GB∕T 37011-2018 柔性直流输电用变压器技术规范

柔性直流输电用变压器技术规范2018-12-28发布2019-07-01实施中国国家标准化管理委员会GB/T37011—2018前言 I 2规范性引用文件 3术语和定义 4符号和缩略语 45产品结构与分类 46产品型号 57使用条件 58技术要求 89偏差 1110试验项目及方法 11 15 15I本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。本标准由中国电器工业协会提出。本标准由全国变压器标准化技术委员会(SAC/TC44)归口。本标准起草单位：南方电网科学研究院有限责任公司、沈阳变压器研究院股份有限公司、国家电网有限公司、机械工业北京电工技术经济研究所、特变电工沈阳变压器集团有限公司、特变电工衡阳变压器有限公司、国网经济技术研究院有限公司、中国电力科学研究院、保定天威保变电气股份有限公司、西安西电变压器有限责任公司、广东电网公司电力科学研究院、山东电力设备有限公司。1柔性直流输电用变压器技术规范本标准规定了柔性直流输电用变压器(也简称为柔直变压器)的术语和定义、符号和缩略语、产品结本标准适用于下列与模块化多电平电压源换流器连接的油浸式产品：——对称单极柔直变压器；——双极柔直变压器。2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/T1094.1电力变压器第1部分：总则GB/T1094.2电力变压器第2部分：液浸式变压器的温升GB/T1094.3—2017电力变压器第3部分：绝缘水平、绝缘试验和外绝缘空气间隙GB/T1094.5电力变压器第5部分：承受短路的能力GB/T1094.7电力变压器第7部分：油浸式电力变压器负载导则GB/T1094.10电力变压器第10部分：声级测定GB/T2900.33电工术语电力电子技术GB/T2900.95电工术语变压器、调压器和电抗器GB/T3859.1半导体变流器通用要求和电网换相变流器第1-1部分：基本要求规范GB/T4109交流电压高于1000V的绝缘套管GB/T10230.1分接开关第1部分：性能要求和试验方法GB/T10230.2分接开关第2部分：应用导则GB/T17623绝缘油中溶解气体组分含量的气相色谱测定法GB/T18494.2变流变压器第2部分：高压直流输电用换流变压器GB/T20838高压直流输电用油浸式换流变压器技术参数和要求GB/T30553基于电压源换流器的高压直流输电JB/T501电力变压器试验导则JB/T3837—2016变压器类产品型号编制方法IEC/IEEE65700-19-03直流输电用套管(BushingsforDCapplication)IEEE693变电站抗震设计推荐规程(RecommendedPracticeforSeismicDesignofSubstations)3术语和定义GB/T1094.1、GB/T1094.2、GB/T2900.33、GB/T2900.95、GB/T3859.1和GB/T30553中界定的以及下列术语和定义适用于本文件。23.1通用术语和定义电压源换流器voltage-sourcedconverter一种交流/直流换流器，由一个集中的直流电容器或换流器各桥臂内的多个分散式直流电容器提供平滑的直流电压。注：电压源换流器采用全控型半导体器件，如IGBT。多电平换流器multi-levelconverter交流侧输出相电压波形的电平数大于3的电压源换流器。每个VSC阀由一定数量的独立单相电压源换流器串联组成的多电平换流器。柔性直流输电highvoltagedirectcurrenttransmissionbasedonvoltage-sourcedconverter基于电压源换流器的高压直流输电。注：柔性直流输电亦称为“VSC-HVDC输电”。