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5.2 过电压保护、绝缘配合及防雷接地


5.2.1 换流站过电压保护和绝缘配合应符合现行国家标准《绝缘配合 第2部分:使用导则》GB/T 311.2、《绝缘配合 第3部分:高压直流换流站绝缘配合程序》GB/T 311.3、《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范》GB/T 50064以及现行电力行业标准《高压直流换流站绝缘配合导则》DL/T 605的有关规定。
5.2.2 换流站接地设计应符合现行国家标准《交流电气装置的接地设计规范》GB/T 50065的有关规定。
5.2.3 换流站过电压保护和避雷器配置应符合下列要求:
    1 交流侧产生的过电压应由交流侧避雷器限制;
    2 直流侧产生的过电压应由直流侧避雷器限制;
    3 换流站的重要设备应由其邻近的避雷器保护;
    4 换流变压器的阀侧绕组可由保护其他设备的避雷器联合保护;
    5 避雷器可采用多柱并联结构避雷器,也可采用多支避雷器并联分散布置方式;
    6 直流侧中性母线应装设冲击电容器。
5.2.4 其他过电压保护措施应符合下列要求:
    1 晶闸管应配备保护性触发功能;
    2 换流变压器交流侧断路器应装设合闸电阻或选相合闸装置;
    3 交流滤波器和电容器小组断路器应装设选相合闸装置或合闸电阻。
5.2.5 直流甩负荷、接地故障清除和“孤岛”运行产生的过电压应专题研究。
5.2.6 换流站绝缘配合应符合下列规定:
    1 换流站设备额定耐受电压应采用绝缘配合的确定性法确定;
    2 避雷器直接保护的设备额定操作耐受电压、雷电耐受电压和陡波前耐受电压与避雷器保护水平的最小裕度系数应符合表5.2.6的规定。
表5.2.6 额定耐受电压与避雷器保护水平的最小裕度系数
条文说明
5.2.3 两端高压直流输电系统换流站单极交直流侧可能的避雷器类型和布置及各节点编号见图3.图中单极交直流设备均由紧靠的避雷器直接保护,可根据设备的过电压耐受能力及其他避雷器串联对该设备的过电压保护情况,省去某类型避雷器。也可根据被保护设备与避雷器之间距离对限制快波前或陡波前过电压的影响,增加某类型避雷器。
   Facl和Fac2避雷器一一用于保护交流滤波器内部元件。
   A避雷器——装于每台换流变网侧、换流站交流母线和交流滤波器母线,用于保护换流站交流侧设备。
    换流变网侧中性点避雷器一当三台单相换流变中性点经一点接地时,考虑雷电侵入波在中性点产生的过电压,可在远离接地点端装中性点避雷器。
    V1和V2阀避雷器——装于阀两端,直接保护阀组,同时与其他类型避雷器串并联保护换流变压器阀侧绕组;按能量大小可分为V1、V2和V3型。
    M避雷器——主要用于保护12脉动阀组下部的6脉动阀组。避雷器组合(V+M)保护12脉动阀组上部6脉动阀组换流变压器绕组的对地绝缘。避雷器M的持续运行电压应在V避雷器的基础上加上直流中性母线的电压。
    DL和DB避雷器一装于平波电抗器线路侧,用于直流开关场的雷电和操作波保护。根据雷电侵入波的计算选择DB避雷器的数量和在直流母线的布置位置。
    EM避雷器——安装在金属回线上,主要用于来自金属回线的雷电侵入波保护。根据雷电侵入波计算结果确定EM的数量和安装位置。
    EL避雷器——安装在接地极线回路上,主要用于来自接地极线路的雷电侵入波保护E避雷器一E避雷器用于保护直流中性线母线和与它连接的设冬由避雷器组合(V+E)保护12脉动阀组下部6脉动阀组烧组对地绝缘。
    Fdcl 和 Fdc2避雷器一为保护直流滤波器电感线圈的绝缘雷器。其暂态应力由高压电容器充电到最高直流电压时发生极母线接地故障的工况决定。避雷器的持续运行电压由各次谐波电压之和决定。
