值，换流器运行时有4只阀导通接入4相漏抗的电感值。直流滤波器避雷器FD为直流滤波器低压侧电抗器、电容器和电阻器提供两端之间或对地过电压保压在避雷器上产生相对较高的功耗，并在低压元件绝缘水平及其造价与避雷器额定电压关系之间优化FD的负载主要由隔离开关投切直流滤波器、直流极线在额定直流电压或缓波前过电压的接地故障引起的直流滤波器高压电容器暂态放电和雷电侵入波过电压来确定。极线路在离直流滤波器不同距离下的接地故障可能在低压元件上产生较高的过电压，可用于校核各低压元件并联缆和测量设备等。避雷器的CCOV几乎为零。避雷器负根据换流站阀厅内设备连接特点，一些设备两端和节点直接采用连接其两端或节点对地的单只避雷器进行过电压保护，而有些是通过多只避雷器串联组合来进图3的节点5到节点9之间换流阀由V避雷器直接保护）。下面列出了由单只避雷器直接保护的设备和节表4和表5给出了±800kV特高压直流换流站直接保护的设备及其保护的避雷器。表4和表5中节点编平由两只串联的避雷器各自保护水平相加决定时，可采用以下三种配合方方法1：两只避雷器各自的操作波保护水平的配合电流以同一种关键故障下流过两只避雷器中的最方法2：两只避雷器各自的操作波保护水平的配合电流以避雷器在各自的关键故障中所确定的保护方法3：以模拟计算的最大操作波过电压来确定，不计配合电流。该配合方法不考虑选配合电流时两只串联的避雷器的雷电冲击保护水平应由雷电侵入波和直接雷过电压计算确定。工程中也取两只串联的避雷器相同的配合电流下各自保护水平相加得到雷电冲击保护水平。因为两只避雷器串联节换流变阀侧中性点对地的缓波前过电压和暂时过电压的最大值取与换流变阀侧高压端对地电压相换流变压器阀侧和网侧相间出现的缓波前过电压确定了网侧和阀侧相间空气间隙。换流变网侧接换流变压器网侧相地缓波前过电压按变比传递到阀侧，在多个6脉动桥串联运行情况下，当阀桥中表中假设换流器解锁，并且三脉动换相组中至少有一个阀导通。以这种方式运行，6脉动桥两端的——来自直流或交流侧的雷电侵入波过电压只能通过直流极线平波电抗器线圈纵向杂散电容或换过电压按换流器回路对地杂散电容和阀的阻尼回路电容分布，过电压低于换流器解锁时的情电压仅为相间操作过电压，无相地操作过电压变换到阀侧的A′避雷器进行相间操作过电压保护。来自直流侧的操作过电压传播到闭锁的换表2直流侧避雷器保护：单个12脉动换流器（见图3）V97856低端12脉动换流器上、下部6脉动侧8路路侧低端12脉动换流器的上部6脉动桥低端12脉动换流器的下部6脉动桥61a、61b、61c相间间A避雷器保护水平按换流变最小变比变换到阀侧为A′避雷器。YY换流变阀侧相间由2A′避雷器保护，YD换流变阀侧相间由 J3A′避雷器保表4和表5中汇总了这些故障事件和避雷器应力。表4给出了图3中单极单12脉动换流器结构可发生的各种突发故障事件和根据经验判断事件中会动作的避雷器类型。表5给出了单极单12脉动换流器结构可发生的各种突发故障事件和事件产生的过电压类型以及事件中应研究的动作避雷器类型、电流和能量。所列出的信息可供选用与过电压类型相关的模型进行详细计算量要求可能是重要的（7.3.5.3.4）除非认为这种情况不可能出现。某些情况下换相失败也可能是确定避表4不同故障事件中会动作的避雷器：单12脉动换流器（见图3）ATBMCEDL×××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××换流器（见图3）M使用第9章讨论的方法和工具对影响不同本文件第7.2至7.7节给出了一些说明性的表格，既适用于以清晰的方式逐项列出作为研究的目标和类似的）避雷器组合和单个避雷器的格式应有助于明确识别并提供表7列出了GB/T311-11第6.4章节中定义的代表性过电压，这些过电压是通过考虑相关故障计配合耐受电压(Ucw)由配合系数(Kc)和代表性过电压(Urp)或确定性配合系数Kcd代替Kc计GB/T311-11第6章中表3给出了一组该系数由于不考虑换流变阀侧雷电侵入波过电压，可根据换流变厂家制造和运行经验来确定换流变阀侧要由雷电冲击电压决定，降低换流变SIWV/LIWV的比值带来制造困难和成本的增加。