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GB∕T 311.3-2017 绝缘配合 第3部分：高压直流换流站绝缘配合程序PDF文本

1Cs29.080K40中华人民共和国国家标准GB/T311.3-2017代替GB/T311.3-2007绝缘配合第3部分：高压直流换流站绝缘配合程序Insulation co-ordination-Part 3:Procedures for high-voltage directcurrent(HVDC)converter stations[IEC 60071-5:2014,Insulation co-ordination-Part 5:Procedures forhigh-voltage direct current(HVDC)converter stations,MOD]2017-09-29发布2018-04-01实施中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局发布中国国家标准化管理委员会理甄Z.ZC.ET
GB/T311.3-2017目次前言1范围…2规范性引用文件…3术语和定义………………4符号和缩略语……5典型高压直流换流站布置图和相应图形符号……96绝缘配合原则……117运行中的电压和过电压…128避雷器的特性和应力……259绝缘配合设计程序…4510研究工具和系统模型…………………5011爬电距离……………………………5412换流站空气间隙……5556直流线路过瑰与绝缘型合普罢7…7…”附录A(资料性附录)尸本部骑与DC6O72014相比的结构变化情况一…62附录B(资料性附录)常规士800kV高压直流换流站绝缘配合的例子……………64附录C(资料性附录)背靠背直流换流站绝缘配合的例子…78附录D(资料性附录)可控串联补偿换流器(CSCC)和电容换流换流器(CCC)绝缘配合的例子·88附录E(资料性附录)一些特殊换流器结构绝缘配合的确定…101附录F(资料性附录)典型的避雷器特性106参考文献……………………………………………………………………107理甄Z.ZC.ET
GB/T311.3-2017前言《绝缘配合》分为四个部分：第1部分：定义、原则和规则：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。本部分为《绝缘配合》的第3部分。本部分按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。本部分代替GB/T311.3一2007《绝缘配合第3部分：高压直流换流站绝缘配合程序》。与GB/T311.3一2007相比，除编辑性修改外主要技术变化如下：一增加了相关术语“绝缘配合”“标称直流电压”“最高直流电压”“爬电距离”“统一爬电比距”“保护距离”性能指标”（见3.1、3.2、3.3、3.19、3.20、3.21、3.22）；增加了故障事件及避雷器应力汇总（见8.5）：为了反映士8O0 kV HVDC输电工程过电压保护和绝缘配合的设计运行经验，参考Q/GDW144《士800kV特高压直流换流站过电压保护和绝缘配合导则》增加了双12脉动换流器避雷器布置，参数的选择原则和方法相关内容：列出了确定双12换流器换流站避雷器保护水平、配合电流和能量的过地压形式起因和计算中啦考虑的主要因素见第8章}仁增加了换流站控制和保护模型研究缓波前过电压需要考虑的因素（见10.3.5）：对爬电距离内容进行重新整合，并增加了相关描述（见第11章，2007年版的7.6、8.1、8.2、8.3）对换流站空气间隙内容进行重新整合，并增加了相关描述（见第12章，2007年版的7.7、8.4）；增加了直流线路和接地极线路过电压保护和绝缘配合（见第13章）。本部分使用重新起草法修改采用IEC60071-5:2014《绝缘配合第5部分：高压直流换流站绝缘配合程序》。本部分与IEC60071-5:2014相比在结构上有较多调整，附录A中列出了本部分与IEC60071-5:2014的章条编号对照表。本部分与IEC60071-5:2014相比存在技术性差异，这些差异涉及的条款已通过在其外侧页边空白位置的垂直单线()进行了标示。