Q GDW 11674-2017 ±1100kV 特高压直流输电系统成套设计规程.pdf

1、ICS 29.240 Q/GDW 国 家 电 网 公 司 企 业 标 准 Q/GDW 116742017 1100kV 特高压直流输电系统 成套设计规程 System design standard for 1100kV HVDC system 2018 - 01- 18 发布 2018 - 01 - 18 实施 国家电网公司 发布 Q/GDW 11674 2017 I 目 次 前 言 1 范围 1 2 规范性引用文件 1 3 术语和定义 2 4 总体要求 4 5 设计条件 5 6 设计要求 10 7 换流站一次 设备参数要求 31 8 换流站控制保护系统 46 9 其他要求 64 附录 A（

2、规范性附录） 阶跃响应的定义 68 附录 B（规范性附录） 直流系统主回路参数计算 . 71 附录 C（规范性附录） 换流器无功消耗计算 74 附录 D（规范性附录） 无功供给 设备容量计算 75 附录 E（规范性附录） 无功吸收设备容量计算 . 76 附录 F（规范性附录） 交流系统谐波干扰指标的定义 . 77 附录 G（规范性附录） 直流线路等效干扰电流计算 79 附录 H（规范性附录） 临界冲击闪络电压计算（ 50%闪络水平） . 81 附录 I（规范性附录） 最小空气间隙的计算 . 82 附录 J（资料性附录） 防覆冰运行方式和融冰运行方式示例 . 83 附录 K（资料性附录） 共用接

3、地极接线方案 84 附录 L（资料性附录） 1100kV 工程典型绝缘配合方案 85 编制说明 86 Q/GDW 11674 2017 II 前 言 为了更好的规范 1100kV特高压直流输电成套设计工作，本标准在总结 以往 特高压直流工程功能规范的基础上，广泛吸收建设、设计、调试、运行及设备制造等方面经验，以及国内外近 些年特高压直流输电技术研究成果，并参照国家标准及 IEC相关标准制定。 本标准由国家电网公司 基建 部 和直流建设部 提出并解释。 本标准由国家电网公司科技部归口管理。 本标准主要起草单位：国网北京经济技术研究院 。 本标准主要起草人： 张福轩 、 乐波、陈东、 付颖、 吴方

4、劼、卢亚军、蒲莹、厉璇、申 笑林、赵峥、李高望、祝全乐、薛英林、刘心旸、季一鸣、 刘哲、 邹欣、张云晓、刘思源 。 本 标准 首次发布。 本标准在执行过程中的意见或建议反馈至国家电网公司科技部。 Q/GDW 11674 2017 1 1100kV 特高压直流输电系统成套设计规程 1 范围 本标准规定了 1100kV 特高压直流输电系统设计和设备成套的工作范围、技术要求和应达到的深度。 本标准适用于每极双 12脉动串联的 1100kV 特高压直流输电系统成套设计， 包括 12脉动阀组直接接入同一电压等级或者不同电压等级交流系统， 不包括直流线路和接地极设计内容。对于某些工程特殊要求，可根据具体的

5、 功能规范在此标准的基础上进一步研究确定。 800kV 电压等级的分层接入直流工程可参考应用。 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。 GB 311.1 高压输变电设备的绝缘配合 GB 1984 高压交流断路器 GB 1985 高压交流隔离开关和接地开关 GB 3096 声环境质量标准 GB/T 11024.1 额定电压 1000伏以上交流电力系统用并联电容器 第 1部分 ： 总则 GB 12348 工业企业厂界环境噪声排放标准 GB/T 13498 高压直

6、流输电术语 GB/T 14549 电能质量 公用电网谐波 GB/T 15190 声环境功能区划分技术规范 GB/T 16434 高压架空线路和发电厂、变电所环境污区分级及外绝缘选择标准 GB/Z 20996 高压直流系统的性能 GB/T 26218.1 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、信息和一般原则 高压架空线和发电厂、变电所环境污区分级及外绝缘选择标准 GB/T 26218.2 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 GB 50019 工业建筑供暖通风与空气调节设计规范 GB 50116 火灾自动报警系统设计规范 D

7、L/T 553 220 500kV电力系统故障动态记录技术准则 DL/T 605 高压直流换流站绝缘配合导则 DL/T 873 微机型发电机变压器组动态记录装置技术条件 DL/T 5352 高压配电装置设计技术规程 CIGRE 33/14-05 高压直流输电换流站用无间隙金属氧化物避雷器应用导则 （ Guidelines for the applications of metal oxide arresters without gaps for HVDC converter stations） Q/GDW 11674 2017 2 IEC 60060-1 高电压试验技术 第 1部分：一般定义和

