5.3 换流站过电压保护、绝缘配合及防雷接地
表5.3.5 设备额定耐受电压与避雷器保护水平的最小裕度系数
续表 5.3.5
条文说明
5.3.2 换流站单极交、直流侧可能的避雷器类型和布置及各节点编号见图1.图1中单极交、直流设备均由紧靠的避雷器直接保护，可根据设备的过电压耐受能力及其他避雷器串联对该设备的过电压保护情况省去某类型避雷器，也可根据被保护设备与避雷器之间距离对限制快波前或陡波前过电压的影响增加某类型避雷器。
Facl和Fac2避雷器一用于保护交流滤波器内部元件。
A避雷器一装于每台换流变压器网侧、换流站交流母线和交流滤波器母线，用于保护换流站交流侧设备。
图1换流站单极交流侧和直流侧典型的避雷器布置
A1避雷器换流变压器网侧中性点避雷器，用于保护处于最高电位的换流变压器阀侧Y绕组中性点，与换流变压器网侧A避雷器操作波保护水平按换流变压器变比转移到阀侧的A'避雷器串联，保护换流变压器阀侧Y绕组高压端子，为可选择的避雷器。当三台单相换流变压器中性点经一点接地时，考虑雷电侵入波在中性点产生的过电压，可在远离接地点端装中性点避雷器。
A2避雷器—用于保护处于最高电位的换流变压器阀侧Y绕组高压端，为可选择的避雷器。
V1、V2和V3阀避雷器一装于阀两端，直接保护阀组，同时与其他类型避雷器串、并联保护换流变压器阀侧绕组；按能量大小可分为V1、V2和V3型。
M2避雷器一装于上组12脉动换流器单元的6脉动换流桥，保护上组两个6脉动换流桥间的直流母线，同时与V3型避雷器串联保护上组高电位换流变压器阀侧Y绕组。当阀导通时保护直流极母线设备：M2避雷器装于阀厅内，为可选择的避雷器。
M1避雷器—装于下组12脉动换流器单元的6脉动换流桥，保护下组两个6脉动换流桥间的直流母线，同时与V3型避雷器串联保护下组高电位换流变压器阀侧Y绕组，为可选择的避雷器。
CB1避雷器一装于直流母线中点，用于保护上下组12脉动换流器单元之间的直流母线设备，包括旁路断路器、隔离开关和穿墙套管等；限制上组12脉动换流器单元旁路断路器合闸或旁通对投入的操作过电压和下组12脉动换流器单元单独运行时直流极母线的操作和雷电过电压；CB1与V3型避雷器串联保护上组换流变压器阀侧△绕组。CB1有两种选择方案：一个是装“CB1B”和“CB1A”分别保护上、下组之间的直流母线，另一个是仅装CB1A。
C2和C1避雷器一装于上、下组12脉动换流器单元，上、下400kV12脉动换流器单元单独运行工况下，保护上、下组额定电压为400kV的12脉动换流器单元。C1避雷器的保护功能与CB1相同，为可选择的避雷器。
CB2避雷器—装于直流极母线，保护直流极母线设备，包括穿墙套管、旁路断路器和隔离开关等，为可选择的避雷器。
DL和DB避雷器—装于平波电抗器线路侧和直流母线侧，用于直流开关场的雷电和操作波保护。可根据雷电侵入波的计算选择DB避雷器的数量和在直流母线的布置位置。
DR2避雷器一跨接于直流极母线平波电抗器两端，用于雷电和操作波保护。若选用户外型干式空芯电抗器时，因单台电抗器的电抗值小，可能需装4台，则2台可装在中性母线上。若使用油浸式平波电抗器时，因上组换流器单元旁通开关和隔离开关装于户外，油浸式平波电抗器套管不再插入阀厅，也可安装DR2避雷器。DR2避雷器为可选择的避雷器。
DR1避雷器一跨接于直流中性母线平波电抗器两端，用于来自中性母线的雷电和操作波保护，为可选择的避雷器。
EM避雷器一安装在金属回线回路上；主要用于来自金属回线的雷电侵入波保护。可根据雷电侵入波计算结果确定EM的数量和安装位置。
E2H避雷器—装于中性母线，用于吸收双极和单极运行方式下线路或阀厅内接地故障下的操作冲击能量。可设计E2H避雷器伏安特性曲线低于EM、EL和E2避雷器。E2H为高能量避雷器，由多个避雷器并联，在制造和出厂试验时需保证多个并联的避雷器特性一致。
Fdcl和Fdc2避雷器一用于保护直流滤波器内部元件。
EL避雷器—安装在接地极线回路上，主要用于来自接地极线路的雷电侵入波保护。
