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Q／GDW 11756-2017 高压直流滤波器设计导则.pdfQ/GDW117562017
种设计思路的高压 器称为简化高压直流滤波器。工程设计中应通过技术、经济综
5.2.1直流滤波器设计主要包括以下几项工作内容！
a）直流滤波器支路设置方案的确定及各支路元件参数计算； b） 直流滤波器性能计算，具体包括计算直流极线及接地极引线沿线上的等效干扰电流、直流线路 侧绝缘水平、直流回路谐振特性，应使其满足系统的要求： 直流滤波器稳态定值计算，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； d 直流滤波器暂态定值计算，计算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，以及避雷器能耗等HJ 966-2018 生态环境信息基本数据集编制规范，并确定滤波器设备绝缘水平。 5.2.2推荐采用阻尼式滤波器，降低调谐锐度，避免滤波器与线路之间在某些谐波频率下发生明显的 谐振。
5.3.1高压直流滤波器最常用的型式是双调谐滤波器和三调谐滤波器，早期工程或国外个别工程也有 和结构示意图分别见附录A和附录B。 5.3.2直流滤波 L流滤波器的调谐点通常选择12、24、36、39 显示其他次谐波较高时，应针对该次谐波调整 虑波器的调谐点。如果直流回 应选取2次调谐点。 5.3.3确定直流 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 投考核等效干扰电流，简化高压直流滤波器性能指标主要考核直流极线 换流站出口处的谐波电压。若性能不满足要求，应重新调整直流滤波器元件参数，进行优化，直到直流 虑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。 5.3.4直流滤波器参数优化还应考虑对直流回路谐振的影响，避免系统在50Hz和100Hz附近出现低频 谐振点，以防止谐波放大等危害。在工程后续阶段，可在完整的交直流系统模型基础上，校核网侧不对 称短路故障情况下的直流侧过电压仿真结果，并对实际交流侧传导到直流侧和从邻近线路感应到直流线 路上的谐波源进行进一步研究，以确定可能长期在直流线路上流过的谐波电流值，校核相关设备是否安 全
5.4直流滤波器性能指标要求
5.4.1通信干扰限制要求
5.4.1.1雷电冲击全波试验直流滤波器的通信于扰限制指标可用下列两种方式确定：
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5.4.1.2由于基波电流和其他谐波电流对于等效干扰电流的计算作用相同，因此基波电流与其他谐波 电流可按同样的方法处理。在后文中，提到的谐波包含基波，基波被看成是特殊的谐波。 5.4.1.3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 感应到直流极导线和接地极线路中的谐波电流。 5.4.1.4等效干扰电流是从1～50次（即：50Hz～2500Hz)的所有谐波噪声加权残余电流，按照公式 （1）进行计算：
eg (x) =/1 (x)R+1 (x)2
式中： I（x)一一沿线路走廊的任何点，噪声加权等效至800Hz时的等效干扰电流，mA； Ie(x)R一一整流站换流器等效谐波电压源产生的等效干扰电流均方根值，mA： Ie(x)I一一逆变站换流器等效谐波电压源产生的等效干扰电流均方根值，mA； 一沿线路走廊的相对位置。 m
式中： I（n,x)一一在沿线路走廊位置‘x”的n次谐波残余电流均方根值，mA； P(n)一一n次谐波的噪声加权系数，见表2： 一 一谐波次数； 一一耦合系数，表示典型明线耦合阻抗对频率的标幺化关系，见表1。
I(x)=2[(n,t)× P(m)×H,
典型明线网络的耦合系数