8、试验要求 （ High-voltage test techniques - Part 1: General definitions and test requirements） IEC 60071-5 过电压绝缘配合 第 5部分：高压直流输电换流站的绝缘配合 （ Insulation co-ordination - Part 5: Procedures for high-voltage direct current (HVDC) converter stations） IEC 60099-4 避雷器 第 4部分：交流系统无间隙金属氧化物避雷器 （ Surge arresters - Part

9、4: Metal-oxide surge arresters without gaps for a.c. systems） IEC 60870-5-103 远动设备及系统 第 5部分第 103篇 ：传 输规约 -继电保护设备信息接口配套标准（ Telecontrol equipment and systems Part 5-103: Transmission protocols - Companion standard for the informative interface of protection equipment） IEC 60919-3 高压直流系统的性能 第 3部分 :动态 （

10、 Performance of high-voltage direct current (HVDC) systems with line-commutated converters - Part 3: Dynamic conditions） IEC 61803 高压直流输电换流站功率损耗的确定 （ Determination of power losses in high-voltage direct current (HVDC) converter stations） IEC 61850 电力自动化（ Power utility automation） IEEE 484 发电站及变电所用大型

11、铅蓄电池组设计、安装推荐规程 （ IEEE recommended practice for installation design and installation of vented lead-acid batteries for stationary applications） IEEE C37.111 IEEE标准电力系统暂态数据交换通用格式 （ IEEE standard common format for transient data exchange (COMTRADE) for power systems） 3 术语和定义 GB/T 13498界定的以及下列术语和定义适用于本文

12、件。 3.1 连续运行额定功率 continuous rated power 在最大环境温度下，所有冷却设备可用但备用冷却不投入运行时，直流输电系统在正常运行直流电压下从送端换流站向受端换流站输送的最大设计功率。对于远距离高压直流输电系统指送端换流站直流平波电抗器直流线路侧的测量功率。分双极连续运行额定值和单极连续运行的额定值。 3.2 连续过负荷 continuous overload 直流输电系统高于连续运行额定功率所能达到的最大持续功率传输能力。 3.3 2h过负荷 2h overload 直流输电系统在最小功率至连续过负荷之间的任意功率水平连续运行后仍具备的功率传输能力，持续时间为 2

13、h。 3.4 暂时过负荷 temporary overload 直流输电系统在最小功率和 2h过负荷值之间的任意功率水平运行后仍具备的功率传输能力，持续时间通常为 3s、 5s和 10s。 Q/GDW 11674 2017 3 3.5 降压运行 reduced voltage operation 由于运行环境等因素的影响，直流输电系统以低于正常运行电压值连续运行。 3.6 (无功 )分组 sub-bank 本身具有断路器的最小可投切的交流滤波器组、并联电容器组 或并联电抗器组。 3.7 (无功 )大组 bank 接到一个进线回路上的所有交流滤波器，并联电容器和并联电抗器的分组组合。 3.8 双

14、重投切 binary switching 两个滤波器或（无功）分组同时投切。 3.9 动态电压变化 dynamic voltage change 直流控制已经响应之后，但换流变压器有载调压开关控制响应之前交流母线基波电压变化的百分数。 3.10 稳态电压变化 steady state voltage change 所有控制，包括换流变压器有载调压开关控制都响应之后交流母线基波电压变化的百分数。 3.11 直流偏 磁电流 DC biasing current 由于触发角不平衡、直流线路中的工频电流、在换流站交流母线上出现正序 2次谐波电压以及换流站地电位升高等，在换流变压器绕组中产生的直流电流。

15、 3.12 持续运行电压最大峰值（ PCOV） peak continuous operating voltage 包括换相过冲的最高持续运行电压峰值。 3.13 持续运行电压峰值（ CCOV) crest value of continuous operating voltage 不包括换相过冲的最高持续运行电压峰值。 3.14 阶跃响应 step-response 阶跃响应的定义见附录 A。 Q/GDW 11674 2017 4 3.15 分层接入 split connection 12脉动阀组接入不同电压等级交流系统。 4 总体要求 4.1 系统设计 4.1.1 概述 直流输电工程换流站

