(高清版)GBT 311.14-2024 绝缘配合 第14部分：高压直流系统ACDC滤波器绝缘配合

绝缘配合第14部分：高压直流系统AC/DC滤波器绝缘配合2024-03-15发布国家标准化管理委员会IGB/T311.14—2024前言 V 12规范性引用文件 13术语和定义 14符号和缩略语 14.1符号 4.1.1文字符号 14.1.2图形符号 24.2缩略语 25AC/DC滤波器典型配置方案 25.1高压直流输电系统AC/DC滤波器典型配置方案 25.2柔性直流输电系统AC/DC滤波器典型配置方案 46运行中的电压和过电压 46.1滤波器不同位置的运行电压 46.2交流滤波器过电压类型和典型等效工况 56.3直流滤波器过电压类型和典型等效工况 57避雷器的特性和应力 67.1避雷器特性 67.2避雷器应力 67.2.1交流滤波器避雷器应力 67.2.2直流滤波器避雷器应力 77.3保护策略 78绝缘配合设计程序 88.1概述 88.2避雷器要求 98.3代表性过电压(Um) 98.4配合耐受电压(U) 8.5要求耐受电压(Uw) 8.6规定耐受电压(Uw) 9研究工具和系统模型 9.1研究方法及工具 9.2典型等效工况建模方法 9.2.1单相接地故障 9.2.2交流母线操作冲击 ⅡGB/T311.14—20249.2.3滤波器合闸 9.2.4三相短路后故障恢复 9.2.5换流变空载投入 9.2.6直流极线接地故障 9.2.7直流极线操作冲击 A.1算例系统条件 A.2避雷器的布置方案 A.3CCOV计算 附录B(资料性)某500kV交流滤波器绝缘配合示例 B.1算例系统条件 B.2避雷器的布置方案 B.3避雷器的额定参数选取 B.4过电压典型等效工况计算 B.5交流滤波器各点的绝缘水平选取 附录C(资料性)某士800kV直流系统直流滤波器绝缘配合示例 C.1算例系统条件 C.2避雷器的布置方案 C.3避雷器的额定参数选取 C.4过电压典型等效工况计算 C.5直流滤波器各点的绝缘水平选取 参考文献 图1典型的交流滤波器结构图 3图2典型的直流滤波器结构图 3图3交流滤波器各点的典型运行电压波形 4图4直流滤波器各点的典型运行电压波形 4图5单相接地故障的典型等效工况示意图 图6交流母线操作冲击波的典型等效工况示意图 图7交流滤波器投切的典型等效工况示意图 图8三相短路后故障恢复的典型等效工况示意图 图9换流变空载投入的典型等效工况示意图 图10极线接地故障的典型等效工况示意图 图11直流极线操作波的典型等效工况示意图 图A.1交流滤波器避雷器配置 图B.1交流滤波器避雷器配置 图C.1直流滤波器避雷器配置 表1符号说明 2ⅢGB/T311.14—2024表2交流滤波器绝缘配合设计考虑的典型等效工况及过电压类型 5表3直流滤波器绝缘配合设计考虑的典型等效工况及过电压类型 5表4交流滤波器考虑的典型等效工况及影响的避雷器参数 表5直流滤波器考虑的典型等效工况及其影响的避雷器参数 7表6交流滤波器保护避雷器汇总 8表7直流滤波器保护避雷器汇总 8表8避雷器要求 9表9代表性过电压和要求耐受电压水平 9表10交流和直流滤波器绝缘配合设计推荐的安全因数 表A.1交流滤波器参数表 表A.2交流滤波器电抗器主要次谐波电流值 表A.3交流滤波器电抗器2%CCOV及算术和计算结果 表B.1交流滤波器参数表 表B.2交流滤波器电抗器主要次谐波电流值 表B.3避雷器参数表 表B.4交流滤波器暂态定值结果 表B.5交流滤波器绝缘水平 表C.1直流滤波器参数 表C.2直流滤波器电抗器主要次谐波电流值 表C.3避雷器参数表 表C.4直流滤波器暂态定值结果 表C.5直流滤波器绝缘水平 V本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。本文件是GB/T311《绝缘配合》的第14部分。