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4.1.6在国际上不同地区采用不同的加权系数。加权系数有两种：第一种1960年12月12日由IEEE 表的，目前在美国和加拿大北美地区广泛使用的C一MESSAGE加权系数；第二种1963年由CCITT定义 ，在欧洲和其它地方广泛使用的噪声加权系数P，见表2。我国主要采用CCITT的噪声加权系数。
5.4.1.7噪声加权系数频率曲线见图1。
表2依据CCITT的噪声加权系数
图1噪声加权系数频率曲线
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.(n,x) = (n,i,x
性能计算中计算直流侧谐波所需的换流器参数列表
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5.4.2直流极线绝缘水平要求
5.4.2.1直流滤波器控制极线的绝缘水平的性能指标应主要用加装滤波器后换流站极线出口处的最 电压水平来表示。 5.4.2.2换流站极线出口处的最高谐波电压水平的计算方法如下：计算换流站极线出口处即滤波器与 极线相连处的电压的各次谐波分量，用式（4）来合成极线出口处的最高谐波电压水平：
me =Um + J
U一一所有谐波电压分量中的最大分量的有效值，kV； U.一一除了最大分量之外的其余谐波电压分量的有效值，kV。 5.4.2.3换流站极线出口处最高电压水平应用直流分量与谐波分量进行合成，见式（5）
一直流极线最高电压水平，峰值，kV 一一最高谐波电压水平的有效值，kV：
L——最高直流电压水平，峰值，kV
Umax=2×Ume +Umd
5.4.2.4极线出口处的最高电压水平的限制值应结合直流极线绝缘水平和避雷器参数置最终确定。此 电压一般应低于极线额定电压的108%，保证直流极线绝缘水平限制在一定范围内时极线避雷器的运行 电压不超过其允许最大值。须将直流滤波器设计与绝缘配合方案设计进行协调配合，相互反馈调整，以 得到最终的优化设计。
5.4.3直流回路谐振要求
5.4.3.1直流回路谐振扫描关心的主要 回路谐振风险评估指标通常采用距离50Hz或100Hz最近的低阻谐振点距离50Hz或100Hz的频率距离大
定义50/100Hz最近谐振点频率距离指标df.sn/df.m
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F.s0一一直流回路阻抗频率特性中距离50Hz最近的谐振点频率； frioo一一直流回路阻抗频率特性中距离100Hz最近的谐振点频率。 5.4.3.3如果不满足式（7)，一般应采用加装工频或2次阻波器，直流滤波器增加2次调谐点等措施 抑制谐振：
式中： Af——频率带宽，一般选择为15Hz
5.5直流滤波器稳态定值计算
min (df,50, dfr100)≥4)
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，流过滤波器元件的电流、出现在 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。计算结果为滤波器元件（电容器、电抗器、电阻器、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，如负序电压、系统频率偏差等。
5.5.2稳态定值计算应考虑的因素
5.5.2.1交流电网偏差因素考虑如下
a）交流电网稳态频率偏差： b） 交流电网事故后暂态频率偏差； c） 交流侧背景谐波和负序电压。 5.5.2.2不同的直流线路长度考虑如下： a） 标书中规定的额定线路长度： b） 线路长度缩短x%； c） 线路长度加长x%。 5.5.2.3不同的直流系统运行模式考虑如下： 额定直流电压，功率正送； b 降低直流电压，功率正送。 5.5.2.4 不同的直流滤波器支路投入组合考虑如下： a) 直流滤波器全部投入： b 任一站任一极的直流滤波器退出运行。 5.5.2.5 不同的直流系统运行方式考虑如下： a 双极运行； b) 单极金属回路； c 单极大地回路。 5.5.2.6对所有的情况，还需要考虑直流滤波器元件的参数偏差。 5.5.2.7此外，对于任何情况，只要直流换流器能保持连续运行，则所有直流滤波器元件应有能力保 持连续运行，不发生过负荷问题