柔性直流输电用变压器transformerforVSC-HVDC在交流系统连接点与一个或多个电压源换流器单元之间传输电能的变压器。注：柔性直流输电用变压器也简称为柔直变压器。在不同的应用场所，柔直变压器亦称为“电力变压器”或“换流变对称单极symmetricalmonopole单个电压源换流器两端直流电压输出对称的接线方式。注：即使有两种直流电压极性，也仍然使用术语“对称单极”,因为在只有一个换流器的情况下，不可能提供冗余(冗非对称单极asymmetricalmonopole单个电压源换流器两端直流电压输出不对称的接线方式，通常一端接地。双极bipole两个或多个非对称单极构成一个正负极直流回路的接线方式。对称单极柔直变压器transformerforsymmetricalmonopoleVSC-HVDC应用在对称单极柔性直流输电系统中的柔直变压器。双极柔直变压器transformerforbipoleVSC-HVDC应用在双极柔性直流输电系统中的柔直变压器。电压源换流器相单元VSCphaseunit用于将两个直流母线连接到一个交流端子的设备。3网侧绕组linesidewinding接到交流电网的柔直变压器绕组。阀侧绕组valvesidewinding接到换流器的柔直变压器绕组。整流运行rectifieroperation换流器将电能从交流转换成直流的运行方式。逆变运行inverteroperation换流器将电能从直流转换成交流的运行方式。容性运行capacitiveoperation换流器在与交流系统交换或不交换有功功率的情况下发出无功功率的运行方式。换流器在与交流系统交换或不交换有功功率的情况下吸收无功功率的运行方式。换流器只与交流系统进行无功(容性或感性)交换。3.2专用术语和定义阀侧绕组最高持续运行电压maximumcontinuousoperatingvoltageofvalvesidewindingU.mx三相系统中阀侧绕组相间最高持续运行电压的方均根值。注1:阀侧绕组最高持续运行电压Umx由用户提供，该值通常高于阀侧绕组额定电压U。注2:柔直变压器阀侧绕组最高持续运行电压通常出现在换流器处于容性运行方式下。对称单极柔直变压器阀侧绕组直流偏置电压valvesidewindingdcoffsetvoltageoftransformerforsymmetricalmonopoleVSC-HVDCUyde对于对称单极柔直系统，Uue为当发生直流单极极线接地故障时，柔直变压器阀侧绕组承受的对地电压的直流偏置分量，持续时间为数十到数百毫秒。Um确定柔直变压器阀侧绕组绝缘水平的电压基准值。注：该值不能低于阀侧绕组最高持续运行电压Umx。44符号和缩略语4.1符号下列符号适用于本文件。N:从直流线路的中性点至与柔直变压器相连的换流器间所串接的换流器的数量；Ua:阀侧绕组的外施交流耐受电压；U₄:阀侧绕组的外施直流耐受电压；Uam:每个换流器的最高直流电压；Um:网侧绕组最高持续运行电压；U:对称单极柔直变压器阀侧绕组直流偏置电压；Um:阀侧绕组的最高电压；Umx:阀侧绕组最高持续运行电压；Uv:阀侧绕组额定电压。4.2缩略语下列缩略语适用于本文件。IGBT:绝缘栅双极晶体管(InsulatedGateBipolarTransistor)STATCOM:静止同步补偿(StaticCompensation)VSC:电压源换流器(Voltage-SourcedConverter)VSC-HVDC:柔性直流输电(HighVoltageDirectCurrentTransmissionBasedonVoltage-SourcedConverter)5产品结构与分类5.1对称单极柔直变压器按设计和安装不同，对称单极柔直变压器分为：——单相或三相；——户内或户外；——双绕组或三绕组；——阀侧接地方式：阀侧星形绕组中性点通过电阻器接地、阀侧星形绕组中性点通过电抗器接地、阀侧三角形绕组线端通过星形电抗器及中性点接地电阻器构成的系统接地；——有载分接开关熄弧型式：油中熄弧型或真空熄弧型。