16、设备成套设计需先将直流系统作为一个整体进行系统设计，以实现直流输电系统整体性能的优化以及安全可靠。 4.1.2 主回路设计 主回路设计应主要完成以下工作： a) 直流输电系统接线方式和运行方式； b) 直流输电系统基本运行控制策略并进行主回路参数计算； c) 直流系统及关键设备过负荷要求。 4.1.3 无功补偿和控制 设计 无功补偿和控制 设计 应主要完成以下工作： a) 无功补偿和无功平衡 计算； b) 换流站无功补偿方案； c) 无功控制策略。 4.1.4 暂态性能设计 暂态性能设计应主要完成以下工作： a) 过电压和绝缘配合计算； b) 暂时过电压和铁磁谐振过电压计算； c) 暂态电流计

17、算。 4.1.5 直流系统性能设计 直流系统性能设计应主要完成以下工作： a) 两端接入交流系统潮流、稳定及附加控制研究； b) 孤岛运行方式研究（如果需要）； c) 交直流并联系统性能研究（如果需要）； d) 多回直流相互影响研究（如果需要）； e) 分层接入的多个交流系统相互影响研究（如果需要） f) 换流变压器直流偏磁电流计算； g) 动态性能研究以确定换流器的控制功能和控制参数； h) 流站损耗计算 ； i) 换流站可听噪声计算； j) 可用率及可靠性计算。 Q/GDW 11674 2017 5 4.1.6 滤波器设计 滤波器设计应主要完成以下工作： a) 交流滤波器性能研究并计算元件

18、额定值； b) 直流滤波器性能研究并计算元件额定值； c) PLC/RI 滤波器性能研究并计算元件额定值。 4.1.7 直流控制保护系统设计 直流控制保护系统设计应主要完成以下工作： a) 控制系统功能配置及冗余设计； b) 直流保护的分区、配置、冗余设计及保护定值研究； c) 远动通信系统配置方案设计； d) 直流线路故障定位系统； e) 保护故障录波信息管理子站。 注： 根据具体工程的要求可增减相关的研究设计项目。 4.2 相关设备或子系统技术规范 在上 述研究、设计的基础上完成相关的设备或子系统技术规范，主要包括但不限于以下： a) 晶闸管阀 ； b) 换流变压器 ； c) 平波电抗器

19、； d) 开关设备 ； e) 测量设备 ； f) 避雷器 ； g) 交流滤波器 ； h) 直流滤波器 ； i) 绝缘子 ； j) 套管 ； k) 直流控制系统 ； l) 直流保护系统 ； m) 故障录波系统 ； n) 保护信息管理子站 ； o) 电能量计费系统 ； p) 直流线路故障定位系统 ； q) 远动通信系统 ； r) 换流站主时钟系统。 5 设计条件 5.1 环境条件 5.1.1 概述 在进行成套设计时应取得 换流站 环境资料和数据， 如气象、 海拔、污秽，地震、水源，交通等。 Q/GDW 11674 2017 6 5.1.2 气象数据 所应取得的气象数据如下： a) 气温：极端最高气

20、温、 极 端最低气温、年均气温、最热月的月平均气温、最热日的日平均气温； b) 气压：多年平均气压 ； c) 相对湿度：平均相对湿度、最小相对湿度； d) 风向、风速：多年平均风速、最大风速（ 50 年或 100 年一遇离地面 10 米高的 10 分钟平均最大风速）、经常性风向； e) 降水量：年降雨量、最大月降雨量、 24h 最大降雨量； f) 其它：累年最大积雪深度、太阳辐射率（日照强度）、平均雷暴天数、最大雷暴天数、设计覆冰。 5.1.3 污秽水平 所应取得的污秽水平数据如下： a) 换流站的自然积污水平（ ESDD，单位 mg/cm2）； b) 对于承受直流电 压的设备，污秽水平应用直

21、流电 压作用下设备外绝缘自然积污水平表示； c) 对于无法直接获得直流电压作用下设备外绝缘自然积污水平的地区，可通过测量交流电压作用下设备外绝缘自然积污水平推算直流电压下的积污水平，但应选择适当的直交流积污比系数。 5.1.4 地震条件与海拔高度 所应取得的地震条件与海拔高度数据如下： a) 换 流站区的地震烈度、动峰值加速度、最大水平加速度、最大垂直加速度； b) 换流站区的海拔高度。 5.1.5 水文地质数据 换流站区、接地极区、沿直流输电线路和接地极线路路径的大地电导率，换流站区地下水深度及站区土壤电阻率，用于抗震计算的场地软硬度分类。 5.2 大件运输条件 大件设备到换流站的运输条件，