GB/T311已经发布了以下部分：——第2部分：使用导则；——第3部分：高压直流换流站绝缘配合程序；——第4部分：电网绝缘配合及其模拟的计算导则；——第14部分：高压直流系统AC/DC滤波器绝缘配合。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专利的责任。本文件由中国电器工业协会提出。本文件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。本文件起草单位：南方电网科学研究院有限责任公司、西安高压电器研究院股份有限公司、中国电力科学研究院有限公司、国网经济技术研究院有限公司、中国南方电网有限责任公司超高压输电公司、国网四川省电力公司电力科学研究院、国网安徽省电力有限公司电力科学研究院、浙江大学、平高集团有限公司、国网河北省电力有限公司电力科学研究院、国网山西省电力公司电力科学研究院、国网山东省电力公司电力科学研究院、中国能源建设集团云南省电力设计院有限公司、苏州华电电气股份有限公司、国网陕西省电力公司电力科学研究院、国网江苏省电力有限公司电力科学研究院、国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院、云南电网有限责任公司电力科学研究院、国网浙江省电力有限公司电力科学研究院、广东电网有限责任公司电力科学研究院、国网青海省电力公司电力科学研究院、国网宁夏电力有限公司电力科学研究院、国网新疆电力有限公司电力科学研究院。本文件主要起草人：黄莹、张小勇、辛清明、孙泉、徐迪臻、邱伟、何慧雯、崔东、王亭、乐波、李强、VIGB/T311《绝缘配合》旨在确立高压交流和高压直流绝缘配合的原则和导则。由于交流绝缘配合和直流绝缘配合有明显的差别，需分为交流绝缘配合和直流绝缘配合两个方面，拟由以下部分构成。——第1部分：定义、原则和规则。目的在于确立绝缘配合定义、原则和规则。——第2部分：使用导则。目的在于对正确执行第1部分提供使用指导。——第3部分：高压直流换流站绝缘配合程序。目的在于对高压直流换流站的绝缘配合提供指导。——第4部分：电网绝缘配合及其模拟的计算导则。目的在于确定绝缘配合数字化计算的导则。——第11部分：高压直流系统绝缘配合定义、原则和规则。目的在于确立直流系统绝缘配合的定义、原则和规则。——第12部分：高压直流换流站(LCC)绝缘配合应用导则。目的在于对以LCC为换流器的高压直流换流站的绝缘配合提供指导。——第13部分：高压直流换流站(VSC)绝缘配合应用导则。目的在于对以VSC为换流器的高压直流换流站的绝缘配合提供指导。——第14部分：高压直流系统AC/DC滤波器绝缘配合。目的在于确定高压直流系统中交流和直流滤波器的绝缘配合。——第15部分：直流输电线路绝缘配合。目的在于确定直流输电线路及接地极线路的绝缘配合。本文件是GB/T311《绝缘配合》的第14部分。交流和直流滤波器的过电压计算工况、避雷器的参考电压和配合电流的选取程序与交直流系统及其设备的选取程序不同，要充分考虑交流和直流滤波器的谐波叠加特性对绝缘配合的影响。我国直流工程建设和运行经验日益丰富，亟需对交流和直流滤波器绝缘配合统一规范，为我国直流工程建设提供指导性技术文件。1绝缘配合第14部分：高压直流系统AC/DC滤波器绝缘配合本文件给出了高压直流输电系统用交流滤波器(包括并联电容器)和直流滤波器的绝缘配合程序和规则、避雷器布置和应力特性等内容。本文件适用于高压直流输电系统的交流和直流滤波器，为确定交流和直流滤波器的工作电压、耐受电压、避雷器选型提供指导，不涉及对人身安全的要求。