GB/T 25308-2010 高压直流输电系统直流滤波器

ICS29．240．01

K40

a亘

中华人民共和国国家标准

25308--2010

GB／T

高压直流输电系统直流滤波器

fortransmission

D．C．FiltersHVDCsystem

2010-1201

1—10发布

中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局借寿

中国国家标准化管理委员会厦111

25308--2010

GB／T

目次

前言………………………·……·………····Ⅲ

2规范性引用文件……··…····……………1

3术语和定义…………·……………·……·…·…………-·1

4正常和特殊使用条件…………………··……·…··……-2

6直流滤波器部件设计要求……··…………·……···…···10

7试验…………………·…………………··12

8结构和导体要求……···……·…………··19

附录A(资料性附录)高压直流输电系统常用直流滤波器(DCF)结构……………·····…·…………20

附录B(资料性附录)直流滤波器在直流系统中的位置………·……………·……····22

附录c(规范性附录)直流滤波器电容器规范···…··……·……………23

附录D(规范性附录)直流滤波器电抗器规范···……··…·……·……．．28

附录E(规范性附录)直流滤波器电阻器规范…··…····…··…………·34

GB／T

刖置

本标准由中国电器工业协会提出。

本标准由全国电力电子学标准化技术委员会(sAC／TC60)归口。

本标准主要起草单位：西安高压电器研究院有限责任公司、南方电网技术研究中心。

本标准参加起草单位：机械工业北京电工技术经济研究所、西安电力机械制造公司、浙江大学、南方

电网超高压输电公司、西安西电电力电容器研究所、西安西电电力电容器有限责任公司、西南电力设计

院电网分公司、西安西电电力整流器有限责任公司、西安电力电子技术研究所、新东北电气(锦州)电力

电容器有限公司。

本标准主要起草人：孙伟、黄莹、李璐、张万荣、蔚红旗、黎小林。

本标准参加起草人：苟锐锋、徐政、逍遥、饶宏、朱静、王蔚华、方晓燕、郭天兴、蔺跃宏、苏开云、李岩、

田恩文、杨晓辉、周德才、黄超、李福成、戈兴茹、王国利。

Ⅲ

GB／T

高压直流输电系统直流滤波器

1范围

本标准规定了高压直流滤波器的术语和定义、设计要求、结构、设备选择、试验要求等内容。

本标准适用于安装在士：800kV及其以下电压等级高压直流(HⅥ)C)输电系统中的无源直流滤波器。

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。

IEC

GB60071—1：1993)

311．1—1997高压输变电设备的绝缘配合(neq

IEC

GB1094．160076—1：1993)

1996电力变压器第1部分：总则(eqv

IEC

GB60076—2：1993)

1094．2—1996电力变压器第2部分：温升(eqv

GB1094．360076—3：

2003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(IEC

2000，MOD)

GB1094．1160076—11：2004，MOD)

2007电力变压器第11部分：干式变压器(IEC

GB60044-1：2003，MOD)

1208--2006电流互感器(IEC

GB62271—102：2002，MOD)

1985--2004高压交流隔离开关和接地开关(IEC

IEC

60289：1987)

GB／T10229--1988电抗器(eqv

GB／T

11024．1—2001标称电压1kV以上交流电力系统用并联电容器第1部分：总则性能、

IEC60871—1：1997)

试验和定额安全要求安装和运行导则(eqv

60633：1998，IDT)

GB／T13498--2007高压直流输电术语(IEC

GB／T20993--2007高压直流输电系统用直流滤波电容器

22389

GB／T2008高压直流换流站无间隙金属氧化物避雷器导则

IEC

60815：1986污秽条件下绝缘子使用导则

3术语和定义

GB／T13498界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

3．1

filter

直流滤波器DC

直流滤波器通常由电容器、电抗器、电阻器等元件组成。与平波电抗器和中性母线电容器(如有时)