22、包括运输方式、距离以及对设备的最大尺寸及重量的限制。 5.3 交流系统条件 5.3.1 交流系统边界条件 5.3.1.1 换流母线电压变化范围，包括正常运行电压、正常连续运行电压、极端连续运行电压。 5.3.1.2 换流母线频率变化范围，包括频率的正常波动范围、事故时频率的变化范围、故障清除后变化范围。系统正常及扰动后的变化频率波动一般用采用最大值的包络线表示，如图 1 所示。 Q/GDW 11674 2017 7 图 1 交流系统正常及扰动后的频率变化范围示意图 5.3.1.3 交流系统背景谐波包括负序工频电压和谐波电压。负序工频电压一般可取正序工频电压的1。 谐波电压中 3 次谐波电压 认

23、为全部是正序，其他各次谐波电压可认为是正序、负序或正负序组合，但算术和应相等。负序工频电压和谐波电压相角应选取适当的值，以使在换流站交流母线上的负序工频电压幅值最大。 5.3.1.4 换流站交流母线短路电流水平包括最大三相、最大单相、最小三相短路电流、对应的短路容量（或计算短路容量的基准电压水平）以及系统电抗和电阻的比值。对于分阶段建设的工程，换流母线的短路电流水平应根据不同阶段分别明确。最小短路电流计算宜采用在直流投产年系统小方式下，考虑对换流站短路电流贡献最大的 1 回出线检修的运行方式。 5.3.1.5 交流系统故障时的正常和后备（保 护）清除故障时间，一般按表 1 选取，或根据工程具体

24、情况选取。 表 1 清除故障时间 项目 电压等级 1000kV 750kV 500kV 330kV 220kV 正常清除时间 100ms 100ms 100ms 100ms 120ms 后备清除时间 500ms 500ms 500ms 500ms 600ms 5.3.1.6 交流线路的单相重合闸时序，一般可按表 2 选取。 表 2 单相重合闸时序 项目 电压等级 1000kV 750kV 500kV 330kV 220kV 故障开始 0ms 0ms 0ms 0ms 0ms 切 除故障相 100ms 100ms 100ms 100ms 120ms 故障相重合 1100ms 1100ms 1100

25、ms 1100ms 1120ms 重合不成功 跳三相 1200ms 1200ms 1200ms 1200ms 1240ms Hz Q/GDW 11674 2017 8 5.3.2 交流系统等值 5.3.2.1 需要在等值交流系统上进行仿真分析时，应对等值系统的适用范围作出明确的界定，每种等值系统仅用于指定的研究项目。等值网络主要包括用于 AC/DC 仿真研究的等值系统、用于无功投切及工频过电压研究的等值系统、用于 AC/DC 系统研究的等值系统、用于低次谐振研究 的等值及用于交流滤波器设计的等值系统。应特别考虑分层接入工程两个交流系统之间联系的等值。对换流站所在区域有重要影响的其它毗邻区域电网

26、及直流输电工程的运行情况，在成套设计期间也要予以考虑，以保证交直流系统的安全稳定运行。 5.3.2.2 AC/DC 仿真研究的等值所考虑的运行方式应综合本直流工程投产年、设计水平年的各种典型运行方式选取，等值系统可以通过静态或动态等值方法得到。为了保证等值系统与原始网络在换流站附近范围内具有相同或相近的特性，应对等值系统与原始网络进行校核。 AC/DC 系统仿真的等值系统可用于交直流系统稳态、暂态和 动态性能研究及控制保护系统的设计。 5.3.2.3 无功投切及工频过电压研究可以采用等值系统进行。换流站交流母线的电压可通过调整电压源的电压来得到，但必须保持在 5.3.1.1 规定的极端连续运行

27、电压范围内，所保留的其余节点母线电压也必须保持在极端连续运行电压范围内。上述等值可用于以下研究： a) 计算滤波器分组或电容器分组在投切瞬间换流站交流母线的电压变化； b) 验证与直流输电系统设计方案相关联的由甩负荷引起的最大过电压值。 5.3.2.4 用于交流滤波器性能计算的等值阻抗通过对全网数据的谐波阻抗扫描得到。 2 50 次各次谐波阻抗可采用扇形图或细分的扇 形图表示。通常对于含量较大的低次谐波（ 10 次以下）及换流器产生的特征谐波，对应的系统等值阻抗一般采用扇形图表示，如图 2 所示；其它谐波可用单个或统一的阻抗圆表示，如图 3 所示。 图 2 系统谐波阻抗扇形图 Q/GDW 11