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T311.1—2012绝缘配合第1部分：定义、原则和规则GB/T25093—2010高压直流系统交流滤波器GB/T25308—2022高压直流输电系统直流滤波器高压直流系统绝缘配合定义、原则和规则(Insulationco-ordination—IEC60071-12:2022高压直流换流站(LCC)绝缘配合应用导则(Insulationco-ordination—Part12:ApplicationguidelinesforLCCHVDCconverterstations)3术语和定义GB/T311.1—2012、GB/T25093-2010、GB/T25308-2022、IEC60071-11:2022、IEC60071-12:2022界定的术语和定义适用于本文件。4符号和缩略语4.1符号下列符号适用于本文件。K:海拔修正因数。K:配合因数。n:谐波次数。U:避雷器的峰值持续运行电压。U:配合耐受电压。U:避雷器的参考电压。2Up:代表性过电压。U:要求耐受电压。本文件中给出图中涉及的图形符号说明见表1。表1符号说明符号说明电容器电抗器电阻器避雷器接地单相三绕组变压器阀(换相组)小组滤波器，可以采用A、B、C等方式表示不同的滤波器类型。小组滤波器开关4.2缩略语下列缩略语适用于本文件。CCOV:峰值持续运行电压(CrestValueofContinuousOperatingVoltage)LCC:电网换相型换流器(LineCommutatedConverter)LIPL:雷电冲击保护水平(LightningImpulseProtectiveLevel)LIWV:雷电冲击耐受电压(LightningImpulseWithstandVoltage)MMC:模块化多电平换流器(ModularMultilevelConverter)RFFO:代表性快波前过电压(最大电压值)[RepresentativeFast-frontOvervoltage(TheMaximumVoltageStressValue)]RLIWV:要求雷电冲击耐受电压(RequiredLightningImpulseWithstandVoltage)MaximumVoltageStressValue)]RSIWV:要求操作冲击耐受电压(RequiredSwitchingImpulseWithstandVoltage)SIPL:操作冲击保护水平(SwitchingImpulseProtectiveLevel)SIWV:操作冲击耐受电压(SwitchingImpulseWithstandVoltage)5AC/DC滤波器典型配置方案5.1高压直流输电系统AC/DC滤波器典型配置方案交流滤波器配置于换流站交流母线。交流滤波器通常采用三调谐滤波器、双调谐滤波器、单调谐滤3波器、C型阻尼滤波器及并联电容器。交流滤波器采用的三调谐和双调谐滤波器一般宜配置电阻器，如图1所示。三调谐滤波器双调谐滤波器标引序号说明：L₁,L₂,LaR₁,R₂——高压电容器； 低压电容器；F,Fse,Fa,Fac₄——交流滤波器避雷器。图1典型的交流滤波器结构图直流滤波器配置于换流站直流极母线与直流中性母线之间。直流滤波器通常采用三调谐滤波器或双调谐滤波器，如图2所示。宜根据需要选择是否配置电阻器。标引序号说明：F,Fa₂,Fas,F——直流滤波器避雷器。图2典型的直流滤波器结构图45.2柔性直流输电系统AC/DC滤波器典型配置方案对于采用LCC和MMC的混合直流输电系统，含LCC的换流站配置交流和直流滤波器是十分必要的；仅含MMC的换流站，交流侧可不配置滤波器，直流侧根据系统需求确定是否配置滤波器。对于采用两电平或三电平换流器的柔性直流输电系统，配置交流和直流滤波器是十分必要的。柔性直流输电系统中若需配置交流和直流滤波器，通常使用的配置方案见5.1。6运行中的电压和过电压6.1滤波器不同位置的运行电压滤波器的主要作用是提供谐波通路，而工频交流电压或直流电压主要作用于滤波器的电容器C上。图3、图4分别为交流和直流滤波器上典型的运行电压波形。