本部分与1EC60071-5:2014的技术性差异及其原因如下：一关于规范性引用文件，本部分做了具有技术性差异的调整，以适应我国的技术条件，调整的情况集中反映在第2章“规范性引用文件”中，具体调整如下：·增加引用GB/T22389、GB/Z24842一2009、GB/T25083-2010、GB/T50064-2014、DL/T5224-2014、IEC60099-9:·用修改采用国际标准的GB311.1一2012代替IEC60071-1:2006:·用修改采用国际标准的GB/T311.2一2013代替IEC60071-2:1996:·用修改采用国际标准的GB11032一2010代替IEC60099-4:2006:·用等同采用国际标准的GB/T13498代替IEC60633:1998:·用修改采用国际标准的GB/T16927.1一2011代替IEC60060-1:2010:·用修改采用国际标准的GB/T26218.1一2010、GB/T26218.2一2010、GB/T26218.32011分别代替IEC/TS60815-1:2008、IEC/TS60815-2:2008、IEC/TS60815-3:2008.甄素前网ZI
GB/T311.3-2017增加了术语“性能指标”（见3.22）一图1中单调谐滤波器配置方式不符合国内实际应用情况，因此更改为我国工程实际应用的单极双12脉动换流单元串联结构避雷器布置图（见第5章图1）.。增加了交直流系统谐振过电压内容（见7.4,4、7.4.5）。增加了避雷器直流参考电压、荷电率和直流偏置电压的选择原则和方法（见8.2.1、8.2.2）。增加了双12换流器换流站平波电抗器布置对避雷器参数的影响的内容（见8.3.7、8.3.8、8.3.9）。增加了中性母线高能量避雷器布置方案（见8.3.11）。增加换流变阀侧绕组SIWV/LIWV的比值的内容（见第9章）。增加了换流站控制和保护模型研究缓波前过电压需要考虑的因素（见第10章）。一增加了直流线路和接地极线路过电压保护和绝缘配合（见第13章）。本部分做了以下编辑性修改：用我国“常规士800kV高压直流换流站绝缘配合的例子”代替“常规高压直流换流站绝缘配合的例子”（见附录B):一增加了资料性附录“背靠背直流换流站绝缘配合的例子”（见附录C)。本部分由中国电器工业协会提出。本部分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。本部分起草单位：西安高压电器研究院有限责任公司、中国电力科学研究院、西安西电避雷器有限责任公司、国网北京经济技术研究院、国家高压电器质量监督检验中心、桂林电力电容器有限责任公司、南方电网科学研究院有限责任公司、国网山东省电力公司电力科学研究院、国网陕西省电力公司电力科学研究院、西安西电电力系统有限公司、国网湖北省电力公司电力科学研究院、北京华天机电研究所有限公司、苏州华地地气股份跟公每.去木才风，?乙SC厂工本部分主要起草天：周洪、准东何计谋余世蜂、何慧雯、主生、主学、危鹏、张晋波、陈志彬、戴敏、周春红、贾磊、赵林杰、郭志红、蒲路、刘大鹏、邓万婷、艾晓宇、谭润泽、余青。本部分所代替标准的历次版本发布情况为：-GB/T311.3-2007。理筑Z..ET
GB/T311.3-2017绝缘配合第3部分：高压直流换流站绝缘配合程序1范围1.1概述《绝缘配合》的本部分给出了无标准绝缘水平规定的高压直流(HVDC)换流站的绝缘配合程序的导则。本部分仅适用于高压交流电力系统中的高压直流部分，而不适用于工业用的换流设备。所给定的原理及规则仅适用绝缘配合目的。本部分不涉及对人身安全的要求。1.2背景描述高压直流换流站换流器采用品闸管阀串联或并联组成，并且换流过程采用特有的控制和保护方式，因而与交流变电站相比，对设备的过电压保护提出了特殊的要求。本部分给出了承受工频电压、直流电压、谐波电压和冲击电压的换流站设备过电压和绝缘配合的程序。提出了串联或并联避雷器的保护水平，优化避雷器配置的方案。给出了常规和背靠背直流换流站绝缘配合示例（见附录B、附录C)。本部分描述了换流站与常规变电站在绝缘配合的基本原理和设计目标上的差异。本部分仅涉及当前用于高压直流换流站过电压保护的无阿隙金属氧化物避雷器。给出了避雷器基本特性、要求及运行中最大过电乐的计过程提出典型的避霜器配置方案、避雷器应力以及确定该应力的方法。本部分包括了换流站交流场（不包括交流线路）和直流场设备的绝缘配合。由于线路和电缆对换流站设备绝缘配合有影响，所以也包括在内。尽管本部分用于普通高压直流系统（换流电压来自交流滤波器母线），但是绝缘配合主要原则也适用于附录D中电容换流(CCC)换流器和可控串补换流器(CSCC)及附录E中一些特殊的换流器结构。