28、674 2017 9 图 3 系统谐波阻抗圆图 5.3.2.5 用于低次谐振研究的等值系统可仅保留换流母线，也可保留部分换流站近区电网。针对分层接入工程需特殊处理 ： a) 等值网可以采用如 图 4 的结构形式。 图 4 低次谐振等值系统 b) 该等值要求 如下 ： 1) 从换流母线看，等值网与原网络的短路电流水平一致； 2) 从换流母线看，等值网与原网络的基波阻 抗和各次谐波阻抗特性一致。 c) 本等值系统可用于如下研究： 1) 交流系统低次谐振的研究，如三次谐振 ； 2) 控制系统对交流系统低次谐振的影响研究 ； 3) 直流回路低次谐振的研究 。 5.4 直流输电线路和接地极参数 5.4.

29、1 输电线路数据 5.4.1.1 直流输电线路极导线结构数据主要包括： a) 导线型号 ； b) 符合标准 ； c) 结构，含极导线铝、钢部分各自的根数 /直径（ mm） ； d) 截面积（ mm2），含极导线铝、钢部分各自的截面积和总截面积 ； Q/GDW 11674 2017 10 e) 外径（ mm） ； f) 单位重量（ kg/km） ； g) 计算拉断力（ N） ； h) 20 下的直流电阻（ /km） ； i) 最大、最小电阻（ /km） 。 5.4.1.2 直 流输电线路地线导线结构数据主要包括： a) 导线型号 ； b) 符合标准 ； c) 结构，含极导线铝、钢部分各自的根数

30、/直径（ mm） ； d) 截面积（ mm2），含极导线铝、钢部分各自的截面积和总截面积 ； e) 外径（ mm） ； f) 单位重量（ kg/km） ； g) 计算拉断力（ N） ； h) 20 下的直流电阻（ /km） ； i) 最大、最小电阻（ /km） 。 5.4.1.3 平原、丘陵及山区等地形的杆塔尺寸和铁塔接地电阻值，以及避雷线的保护角、一定的平均温度下的导线平均高度、地线平均高度。 5.4.1.4 沿直流输电线路路径范围的大地电导率数据。 5.4.2 接地极 5.4.2.1 接地极极址距换流站的距离和方位。 5.4.2.2 接地极址 土壤电阻率。 5.4.2.3 接地极的参数，如

31、接地极的电阻（额定电阻、最大和最小电阻）。对与其他工程共用接地极的，应该提供其他工程的主接线、额定参数、运行方式等。 5.4.3 接地极线路 5.4.3.1 接地极线路的结构、导线型号、子导线分裂间距，及导线在杆塔上的安装方式、采用的地线型号。接地极线路导线数据主要包括内容同 5.4.1.1 中极导线部分的数据内容。 5.4.3.2 接地极线路杆塔 数据参见 5.4.1.3。 5.4.3.3 接地极线路的绝缘配合措施。 6 设计要求 6.1 额定值 6.1.1 连续运行 6.1.1.1 直流输电系统的连续运行额定值在下述条件下应能得到保证： a) 两端换流站交流母线电压处于规定的正常变化范 围

32、之内； b) 两端交流系统频率处于正常频率变化范围之内； c) 换流站规定的环境温度条件下； d) 所有备用设备退出运行。 Q/GDW 11674 2017 11 6.1.1.2 在所有运行方式下， 1100kV 直流输电系统直流侧最高连续运行电压，在考虑所有设备公差和控制误差后，一般不得超过额定电压的 2 ；直流输电系统允许的最小直流电流应根据具体工程的系统要求确定，一般可按不小于额定电流的 10%考虑。 6.1.1.3 对于远距离直流输电系统，受端换流站的直流额定功率和额定电压计算，应考虑每极直流线路的最小电阻。 6.1.1.4 直流输电系统的额定值应满足以下要求： a) 在换流站交流母线

33、的极端频率变化范围内，直流输 电系统和直流换流设备输送 能力不允许下降 。 b) 在换流站交流母线电压极端连续运行范围和频率的极端偏差范围内，直流输电系统应能安全地起动并能连续运行。对于 电压和频率超出正常范围的情况，允许直流输电系统其他性能有所下降 。 c) 当换流站交流母线电压低于正常最低连续运行电压但不低于极端最低连续运行电压时，直流双极或单极运行方式下的输送能力 (以直流额定功率为基值的标幺值 )应不小于两端交流母线实际运行电压与对应的正常最低连续运行电压的最小比值。 6.1.2 过负荷 系统过负荷能力应按照以下条件开展设计： a) 按连续运行额定值设计的直流输电系统， 不考虑直流电压

