GB/T 20993-2012 高压直流输电系统用直流滤波电容器及中性母线冲击电容器

　　ICS 31. 060. 70 K 42

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 20993—2012代替 GB/T 20993—2007

　　高压直流输电系统用直流滤波电容器

　　及中性母线冲击电容器

　　DC filtercapacitorsand neutralbussurgecapacitors

　　forHVDC transmission system

　　2012-06-29发布 2012-11-01实施

　　中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中 国 国 家 标 准 化 管 理 委 员 会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 20993—2012

　　目 次

　　前言 Ⅰ

　　1 范围 1

　　2 规范性引用文件 1

　　3 术语 、定义和缩略语 1

　　4 使用条件 5

　　5 质量要求和试验 6

　　6 设计和结构要求 13

　　7 绝缘水平 15

　　8 过负荷 15

　　9 安全要求 15

　　10 标志 16

　　11 安装和运行导则 17

　　附录 A (资料性附录) 高压直流输电系统常用直流滤波器接线图示例 19

　　附录 B (资料性附录) 电容器放电时间的计算公式 20

　　附录 C (资料性附录) 高压直流换流站中直流滤波器和中性母线冲击电容器安装布置示意图 21

　　参考文献 22

　　图 A. 1 双调谐滤波器接线图示例 19

　　图 A. 2 三调谐滤波器接线图示例 19

　　图 C. 1 高压直流换流站中直流滤波器和中性母线冲击电容器安装布置示意图 21

　　表 1 温度范围上限用字母代号 6

　　表 2 选择 Ut 时考虑的绝缘水平 9

　　表 3 热稳定性试验时的环境空气温度 10

　　表 4 电容器的导电杆能承受的扭矩 13

　　GB/T 20993—2012

　　前 言

　　本标准按照 GB/T 1. 1—2009给出的规则起草 。

　　本标准代替 GB/T 20993—2007《高压直流输电系统用直流滤波电容器》,与 GB/T 20993—2007相比 ,主要变化如下 :

　　— 增加了中性母线冲击电容器的要求(见第 1 章) ;

　　— 将产品的安装地点扩大到包括户内(见第 1 章) ;

　　— 将内部熔丝放电试验的试验电压由 1. 2UN 修改为 1. 5UN (见第 5. 10,2007版的 2. 10) ;

　　— 将直流热稳定性试验的试验电压由 1. 3Ud 修改为 1. 2Ud (见第 5. 11. 2,2007版的 2. 11. 2) ;

　　— 将极性反转试验的反转时间由 2 min修改为 10 ms;将电容器应能承受 3 次电压极性反转改为电容器应能承受 3个循环电压极性反转(见第 5. 16,2007版的 2. 16) ;

　　— 删除了抗震试验一个特殊试验项目(见第 5. 2. 3,2007版的 2. 2. 4) 。

　　本标准由中国电器工业协会提出 。

　　本标准由全国电力电容器标准化技术委员会(SAC/TC45)归 口 。

　　本标准负责起草单位 :西安高压电器研究院有限责任公司 。

　　本标准参加起草单位 :西安西电电力电容器有限责任公司 、桂林电力电容器有限责任公司 、上海思源电力电容器有限公司 、浙江省电力试验研究院 、机械工业北京电工技术经济研究所 、南方电网科学研究院有限责任公司 、新东北电气(锦州)电力电容器有限公司 、陕西合容电气电容器有限公司 、深圳市三和电力科技有限公司 、上海库柏电力电容器有限公司 、深圳市中沃环华电气科技有限公司 、西安 ABB 电力电容器有限公司 。

　　本标准主要起草人 :刘菁 、房 金 兰 、田 恩 文 、梁 琮 、贾 华 、张 建 平 、梁 维 宏 、郭 丽 平 、王 崇 祜 、严 焕 玲 、黄莹 、沈文琪 、范 莺 、蔺 跃 宏 、戈 兴 茹 、王 耀 、王 玲 海 、吕 韬 、郭 银 杏 、张 爱 莉 、贺 满 潮 、张 健 夫 、王 瑜 婧 、李怀玉 。

　　本标准所代替标准的历次版本发布情况为 :