5.2双极柔直变压器按设计和安装不同，双极柔直变压器分为：——单相或三相；——户内或户外；——双绕组或三绕组； 5——有载分接开关熄弧型式：油中熄弧型或真空熄弧型。6产品型号6.1对称单极柔直变压器产品型号组成对称单极柔直变压器产品型号组成型式按JB/T3837—2016中4.1和表1的规定，但对称单极柔直变压器无需给出损耗水平代号，且表示“特殊用途或特殊结构”的字母用“RZ”。示例：DFPZ-RZ-375000/500表示单相、油浸式、绝缘系统温度为105℃、风冷、强迫油循环、双绕组、有载调压、铜导线、铁心材质为电工钢、额定容量为375000kVA、网侧绕组电压等级为500kV的对称单极柔直变压器。6.2双极柔直变压器产品型号组成双极柔直变压器产品型号组成型式按JB/T3837—2016中4.2.1的“变流变压器”和表3的规定，但示例：ZRDFPZ-176700/220-320表示单相、油浸式、绝缘系统温度为105℃、风冷、强迫油循环、双绕组、有载调压、铜导线、铁心材质为电工钢、额定容量为176700kVA、网侧绕组电压等级为220kV、阀侧绕组所接换流器的极线侧电压等级为320kV的双极柔直变压器。7使用条件柔直变压器应符合GB/T1094.1中所规定的使用条件，但其中明显不适用于柔直变压器或本标准中另有规定时除外。若无其他说明，则均假设柔直变压器是在近似对称的三相系统中运行的。7.2环境条件如果柔直变压器的任何部件(如阀侧套管)伸入阀厅内，则除正常环境温度外，还应规定阀厅内的最高温度。特殊情况下，应在工程技术规范中提出，并应在设计时充分考虑。7.3系统条件7.3.1系统特性概述柔直变压器的性能要求与柔性直流输电系统的设计密切相关。换流器可采用单极/双极等多种接线方式，换流器可连接单组变压器或通过串并联方式连接多组变压器，柔直变压器也可能直接或通过电抗器、滤波器等其他设备间接连接于换流器上。多样化的换流器结构、接线方式以及调制控制策略使得柔直变压器在设计选型、技术规范和试验要求等方面既可能相似于常规换流变压器，也可能相似于常规电力变压器，同时在联结组别、中性点接地方式、承受的运行电压、电流及技术性能、试验方法等方面也需要特殊考虑。7.3.2系统主接线方式柔性直流输电系统多采用模块化多电平换流器拓扑结构(见图1)。其中，单个换流器一般由三个6相单元即六个桥臂组成，每个桥臂由阀组件及桥臂电抗器组成，每个相单元由两个桥臂构成，两个桥臂的连接点通过柔直变压器与交流系统联接。图1模块化多电平换流器典型拓扑结构柔性直流输电系统的接线方式主要有两种：对称单极接线方式(见图2a)]和双极接线方式[见图2b)]。通常电压等级较低、传输功率较小的可采用对称单极接线，电压等级较高、传输功率较大的可采用双极接线。在双极接线的换流站额定功率较大的情况下，为了避免受变压器容量的限制，可以采用柔直变压器并联(见图3a)]或者柔直换流器串联(见图3b)]的方式将传输功率分配给两组或多组变压器。a)对称单极接线方式b)双极接线方式图2柔性直流输电系统主要接线方式7a)柔直变压器并联双极接线方式b)柔直换流器串联双极接线方式图3大容量柔性直流双极输电系统接线方式在稳态运行且不考虑三次谐波注入调制的情况下，各主接线方式下的柔直变压器阀侧的对地电压和电流特征如下：——对称单极接线方式：柔直变压器阀侧的电压电流均以工频量为主，很少或几乎不含其他频率的谐波分量；——双极接线方式：柔直变压器阀侧的电压为含直流偏置分量的工频电压，直流偏置分量与换流器拓扑结构及柔直变压器接线方式有关。电流以工频量为主，很少或几乎不含其他频率的谐波分量； 柔直变压器并联的双极接线方式：柔直变压器阀侧的电压为含直流偏置分量的工频电压，直流偏置分量与换流器拓扑结构及柔直变压器接线方式有关。