GB/T 311.3-2007絕緣配合第3部分：高壓直流換流站絕緣配合程序

犐犆犛２９．０８０

犓４０

中華人民共和國國家標準

犌犅／犜３１１．３—２００７

絕緣配合

第３部分：高壓直流換流站絕緣配合程序

犐狀狊狌犾犪狋犻狅狀犮狅狅狉犱犻狀犪狋犻狅狀—犘犪狉狋３：犘狉狅犮犲犱狌狉犲狊犳狅狉犺犻犵犺狏狅犾狋犪犵犲犱犻狉犲犮狋犮狌狉狉犲狀狋（犎犞犇犆）

犮狅狀狏犲狉狋犲狉狊狋犪狋犻狅狀狊

（ＩＥＣ／ＴＳ６００７１５：２００２，ＭＯＤ）

２００７１２０３發(fā)布２００８０５２０實施

中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局

發(fā)布

中國國家標準化管理委員會

書

犌犅／犜３１１．３—２００７

目次

前言!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!Ⅴ

引言!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!Ⅵ

１概述!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１

２規(guī)范性引用文件!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１

３術語和定義!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１

４符號和縮寫!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!４

５絕緣配合原理!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!７

５．１交流和直流系統(tǒng)絕緣配合的主要差別!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!７

５．２絕緣配合程序!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!８

６運行中的電壓和過電壓!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!９

６．１避雷器的布置!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!９

６．２換流站不同位置的持續(xù)運行電壓!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１０

６．３閥和避雷器上的持續(xù)運行電壓最大峰值（犘犆犗犞）和持續(xù)運行電壓峰值（犆犆犗犞）!!!!!!１０

６．４過電壓類型和來源!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１１

６．５避雷器的過電壓限制特性!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１３

６．６閥的保護策略!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１３

６．７研究過電壓和避雷器特性的方法和工具!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１４

６．８必要的系統(tǒng)情況!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１５

７絕緣配合的設計目標!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１７

７．１避雷器的要求!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１７

７．２絕緣特性!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１９

７．３代表性過電壓!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１９

７．４要求耐受電壓的確定!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!２１

７．５額定耐受電壓的確定!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!２２

７．６爬電距離!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!２２

７．７空氣凈距!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!２２

８爬電距離和空氣凈距!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!２２

８．１直流電壓下戶外絕緣的爬電距離!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!２３

８．２直流電壓下戶內絕緣的爬電距離!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!２３

８．３交流絕緣子外絕緣爬電距離!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!２３

８．４空氣凈距!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!２３

９避雷器要求!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!２４

９．１避雷器規(guī)范!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!２４

９．２交流母線避雷器（Ａ）!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!２４

９．３交流濾波器避雷器（ＦＡ）!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!２４

９．４閥避雷器（Ｖ）!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!２４

９．５橋避雷器（Ｂ）!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!２６

９．６換流器單元避雷器（Ｃ）!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!２６

Ⅰ

書

犌犅／犜３１１．３—２００７

９．７中點直流母線避雷器（Ｍ）!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!２６

９．８換流器單元直流母線避雷器（ＣＢ）!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!２６

９．９直流母線和直流線路／電纜避雷器（ＤＢ和ＤＬ）!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!２７

９．１０中性母線避雷器（Ｅ）!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!２７

９．１１直流平波電抗器避雷器（ＤＲ）!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!２７

９．１２直流濾波器避雷器（ＦＤ）!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!２８

９．１３接地極引線避雷器（ＥＬ）!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!２８

附錄Ａ（資料性附錄）普通型高壓直流換流站絕緣配合的例子!!!!!!!!!!!!!!!２９

Ａ．１引言!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!２９

Ａ．２避雷器保護方案!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!２９

Ａ．３避雷器的負載、保護水平和絕緣水平的確定!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!２９

Ａ．４換流變（閥側）耐受電壓的確定!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!３２

Ａ．５空氣絕緣的平波電抗器耐受電壓的確定!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!３３

Ａ．６計算結果表!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!３４

附錄Ｂ（資料性附錄）可控串聯(lián)電容換流器（ＣＳＣＣ）和電容換相換流器（ＣＣＣ）絕緣配合的

例子!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!３８

Ｂ．１引言!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!３８

Ｂ．２避雷器保護方案!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!３８

Ｂ．３避雷器承受的負載、保護水平和絕緣水平的確定!!!!!!!!!!!!!!!!!!!３８

Ｂ．４換流變閥側耐受電壓的確定!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!４２

Ｂ．５空氣絕緣的平波電抗器耐受電壓的確定!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!４３

Ｂ．６計算結果表!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!４３

附錄Ｃ（資料性附錄）一些特殊型換流器絕緣配合的確定!!!!!!!!!!!!!!!!!５１

Ｃ．１背靠背型高壓直流系統(tǒng)的絕緣配合程序!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!５１