34、范围及无功供给设备的限制，直流输电系统应具有过负荷 能力，而不明显增加造价 。 b) 当环境温度低，或投入备用冷却设备条件下，直流输电系统应具有一定的过负荷能力。在最高环温、不投入备用冷却的情况下直流系统原则上不要求有过负荷能力。在过负荷运行时，不允许影响任何设备的寿命。直流输电系统的过负荷要求，应根据具体的工程条件通过研究确定。一般可采用以下原则： 1) 在最高环境温度 和备用冷却设备不投入的条件下，直流输电系统不要求连续过负荷能力； 2) 在最高环境温度和备用冷却设备投入的条件下，直流输电系统 2h 连续过负荷能力一 般不超过 1.1 倍的额定功率； 3) 在最高环境温度和备用冷却设备投入

35、的条件下，连续 2h 过负荷运行后，直流输电系统 3s过负荷能力不超过 1.2 倍的额定功率； 4) 其他特殊工况下过负荷能力根据工程需求确定。 6.1.3 降压运行 系统降压运行能力应按照以下条件开展设计： a) 当直流输电系统从送端换流站向受端换流站输送功率时，在两端换流站交流母线电压处于正常连续运行范围内，任何一极都能至少以额定直流电压的 80 100的正常运行电压下连续运行，而不需增加设备投资 。 b) 当高低阀组分层接入不同的交流系统时，推荐高低端阀组采取相同的降压能力。由于 分接开关的限制导致某一个 12 脉动阀组降压受限时，以 降压能力较差的阀组的降压能力作为整个系统的降压能力

36、。 c) 当高低端阀组采取不同的降压水平时，需 进行详细研究。 6.1.4 功率反送运行 工程应该有功率倒送运行能力。不需增加设备投资且在不考虑换流站无功补偿要求的条件下，直流输电系统最大功率倒送的能力由主回路计算确定，实际反送能力由业主确定。 Q/GDW 11674 2017 12 6.1.5 换流变压器有载调压开关 在设计两端换流站换流变压器有载调压开关范围时，应考虑每极直流线路最大电阻变化范围和降压要求。 6.1.6 主回路参数计算 主回路参数计算公式见附录 B，计算内容一般为： a) 直流电 压： 1) 整流侧和逆变侧的 12 脉动换流桥直流电压； 2) 整流侧和逆变侧极对地直流电压。

37、 b) 整流侧和逆变侧极对地的直流电压差； c) 换相阻抗压降 ； d) 重叠角 ； e) 换流器消耗的无功 ； f) 换流变压器阀侧相间交流电压与空载直流电压，以及阀侧额定连续交流电流； g) 换流变压器额定容量 ； h) 换流变压器有载分接开关级数和级差 ； i) 直流系统运行工况表 ； j) 换流变抽头控制中的过电压限制值 。 6.2 直流输电系统运行方式和控制模式设计 6.2.1 系统运行方式 6.2.1.1 按功率传输方向可分为功率正向传输和功率倒送。 6.2.1.2 按运行电压可分为全电压运行和降压运行。降压运行的电压范围视不同的工程要 求而定，在保持电流不变的情况下，一般直流系统

38、的运行电压可在 80% 100%之间任意选择。 6.2.1.3 按运行接线方式可分为： a) 双极运行接线方式（其中还可包括通过站内地网临时接地运行）； b) 单极金属回线运行接线方式； c) 单极大地回路运行接线方式（其中还可包括双极线并联大地返回运行）； d) 对于多个换流器串联或并联的直流输电系统还包括各个换流器独立运行的接线方式。 6.2.1.4 试验运行方式包括空载加压试验和零功率试验等。 6.2.2 运行控制模式及基本运行控制策略 6.2.2.1 为使直流输电系统具有规定的动态性能，系统设计一般要求如下 ： a) 应为直流控制系统配置电流控制器 、电压控制器、熄弧角控制器等，以及直