电流以工频量为主，很少或几乎不含其他频率的谐波分量，两组或多组并联柔直变压器的阀侧绕组电流基本均等；——柔直换流器串联的双极接线方式：柔直变压器阀侧的电压为含直流偏置分量的工频电压，连接于高压端换流器的直流偏置电压高于连接于低压端换流器的直流偏置电压；电流以工频量为主，很少或几乎不含其他频率的谐波分量。稳态运行情况下，柔直变压器承受的电压除工频分量外，根据接线型式和调制策略的不同还可能包括直流偏置分量和三倍频分量，很少或几乎不含其他频率的谐波分量。在启动过程或其他暂态过程中，所承受的电压可能包含较为丰富的谐波分量，由于各工程技术方案的特殊性，需要通过仿真计算得到具体的数据。在订货时，用户应向制造方提供稳态、暂态运行情况下的电压数据和谐波分量值，且应在签订合同时对此予以确认。稳态运行情况下，柔直变压器通常主要流过工频分量的电流，很少或几乎不含其他频率的谐波分量。在启动过程或其他暂态过程中，所承受的电流可能包含较为丰富的谐波分量，由于各工程技术方案的特殊性，需要通过仿真计算得到具体的数据。在订货时，用户应向制造方提供稳态、暂态运行情况下的电流数据和谐波分量值，且应在签订合同8时对此予以确认。7.3.5功率流向及功率控制除另有规定外，柔直变压器应设计成能满足换流器工作在整流运行(发出有功)、逆变运行(吸收有功)、容性运行(发出无功)、感性运行(吸收无功)的状态，以及支持换流器运行在静止同步补偿(STAT-COM)方式。8技术要求8.1通用技术要求柔直变压器的总损耗为空载损耗与负载损耗之和。损耗值的偏差应符合GB/T1094.1的规定。8.1.2过励磁能力柔直变压器的过励磁能力应符合GB/T1094.1的规定。柔直变压器的声级应符合GB/T1094.10的规定。柔直变压器的声级应通过工厂试验确定。由于现场负载条件下柔直变压器绕组可能存在直流偏磁电流，其现场测得的柔直变压器声功率级可能比工厂试验中大。如果柔直变压器冷却器采用变频调速或分级调速风扇，则声级试验报告中应注明声级测定时变压器风扇的转速。保证的声功率级以额定正弦空载励磁或额定正弦负载电流励磁为基准。由于此声功率与现场负载条件下所获得的值不同，因此，用户在签定合同时，应规定制造方空载条件下获得的柔直变压器主体和冷却器各自的最大声功率及其合成的最大声功率级，或者与制造方共同协商此声功率级。柔直变压器的负载能力应符合GB/T1094.7的规定。8.1.5耐受直流偏磁能力柔直变压器应具有耐受直流偏磁电流的能力，并应满足系统要求。直流偏磁耐受能力要求由用户提出。8.1.6承受短路能力柔直变压器应具有承受短路电流下的热稳定能力和动稳定能力，承受短路能力的具体要求由用户提出，制造方需提供承受短路能力的设计裕度值。柔直变压器的承受短路能力应符合GB/T1094.5的规定。8.1.7耐受地震能力柔直变压器应具有满足用户规定的耐受地震能力。耐受地震能力一般通过抗震计算来保证，计算程序应符合IEEE693的规定。柔直变压器的温升应符合GB/T1094.2的规定。98.1.9有载分接开关当要求安装有载分接开关时，应符合GB/T10230.1和GB/T10230.2的规定。有载分接开关选型时应考虑直流偏磁与系统谐波对其开断性能的影响。8.1.10其他要求其他要求应符合GB/T1094.1和GB/T18494.2的规定。8.2对称单极柔直变压器补充技术要求对称单极柔直变压器在绝缘结构上与电力变压器相似，但在中性点接地方式、阀侧绕组最高运行电压、绝缘水平、绝缘配合等方面需要特殊考虑。8.2.2.1阀侧绕组额定电压U阀侧绕组额定电压U(即阀侧空载电压)与换流器额定直流电压、柔直变压器短路阻抗、桥臂电抗器电抗以及换流器的调制比等因素有关，具体值由用户提供。8.2.2.2其他额定值其他额定值应符合GB/T1094.1的规定。