可按CIGRE工作AVTB本章讨论HVDC换流站的过电压特性及所需避雷器特性的总体研究方法和工具。作为第8章的进一——换流站交、直流场和阀厅的所有设备参数（如变压器、线路等第1步:初步确定交直流避雷器的布置和参数，例如:由交流工频过电压伏秒特性确定交流避雷器率确定Uref；内部并联柱数和外部并联的只数等参数。如有必要，按第1步对避雷器的布置和参数进行提出各类型避雷器的规范（见第7章）。所确定的配合电流必须大于第2和第3步过电压计算中的避雷器选用避雷器原则是确定避雷器吸收能量时选用避雷器的最小（V-I）保护特性，而与其相并联连接尽管有许多工具可用于计算过电压和避雷器功耗，但关键是用该工具的所建立模型能否正确的模绝缘配合的研究中，要求模拟系统中所建各元件模型的有效频率范围尽可能从直流到50MHz。然择元件模型的不同参数将对该模型模拟的正确性有不同交直流系统从一个稳态过渡到另一个稳态的期间将出现瞬态现象。在交直流系统中这种扰动的主设备电感和电容之间产生的电磁振荡。线路的振荡图9是换流站单极结构图。从绝缘配合的观点讲，一般将高b)换流站交流场，包括交流滤波器和任何其它无功电源，断路器和换流变压器线路侧；交流滤波器交流系统换流站交流场直流电抗器直流线路或电缆直流滤波器至另一极接地极线路阀厅设备换流站直流场线路阀厅设备c)本条款给出了建立交流网络和交流侧设备模型研究缓波前和暂时过电压需要考虑的因a)可模拟高压直流换流站附近详细的三相交流系统或采用合适的等值交流系统。详细的三相交流换流站望出的等值网络作为模拟交流系统的主要部分，但也应考虑模拟等值交流系统的各和换流变压器。换流变压器模型的饱和特性是关键b)波在交流线路上传播时间超过所研究事件的整个计算时间时，交流线路可用波阻抗模拟；本条款给出了建立直流架空线路/电缆及接地极线路模型研究暂时和缓波前过电压需要考虑的因素。b)在几百赫兹频率范围内模拟直流极线避雷器和中性母线避雷器特性。本条款给出了建立直流架空线路/电缆及接地极引线模型研究快波前和陡波前过电压需要考虑的因b)在快波前和陡波前频率范围内确定极母线和中性母线避雷器特性；也可用直流避雷器标准8本条款给出了建立直流侧换流站设备模型，研b)在几百赫兹频率范围内模拟直流侧避雷器特性；也可采用直流避雷器操作电流30/60冲击下c)控制和保护对过电压影响应予以考虑，特别是计本条款给出了建立直流侧换流站设备模型，研究快波前和陡波前过电压需要考虑的因d)由于控制和保护对快速瞬态电压来不及响应，所以不需考虑它们对快波前和陡波前过电压的本条款给出了建立换流站控制和保护模型研究缓波前过电压需要考虑直流系统的缓波前过电压可以利用换流站的控制和保护系统加以抑制并协助直流系统平滑地从故障中恢复。故障所引起的最大瞬态过电压的幅值、持续时间和避雷器能耗在很大程度上受控制和保护系统特性所左右。但是其本身发生故障或误动也会产生缓波前过顺序控制逻辑。直流控制系统是闭环控制系统，调节器的参数和相应的直流电压、电流和γ角等反馈量的测量系统（包括测量系统中数字滤波模块）的暂态响应特性以及ESOF动作策略，对交直流故障和控对控制系统模型的稳态和动态性能进行检验。调节器对相应参考指令的阶跃增加或者阶跃降低的响应），本文件与IEC60071-12:2022———— 本附录给出了带有直流线路或接地回路电缆LC），//触发角/度(°)LCC高压换流站交流母线A避雷器参数如282图B.2显示了当LCCHVDC换流站电路中只有一个阀导通时避雷器的SIPL=500kV在1027A(见图B.3)B.2.2.3阀和高端换流桥变压器套管之该故障情况为保护最高电位的三脉冲换流组的阀避雷器提供了最高应力。这种情况下的等效电路如图B.4所示。高端阀避雷器的应力取决于故障起始的时刻。