配合，用于降低高压直流输电线路上和／或接地极引线上的谐波电流。

3．2

branch

滤波器支路filter

直流滤波器由连接在直流输电系统换流站直流极母线与中性母线之间的多个分支电路并联组成

时，其中的任一支路称为滤波器支路。

3．3

harmonic

特征谐波characteristic

由谐波源本身的工作特性所决定的某些特定次数的谐波，称为该谐波源的特征谐波。对于脉动数

】

25308--2010

GB／T

为p的换流器来说，换流器在直流侧产生的特征谐波次数为：女p，^为正整数。

3．4

harmonic

非特征谐波non-characteristic

不同于所属谐波源的特征次数的各次谐波，称为该谐波源的非特征谐波。

3．5

circuit

主回路main

由直流滤波器一次主设备构成的电路。

3．6

circuit

辅助回路auxiliy

用以完成测量、控制、保护等辅助功能的二次电路。

3．7

调谐频率tuningfrequency

使直流滤波器阻抗呈现只有纯电阻时的频率。

4正常和特殊使用条件

4．1正常使用条件

4．1．1温度

当指定周围温度时，通常是指滤波器安装地点的干球空气温度。

安装运行地区的环境温度范围可为一40℃～+45℃。在此温度范围内直流滤波器应能够正常

运行。

4．1．2污秽

应根据直流滤波器安装位置，分别对户内式直流滤波器和户外式直流滤波器分别提出各设备外绝

缘的爬电比距要求，对于重污秽地区应适当加大爬电比距。原则上与直流场对设备爬电比距的要求

一致。

4．1．3海拔

000

安装运行地点的海拔高度为实际换流站的海拔高度。对于大于1m的使用环境，应考虑海拔

修正。

000

注：用于换流站海拔高度高于1m地区的直流滤波器，各设备设计要求由用户与制造商协商确定。

4．2特殊使用条件

4．2．1高相对湿度

可能需要使用特殊设计的绝缘子。

4．2．2霉菌生长迅速

金属、陶瓷材料及一些油漆与清漆都不助长霉菌生长。当使用杀菌剂时，其毒性保持时间最多几个

月。总之在装置中灰尘等落积处霉菌有可能生长发展。

4．2．3腐蚀性大气

在工业及沿海地区都会遇到腐蚀性大气。应该注意到，在较高温度的气候下，这种大气的作用要比

2

GB／T

在温和的气候下更为严重。甚至在户内也可能存在高腐蚀性大气。

4．2．4地震地区

有些地区地震的概率较高，这将影响安装在这些地区的直流滤波器单元和(或)直流滤波器的机械设计。

用户应说明加速度幅值和阻尼值。

5设计

5．1设计内容

直流输电系统在运行过程中，换流器会在直流侧产生谐波电压，谐波电压在直流极线和接地极引线

上产生谐波电流。谐波电流将对直流极线和接地极引线附近的通讯线路产生干扰。一个脉波数为声

的换流器，在直流侧产生却次的特征谐波，k是任意正整数。除特征谐波之外，换流器还会产生其他非

特征谐波。

直流线路中的谐波电流对邻近通讯线路产生干扰的程度取决以下这些条件：

——直流线路沿线谐波电流水平；

——直流线路与附近通讯系统间的相互耦合程度；

——通讯设备的抗干扰能力。

为减小注入直流线路的谐波电流，减小直流输电系统对沿线通讯线路的干扰，就必须在两侧换流站直

流侧装设滤波系统。直流侧滤波系统主要由直流滤波器、平波电抗器和中性母线电容器组成。一般来说，

直流线路为电缆的直流输电系统不需要装设直流滤波器，采用架空线路的直流输电系统需要装设直流滤

波器。直流滤波器、平波电抗器和中性母线电容器的参数应进行优化选择，以便能满足下列要求：

——将直流线路中的等效干扰电流限制到可接受的水平；

——避免直流系统在工频和低次谐波频率附近发生谐振。

直流滤波器设计主要包括以下几项工作内容：

——直流滤波器支路设置方案的确定及各支路元件参数计算；

——直流滤波器性能计算，具体计算直流极线及接地极引线沿线上的等效干扰电流，使其满足系统

的要求；