5.5.3.1直流滤波器高压电容器端点之间的电
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1.1直流滤波器高压电容器端点之间的电压按公式
U,=2×Zun+kxUa
5.5.3.2爬电距离电压
5.5.3.2.1高压电容器端点之间的电压计算公式见公式（9
Udcmax一一高压电容器端点之间的最大持续运行直流电压，kV 5.5.3.2.2其他元件端点之间的电压计算公式见公式（10）
Uerepe=Jua +
Uereaems =2%
见式（11）－（13），应结合具体工程实际进行合理选择
5.5.4.1电容器额定电流Ithe接公式（14）计算：
5.5.4.2电抗器额定电流Ithl按公式（15）计算：
5.6直流滤波器暂态定值计算
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计算电容器、电抗器噪声的电流Imdible按公式（16）
受到的最大暂态电压、电流等。暂态 定值的计算包括选择合适的避雷器、 口绝缘水平。滤波器中的避雷器用于保护滤 波器元件（主要是电感和电阻 冲击和操作冲击
5. 6.2 计算研究条件
5.6.2.1输入数据如下！
a 直流滤波器的配置和元件参数： b） 所选的保护方案（包括每种滤波器的避雷器的个数和位置）： C 避雷器的类型以及与8/20μs和30/60μs放电电流波形相对应的最大/最小特性曲线； d 避雷器上的稳态和暂时直流、基频和谐波电压； 为确定滤波器元件的雷电冲击耐受能力（LIWL)和操作冲击耐受能力（SIWL），在雷电冲击保护水 平的基础上增加了25%以上的裕度，在操作冲击保护水平的基础上增加了20%以上的裕度。 .6.2.2电路模型建立原则如下： a 滤波器的电容器由电容器单元的电容和杂散电感表示。这些值可根据以往工程的经验，在串联 和并联电容器单元的数量以及电容器组的结构的基础上确定。一般每台电容器单元的杂散电感 近似等效为2H； b） 滤波器的电抗器由电感元件的电感和根据电抗器的品质因数计算得到的电阻表示。电路中的其 它电感，包括连线的电感和故障电感Lx须根据换流站的布置和连线长度确定。导线杂散电感 按照1μH/m考虑，连线的杂散电容忽略不计； 避雷器采用常规的非线性特性曲线
计算步骤如下： 根据上节描述的原则建立滤波器电路模型。在电路模型中包含中性母线电容、中性母线避雷器 和接地极监视回路的阻断滤波器的模型，接地极线路可被等效为3002的行波阻抗或采用实 际的杆塔模型： 将高压电容器预充电到直流母线避雷器的操作冲击保护水平： 滤波器通过不同的电感，从几十个μH（例如30μH）到几个mH，对故障点放电，从而得到通 过各元件的最严重的冲击电流和能量等： 在计算过程中，应考虑两组（或多组）滤波器同时运行时带来的相互影响。计算结果采用两组 （多组）滤波器各自单独运行和同时运行的最大值，
5.6.4保护和耐受水平确定原则
保护和耐受水平确定原则如下： 用避雷器的最小特性计算放电电流，以得到最大值； b) 把计算结果施加到避雷器的最大特性上，以确定保护水平
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章得到的保护水平上增加足够的绝缘裕度，得到滤
5. 6. 5 计算工况
5.6.5.1考虑的工况
在确定特高压直流输电工程直流滤波器设备暂 启动两种典型故障
5.6.5.2直流极线对地故障
首先，高压电容器被预充电至直流母线避雷器操作冲击保护水平：然后，电容器高压端通过一个电 感值可调的故障电感放电。电感的取值变化用以模拟故障点位置不同，直流滤波器避雷器、换流站内的 接地网、中性母线电容器及中性母线避雷器为故障电流提供回路。通过计算，可以获得滤波器元件及避 雷器的涌流及冲击能量等。低压电容器预充电对计算结果没有明显影响，因而在计算时低压电容器可不 充电。通过对故障电感的不同取值，找出最苛刻情况下滤波器元件及避雷器所承受的应力，取值范围在 几个H到几个H之间。