为了确定最大强度，单相接地故障接发生SIPL=499.8kV在4230A(见图B.5)CCOV:558kV并联柱数:1吸收能量能力:2.5MJC避雷器的应力由交流侧变换来的缓波前过电压确定，应通过计算研究确定。变换而来的缓波前过电压的大小是阀避雷器给定值的两倍。假设在正常运行期间，当四个晶闸管阀导通时，相间会传递缓波前过电压。SIPL=930kV在0.5kALIPL=1048kV在2.5kA直流母线避雷器(DB)CCOV:515kV并联柱数:1吸收能量能力:2.2MJSIPL=866kV在1kALIPL=977kV在5kA直流线路/电缆避雷器(DL)CCOV:515kV并联柱数:8吸收能量能力:17.0MJSIPL=807kV在1kALIPL=872kV在5kA中性母线避雷器(E)CCOV:30kV并联柱数:12吸收能量能力:2.4MJ对于所有中性母线避雷器(E)的设计，选择以下配合电流值：SIPL=78kV在2kALIPL=88kV在10kA交流滤波器避雷器(FA)FA避雷器的运行电压由基频电压和谐波电压组成。避雷器的额定值由接地故障时的应力和交流母线上的恢复过电压决定。交流滤波器避雷器(FA1)Uch:并联柱数:2吸收能量能力:1.0MJ对于避雷器（FA1）的设计，选择了以下配合电流值：SIPLLIPL=158kV=192kV在40kA交流滤波器避雷器(FA2)Uch:并联柱数:2吸收能量能力:0.5MJ对于避雷器（FA2）的设计，选择了以下配合电流值：SIPLLIPL=104kV=120kV直流滤波器避雷器(FD)避雷器的运行电压主要是谐波电压。避雷器的额定值由直流母线上发生接地故障时的缓波前过电压的应力确定。直流滤波器避雷器(FD1)并联柱数:2吸收能量能力:0.8MJ对于避雷器（FD1）的设计，选择了以下配合电流值：SIPL=136kV在2kALIPL=184kV在40kA直流滤波器避雷器(FD2)并联柱数:2吸收能量能力:0.5MJ对于避雷器（FD2）的设计，选择了以下配合电流值：SIPL=104kV在2kALIPL=120kV在10kA——当阀导通时，换流变阀侧的相对相绝缘由一个阀避雷器(V)保护；——当阀闭锁时，两个避雷器(V)串联在相对相之间，在这种情况下，从交流侧传递到阀侧的缓波SIPL=550kV如果两个相位于单独的变压器单元（单相、三绕组变压器）中，并且假设电压不相等，则星形绕组的规定绝缘水平选择为：SIWV=550kVLIWV=650kV变压器和换流器的相对地绝缘由在导通状态下变压器相位之间的缓波前过电压决定。这些来自交SIPL=1000kV2×SIPL(V2在1025A，假设在中性点避雷器中没有电流)假设中性点避雷器中没有电流，绝缘水平与相间相同。SIWV=650kVLIWVLIWV=750kV平波电抗器两端最为严重的过电压工况是经过避雷器(DL)限制过的缓波前过电压叠加直流电压，避雷器SIPL(DL):866kV最大直流电压:500kV电压总和:1366kV平波电抗器:225mH变压器电感:140mH(4×35mH)总电感:365mH端间的电压:1366kV×(225mH/365mH)=842kVSIPL=842kV绝缘水平与避雷器(C)或(DL)相同。LIWV=1300kV910直流线路/电缆DL/DCDL/DC5an5bn47N47C112C1FD16aFD2A6bA中性线中性线882C3CEFA2避雷器类型AV1V2CDBDLEFD1FD2FA1FA2Uch或CCOV/kV243r.m.s.294crest294crest558crest515d.c.515d.c.30d.c.5d.c.5d.c.60r.m.s.30r.m.s.