　　—GB/T 20993—2007。

　　Ⅰ

　　GB/T 20993—2012

　　高压直流输电系统用直流滤波电容器

　　及中性母线冲击电容器

　　1 范围

　　本标准规定了高压直流输电系统用直流滤波电容器和中性母线冲击电容器的术语和定义 、使用条件 、质量要求和试验 、设计和结构等方面的基本要求 。

　　本标准适用于高压直流输电(HVDC)换流站直流侧 、安装在户内或户外的两类电容器 :

　　a) 直流滤波电容器 :安装在直流滤波器 C1 中的电容器组和电容器单元 ;

　　b) 中性母线冲击电容器 :安装在换流站直流侧的中性母线与地之间的电容器组和电容器单元 。

　　本标准不适用于直流滤波器 C2 和 C3 中的电容器组和电容器单元 ,其要求参见 GB/T 20994。

　　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/T 2900. 16 电工术语 电力电容器[GB/T 2900. 16—1996,neqIEC 60050(436) :1990]

　　GB/T 11024. 1 标称电压 1000V以上交流电力系统用并联电容器 第 1部分 :总则(GB/T 11024.1 —2010,IEC 60871-1:2005,MOD)

　　GB/T 11024. 4 标称电压 1 kV以上交流电力系统用并联电容器 第 4部分 :内部熔丝(GB/T 11024. 4 —2001,idtIEC 60871-4:1996)

　　GB/T 13498 高压直流输电术语(GB/T 13498—2007,IEC 60633:1998,IDT)

　　GB/T 16927. 1 高 电 压 试 验 技 术 第 1 部 分 : 一 般 定 义 及 试 验 要 求 (GB/T 16927. 1—2011, IEC 60060-1:2010,MOD)

　　GB/T 20994 高压直流输电系统用并联电容器及交流滤波电容器

　　3 术语、定义和缩略语

　　3. 1 术语和定义

　　GB/T 2900. 16界定的以及下列术语和定义适用于本文件 。

　　3. 1. 1

　　电容器元件(或元件) capacitorelement(orelement)

　　由电介质和被它隔开的两个电极所构成的部件 。

　　[GB/T 11024. 1—2010,定义 3. 1] 3. 1. 2

　　电容器单元(或单元) capacitorunit(orunit)

　　由一个或多个电容器元件组装于同一外壳中并有引出端子的组装体 。

　　[GB/T 11024. 1—2010,定义 3. 2]

　　1

　　GB/T 20993—2012

　　3. 1. 3

　　串联段 seriessection

　　所有并联连接在一起的电容器单元 。

　　3. 1. 4

　　电容器台架 capacitorrack

　　由支撑构架及安装于其上的一个或多个串联段 、绝缘子 、电容器连接线所构成的组装体 。 3. 1. 5

　　电容器组 capacitorbank

　　由支撑绝缘子或悬式绝缘子及安装在上面的一个或多个电容器台架 、台架间的绝缘子 、连接线等构成的塔式或悬挂式组装体 。

　　3. 1. 6

　　电容器 capacitor

　　本标准中 ,“电容器 ”一词是当不需要特别强调 “电容器单元 ”或 “电容器组 ”的不同含义时的用语 。 [GB/T 11024. 1—2010,定义 3. 4]

　　3. 1. 7

　　滤波电容器 filtercapacitor

　　与其他配件 ,例如电抗器和电阻器连接在一起 ,对一种或多种谐波电流提供一低阻抗通道的电容器单元或电容器组 。

　　3. 1. 8

　　中性母线冲击电容器 neutralbussurgecapacitor

　　位于中性母线和地之间的电容器 , 吸收因雷电冲击或其他故障时在该处所产生的能量 ,且可滤除流经该处的各低次非特征谐波 。

　　3. 1. 9

　　额定谐振频率 rated resonance frequency

　　设计滤波器时所规定的呈现某一给定低阻抗的频率 。

　　3. 1. 10

　　直流滤波器 DC filter

　　与平波电抗器和直流冲击电容器(如有)配合 ,主要功能是降低高压直流输电线和(或) 接地极线路电流或电压波动的滤波器 。

　　[GB/T 13498—2007,定义 9. 4]