5.2.4 本条对其他过电压保护措施做出要求。
    1 晶闸管正向保护触发和阀避雷器构成阀的过电压保护。
    当阀承受高于阀避雷器保护水平的快波头和陡波头过电压时,阀组内串联的晶闸管因严重的非线性电压分布导致个别晶闸管击穿,通过保护性触发晶闸管免受正向过电压损坏。
    阀避雷器保护水平与保护触发水平的配合有两种不同方案。第一种方案,阀避雷器限制阀正向及反向出现的过电压,设置阀保护性触发水平高于避雷器保护水平。第二种方案,避雷器限制阀反向过电压,保护触发水平设置为阀避雷器保护水平的90%~95%作为主要的正向过电压保护。第二种方案仅用于晶闸管的反向耐受电压高于晶闸管正向耐受电压的情况。这样通常使阀的晶闸管级的个数少于第一种方案,带来成本的减少和换流器效率的提高。
    交流系统接地故障清除产生的操作过电压会按换流变变比传递到阀侧。整流站的阀在工频周期内承受正向阻断电压的时间很短,承受正向操作过电压的可能性比逆变站的阀要小得多。即使发生保护性触发,直流系统将很快恢复。
    逆变站的阀在工频周期内承受正向阻断电压的时间较长,正向操作过电压引起保护性触发的可能性相对较大。如果某个阀因保护性触发而提前导通,则可能导致逆变站换相失败,且故障清除后的恢复时间将可能延长。
    选择保护触发水平的原则是清除交流系统故障不会引起逆变站的阀保护性触发。因此应以故障中阀避雷器上的保护水平为选择保护触发水平的基础。
    2换流变压器断路器装设合闸电阻或选相合闸装置限制合闸涌流和防止交流系统产生谐波谐振过电压,以及避免合闸时产生的谐波电流注入交流滤波器,导致低压侧内部元件过载。
    3交流滤波器组和电容器组的断路器配合闸电阻或选相合闸装置限制合闸涌流,降低投切操作对系统的扰动。
    当换流站双极闭锁甩负荷后产生的工频过电压下,要求交流滤波器大组断路器紧急开断很大的容性电流。断路器装分闸电阻,可提高大组断路器切除容性电流的能力,也可在保护上规定工频过电压下先切小组后切大组滤波器。
5.2.5 换流站控制系统的交流暂时过电压控制的基本原则如下:
    (1)控制策略应按照最少投切滤波器原则控制工频过电压持续时间以利于交直流系统的故障恢复,保护换流站设备和故障后能快速恢复传输直流功率;
    (2)控制策略应考虑直流系统本身故障或因交流系统故障延迟清除或其他原因导致直流系统延迟恢复的情况下确保工频过电压尽快地降低到限值以下,其持续时间小于指定的时间:
    (3)控制策略应避免自励磁过电压;
    (4)控制策略一般应先切除电容器组,后切除滤波器组;
    (5)控制策略应满足切除滤波器组后的谐波限值要求;
    (6)雷电和操作过电压不应影响控制策略。
5.2.6 表5.2.6中的裕度系数考虑了绝缘配合系数K和安全裕度K、及外绝缘的1000m气象修正Ka。换流阀由于其中的晶闸管单元有监控装置,易于发现和更换故障品闸管,换流阀中的晶闸管单元不存在老化问题,一般认为在每次检修后,阀的耐受电压都恢复到它的初始值。并且阀单元有阀避雷器直接保护,而阀的成本和阀的损耗近似的正比于阀的绝缘水平,降低阀的绝缘水平也降低了阀和阀厅的高度。因此换流阀的额定操作冲击耐受电压与操作冲击保护水平的比值RSIWV/SIPL、额定雷电冲击耐受电压与雷电冲击保护水平的比值RLIWV/LIPL以及额定陡波前冲击耐受电压与陡波前冲击保护水平的比值RSFIWV/STIPL最小裕度系数与其他设备相比相对较低。
 

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高压直流换流站设计规范 GB/T51200-2016
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