雷电保护水平/kV713––977872配合电流/kA 554040操作保护水平/kV632499.850093086680778配合电流/kA4.231.0250.56.02.02.02.02.0282118222229.210.42.62.52.217.00.40.80.50.5保护位置123456789Uch/kV243603024355829429430558515LIPL=RFFO/kV713713 977SIPL=RSFO/kV63263255055078930866LIWV/kV250750750250SIWV/kV200650650200保护位置1-22-3相间5-68-99-1010-1111-12LIPL=RFFO/kV825 1048 977 SIPL=RSFO/kV747550930842866500LIWV/kV250750250–SIWV/kV200650200575注：交流侧的规定耐受电压依据IEC60071-1中420kV交流标准电压等级的推荐标准耐受值选取。KA相V1V1V2V1V2KV1KV1V1ABCABnV2NCFD1V2中性母线E直流电压/kV800(整流站)直流电流/A3125平波电抗器/mH150+150(极线和中性线)额定空载直流电压/kV229.4触发角/度(°)15/18.67(整流站/逆变站)额定容量(单相双绕组)/MVA250.21短路阻抗/p.u.0.18网侧额定电压/kV525Y0/y换流变压器阀侧额定电压/kVr.m.s.Y0/d换流变压器阀侧额定电压/kVr.m.s.169.85分接开关档位±1.25%分接开关档位数+18/-6每相电感值（阀侧）/mH22系统标称电压/kVr.m.s500系统最高电压/kVr.m.s550持续运行电压，相对地/kVr.m.s318SIPL（在2kA下）/kV780LIPL（在20kA下）/kV907并联避雷器柱数2避雷器能量/MJ8.9CCOVkV425当交流侧缓波前过电压通过换流变压器绕组传递过来时，当只有一个阀导通时（图B.2）对避雷器V3有最大应力。交流侧传递的缓波前过电压幅值取决于换流变线路侧交流母线避雷器A的保护水平。SIPL=395kVLIPL=395kV在0.B.3.2.3低压端400kV换流器单元SIPL=395kVLIPL=395kV在1.B.3.2.4换流变压器阀侧高压套管和阀之SIPL=395kVLIPL=395kV在2.2SIPL=1328kVLIPL=1579kV在SIPL=1328kVLIPL=1579kV在22SIPL=706kVLIPL=791kV在5kA2SIPL=706kVLIPL=791kV在5kA换流器中点母线避雷器（低压桥臂ML）2SIPL=435kVLIPL=447kV在1kA421SIPL=641kVLIPL=719kV在最小分接头档位时的变比传递到阀侧的绝缘A避雷器操作保护水平是780kV，传递到阀侧后是273kV，相对相保护水平是473kV。操作冲击耐受电压等于雷电冲击耐受电压的0.RLIWV=654kVLIPL=1344kV在0.平波电抗器两端之间作用最严重工况是经过避雷器（DL）限制过的直流侧缓波前过电压加上运行平波电抗器：）：两端子之间：2144kV×（150mH/476mH平波电抗器避雷器（DR）的的操作冲击保护水平（SIPL）与雷SIPL=641kVLIPL=719kV在10k平波电抗器：300mH（）：两端子之间：345kV×（150mH/476mLIPL=301kV在1避雷器类型ATV1V2V3MLDE1HE2DRUch或CCOV/kV318ac88524524524524547747781650dc+80ac50dc>40acLIPL/kV91313443953953954357917911579320320719配合电流/kA200.62.40.60.6552020SIPL/kV78013443953953954357067061328263263641配合电流/kA214211111113能量/MJ8.9952.62.84.64.693.63.62.0保护位置151617152627281829192Uch或CCOV/kV318rms47724524588671071050dc+