5.6.5.3直流线路故障后重启动
直流线路故障保护的设计应允许直流系统在线路故障后进行多次重新启动，每次重新启动的过程都 是给直流滤波器充电的过程，如果此时故障点还未消失，那么再启动的时候故障点就会重现，直流滤波 器避雷器将承受冲击。在确定避雷器能量的过程中，须考线路故障后重新启动产生的能量，除了故障 前直流极线操作冲击保护水平电压对高压电容进行充电的计算外，还要增加3次全电压重启和一次降电 玉重启的工况。故障发生时的直流线路电压按照极母线操作保护水平考虑，3次全电压重启时的电压按 照最大运行电压考虑，最后一次重起电压降低。5次计算的总能量作为避雷器能量的最低要求。
5.6.6避雷器参数的选择
5.6.6.1避雷器位置
直流滤波器支路通常设有避雷器，对于双调谐滤波器，避雷器通常接于高压电抗器（L1）的高压端 子与地之间；低压电抗器（L2）的两个端子之间和高压电抗器（L1）的两个端子之间。如选择三调谐直 流滤波器支路，则可增加一组避雷器，接于低压电抗器（L3）的两个端子之间。
5.6.6.2避雷器参数选择考虑的因素
需考虑以下因素： a) 被保护设备期望的最大绝缘水平； b) 避雷器最大持续运行电压（MCOV），包括谐波成分； c）滤波器放电时，在避雷器上出现的最大峰值电流； d）滤波器放电时，避雷器上要消耗的能量。
5.6.6.3设备期望的最大绝缘水平
设备的造价与其绝缘水平密切相关，绝缘水平越高，造价就越高。如果只从这一点考虑，设备的绝 缘水平越低越好。但是，这样会增加避雷器的投资，且避雷器的并联支数是有限制的。因此，不能为了 降低设备的绝缘水平而把避雷器的保护水平压得很低，能量耗散能力提得很高。应综合考虑，把设备的 绝缘耐受水平定在一个合理的范围之内
计算避雷器最大持续运行电压（MCOV）及参考电
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5.6.6.4.1避雷器的参考电压不应低于被保护设备应该承受的额定稳态运行电压及短时运行电压。施 加于直流滤波器避雷器上的电压包括基波及谐波，对于接在高压电抗器（L1）的高压端子与地之间的避 雷器F1（参见附录B）来说还包括直流电压。计算避雷器的最大持续运行电压（MCOV)，需考虑最严重的 基波和谐波电压组合。用公式（17）可计算避雷器的持续运行电压：
Uar(I)=UpC,neural +ZU,cos(nopt+,)
式中： Uan(t)一一避雷器的MCOV; Uic.neutral一一中性母线直流电压，对于与电抗器并联的避雷器来说，Uic.neutrai取为零； n一一谐波次数： U.一一谐波电压 0一一基波角速度 t一一时间； 一一每次谐波的初相角。 5.6.6.4.2不同运行情况下，初相角（p）是变化的，一个保守的方法是对基波及所有被考虑的谐波， 初相角（）都取为零。这就得到了一个峰值电压（t=0,2元/0，4元/0，等），大小等于施加于避雷器上 的直流电压、基波及谐波电压幅值的算术和。该峰值电压作为避雷器的最大持续运行电压。 5.6.6.4.3对于滤波器避雷器，最大持续运行电压MCOVrms（一般选为避雷器两端间的所承受直流、基 波和谐波电压的算术和)与参考电压(Urer)有效值之间的关系为：
Uan(t)一一避雷器的MCOV; Uncseutral一一中性母线直流电压，对于与电抗器并联的避雷器来说，Uic.neutrai取为零； n一一谐波次数； U.一一谐波电压 (0o一一基波角速度；
5.6.6.4.2不同运行情况下，初相角（p）是变化的，一个保守的方法是对基波及所有被考虑的谐波 初相角（）都取为零。这就得到了一个峰值电压（t三0，2元/0，4元/0，等），大小等于施加于避雷器 的直流电压、基波及谐波电压幅值的算术和。该峰值电压作为避雷器的最大持续运行电压 5.6.6.4.3对于滤波器避雷器，最大持续运行电压MCOVrms（一般选为避雷器两端间的所承受直流、 波和谐波电压的算术和)与参考电压(Urer）有效值之间的关系为：