本部分讨论了有关电网换相换流器(L,CC)的绝缘配合。本部分不包括柔性直流电压源换流器(VSC)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。GB311.1一2012绝缘配合第1部分：定义、原则和规则(1IEC60071-1:2006,MOD)GB/T311.2-2013绝缘配合第2部分：使用导则(IEC60071-2:1996,MOD)GB11032一2010交流无间隙金属氧化物避雷器(1EC60099-4:2006,MOD)GB/T13498高压直流输电术语(IEC60633:1998,IDT)GB/T16927.1一2011高电压试验技术第1部分：一般定义及试验要求(1EC60060-1:2010,MOD)GB/T22389高压直流换流站无间隙金属氧化物避雷器导则GB/Z24842一20091000kV特高压交流输变电工程过电压和绝缘配合GB/T25083-一2010±800kV直流系统用金属氧化物避雷器GB/T26218.1一2010污秽条件下使用的高压绝缘子的选择和尺寸确定第1部分：定义、信息闐素衬网Z.ZS沁.ET
GB/T311.3-2017和一般原则(IEC/TS60815-1:2008,MOD)GB/T26218.2一2010污秽条件下使用的高压绝缘子的选择和尺寸确定第2部分：交流系统用瓷和玻璃绝缘子(IEC/TS60815-2:2008,MOD)GB/T26218.3一2011污秽条件下使用的高压绝缘子的选择和尺寸确定第3部分：交流系统用复合绝缘子(1EC/TS60815-3:2008,MOD)GB/T500642014交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范DL/T5224一2014高压直流输电大地返回系统设计技术规范IEC60099-9避雷器第9部分：高压直流(HVDC)变流站用无间隙金属氧化物避雷器(Surg?arresters-Part 9:Metal-oxide surge arresters without gaps for HVDC converter stations)3术语和定义GB311.1一2012和GB11032一2010界定的以及下列术语和定义适用于本部分。为了便于使用，以下重复列出了GB311.1一2012和GB11032一2010中的某些术语和定义。3.1绝缘配合insulation co-ordination考虑所采用的过电压保护措施后，决定设备上可能的作用电压，并根据设备的绝缘特性及可能影响绝缘特性的因素，从安全运行和技术经济合理性两方面确定设备的绝缘强度。[GB311.1-2012,定义4.1]3.2标称直流电压nominal d.c.voltage标称电流下输栖称率所要求的真流电压的开均值Z.J.NE3.3最高直流电压highest d.c.voltage考虑绝缘及其他特性，设备持续运行时承受的直流电压最高值。3.4过电压overvoltage超过设备相应最高持续运行电压的电压。注：表1给出了按照GB3111一2012中4,17定义的这些电压的分类。3.4.1暂时过电压temporary overvoltage较长持续时间（见表1）的过电压注：过电压可能是无阻尼或弱阻尼的，在某些情况下，其频率可能比工颍低数倍或高数倍表1过电压的分类和波形、标准电压波形以及标准耐受电压试验低频瞬态分类持续暂时缓波前快波前特快波前1/电压波形理甄Z.ZC.ET
GB/T311.3-2017表1（续）低频瞬态分类持续暂时缓波前快波前特快波前T,≤100ns电压波形/=50 Hz10Hz20s0.14s0.3 MHz<<100 MHz范围T,≥3600s0.02s≤T,≤3600sT:≤20msT:≤3004s30 kHz<f:<300 kHz1/f标准电压波形f=50 Hz45Hz≤f≤55HzTT,=25045T=1.2sT,=60sT:=250048T:=50 us标准耐受短时工频试验操作冲击时间雷电冲击试验电压试验。由有关技术委员会规定3.4.2态这电a几毫秒或更短持续时间的过电压，通常是高阻尼振荡的或非振荡的。[GB311.1-2012,定义4.17.3]3.4.2.1缓波前过电压slow-front overvoltage一种瞬态过电压，通常为单向的，到达峰值的时间为20s20ms.注：在绝缘配合中，缓波前过电压是根据波形来分类，与来源无关。