39、流功率控制、换流变压器抽头控制以及无功功率控制等功能，以满足直流输电系统的各种运行控 制要求，并使运行性能达到最优； b) 应设计一些特殊的控制和保护功能，如低压限流、换相失败保护和在交流 电压扰动期间改善换相的功能等，并进行优化，以满足规定的响应特性； c) 应调整整流器和逆变器的控制特性， 在直流电流和直流电压响应之间达到最佳协调，以满足规定的响应要求； d) 应针对主备通信系统上 的最大通信延时设计直流输电系统的控制设备，以满足规定的性能要求； Q/GDW 11674 2017 13 e) 设计的直流控制系统在规定的运行方式下，皆应满足 规定的性能要求。 6.2.2.2 为了实现上述各种

40、运行方式，直流输电系统通常需要具有以下运行控制模式 ： a) 双极功率控制； b) 独立极功率控制； c) 同步极电流控制； d) 应急极电流控制； e) 极电压控制； f) 无功 /交流电压控制； g) 功率反转控制； h) 极线路空载加压控制； i) 零功率试验控制。 6.2.2.3 基本运行控制策略 包括以下内容： a) 直流系统最常见的运行控制模式为定功率控制； b) 应根据所接入的交 流系统条件和工程的具体要求，制定直流输电系统的基本运行控制策略； c) 通常情况下，直流电流由整流器通过调节触发角进行控制，并通过整流侧的有载调压开关将触发角的变化限制在一定范 围以内 。 直流电压通过

41、逆变 侧的有载调压开关控制，逆变器采用定熄弧角控制并设最小熄弧角限制； d) 整流器和逆变器两侧换流变调压抽头用于补偿交流电压的变化。在此基础上由整流器控制直流电流，逆变器控制直流电压。需要时，可通过增加熄弧角来降低直流电压，从而控制无功功率。 6.2.3 直流附加控制 6.2.3.1 直流附加控制是利用直流系统快速可控的特点可以进行直流功率的各种调制，以帮助交流系统提高运行的暂态和动态稳定性。 6.2.3.2 直流功率的紧急提升 /回降 。 设计中应通过系统研究得到功率的回降和提升水平及对直流功率提升 /回降速率的要求。功率的回降和提升也包括功 率快速反转。 6.2.3.3 频率控制设计应注

42、意以下内容： a) 成套设计应根据需要设计频率控制功能，在稳态条件下实现连续的交流系统频率控制，也可当交流系统的频率偏移超出了某一 限值时，执行交流系统频率控制； b) 通过高压直流输电系统对交流系统实施频率控制一般存在以下几种情况 ： 1) 从远端电源送电的直流输电系统； 2) 孤岛或小的交流系统，通过直流输电系统与一个大交流系统互联时； 3) 通过高压直流输电系统互联的交流系统。 6.2.3.4 阻尼次同步振荡设计中应进行系统研究，分析直流控制系统与交流系统中的同步发电机轴系之间发生次同步振荡的可能性，并提出有效阻尼措施。 次同步振荡一般发生在整流站附近的汽轮机组。 6.2.3.5 阻尼低

43、频振荡设计可以充分利用直流输电系统的功率调制功能，抑制低频振荡或改善振荡的阻尼特性。阻尼低频振荡通常使用的调制方式有小信号调制、大信号调制和无功功率调制。 6.2.3.6 电压控制应提出电压控制措施将换流母线电压的突然变化限制在可接受的范围内，并限制暂时过电压在可接受的幅值和持续时间内。一般可采用换流器、可投切的无功设备、 SVC 或同步调相机等实施电压控制。在进行电压控制设计时，应充分考虑上述无功设备和交流系统的电压无功特性，以及交流系统的强度。 6.3 电气主接线设计 6.3.1 设计要求 Q/GDW 11674 2017 14 6.3.1.1 换 流单元采用双 12 脉动换流器接线。每极

44、 12 脉动换流单元的接线方案主要考虑设备制造能力、大件运输限制、可靠性、投资造价等因素通过研究确定。通常换流变的制造及运输限制是确定换流站单元接线方案的决定性因素。 6.3.1.2 为检修而对换流站内直流输电系统一极、一个换流单元或一个换流器进行隔离并接地。对远距离直流输电系统可以实现： a) 为检修而对一极的直流线路进行隔离及接地 。 b) 在单极金属回线运行方式下 ，为检修而对直流输电系统一端或两端接地极及其引线进行隔离及接地 。 c) 在双极电流平衡运行方式下，为检修而对直流输电系统一端或两端接地极及其引线 进行隔离及接地。（为了满足此要求，应配置保持双极平衡运行所需的所有一次设备、控