8.2.3绝缘水平8.2.3.1网侧绕组绝缘水平网侧绕组绝缘水平应符合GB/T1094.3—2017的规定。8.2.3.2阀侧绕组绝缘水平阀侧绕组绝缘水平包括：——阀侧绕组的最高持续运行电压；——线端雷电全波冲击电压水平；——线端雷电截波冲击电压水平；——中性点端子雷电冲击电压水平(如果有);——线端操作冲击电压水平；——外施耐受电压水平；——线端交流耐受电压水平；——感应耐受电压水平；——带有局部放电测量的感应电压水平；——1min直流外施耐受电压水平。阀侧绕组的线端和中性点的绝缘水平根据U。的系统计算结果，并按照GB/T1094.3—2017的规定确定或计算。通过计算确定的阀侧绕组最高持续运行电压Umx可能不在GB/T1094.3—2017中表2和表3所示的标准值序列中。此时，推荐的绝缘配合程序如图4所示，按照“就近向上调整”的原则在GB/T1094.3—2017中表F.2所示的标准值中选取规定的阀侧绕组最高电压U…,进而确定绝缘水平。如果用户另有要求，则阀侧绕组绝缘水平由用户与制造方协商如果用户另有要求，则阀侧绕组绝缘水平由用户与制造方协商确定。根据系统条件、调制比等参数确定阀侧绕组额定电压，根据不同的运行工况计算各绕组端子最高持续运行电压U.mx根据端子最大电压就近向上抬升选取GB/T1094.3—2017的表F.2序列中的电压作为确定绝缘水平的(/m↓根据U,值按照标准序列和过电压研究结果确定设备的绝缘水平根据U,确定设备局部放电测量电压水平网侧套管应符合GB/T4109图4推荐的绝缘配合程序阀侧套管除应符合GB/T4109规定外，还应考虑承受1min外施直流耐受试验电压。试验电压水平应不低于绕组试验电压的1.15倍，用户与制造方可协商采用阀侧绕组外施操作冲击试验替代1min外施直流电压耐受试验。8.3双极柔直变压器补充技术要求双极柔直变压器在绝缘结构上与换流变压器相似，但在阀侧绕组最高运行电压、绝缘水平、谐波特性等方面需要特殊考虑。8.3.2.1阀侧绕组额定电压U阀侧绕组额定电压U应符合8.2.2.1的规定。8.3.2.2其他额定值其他额定值应符合GB/T1094.1的规定。8.3.3.1网侧绕组绝缘水平网侧绕组绝缘水平应符合GB/T1094.3—2017的规定。GB/T37011—20188.3.3.2阀侧绕组绝缘水平阀侧绕组绝缘水平包括：——阀侧绕组的最高持续运行电压；——线端对地雷电全波冲击水平；——线端间雷电全波冲击水平；——线端对地雷电截波冲击水平；——线端间雷电截波冲击水平；——线端操作冲击水平；——外施直流耐受电压水平；——外施交流耐受电压水平；——感应耐受电压水平；——带有局部放电测量的感应电压水平。阀侧绕组的雷电冲击水平和操作冲击水平需结合系统计算结果来确定，该值由用户提供。确定：Ua=1.5[(N-0.5)Uam+√2Um/√3]…(1)外施交流耐受电压应施加于阀侧绕组所有的端子上。外施交流耐受电压按式(2)确定：应根据试验绕组的最高电压，按GB/T1094.3—2017的规定进行例行的感应电压试验，试验时变压器的接线和励磁应与运行时相同。8.3.4.1网侧套管网侧套管应符合GB/T4109的规定。8.3.4.2阀组套管阀侧套管应符合IEC/IEEE65700-19-03的规定。偏差应符合GB/T1094.1的规定。10试验项目及方法柔直变压器的试验包括例行试验、型式试验、特殊试验。试验的一般要求按照GB/T1094.1的规定。10.2对称单极柔直变压器例行试验应在所有的柔直变压器上进行，但不必遵循表1中给出的顺序。例行试验项目及试验方法见表1。