尽管实际系统中产生的波形与标准波形有大的偏差，但在多数情况下，本部分以此过电压类别分类和峰值来描述是足够的。3.4.2.2快波前过电压fast-front overvoltage由于雷电放电或其他原因在系统中特定位置引起的过电压，在绝缘配合中按类似于雷电冲击试验标准波形来考虑。注1：快波前过电压为瞬态过电压，通常是单极性的，到达峰值时间为0.14s(GB311.1-2012,定义4.17.3.2).注2：在绝缘配合中，缓波前和快波前过电压是根据波形分类，与米源无关。尽管实际系统中产生的波形与标准波形有大的偏差，但在多数情况下，本部分以此过电压类别分类和峰值来描述是足够的。3.4.2.3特快波前过电压very fast-front overvoltage一种瞬态过电压，通常为单向的，到达峰值的时间T:≤0.14s,有或者没有叠加振荡，振荡频率在30kHz[GB311.1-2012.定义4.17.3.33理到素前阀Z.ZC.ET
GB/T311.3-20173.4.2.4陡波前过电压steep-front overvoltage一种瞬态过电压，属于快波前过电压到峰值时间为3s注1：用于试验的陡波前冲击电压定义在1EC60700-1中给出。注2：波前时间由系统研究决定。3.4.2.5联合过电压combined overvoltage由同时作用于相间（或纵）绝缘的两个相端子的每个端子和地之间的两个电压分量组成。注1：联合过电压包括暂时、缓波前，快波前或特快波前过电压，注2：它被归于具有较高峰值分量的一类。3.5代表性过电压representative overvoltagesUp该过电压对绝缘电介质效应等同于系统在运行时由于不同原因产生的某一给定类型的过电压。注1：在本部分中，一般的代表性过电压都是通过假定或实测的最大值来表征。注2：改写GB311.1一2012，定义4.19。3.5.1代表性缓波前过电压representative slow-front overvoltage:RSFO设备端子间具有标准的操作冲击波形的电压。3.5.2代表性快波前过电压representative fast--front overvoltage;RFFO设备端子间具有标准的雷电冲击波形的电压以3.5.3代表性陡波前过电压representative steep-front overvoltage;RSTO波前时间小于标准雷电冲击而大于或等于特快波前过电压的电压。注：用于试验的陡波前冲击电压在IE℃60700-1中给出。波前时间是山系统研究方式决定3.6配合耐受电压co-ordination withstand voltageU在实际运行条件下，对每种类型电压，绝缘结构满足性能指标的耐受电压值。[GB311.1-2012,定义4.24]3.7要求耐受电压required withstand voltageUr在标准耐受试验中，绝缘必须耐受的试验电压以保证绝缘在实际运行条件下和整个寿命期间内承受给定种类过电压时仍能满足性能指标。要求耐受电压具有配合耐受电压的波形，并且规定用按照所选择全部标准耐受试验条件来检验要求耐受电压。[GB311.1-2012.定义4.273.8规定耐受电压specified withstand voltageU.经过适当选择的高于或等于要求耐受电压(U)的试验电压。注1：对于交流设备，GB311.1一2012规定了标准耐受电压值。对于高压直流设备.没有规定标准的耐受电压值，而是向上调整到方使的可行值。罚素前网Z..ET
GB/T311.3-2017注2：设备耐受试验的标准波形及试验程序在GB/T16927.1一2011和GB311.1一2012中规定，但对一些直流设备(如品闸管阀)，为了能够更为真实地反映实际运行情况，其标准冲击波形可以修正。3.8.1操作冲击耐受电压switching impulse withstand voltage:SIWV标准操作冲击波形的绝缘耐受电压。3.8.2雷电冲击耐受电压lightning impulse withstand voltage;LIWV标准雷电冲击波形的绝缘耐受电压。3.8.3陡波前冲击耐受电压steep-front impulse withstand voltage:STIWV绝缘耐受电压波形如GB311.1一2012的规定。3.9避雷器的持续运行电压continuous operating voltage of an arresterU.允许持久地施加在避雷器端子间的工频电压有效值。[GB11032-2010.