E2避雷器一装于中性母线，主要用于中性母线的雷电侵入波保护。可根据雷电侵入波计算结果确定数量和安装在中性母线上的位置。如在两组直流滤波器底部各装一只，限制经直流滤波器传递到中性母线上的雷电过电压。该避雷器在操作过电压下不动作，仅用于雷电波保护；也可选E2避雷器的伏安特性与EM、 EL和E2H一样。
E1H避雷器一中性母线装有平波电抗器时，接于中性母线平波电抗器阀侧，用于保护阀的底部设备并与V3型避雷器串联保护下组换流变压器阀侧△绕组。E1H型避雷器为高能量避雷器，由多个避雷器并联，装在阀厅外，在制造和出厂试验时需保证多个并联的避雷器特性一致。
E1避雷器一中性母线平波电抗器阀侧，其伏安特性曲线高于E1H（高能量）型避雷器，用于雷电侵入波和接地故障下的陡波保护，为可选择的避雷器。
5.3.3 本条是关于其他过电压保护措施的规定。
1 晶闸管正向保护触发和阀避雷器构成阀的过电压保护。
当阀承受高于阀避雷器保护水平的快波头和陡波头过电压时，阀组内串联的晶闸管因严重的非线性电压分布导致个别晶闸管击穿，通过保护性触发晶闸管免受正向过电压损坏。
阀避雷器保护水平与保护触发水平的配合有两种不同方案。第一种方案，阀避雷器限制阀正向及反向出现的过电压，设置阀保护性触发水平高于避雷器保护水平。第二种方案，避雷器限制阀反向过电压，保护触发水平设置为阀避雷器保护水平的90%~95%作为主要的正向过电压保护。第二种方案仅用于晶闸管的反向耐受电压高于晶闸管正向耐受电压的情况。这样通常使阀的晶闸管级的个数少于第一种方案，带来成本的减少和换流器效率的提高。
交流系统接地故障清除产生的操作过电压会按换流变压器变比传递到阀侧。整流站的阀在工频周期内承受正向阻断电压的时间很短，承受正向操作过电压的可能性比逆变站的阀要小得多。
即使发生保护性触发，直流系统也将很快恢复。
逆变站的阀在工频周期内承受正向阻断电压的时间较长，正向操作过电压引起保护性触发的可能性相对较大。如果某个阀因保护性触发而提前导通，则可能导致逆变站换相失败，且故障清除后的恢复时间将可能延长。
选择保护触发水平的原则是清除交流系统故障不会引起逆变站的阀保护性触发。因此以故障中阀避雷器上的保护水平为选择保护触发水平的基础。
2 换流变压器断路器装设合闸电阻或选相合闸装置限制合闸涌流和防止交流系统产生谐波谐振过电压，以及避免合闸时产生的谐波电流注入交流滤波器，导致低压侧内部元件过载。
3 交流滤波器组和电容器组的断路器配合闸电阻或选相合闸装置限制合闸涌流，降低投切操作对系统的扰动。
±800kV直流系统大组滤波器的容量比±500kV直流系统大，滤波器大组断路器需开断很大的容性电流，在换流站双极闭锁甩负荷后产生的工频过电压下，要求大组断路器紧急开断更大的容性电流。断路器装分闸电阻可提高大组断路器切除容性电流的能力，也可在保护上规定工频过电压下先切小组后切大组滤波器。
5.3.4 换流站控制系统的交流暂时过电压控制的基本原则如下：
（1） 控制策略要按照最少投切滤波器原则控制工频过电压持续时间，以利于交、直流系统的故障恢复，保护换流站设备和故障后能快速恢复传输直流功率；
（2） 控制策略要考虑直流系统本身故障或因交流系统故障延迟清除或其他原因导致直流系统延迟恢复的情况下确保工频过电压尽快地降低到限值以下，其持续时间小于指定时间；
（3） 控制策略要避免自励磁过电压；
（4） 控制策略一般先切除电容器组，后切除滤波器组；
（5） 控制策略要满足切除滤波器组后的谐波限值要求；
（6） 雷电和操作过电压不要影响控制策略。
5.3.5 表5.3.5中的裕度系数考虑了绝缘配合系数K
cd和安全裕度K
s及外绝缘的1000m气象修正K
a。换流阀由于其中的晶闸管单元有监控装置，易于发现和更换故障晶闸管，换流阀中的晶闸管单元不存在老化问题，一般认为在每次检修后，阀的耐受电压都恢复到它的初始值。而且阀单元有阀避雷器直接保护，而阀的成本和阀的损耗近似地正比于阀的绝缘水平，降低阀的绝缘水平也降低了阀和阀厅的高度。因此换流阀的SSIWV/SIPL、SLIWV/ LIPL和SSFIWV/STIPL可在1.101.15、1.10~1.15、1.15~1.20范围内经技术和经济比较选取。
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