80acdc477880816dcLIPL/kV907435320320791SIPL/kV1550950750450450LIWV/kV780830631435263263706SIWV/kV750550325325950保护位置51,61ph-ph51-6181-9152,62ph-ph52-6291-9292-10a81-82阀两端LIP/kV740719395LIWV/kV750750450454SIPL/kV473790706473790706641263395SIWV/kV650950950650950950950375454本附录给出了一种背靠背直流换流站绝缘配合示例。该示例中采用的研究方法和计算程序在我国而形成两个电力系统的非同步联网。被联电网之间交换功率的大小和方向均由控制系统快速方便地进本示例为连接两个500kV区域电网的背靠背直流输电系统，整流侧和逆变侧均采用12脉器，整流站12脉动换流器中点（2个6脉动换流桥之间）经M避雷器接地，逆变站12脉动换流器中点直接连接地网，换流器间无输电线路或电缆连接，结构及避雷器布置方案见图B.1。具有双能力。该背靠背工程在正向和反向都能传输750MW的额定功率（所有环境温度条件下都不需使用冗余的冷却设备）。标称直流电压为±125kV，标MW。两个区域电网交流侧换流变压器都使用单相三绕组型式。平波电抗器120mH。主要系统参数及VVAAA2A2VVMVVVVVVAAA2A2VVMVVVV3X/R相过冲为17%，即PCOV=CCOV×Uref/kV虑避雷器安装点的CCOV、PCOV波形特点，选择的各类型避雷器参考电压、能量、操护水平及其配合电流。提出的避雷器要求见表kV/kA操作冲击残压，kV/kAkV,peakVMA[1]直流参考电压Uref’1)考虑直流系统中不同地点的接地故障，尤其是换流变压器与阀组之间连线的对地短路故在交流系统处于最小短路水平时，换流站近区交流故障清除会在交流母线上产生较高暂态过电压本示例确定阀避雷器操作冲击保护水平(SIPL)的配合电是阀避雷器的负载很低。阀避雷器雷电冲击水平(LIPL)的配时小。更重要的是，即使在交流暂态期间触发保护动作，在阀上逆变运行的换流器交流侧系统接地故障清除会产生操作过电压，它会通过换流变压器的变比感应选择触发保护水平的原则是，逆变运行换流器交流侧接地故障清除后的过电压不应导致阀的触发发保护水平的基础。对具有较高dV/dt的快速暂态过电压而言，将降低触发保护水平，以改善晶闸管保护。阀厅内的接地故障会引起这种高dV/dt的快波前冲击。换流桥的差动保护会检测到阀厅内发生的接整流侧阀桥和平波电抗器之间的直流极母线的LIPL和SIPL由一个阀避雷器和6脉动中点避雷器（V+M）决定。这样选择的原因是，一个运行的6脉动桥两端的最高电压是一个阀避雷器（V）的保护逆变侧阀桥和平波电抗器间直流极母线的LIPL和SIPL由一个阀避雷器决定。这样选择的原因是，运行时阀侧直流极母线的最高电压是一个阀避雷器（V）的保护Yy变压器阀侧相间电压是交流母线相间电压在阀侧的反映；而Yd变压器阀侧相间电压则是交流母线相对地电压减去零序电压在阀侧的反映。选择相间操作冲击绝缘水平保守的设计策略是以√3乘以交流母线相对地避雷器保护水平，然后以变压器高压端最小抽头时的变比换算至阀侧。此水平记为A’。A型避雷的雷电冲击保护水平（LIPL）由交流系统的雷电冲击决定，其配合电流选为20kA。在换流站两侧，另外单独安装一支保护HP3滤波器分组断路器的避雷器（图B.1中A2）。该避雷器为比A型避雷器高一个档级，以避免在HP3连接于系统时，A2承受决定交流滤波器内避雷器参数取值的故障形式是高压电容器充电至其最高电压时滤波器母线发生按上述方式选择的避雷器额定参数将保证不会产生由于频繁操作而导致损坏和老化加速的现象，阀%%AN.AN.AN.A 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