Ｃ．２并聯(lián)閥組的絕緣配合程序!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!５１

Ｃ．３使用串聯(lián)閥組更新原有換流站的絕緣配合程序!!!!!!!!!!!!!!!!!!!５２

Ｃ．４交流濾波器連接在換流變的第三個繞組上的絕緣配合程序!!!!!!!!!!!!!!５３

Ｃ．５高壓直流耦合到交流線路上對交流系統(tǒng)過電壓的影響!!!!!!!!!!!!!!!!５４

Ｃ．６氣體絕緣開關對高壓直流換流站絕緣配合的影響!!!!!!!!!!!!!!!!!!５４

圖１典型的兩組１２脈動串聯(lián)換流器單線圖!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!６

圖２典型的具有換相電容器的兩組１２脈動串聯(lián)換流器（ＣＣＣ）單線圖!!!!!!!!!!!!６

圖３典型的具有可控串補極的兩組１２脈動串聯(lián)換流器（ＣＳＣＣ）單線圖!!!!!!!!!!!!７

圖４高壓直流換流站１２脈動換流器圖!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!９

圖５換流站不同點的持續(xù)運行電壓（位置見圖４）!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１０

圖６整流運行時閥避雷器上的運行電壓!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１１

圖７高壓直流換流站的一極!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１６

圖Ａ．１交流和直流避雷器（普通型高壓直流換流站）!!!!!!!!!!!!!!!!!!!３５

圖Ａ．２來自交流側（普通型高壓直流換流站）緩波前過電壓對閥避雷器作用的簡化電路—緩波前

過電壓（施加的電壓）的圖解說明!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!３５

圖Ａ．３從交流側來的緩波前過電壓在閥避雷器Ｖ２上的作用（普通型高壓直流換流器）!!!!３６

圖Ａ．４換流變壓器高壓套管（普通型高壓直流換流站）接地故障在閥避雷器上作用的電路圖!!３６

圖Ａ．５換流變（普通型高壓直流換流站）高壓套管接地故障期間在閥避雷器Ｖ１上的作用!!!３７

Ⅱ

犌犅／犜３１１．３—２００７

圖Ｂ．１ａ）交流、直流避雷器（ＣＣＣ換流器）!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!４４

圖Ｂ．１ｂ）交流，直流避雷器（ＣＳＣＣ換流器）!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!４５

圖Ｂ．２ａ）交流側來的緩波前過電壓對閥避雷器作用的簡化電路圖（ＣＣＣ換流器）!!!!!!!４６

圖Ｂ．２ｂ）交流側來的緩波前過電壓對閥避雷器作用的簡化電路圖（ＣＳＣＣ換流器）!!!!!!４６

圖Ｂ．３ａ）交流側傳輸來的緩波前過電壓在閥避雷器（Ｖ２）上的作用（ＣＣＣ換流器）!!!!!!４７

圖Ｂ．３ｂ）來自交流側的緩波前過電壓在閥避雷器（Ｖ２）上的作用（ＣＳＣＣ換流器）!!!!!!!４７

圖Ｂ．４ａ）換流變的高壓套管接地故障在閥避雷器上的作用電路圖（ＣＣＣ換流器）!!!!!!!４８

圖Ｂ．４ｂ）換流變的高壓套管接地故障在閥避雷器上作用的電路圖（ＣＳＣＣ換流器）!!!!!!４８

圖Ｂ．５ａ）換流變高壓套管接地故障期間對閥避雷器Ｖ１上的曲線圖（ＣＣＣ換流器）!!!!!!４９

圖Ｂ．５ｂ）換流變高壓套管接地故障期間在閥避雷器Ｖ１上作用的曲線圖（ＣＳＣＣ換流器）!!!!４９

圖Ｂ．６ａ）換流變高壓套管接地故障期間在ＣＣＣ電容器避雷器ＣＣ上的作用（ＣＣＣ換流器）!!!５０

圖Ｂ．６ｂ）換流變的高壓套管的接地故障期間的ＣＳＣＣ電容器避雷器ＣＳＣ上的作用

（ＣＳＣＣ換流器）!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!５０

圖Ｃ．１并聯(lián)閥組擴展高壓直流換流站!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!５１

圖Ｃ．２使用串聯(lián)閥組改進原有的高壓直流換流器!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!５３