　　3. 1. 11

　　单调谐滤波器 single-tuned harmonic filter

　　一种在单一谐振频率下呈现低阻抗的滤波器 。

　　3. 1. 12

　　双调谐滤波器 double-tuned harmonic filter

　　一种在两个谐振频率下呈现低阻抗的滤波器 。

　　3. 1. 13

　　三调谐滤波器 triple-tuned harmonic filter

　　一种在三个谐振频率下呈现低阻抗的滤波器 。

　　3. 1. 14

　　电容器组的额定电容 rated capacitanceofa capacitorbank

　　CNb

　　设计电容器时所采用的电容器组的电容值 , 由购买方在技术规范书中给出 。

　　2

　　GB/T 20993—2012

　　3. 1. 15

　　电容器单元的额定电容 rated capacitanceofa capacitorunit

　　CN

　　设计电容器时所规定的电容值 。

　　由式(1)给出 :

　　CN …………………………( 1 )

　　式中 :

　　S— 电容器组中的电容器单元串联段数 ;

　　P— 电容器组中的电容器单元并联数 。

　　3. 1. 16

　　电容器组的最大持续直流电压 maximum continuousDC voltageofa bank

　　UDC

　　设计电容器时规定的电容器组能够持续运行的最高直流电压 。

　　3. 1. 17

　　电容器单元的最大持续直流电压 maximum continuousDC voltageofa unit

　　Ud

　　由式(2)给出 :

　　Ud …………………………( 2 )

　　式中 :

　　UDC — 电容器组的最大持续直流电压 ;

　　S — 电容器组中电容器单元的串联段数 。

　　3. 1. 18

　　电容器组的额定电压 rated voltageofa bank

　　UNb

　　a) 直流滤波器高压电容器组(C1 )额定电压的确定 :

　　最大连续直流电压加上从 1 到 50次谐波电压峰值的算术和 , 同时考虑由于电容器套管受污染不同 、单个电容器单元温升的差异以及任何其他原因引起的电压不均匀分布 。

　　由式(3)给出 :

　　UNb DC Un …………………………( 3 )

　　式中 :

　　UDC — 电容器组的最大持续直流电压 ;

　　Un — 第 n次谐波电压(方均根值) ;

　　b) 中(k)性—母—线冲击电容器组额定电压的(—直流电压分布不均匀系数),确定(一般)取: k= 1. 05~ 1. 1(户内) ,k= 1. 2~ 1. 3(户外) 。

　　由式(4)和式(5)两式计算后取较大值 :

　　UNb DC Un … … … … … … … … … …

　　UNb …………………………( 5 )

　　式中 :

　　USIWL— 电容器组的操作冲击耐受水平(峰值) 。

　　注 : UNb 由购买方给出 。

　　3

　　GB/T 20993—2012

　　3. 1. 19

　　电容器单元的额定电压 rated voltageofa unit

　　UN

　　由式(6)给出 :

　　UN …………………………( 6 )

　　式中 :

　　S— 电容器组中电容器单元的串联段数 。

　　3. 1. 20

　　电容器组的额定电流 rated currentofa bank

　　INb

　　由式(7)给出 :

　　INb In …………………………( 7 )

　　式中 :

　　In— 第 n次谐波电流(方均根值) 。

　　3. 1. 21

　　电容器单元的额定电流 rated currentofa unit

　　IN

　　由式(8)给出 :

　　IN …………………………( 8 )

　　式中 :

　　P— 电容器组中电容器单元的并联数 。

　　3. 1. 22

　　电容器组的额定容量 rated outputofa bank

　　QNb

　　电容器组在基波和各次谐波下产生的无功功率之和 。

　　由式(9)给出 :

　　QNb …………………………( 9 )

　　式中 :

　　Qn—n次谐波产生的容量 。

　　3. 1. 23

　　电容器单元的均压电阻 grading resistorofa capacitorunit

　　一种装于电容器单元内部的 、用于改善电容器单元直流电压分布的电阻 。 同时 ,它还可以用作放电电阻降低电容器单元的剩余电压 。

　　3. 1. 24

　　电容器单元的内部熔丝 internalfuseofa capacitorunit

　　在电容器单元内部和元件相串联的熔丝 。

　　3. 1. 25

　　线路端子 line terminal

　　用来连接到电网导线上的端子 。

　　4

　　GB/T 20993—2012

　　3. 1. 26

　　电容器损耗 capacitorlosses

　　电容器消耗的有功功率 。

　　3. 1. 27

　　电容器的损耗角正切 tangentofthelossangleofa capacitor

　　tanδ

　　在规定的正弦交流电压和频率下 , 电容器的等效串联电阻与容抗之比 。

　　3. 1. 28

　　环境空气温度 ambientairtemperature

　　准备安装电容器处的空气温度 。

　　3. 1. 29

　　冷却空气温度 cooling airtemperature

　　在稳定状态下 ,在电容器组的最热区域中两台电容器间外壳最热点连线中点的空气温度 。对于大面与地面平行放置的电容器单元 ,系指垂直于地面的电容器外壳最热点 0. 1 m 处的温度 。