kr一一主导频率有关的系数，需要与避雷器厂家协商确定，一般为0.6～0.8之间。 5.6.6.4.4按避雷器的持续运行电压（MCOV)求出的避雷器参考电压（Urer），还应对避雷器电流及能 进行校验。
5.6.6.5避雷器放电电流和能量
避雷器参考电压越低，放电电流越大。对于初步选定的避雷器参数，通过计算可以求出避雷器的放 电电流及能量。确定避雷器参数的步骤是一个反复调整优化的过程。采用不同的避雷器参考电压（Urer） 经过多次计算后确定避雷器参数
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6.4.1直流滤波器避雷器宜选用金属氧化物避雷器。 6.4.2金属氧化物避雷器应符合GB11032的有关规定。 5.4.3选择金属氧化物避雷器时，还应考虑到避雷器的连接方式、可能出现的过电压倍数等。
6.5.1根据直流滤波器保护的需 有电流互感器，对于安装于高 侧的电流互感器宜采用光电式电流互感器，对于安装于低压侧的电流互感器采用常规电磁式或光电式电 流互感器均可，具体位置和数量由保护配置决定， 6.5.2电流互感器应满足GB/T16927.2等相关标准的要求。
6.6隔离开关和接地开关
6.6.1隔离开关能够根据直流控制保护指令投入和退出直流滤波器，具备分断额定谐波电流的能力， 操作时应运动灵活，无操作力过大、卡住的现象。 6.6.2直流滤波器高低压侧均应装设接地开关。 6.6.3隔离开关和接地开关应满足GB/T25091等相关标准的要求
6.7.1主回路母线和连接线
6.7.1.1主回路母线的长期允许电流应不小于1.5倍额定电流：单台电容器单元之间的连接线长期允 许电流应不小于1.5倍单台电容器额定电流；其余连接线按电路的额定工作电流或机械强度来选择。 6.7.1.2母线及连接线的连接应牢固，不变形，接触良好，布置整齐、美观，长度应合适。 6.7.1.3母线及连接线的材料、连接和布置方式应能满足直流滤波器在正常运行及事故情况下的机械 强度要求。 6.7.1.4母线支持绝缘子的机械强度、爬电距离应能满足相应的使用条件要求。
6.7.2辅助电路连接线
7.2.1连接线的截面应符合有关标准规定。 7.2.2连接线的连接应牢固，不应自由晃动，布线应整齐、美观。 7.2.3连接线的额定电压不得低于相应电路的额定工作电压。
6.8.1直流滤波器保护通常包括支路电流不平衡保护、过电流保护（速断保护）、过电压保护、失压 保护及失谐保护等。 6.8.2直流滤波器应设置围栏和安全警告标志，围栏应配有电磁闭锁，防止直流滤波器带电时人员误 入。直流滤波器内各种电器设备的电气间隙和爬电距离应符合有关标准的规定。 6.8.3直流滤波器各分设备及其构架的金属外露表面应有可靠的防腐蚀层。 6.8.4直流滤波器应装设有表明其名称和类型的标识牌，构成滤波器的各分设备应配有符合相应标准 的铭牌。
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直流滤波器的试验分为构成直流滤波器各组件的试验及直流滤波器的现场试验GB/T 50668-2011 节能建筑评价标准，其中，各组件试验 包括：出厂试验和型式试验，均应符合各自相应的标准
直流滤波器的全部试验和测量，除另有规定者外，均应在下列条件下进行： a）环境空气温度为5℃～35℃。如需校正，则以20℃时之值为准； b 试验时，滤波器的温度应与环境空气温度一致，滤波器在不通电状态下在恒定的环境空气温度 中放置适当长的时间后，即认为滤波器的温度与空气温度一致： c 试验时的环境空气温度应作记录； d 试验和测量所使用的交流电压的频率应为50×（1土0.01）Hz，其波形应为总电压畸变率不大 于2%的正弦波
7.3直流滤波器现场试验
7.3.1.1电容量测量
应对每一台电容器、每一个电容器桥臂和整组电容器的电容量进行测量QYLB 0001S-2015 云南丽飚实业有限公司 丽飚牌福瑞康胶囊，实测电容量应符合设计规 范书的要求。
7.3. 1.2 端子间电阻的测量
7.3.1.3支柱绝缘子绝缘电阻测量