图3、图4中的节点位置分别见图1、图3交流滤波器各点的典型运行电压波形图4直流滤波器各点的典型运行电压波形交流滤波器和直流滤波器的典型运行电压特征说明如下：a)对于交流滤波器：1)考虑到交流母线谐波已经被交流滤波器有效滤除，交流母线电压波形见图3中Loc.(1-G),该点电压波形近似为理想正弦波形；52)Loc.(1-2)电压波形为以基波为主叠加谐波的电压波形。谐波电压与滤波器配置、调谐点和换流阀运行工况有关。谐波电压含量一般低于30%;3)Loc.(2-G),(3-G),(2-3),(3-4)为交流滤波器内部低压元件的电压波形。波形仅包含谐波，其频率与滤波器的调谐频率相关。b)对于直流滤波器：1)Loc.(1-N),(1-2)是由于平波电抗器和直流滤波器的影响而平滑的电压；2)Loc.(2-N),(3-N),(4-N),(2-3),(3-4)是直流滤波器内部低压元件的电压波形。波形仅包含谐波，其频率与滤波器的调谐频率相关；3)Loc.(N-G)为典型的中性母线电压，取决于接地极回路和滤波器参数，可包括直流偏置电压，尤其是在单极金属回线运行方式期间。6.2交流滤波器过电压类型和典型等效工况交流滤波器过电压推荐根据IEC60071-11:2022表1中描述的过电压波形的特征，分为暂时过电压、快波前过电压和缓波前过电压三类。暂时过电压主要来自三相短路后故障恢复、换流变空载投入。快波前过电压主要来自单相接地故障、滤波器合闸。缓波前过电压主要来自单相接地故障、交流母线操作冲击、滤波器合闸、三相短路后故障恢复、换流变空载投入。交流滤波器绝缘配合设计考虑的典型等效工况及其过电压类型见表2。表2交流滤波器绝缘配合设计考虑的典型等效工况及过电压类型典型等效工况过电压类型单相接地故障快波前过电压/缓波前过电压交流母线操作冲击缓波前过电压滤波器合闸快波前过电压/缓波前过电压三相短路后故障恢复暂时过电压/缓波前过电压换流变空载投入暂时过电压/缓波前过电压注：典型等效工况说明见第9章。6.3直流滤波器过电压类型和典型等效工况直流滤波器过电压推荐根据IEC60071-11:2022表1中描述的过电压波形的特征，分为快波前过电压和缓波前过电压两类。快波前过电压主要来自直流极线接地故障。缓波前过电压主要来自直流极线操作冲击。直流滤波器绝缘配合设计考虑的典型等效工况及其过电压类型见表3。表3直流滤波器绝缘配合设计考虑的典型等效工况及过电压类型典型等效工况过电压类型直流极线接地故障快波前过电压6GB/T311.14—2024表3直流滤波器绝缘配合设计考虑的典型等效工况及过电压类型(续)典型等效工况过电压类型直流极线操作冲击缓波前过电压注：典型等效工况说明见第9章。7避雷器的特性和应力7.1避雷器特性交流和直流滤波器的避雷器主要为无间隙金属氧化物避雷器。根据交流滤波器与直流滤波器各元件电压及各次谐波电压，在选择避雷器的参考电压时需要考虑谐波电压对避雷器电阻片老化特性的影响。7.2避雷器应力7.2.1交流滤波器避雷器应力交流滤波器避雷器为交流滤波器的电容器、电抗器和电阻器提供过电压保护。交流滤波器避雷器的持续运行工作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。由于谐波电压下避雷器功耗相对较高，所以在确定避雷器的CCOV时考虑谐波电压是非常必要的。交流滤波器避雷器的CCOV计算公式见公式(1)。U,,——谐波电压。………(1)用公式(1)计算交流滤波器避雷器的CCOV时，只考虑50次以内特征谐波电压峰值的叠加。对于12脉动LCC换流器，交流特征谐波次数为12k±1,直流特征谐波次数为12k,k为正整数。如果换流站空间较小，宜考虑采用降低滤波设备绝缘水平的方式减少滤波器的占地面积，采用2%统计CCOV的方法计算CCOV。附录A给出了2%统计CCOV计算示例。