表１符號說明!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!７

表２三相交流設備與高壓直流換流站設備耐受電壓選擇的比較!!!!!!!!!!!!!!!８

表３作用于各類避雷器上的主要事例!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１５

表４不同事例對避雷器的作用!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１５

表５過電壓源和相應的頻率范圍!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１６

表６避雷器要求!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１８

表７高壓直流換流站直流側避雷器保護!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１９

表８代表性過電壓水平和要求耐受電壓水平!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!２０

表９要求沖擊耐受電壓與沖擊保護水平的比值!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!２２

Ⅲ

犌犅／犜３１１．３—２００７

前言

本部分是根據ＩＥＣ／ＴＳ６００７１５：２００２《絕緣配合第５部分：高壓直流（ＨＶＤＣ）換流站的絕緣配合

程序》（第１，英文版）首次制定的。本部分修改采用ＩＥＣ／ＴＳ６００７１５：２００２。

本部分的編排和表述與ＩＥＣ／ＴＳ６００７１５：２００２基本一致，并符合ＧＢ／Ｔ１．１和ＧＢ／Ｔ２００００．２的

規(guī)定。

本部分與ＩＥＣ／ＴＳ６００７１５：２００２的主要差異在以下幾方面：

ａ）本部分在３．８中增加了“注：電壓水平和功耗可采用計算方法或通過特殊試驗確定。”；

ｂ）本部分的表７刪除了ＩＥＣ／ＴＳ６００７１５：２００２表７的最后兩行；并在上部換流變換流器底部的

避雷器種類的（２）中增加“和閥避雷器（Ｖ）”；

ｃ）本部分在９．１０的第３自然段中加入了“中性母線電容器”；并在９．１０的最后增加了一段“另一

種設計方案是在金屬回線不接地的一端和接地極線各安裝一組高能耗避雷器（ＥＭ和ＥＬ），分

別用于吸收金屬回線運行方式和其他運行方式下的操作沖擊能耗。中性母線其他位置的避雷

器的雷電波保護水平高于ＥＭ和ＥＬ，確保在操作過電壓下不動作，僅用于雷電波保護。ＥＭ

和ＥＬ在制造和出廠試驗時可保證多柱并聯(lián)的特性一致性并寧愿多并聯(lián)一個備用避雷器，有

利于更換及制造備用避雷器?！保?/p>

ｄ）刪除了ＩＥＣ／ＴＳ６００７１５：２００２的附錄Ａ的Ａ６計算結果表中的與我國電網無關的電壓

４２０ｋＶ的表注及其內容；

ｅ）將目錄中的Ｂ．４和Ｂ．５的標題與正文進行了統(tǒng)一；

ｆ）在附錄Ｂ中，統(tǒng)一了ＣＣＣ和ＣＳＣＣ電容器避雷器（ＣＣ／ＣＳＣ）。

本部分的附錄Ａ、附錄Ｂ、附錄Ｃ為資料性附錄。

本部分由中國電器工業(yè)協(xié)會提出。

本部分由全國高電壓試驗技術和絕緣配合標準化技術委員會（ＳＡＣ／ＴＣ１６３）歸口。

本部分由全國高電壓試驗技術和絕緣配合標準化技術委員會解釋。

本部分負責起草單位：西安高壓電器研究所、武漢高壓研究所。

本部分參加起草單位：北京網聯(lián)直流工程技術有限公司、南方電網技術研究中心、西安交通大學、中

國電力科學研究院、西安電瓷研究所、機械工業(yè)北京電工技術經濟研究所。

本部分主要起草人：茍銳鋒、周沛洪、聶定珍、趙杰、馮建強、呂懷發(fā)、李國富、王琨。

Ⅴ

犌犅／犜３１１．３—２００７

引言

高壓直流輸電在我國電網建設中，對于長距離送電和大區(qū)聯(lián)網有著非常廣闊的發(fā)展前景，是目前作

為解決高電壓、大容量、長距離送電和異步聯(lián)網的重要手段。根據我國直流輸電工程實際需要和高壓直

流輸電技術發(fā)展趨勢開展項目，在引進技術的消化吸收、國內直流輸電工程建設經驗和設備自主研制的

基礎上，研究制定高壓直流輸電設備國家標準體系。內容包括基礎標準、主設備標準和控制保護設備標

準。項目已完成或正在進行制定共１９項國家標準：

（１）高壓直流系統(tǒng)的性能第一部分：穩(wěn)態(tài)性能

（２）高壓直流系統(tǒng)的性能第二部分：故障與操作

（３）高壓直流系統(tǒng)的性能第三部分：動態(tài)性能

（４）絕緣配合第３部分：高壓直流換流站絕緣配合程序

（５）高壓直流換流站損耗的確定

（６）變流變壓器第二部分：高壓直流輸電用換流變壓器

（７）高壓直流輸電用油浸式換流變壓器技術參數和要求

（８）高壓直流輸電用油浸式平波電抗器

（９）高壓直流輸電用油浸式平波電抗器技術參數和要求

（１０）高壓直流換流站無間隙金屬氧化物避雷器導則

（１１）高壓直流輸電系統(tǒng)用并聯(lián)電容器及交流濾波電容器

（１２）高壓直流輸電系統(tǒng)用直流濾波電容器

（１３）高壓直流輸電用普通晶閘管的一般要求

（１４）輸配電系統(tǒng)的電力電子技術靜止無功補償裝置用晶閘管閥的試驗

（１５）高壓直流輸電系統(tǒng)控制與保護設備

（１６）高壓直流換流站噪音

（１７）高壓直流套管技術性能和試驗方法

（１