　　3. 1. 30

　　稳定状态 steady-statecondition

　　在恒定输出和恒定环境空气温度下电容器所达到的热平衡状态 。

　　3. 1. 31

　　剩余电压 residualvoltage

　　开断一段时间之后电容器端子间尚残存的电压 。

　　3. 2 缩略语

　　下列缩略语适用于本文件 。

　　SIWL:操作冲击耐受水平(Switching Impulse Withstand Level)

　　SIPL:操作冲击保护水平(Switching Impulse Protective Level)

　　LIWL:雷电冲击耐受水平(Lightning Impulse Withstand Level)

　　4 使用条件

　　4. 1 正常使用条件

　　本标准给出的要求适用于在下列条件下使用的电容器 。

　　4. 1. 1 剩余电压

　　不超过额定电压的 10% 。

　　4. 1. 2 海拔

　　不超过 1 000 m。对于大于 1 000 m 的使用环境 ,应考虑海拔修正 。

　　4. 1. 3 环境空气温度类别

　　电容器按温度类别分类 ,每一类别用一个数字后跟一个字母来表示 。数字表示电容器可以运行的最低环境空气温度 。字母代表温度变化范围的上限 ,在表 1 中规定了最高值 。 温度类别覆盖的温度范围为 -50 ℃ ~ +55 ℃ 。

　　5

　　GB/T 20993—2012

　　表 1 温度范围上限用字母代号

　　环境温度/℃

　　代 号

　　最 高

　　24h平均最高

　　年平均最高

　　A

　　40

　　30

　　20

　　B

　　45

　　35

　　25

　　C

　　50

　　40

　　30

　　D

　　55

　　45

　　35

　　注 : 这些温度值可在安装地区的气象温度表中查得 。

　　电容器可以投入运行的最低环境空气温度应从 +5 ℃ , -5 ℃ , -25 ℃ , -40 ℃ , -50 ℃这 5 个优先值中选取 。

　　注 : 经制造方同意 , 电容器可以在低于上述下限的温度下使用 ,但投运必须在等于或高于该极限的温度下进行 。

　　表 1是以电容器不影响环境空气温度的使用条件(例如户外装置)为前提确定的 。

　　如果电容器影响空气温度 ,则应加强通风和(或)另选电容器 , 以保证表 1 中的极限值 。在这样的装置中冷却空气温度应不超过表 1 的温度极限值加 5 ℃ 。

　　任何最低和最高值的组合均可选作电容器的标准温度类别 ,例如 -40/A或 -5/C。优先的标准温度类别为 -40/A, -25/A, -25/B, -5/A和 -5/C。

　　4. 1. 4 风速

　　安装运行地区的风速应不超过 34 m/s。

　　4. 1. 5 污秽等级

　　不超过 c级 。

　　注 : 这些字母等级与先前 GB/T 5582—1993的数字等级不能直接对应 ,具体参见 GB/T 26218. 1及 GB/T 26218. 2。

　　4. 1. 6 地震

　　安装运行地区的地震烈度应不超过 8度 。

　　4. 1. 7 覆冰

　　覆冰厚度 :5 mm ,10 mm ,15 mm。

　　4. 2 非正常使用条件

　　非正常使用条件由制造方和购买方商定 。

　　5 质量要求和试验

　　5. 1 试验要求

　　5. 1. 1 概述

　　下面给出了对电容器单元的试验要求 。

　　6

　　GB/T 20993—2012

　　5. 1. 2 试验条件

　　除对特殊的试验或测量另有规定外 , 电容器介质的温度应在 +5 ℃ ~ +35 ℃范围内 。

　　当必须进行校正时 ,使用的参考温度为 +20 ℃ ,但制造方和购买方之间另有协议时除外 。

　　如果电容器在不通电状态下在恒定环境温度中放置了适当长的时间 ,则可认为电容器的介质温度与环境温度相同 。

　　如果没有其他规定 ,则无论电容器的额定频率如何 ,交流试验和测量均可在 50Hz或 60Hz的频率下进行 ,试验电压的波形和偏差应符合 GB/T 16927. 1 中的要求 。