——直流滤波器稳态定值计算，即：计算直流滤波器元件稳态应力，具体包括计算流过滤波器各元

件的电流及元件端点间的电压、端点对地电压，为制定滤波器设备规范提供依据；

——直流滤波器暂态定值计算，计算在短路故障等最苛刻条件下流过电容器、电抗器、电阻器及避

雷器的暂态电流，避雷器能耗等。在计算的基础上确定滤波器设备绝缘水平。

如果性能计算中发现滤波器与线路之间在某些谐波频率下发生明显的谐振，应考虑采用阻尼式滤波器。

5．2直流滤波器型式与参数确定

直流滤波器的型式最常用的是双调谐滤波器和三调谐滤波器。其结构型式见附录A，直流滤波器

在直流系统中的位置见附录B。

直流滤波器支路设置由谐波计算结果确定，一般直流滤波器调谐到12次、24次和36次，但如果谐

波计算结果显示其他次谐波较高时，需针对该次谐波调整滤波器的调谐点。

双调谐滤波器的元件参数主要由其调谐频率，-√j、高压电容器c1的电容值和滤波器中并联回路

谐振频率^决定。电抗器L，和Lz在对应频率下的品质因数对滤波效果也有一定影响。

确定直流滤波器元件参数是一个反复的过程，先确定一组滤波器元件参数，然后计算滤波器性能

(即等效干扰电流)，若性能不满足要求，就重新调整直流滤波器元件参数，进行优化，直到直流滤波器性

能满足要求为止。滤波器的滤波效果基本上与高压电容器的电容值成正比，对于同样额定电压的电容

3

25308--2010

(；B／T

器，其成本也基本上与其电容值成正比。在直流滤波器中，高压电容器所占费用最大，因而，在滤波性能

满足要求情况下，高压电容器的电容值越小越经济。

5．3性能和定值

5．3．1直流滤波器性能

对于直流输电系统来说，直流滤波器的性能指标可用下列任一方式确定：

在假设的平行电话线上计算纵向感应电压。通常假设距直流输电线1km处有一条与直流线路平

行的1km长的线路，计算该1km长线路上的纵向感应电压。这一表述已在若干直流输电系统中采

用。由于感应电压在实际系统中较难测量，这样会对直流滤波器性能验收造成一定的困难，因而，目前

较少使用这种方法；

计算直流线路上最大等效干扰电流。该方法已广泛用于高压直流输电系统直流滤波器设计。

等效干扰电流定义为：线路上所有频率的谐波电流对邻近平行或交叉的通讯线路所产生的综合干

扰作用与某单个频率的谐波电流所产生的干扰作用相同，这个单频率谐波电流就称作等效干扰电流。

计算直流线路中的等效干扰电流时，基波电流与其他谐波电流按同样的方法处理，因此，在以后的叙述

中，提到谐波时认为包含基波，把基波看成是特殊的谐波。

计算等效干扰电流时不仅应考虑直接流过直流极导线和接地极线路的谐波电流，而且还应考虑感

应到直流线路和接地极线路中的谐波电流。

Hz--2500

等效干扰电流包括所有谐波成分，从(1--50)次(即：50Hz)的噪声加权残余电流，按照

式(1)进行计算：

2…………(1)

I。。(z)一~／I。(z)；+I。(o)1

式中：

I。(z)——沿线路走廊的任何点，噪声加权至800Hz时的等效干扰电流，mA；

I。(z)一——整流站换流器谐波电压源产生的等效干扰电流均方根值，mA；

I。(z)一——逆变站换流器谐波电压源产生的等效干扰电流均方根值，mA；

z——沿线路走廊的相对位置。

由整流站换流器或逆变站换流器的谐波电压所产生的沿线各点的等效干扰电流可按式(2)计算：

I。(z)=^／∑[f，(Ⅲ)×P(n)×Hf]2……

式中：

I，(n，z)——在沿线路走廊位置‘z’的n次谐波残余电流均方根值，mA；

P(n)——n次谐波的噪声加权系数，见表2；

n——谐波次数；

Ht——耦合系数，表示典型明线耦合阻抗对频率的标幺化关系，见表1。

表1典型明线网络的耦合系数

频率／Hz耦合系数(Hf)

40～5000．70

6000．80

8001．00

12001．30

18001．75

CB／T

表1(续)

频率／Hz耦合系数(Hf)