确定交流滤波器避雷器负载时，宜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电压下发生接地故障时滤波电容器的放电事件。前者确定SIPL要求，后者确定LIPL和吸收能量要求。在某些情况下，低次谐波谐振过电压或因接地故障产生三相不对称运行电压时激发低次非特征谐波谐振过电压，会使避雷器承受高能量。此外，滤波器合闸也会对滤波器涌流产生影响。在下列事件中，交流滤波器避雷器会承受更高能量：a)接地故障发生在滤波器电容器充电至最大基频相对地电压；b)接地故障发生在滤波电容器充电至避雷器缓波前过电压保护水平；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的避雷器会承受高能量；d)在滤波器小组合闸前，交流母线电压处于最大值且其余滤波器均已投入，滤波器小组开关合闸交流滤波器绝缘配合设计考虑的典型等效工况及其影响的避雷器参数见表4。7表4交流滤波器考虑的典型等效工况及影响的避雷器参数典型等效工况影响的避雷器参数单相接地故障配合电流、LIPL配合电流、SIPL交流母线操作冲击配合电流、SIPL滤波器合闸浪涌电流三相短路后故障恢复避雷器吸收能量、SIPL换流变空载投入避雷器吸收能量7.2.2直流滤波器避雷器应力直流滤波器避雷器为直流滤波器的电容器、电抗器和电阻器提供过电压保护。直流滤波器电抗器侧避雷器的正常工作电压通常比较低，一般由与滤波支路谐振频率对应的一个或多个谐波电压组成。在确定避雷器的额定值时，宜考虑谐波电压在避雷器上产生的较高功耗。直流滤波器避雷器的CCOV计算公式见公式(1),具体的计算方法与7.2.1中所述方法相同。直流滤波器避雷器的负载主要由滤波器母线发生接地故障引起的直流滤波器电容器放电和雷电侵入波过电压来确定。直流滤波器绝缘配合设计考虑的典型等效工况及其影响的避雷器参数见表5。表5直流滤波器考虑的典型等效工况及其影响的避雷器参数典型等效工况影响的避雷器参数直流极线接地故障配合电流、LIPL直流极线操作冲击配合电流、SIPL7.3保护策略避雷器的实际配置取决于滤波器的结构，基本原则是保证每个设备都得到充分的保护，且成本要与设备所期望的可靠性以及设备耐受能力相匹配。交流滤波器典型的避雷器配置方案如图1所示，直流滤波器典型的避雷器配置方案如图2所示。滤波器中避雷器配置的基本原则是高压电容器不配置直接保护避雷器，低压电抗器和电阻器配置与之直接并联的避雷器。但三调谐滤波器、双调谐滤波器配置于2点对地的避雷器以及配置于2点和3点之间的避雷器可二者均配置，也可以二选其一，需结合设备的耐受能力进行优化。交流和直流滤波器不同节点保护避雷器的汇总分别见表6和表7,其中滤波器的类型分别参考图1和图2。在实际避雷器配置设计中宜建立此表格。8表6交流滤波器保护避雷器汇总滤波器类型保护位置保护避雷器说明三调谐滤波器Faca+FalF₂可省去双调谐滤波器F₂可省去单调谐滤波器C型阻尼滤波器并联电容器Facl注：“(1)”“(2)”指的是可能的避雷器保护选项。表7直流滤波器保护避雷器汇总滤波器类型保护位置保护避雷器说明三调谐滤波器Faes+Fdet——FdetFa2可省去Fac双调谐滤波器FcaFac2可省去注：“(1)”“(2)”指的是可能的避雷器保护选项。8绝缘配合设计程序本章节遵循IEC60071-11:2022中5.4规定的绝缘配合原则，给出了交流和直流滤波器绝缘配合设计程序。98.2避雷器要求表8给出了滤波器各避雷器，例如图1、图2中的各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宜清楚地标识出来。表8避雷器要求保护避雷器持续运行电压在相应于配合电流下的避雷器保护水平能量吸收UretCCOVLIPL避雷器能量(峰值)(峰值)(峰值)(峰值)(峰值)(峰值)Facl,Fac₂,Fa3,FactFdei,Faez,Fdes,Fdc48.3代表性过电压(Up)交流和直流滤波器的代表性过电压受高压直流输电系统的故障类型和运行方式影响。