表1对称单极柔直变压器的例行试验项目及试验方法序号试验项目试验方法技术要求1绕组电阻测量按照GB/T1094.1的规定8.1.102电压比测量和联结组标号检定按照GB/T1094.1的规定8.1.103短路阻抗和负载损耗测量按照GB/T1094.1的规定8.1.14空载损耗和空载电流测量按照GB/T1094.1的规定8.1.15绕组对地及绕组间直流绝缘电阻测量按照JB/T501的规定8.1.106绝缘例行试验按照GB/T1094.1的规定8.2.37有载分接开关试验按照GB/T1094.1的规定8.1.98液浸式变压器压力密封试验按照GB/T1094.1的规定8.1.109内装电流互感器变比和极性试验按照JB/T501的规定8.1.10液浸式变压器铁心和夹件绝缘检查按照GB/T1094.1的规定8.1.10绝缘液试验按照JB/T501的规定8.1.10绕组对地和绕组间电容测量按照JB/T501的规定8.1.10绝缘系统电容的介质损耗因素(tanò)测量按照JB/T501的规定8.1.10除分接开关油室外的每个独立油室的绝缘液中溶解气体测量按照JB/T501的规定8.1.10在90%和110%额定电压下的空载损耗和空载电流测量按照GB/T1094.1的规定8.1.1型式试验应在每种型式的柔直变压器中的一台上进行，但不必遵循表2中给出的顺序。型式试验项目及试验方法见表2。表2对称单极柔直变压器的型式试验项目及试验方法序号试验项目试验方法技术要求温升试验按照GB/T1094.2的规定8.1.4、8.1.82绝缘型式试验按照GB/T1094.3—2017的规定8.2.33声级测定按照GB/T1094.10的规定8.1.34风扇和油泵电机功率测定按照JB/T501的规定8.1.10如果用户有特殊要求，则应进行表3中规定的试验，但不必遵循表3中给出的顺序。特殊试验项目及试验方法见表3。表3对称单极柔直变压器的特殊试验项目及试验方法序号试验项目试验方法技术要求阀侧绕组1min外施直流电压耐受试验按照10.2.4的规定2绝缘特殊试验按照GB/T1094.3—2017的规定8.2.33绕组热点温升测量按照GB/T1094.2的规定4暂态电压传输特性测定按照GB/T1094.3—2017的规定8.1.105三相变压器零序阻抗测量按照GB/T1094.1的规定8.1.106短路承受能力试验按照GB/T1094.5的规定8.1.67液浸式变压器真空变形试验按照GB/T1094.1的规定8.1.108液浸式变压器压力变形试验按照GB/T1094.1的规定8.1.109液浸式变压器现场真空密封试验按照GB/T1094.1的规定8.1.10频率响应测量按照GB/T1094.1的规定8.1.10外部涂层检查按照GB/T1094.1的规定8.1.10绝缘液中溶解气体测量按照JB/T501的规定8.1.10油箱运输适应性机械试验或评估按照用户的规定按照用户的规定运输质量的测定采用测量或计算，具体由制造方与用户协商采用测量或计算，具体由制造方与用户协商10.2.4阀侧绕组1min外施直流电压耐受试验阀侧绕组1min外施直流电压耐受试验的目的是：考核在发生直流单极极线接地故障时，单极柔直变压器阀侧绕组承受对地直流偏置电压的能力。受目前试验设备能力的限制，阀侧绕组外施直流电压耐受试验的施加时间应为1min。1min外施直流耐受试验电压应不低于对称单极柔直变压器阀侧绕组直流偏置电压U的k倍，k的取值由用户与制造方协商确定。试验方法：试验施加的直流电压为正极性，试验电源采用直流电压发生器。所有非被试端子应直接接地，阀侧绕组两端应短接，施加规定的直流电压，保持1min,如果试验过程中无电流、电压突变和柔直变压器内部无异响，则认为该试验合格。用户与制造方可协商采用阀侧绕组操作冲击试验替代1min外施直流电压耐受试验。10.3双极柔直变压器例行试验应在所有的柔直变压器上进行，但不必遵循表4中给出的顺序。例行试验项目及试验方法见表4。表4双极柔直变压器的例行试验项目及试验方法序号试验项目试验方法技术要求1电压比测量和联接组标号检定按照GB/T1094.1的规定8.1.102绕组电阻测量按照GB/T1094.1的规定8.1.103空载损耗和空载电流测量按照GB/T