定义3.93.10包括谐波的避雷器持续运行电压continuous operating voltage of an arrester including harmonicsU持久地施加在避雷器两端的工频和谐波电压组合的电压有效值。注：可以指出这个定义只适用于协调避雷器保护水平，对于评估避雷器能量方式不适用3.11U峰值持续运行电压crest value of continuous operating voltage;CCOV换流站直流侧设备上出现的不包括换相过冲的最高持续运行电压峰值。3.12最大峰值持续运行电压peak value of continuous operating voltage;PCOV换流站直流侧设备上出现的包括换相过冲和换相齿的最高持续运行电压峰值。3.13避雷器等效持续运行电压equivalent continuous operating voltage of an arrester:ECOV等同于在实际运行电压下产生相同功耗的电压值。注：电压值和功耗可采用计算方法或通过特殊试验回路的试验确定，3.14避雷器的残压residual voltage of an arrester放电电流通过避雷器时其端子间的最大电压峰值。[GB11032-2010,定义3.363.15避雷器配合电流co-ordination currents of an arrester对给定系统中的每一种类型的过电压进行研究时，确定的代表性过电压下通过避雷器的电流。注1：GB11032一2010中给出了陡波前、雷电和操作冲击电流标准波形。注2：配合电流由系统研究决定3.16避雷器保护水平protective levels of an arrester对于每一种类型的电压下，避雷器放电电流等于配合电流时避雷器的残压。注：下述3.16.1到3.16.3定义适用高压直流换流站设备，理筑素前网Z.ZS沁.ET
GB/T311.3-20173.16.1操作冲击保护水平switching impulse protective level;SIPL当避雷器通过操作冲击配合电流时，出现在避雷器上的残压。3.16.2雷电冲击保护水平lightning impulse protective level;LIPL当避雷器通过雷电冲击配合电流时，出现在避雷器上的残压3.16.3陡波前冲击保护水平steep-front impulse protective level:STIPL当避雷器通过陡波前冲击配合电流时，出现在避雷器上的残压。3.17直接保护的设备directly protected equipment与避雷器直接并联的设备，它们之间的距离可以忽略，且任何代表性过电压等于相应的避雷器的保护水平。3.18晶闸管阀保护触发thyristor valve protective firing通过触发品闸管，保护单个的品闸管免受正向过电压的方法。3.19爬电距离creepage distance在绝缘子正常施加运行电压的导电部件之间沿其表面的最短距离或最短距离之和。注1：水泥或其他非绝缘的胶合材料表面不能计入爬电距离注2：若在绝缘野的绝缘件拉施有高阻层该绝缘件视为有效绝缘表面，其表面距离计人爬电距离[GB/T2900.8+2009,宽义471,0t0m为J∠.UZ○U.NE13.20统一爬电比距unified specific creepage distance;USCD绝缘子爬电距离与绝缘子两端最高运行电压之比。注1：这个定义不同于所使用设备最高相间电压值的统一爬电比距注2：关于Um见GB/T2900.57,定义2.3.1。注3：一般用mm/kV表示，通常表示为最小注4：改写GB/T26218.1一2010，定义3.1.6.3.21保护距离separation distance被保护设备的高电压端子与避雷器高压端连接点之间的距离。3.22性能指标performance criterion选择绝缘的基准，以使得作用于设备上的各类过电压所引起损伤设备的绝缘或影响连续运行的概率降低到经济上和运行上可接受的水平。通常用术语绝缘结构可接受的故障率（每年故障数，两次故障之间年数，故障风险率等)来表示这个指标。4符号和缩略语4.1概述仅涵盖了最为常用的符号和缩略语，其中一些已经在图1单线图和表2中说明。在高压直流换流站及绝缘配合中采用的更完整的符号，详见规范性引用文件（第2章）和参考文献。6罚素前网Z.
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