按照第6章推荐的过电压类型和典型等效工况，仿真计算滤波器各点的最大过电压作为代表性过电压。在进行相关故障计算分析后，确定的代表性过电压以及要求耐受电压见表9。表9代表性过电压和要求耐受电压水平绝缘位置代表性过电压(Up)要求耐受电压(U,w)I交流滤波器(见图1)交流滤波器电容器(a)高压侧.1-G.3-G(b)两端，1-2,3-G(c)低压侧，2-G交流滤波器电抗器(a)高压侧，2-G,3-G(b)两端，2-3,3-G(c)低压侧，3-GⅡ直流滤波器(见图2)直流滤波器电容器(a)高压侧，1-G,3-G(b)两端，1-2,3-4(c)低压侧，2-G,4-G直流滤波器电抗器(a)高压侧，2-G,3-G(b)两端，2-3,3-4(c)低压侧，3-G,4-G配合耐受电压是由配合因数乘以代表性过电压计算得出，见公式(2),或用确定性配合因数(K)代替K(见GB/T311.2—2013的5.3.3.1),K。通常取1。8.5要求耐受电压(U)设备的要求耐受电压见公式(3):安全因数Ks推荐按照表10进行选择。表10交流和直流滤波器绝缘配合设计推荐的安全因数设备类型安全因数快波前过电压缓波前过电压交流滤波器直流滤波器注：推荐值用于一般设计，最终的安全因数(增高或减小)根据选择的性能指标确定。设备外绝缘海拔修正参照GB/T311.1—2012附录B执行。8.6规定耐受电压(Uw)规定耐受电压应等于或高于要求耐受电压，且尽可能从下列最接近要求耐受电压序列值中向上选取。推荐的冲击电压(kV峰值)标准化序列值如下：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。滤波器与交流和直流母线连接位置的绝缘水平按照对应母线的绝缘水平选取。附录B给出了交流滤波器绝缘配合的示例，附录C给出了直流滤波器绝缘配合的示例。9研究工具和系统模型9.1研究方法及工具交流和直流滤波器过电压的研究方法由下列步骤组成：第1步：确定避雷器配置方案；第2步：确定滤波器元件的最大持续运行电压。最大持续运行电压可以采用2%统计CCOV或者各次谐波电压的算数和；第3步：确定避雷器的参考电压；第4步：研究产生最大放电电流和能量的情况；第5步：确定避雷器的配合电流、保护水平和避雷器能量的要求，并提出避雷器的规范；第6步：计算交流和直流滤波器各元件的配合耐受电压。仿真工具应满足缓波前过电压和快波前过电压计算步长的要求，一般使用非实时仿真工具。9.2典型等效工况建模方法9.2.1单相接地故障单相接地故障考虑在交流母线过电压的条件下滤波器的电容器C,高压端单相接地故障，该工况考核滤波器因交流侧过压导致的闪络。以双调谐滤波器为例，典型等效工况示意图见图5。故障回路宜考虑滤波器电容器的杂散电感与故障点的等效电感(包括母线电感),同时考虑不与电容器并联的电抗器设备的杂散电容，及考虑电抗器的电阻对故障电流的影响。在故障发生前，电容器已充电至交流滤波器母线避雷器的缓波前过电压保护水平。单相接地故障的故障点分为远区故障和近区故障：一般情况下，2km及以内的线路接地故障为近区故障，过电压波形一般表现为快波前过电压特性；2km以外的线路接地故障为远区故障，过电压波形一般表现为缓波前过电压特性。具体过电压特性需要根据实际仿真电压波形进行判定。接地故障最远一般考虑到50km处的线路接地故障。标引序号说明：C₁——高压电容器；C₂——低压电容器；L₁,L₂——电抗器；Le,LeR₁,R₁₂——电抗器的电阻；L;——接地故障等效电感；Fael,Fa2,Fa3——交流滤波器避雷器。图5单相接地故障的典型等效工况示意图9.2.2交流母线操作冲击交流母线操作冲击是模拟外部传递过来的操作波引起的滤波器过电压，以双调谐滤波器为例，典型等效工况示意图见图6。