45、制、保护和测量设备，并利用两端换流站接地网作临时接地）。 6.3.1.3 切除故障极、换流器或单元进行检修，应不影响健全极、换流器或换流单元的输送功率。 6.3.1.4 远距离直流输电系统两个极中的任何一极单极运行，从大地回路切换到金属回线或从金属回线切换到大地回路，不应中断或降低直流输送功率，从切换开始到完成的时间一般应不大于 120s。 6.3.1.5 当两站每极中的一组直流滤波器退出运行时，不应中断或降低直流输送功率。 6.3.1.6 为检修而对一组直流滤波器组进行连接、断开及接地时，为确 保系统和检修人员安全，允许降低直流输送功率。 6.3.1.7 为检修而对旁路开关进行隔离及接地，不

46、应中断或降低直流输送功率。 6.3.1.8 其他特殊接线方式，如需要时采用的融冰接线方式，见附录 J。 6.3.2 直流场开关设计 6.3.2.1 为满足电气主接线的总体要求，需在直流侧 配置高速开关，直流开关至少包括中性母线开关、金属回路转换断路器、大地回路转换开关、高速接地开关等，对于多换流单元串联的接线方式还需配置换流器旁路开关。 6.3.2.2 中性母线开关：每端换流站的每一极提供一台中性母线高速开关，这种开关能够开断在换流站极内和直流输电线路上所发生的任何故障的直流电流。故障电流 通道通常由旁通阀和平波电抗器的故障回路与由接地极及其引线构成的接地回路并联连接而成，此时健全极应假定在短

47、期过负荷额定值下运行。 6.3.2.3 金属回路转换开关：在正送方式下的整流侧换流站安装一台金属回路转换断路器，其功能是将直流运行电流从较低阻抗的大地回路向具有较高阻抗的金属回线回路转移。在不明显增加工程费用时，直流电流从大地回路向金属回路的转移不应降低运行极的直流输送功率，无论任何工况下进行大地回路转换为金属回路运行时，均不能引起直流功率的中断。 6.3.2.4 大地回路转换开关：在正送方式下的整流侧换流站安装一台大地回路转换开关，用 以将直流运行电流从具有较高阻抗的金属回线通路转移至具有较低阻抗的大地回路。直流电流从金属回线通路向大地回路的转移不应引起直流功率的任何降低；对于直流输电系统性

48、能规定的 2h 过负荷功率的直流运行电流，这种转移也能够进行；无论任何工况下进行金属回路转换为大地回路运行时，均不能引起直流功率的中断。 6.3.2.5 高速接地开关：每个换流站均安装一台高速接地开关。当接地极退出运行时两端换流站的高速接地开关自动将中性母线转接到换流站地网。高速接地开关要求具备大电流的转换能力。高速接地开关具有下述控制和联锁装置： a) 接地极退出运行时开关自 动合上； b) 配备联锁装置，当电流超过开关的转换能力时开关不能打开。 Q/GDW 11674 2017 15 6.3.2.6 高速旁路开关可在需要每极有多换流单元串联的直流输电系统中提高系统可靠性，将故障或需要检修的

49、换流器隔离，而不影响其它设备的正常运行。 6.3.3 换流变压器 交流网侧的 联接 一般采用单相双绕组换流变压器，当 12脉动阀组接入不同电压等级的电网时， 高端换流变压器网侧接入较低电压等级电网，低端换流变压器网侧接入较高电压等级电网。 6.3.4 无功分组的联接 6.3.4.1 当交流侧接入同一电压等级时，交流滤波器、并联电容器分组可接成大组，然后接入换流站交流母线，或直接接入换 流站交流母线，具体接线方式需经技术经济比较后决定。 6.3.4.2 当交流侧接入不同电压等级时，交流滤波器、并联电容器 按照不同电压等级电网需求进行 配置，接入 相应 电压等级。 6.3.5 交流电气主接线 交流电气主接线可参照常规变电站相关规程的设计要求。 6.3.6 共用接地极设计 两个或以上换流站可以共用接地极。换流站共用接地极时，仅共用接地极环，接地极线路、接地极监视装置等均不共用。共用接地极方案可参见附录 K。共用的接地极在设计中必须考虑两个直流同时单极、同极性运行的情况及发生概率，按照现有的标准进行共用接地极的设计。 6.4 动态性能 6.4.1 基本响应要求 6.4.1.1 直流系统性能应满足 GB/Z 20996 的规定 。 6