24002．15

30002．55

36002．88

42002．95

4800Z．98

50003．00

注：对于其他频率，H{的值将采取线性插值方法求取。

由于受直流线路干扰影响的主要是通讯明线，因而采用Hr来代表耦合阻抗与频率的关系。

加权系数是为了考虑人耳和电话设备对频率的敏感性而引入的系数。在国际上不同地区采用不同

的加权系数。加权系数有两个定义：

C-MESSAGE加权系数；

用CCITT的噪声加权系数。

表2依据CCITT的噪声加权系数

频率／Hz加权系数频率／Hz加权系数频率／Hz加权系数

500．0007110501．10920500．698

1000．0089111001．07221000．689

1500．035511501．03521500．679

2000．089112001．00022000．670

2500．17812500．97722500．661

3000．29513000．95523000．652

3500．37613500．92823500．643

4000．48414000．90524000．634

4500．58214500．88124500．625

5000．66115000．86125000．617

5500．73315500．84225500．607

6000．79416000．82426000．598

6500．85i16500．80726500．590

7000．90217000．79127000．580

7500．95517500．77527500．571

8001．00018000．76028000．562

8501．03518500．74528500．553

9001．07219000．73229000．543

9501．10919500．72029500．534

10001．12220000．70830000．525

25308--2010

GB／T

噪声加权系数(Psophometricweightingfactor)频率曲线见图1。

由换流器的谐波电压在线路沿线任意点产生的n次谐波残余电流如式(3)所示：

～

I，(n，z)一∑Ip(n，i，z)…………(3)

f一1

式中：

J。(n，z)——在沿线路走廊位置“z”处的n次谐波残余电流的方均根值，mA；

J。(n，i，z卜在位置z处流过导体i的n次谐波电流均方根矢量值，mA；

i——导体编号；

nC——在线路走廊中导体总数，包括直流极线、接地极引线及其各自的架空地线。

计算时考虑以下几种直流系统运行方式：

——双极；

——单极大地回线；

——单极金属回线。

对于每一个高压直流输电系统，直流线路上的等效干扰电流限制值在工程招标文件中给出。

i。一一一一

，，，

j

y、等效到800

Hz的…!．

鳆嚼娶异＼加权系数j

I、、

I|＼＼

＼

阿＼

、：

…b噪声加权系数＼≮‘

0500100015002000250030003500400045005000

频率／Hz

图1噪声加权系数频率曲线

5．3．2直流滤波器稳态计算

稳态定值是指直流滤波器元件、避雷器在稳态及短时运行条件下的应力。这里所说的滤波器元件

应力就是指流过滤波器元件的电流、各元件端点间的电压及端点对地电压。稳态定值计算就是求在各

种稳态及短时运行工况下有关滤波器元件的电流、电压最大值。计算结果为制定滤波器元件(电容器、

电抗器、避雷器)设备规范提供依据。

计算直流滤波器稳态定值时，应考虑非理想因素的影响，如直流滤波器各元件、系统负序电压及频

率偏差等。

GB／T

5．3．2．1电压

5．3．2．1．1直流滤波器高压电容器端点之间的电压

高压电容器端点之间的电压按式(13)计算，其他元件(低压电容器、电抗器、避雷器)上的峰值电压

电压U“。一l。

5．3．2．1．2确定爬电距离的电压

决定电容器及电抗器端点之间、其他元件端点之间、端点对地爬电距离的电压计算公式见式(4)、式

(5)和式(6)：

高压(HV)电容器端点之间：

U㈣，d。

式中：

一

Ud。一——最大直流运行电压。

其他元件端点之间；

rir—一

％…s一√蚤U2………………(5)

端点对地：

r—————————ir—一

u…．dc=JV50．。。“+∑u：

㈣

计算端点对地电压时，公式(6)中u。为端点对地各次谐波电压。

5．3．2．1．3避雷器最大持续运行电压(脚v)

避雷器最大持续运行电压按式(7)计算：

MCoy

5．3．2．2电流

电容器额定电流按式(8)计算：

Itbc

。∑Ⅲ

电抗器额定电流按式(9)计算；

驴√薹碟………………㈩

式中：

J。——n次谐波电流。

用于噪声计算的电流：

用于计算电容器、电抗器噪声的电流按式(10)计算：

r目一

L一“一^／∑罡

V^一1

25308--2010

GB／T

式中：

J。——n次谐波电流。

确定直流滤波器稳态应力算例时应考虑以下因素：

——交流系统稳态频率偏差；

——不同的直流极线及地极引线长度；

——标书中规定的线路；

——线路长度缩短10％；

——线路长度加长10％；

——不同的直流系统运行模式；

——额定直流电压，功率正送；

——降低直流电压，功率正送；

——直流滤波器支