故障回路宜考虑滤波器电容器的杂散电感，同时考虑不与电容器并联的电抗器设备的杂散电容，及考虑电抗器的电阻对故障电流的影响。考虑外部操作波作用下的滤波器各元件的暂态应力时，在换流器的交流侧引入标准缓波前过电压波，幅值为交流滤波器母线避雷器的缓波前过电压保护水平。古标引序号说明：C₁——高压电容器；C₂——低压电容器；——电抗器；——电抗器的杂散电容；——电容器的杂散电感；R,R₁g——电抗器的电阻；图6交流母线操作冲击波的典型等效工况示意图在交流滤波器合闸瞬间，交流系统和其他滤波器会对合闸的交流滤波器充电，在被合闸的滤波器上产生过电压。最严苛的工况为最后一组交流滤波器投入的工况。偏严考虑，交流滤波器在交流母线电压处于峰值时瞬间合闸，将出现最严重的过电压。典型等效工况示意图见图7。交流电网使用正弦电压源与等值阻抗串联模型来等效，等值阻抗考虑按交流系统最大短路电流水平计算。专交流系统标引序号说明：L,——交流系统等值电感；R,——交流系统等值电阻。图7交流滤波器投切的典型等效工况示意图9.2.4三相短路后故障恢复在交流系统三相短路后的故障恢复过程中，交流电压快速恢复，并在交流母线上产生操作过电压和暂时过电压，进一步引起变压器饱和，增大系统侧的低次谐波，增大滤波器低次谐波应力。典型等效工况示意图见图8。图中交流系统可按照交流系统的等值电源和等值阻抗考虑，换流变压器宜考虑其饱和特性。交流系统电压按交流系统最高运行电压考虑，交流系统短路容量按照最小短路容量考虑。交流系统采用正弦电压源与等效电感串联模型等效。在研究过电压时，仿真计算宜模拟在交流母线发生三相短路故障后，在故障清除和交流系统电压恢复期间，直流换流器未闭锁，且交流滤波器一直与交流母线相连的情况。在研究通过避雷器最大能量时，宜考虑到各种情况。其中最严重的情况是在故障发生后换流器闭锁，在故障清除和交流系统电压恢复期间，滤波器一直与交流母线相连。UUU专交流系统&标引序号说明：L,——交流系统等值电感；R、——交流系统等值电阻；Pac——直流输电系统的有功功率；Q——直流输电系统的无功功率；U——直流输电系统的直流电压。图8三相短路后故障恢复的典型等效工况示意图9.2.5换流变空载投入换流变投入时产生的涌流包含大量的低次谐波，低次谐波被低通滤波器吸收，将使低通滤波器应力增大，尤其是低通滤波器电阻器，该工况是其暂态能量的决定性工况。典型等效工况示意图见图9。图中交流系统可按照交流系统的等值电源和等值阻抗考虑，换流变压器宜考虑其饱和特性。偏严格考虑，换流变空载合闸的时刻为对应相电压过零点；交流系统电压按交流系统最高运行电压考虑，交流系统短路容量按照最小短路容量考虑。交流系统采用正弦电压源与等效电感串联模型等效。仿真计算宜模拟一极在最大过负荷运行时，投入另一极换流变，并考虑在此过程中合理的交流滤波器投切组合。PPR;L,古交流系统A避雷器A避雷器ACBC言3标引序号说明：L。——交流系统等值电感；R、——交流系统等值电阻；Pa——直流输电系统的有功功率；Qa——直流输电系统的无功功率；U₄——直流输电系统的直流电压。图9换流变空载投入的典型等效工况示意图9.2.6直流极线接地故障该工况考虑了在直流侧极线过电压条件下发生直流滤波器电容器对地短路故障。典型等效工况示意图见图10。在故障发生前，电容器已充电至直流极线避雷器的缓波前过电压保护水平。此工况宜考虑直流系统的接地方式对过电压的影响，考虑站内直接接地、金属回线接地、接地极接地三种情况。计算避雷器最大能量时考虑两次直流极线全压重启动。极线对地短路故障的故障点分为远区故障和近区故障：2km以内的线路接地故障为近区故障，过电压波形一般表现为快波前过电压特性；2km以外的线路接地故障为远区故障，过电压波形一般表现为缓波前过电压特性。具体的过电压特性需要根据实际仿真电压波形进行判定。接地故障最远一般考虑到50km处的线路接地故障。GB/T311.14—2024标引序号说明：高压电容器；低压电容器；电抗器；电抗器的杂散电容；Le,Le——电容器的杂散电感；电抗器的电阻；接地故障等效电感；Faa,F,Fas——直流滤波器避雷器；接地极线路等效电阻；接地极线路等效电感；金属回线等效电阻；Lm——金属回线等效电感。图11。考虑外部操作波作用下的直流滤波器各元件的暂态应力时，在直流极线上引入标准缓波前过电压波，幅值为直流极线避雷器的缓波前过电压保护水平。此工况宜考虑直流系统的接地方式对过电压的影响，考虑站内直接接地、金属回线接地、接地极接地三种情况。标引序号说明：C₁——高压电容器；C₂——低压电容器；L₁,L₂——电抗器；Le,LeRμ,R₁₂——电抗器的电阻；Fdel,Fae,Faes——直流滤波器避雷器；Rg——接地极线路等效电阻；Lg——接地极线路等效电感；Rm——金属回线等效电阻；Lm——金属回线等效电感。图11直流极线操作波的典型等效工况示意图(资料性)2%统计CCOV计算示例A.1算例系统条件算例采用某标称直流电压为800kV的直流工程，交流侧电压为500kV。交流侧滤波器为双调谐滤波器，其参数见表A.1。表A.1交流滤波器参数表滤波器类型双调谐滤波器容量/MVarC₁/μFL₁/mHC₂/μF4.871L₂/mHR₁/Ω交流滤波器的电抗器主要次谐波电流值见表A.2。表A.2交流滤波器电抗器主要次谐波电流值交流滤波器类型元件L₂电抗器电感mH9.290主要次谐波电流有效值An=1290.7292.123.8n=560.8n=740.229.747.8n=11358.7822.1n=1346.6n=23n=25n=35n=47A.2避雷器的布置方案图A.1表明了避雷器的配置方案，所有避雷器均采用无间隙金属氧化物避雷器。标引序号说明：C₁——高压电容器；C₂——低压电容器；L₁,L₂—-电抗器；R₁——电阻器；Fa,Fag——直流滤波器避雷器。图A.1交流滤波器避雷器配置A.3CCOV计算根据表A.2中交流滤波器电抗器的主要次谐波电流，使用计算程序实现给每个谐波分配随机相位并通过叠加计算总电压的功能。统计一万次计算的结果，将概率不超过2%的电压作为CCOV,结果见表A.3。F直接保护电抗器L,其CCOV为47.87kV。F保护电抗器L,高压端，其CCOV为L,和L。2%统计电压之和88.5kV。使用算术和计算的CCOV结果见表A.3。表A.3交流滤波器电抗器2%CCOV及算术和计算结果交流滤波器类型元件L₂电抗器电感mH40.6347.8747.06(资料性)某500kV交流滤波器绝缘配合示例B.1算例系统条件算例采用某标称直流电压为800kV的直流工程，交流侧电压为500kV。交流侧滤波器为双调谐表B.1交流滤波器参数表滤波器类型双调谐滤波器容量/MVarC₁/μF2.550L₁/mHC₂/μF4.871L₂/mH9.290R₁/Ω根据系统研究结论，交流滤波器的电抗器主要次谐波电流值见表B.2。表B.2交流滤波器电抗器主要次谐波电流值交流滤波器类型元件L₂电抗器电感mH9.290主要次谐波电流有效值An=1290.7292.123.8n=560.8n=740.2n=929.747.8n=11358.7822.1n=1346.6n=25n=35n=47n=49B.2避雷器的布置方案图B.1表明了避雷器的配置方案，所有避雷器均采用无间隙金属氧化物避雷器。图B.1交流滤波器避雷器配置B.3避雷器的额定参数选取为合理的降低避雷器的2%统计CCOV,各次谐波相角随机分配，取2%统计CCOV。根据表B.2计算得到L上的2%统计CCOV为40.6kV,L₂上的2%统计CCOV为47.9kV。由第7章确定，避雷器参数见表B.3。避雷器参数参考电压B.4过电压典型等效工况计算根据9.2.1至9.2.4的建模方法，针对交流滤波器过电压典型等效工况，逐一进行仿真分析，得到结表B.4交流滤波器暂态