　　5. 1. 3 试验总则

　　耐压试验中任何一个元件损坏 ,都将视为整台电容器未通过试验 ;在其他试验中 ,如果任何一项参数不满足设计要求 ,都将视为整台电容器未通过该试验 。

　　5. 2 试验分类

　　试验分为 :例行试验 、型式试验 、特殊试验和验收试验 。

　　5. 2. 1 例行试验

　　例行试验应由制造方在交货前对每一台电容器进行 。如果购买方有要求 ,则制造方应提供详列这些试验结果的证明书 。

　　例行试验项目如下 :

　　a) 外观检查(见 5. 3) ;

　　b) 电容测量(见 5. 4) ;

　　c) 电容器损耗角正切(tanδ)测量(见 5. 5) ;

　　d) 端子间电压试验(见 5. 6) ;

　　e) 端子与外壳间交流电压试验(见 5. 7) ;

　　f) 内部均压电阻测量(见 5. 8) ;

　　g) 密封性试验(见 5. 9) ;

　　h) 内部熔丝的放电试验(见 5. 10) 。

　　上述试验顺序不是强制性的 。

　　5. 2. 2 型式试验

　　进行型式试验是为了确定电容器在设计 、尺寸 、材料和制造方面是否满足本标准中所规定的性能和运行要求 。

　　除非另有规定 ,每一个拟用来作型式试验的电容器应为经例行试验合格的电容器 。

　　型式试验应对与所供电容器有相同设计的电容器进行 ,或对在设计和工艺上与所供电容器在可能影响型式试验所要检验的性能方面没有差异的电容器进行 。

　　没有必要在同一电容器单元上进行全部型式试验 ,可以在具有相同特性的不同单元上进行 。

　　型式试验应由制造方进行 ,在有要求时 ,应向购买方提供这些试验结果的证明书 。

　　型式试验项目如下 :

　　a) 热稳定性试验(见 5. 11) ;

　　b) 端子与外壳间交流电压试验(见 5. 12) ;

　　c) 端子与外壳间雷电冲击电压试验(见 5. 13) ;

　　d) 短路放电试验(见 5. 14) ;

　　7

　　GB/T 20993—2012

　　e) 电容随温度的变化曲线测量(见 5. 15) ;

　　f) 极性反转试验(见 5. 16) ;

　　g) 电容器损耗角正切(tanδ)随温度变化曲线测量(见 5. 17) ;

　　h) 局部放电试验(见 5. 18) ;

　　i) 内部熔丝的隔离试验(见 5. 19) ;

　　j) 套管及导电杆受力试验(见 5. 20) 。

　　5. 2. 3 特殊试验

　　型式试验或例行试验之外的一类试验 ,须经制造方和购买方协商一致后才能进行 。

　　特殊试验项 目 :

　　最高内部热点温度试验(见 5. 21) 。

　　5. 2. 4 验收试验

　　验收试验主要是购买方在安装前所需进行的试验 ,此项试验的 目 的是检验电容器在运输中有否受到损伤 , 以确保要安装的电容器是良好的 。在有条件时 ,推荐进行下列项目的试验 :

　　a) 外观检查(见 5. 22) ;

　　b) 端子与外壳间绝缘电阻测量(见 5. 23) ;

　　c) 电容测量(见 5. 24) ;

　　d) 端子与外壳间交流电压试验(见 5. 25) 。

　　5. 3 外观检查(例行试验)

　　检查电容器是否存在渗漏油 、外壳变形 ,用量具检验相关的尺寸 。

　　检查套管有无损伤 ,金属件外表面及防腐层是否有损伤和腐蚀 。

　　检查爬电比距是否满足设计要求 。

　　5. 4 电容测量(例行试验)

　　5. 4. 1 测量程序

　　电容应在(0. 9~ 1. 1)UN / 2的工频电压下用能排除由谐波引起的误差的方法进行测量 。

　　如果制造方和购买方商定了适当的校正因数 ,也可以在其他电压下测量 。

　　最终的电容测量应在电压试验(见 5. 6 和 5. 7)之后进行 。

　　为了揭示是否有诸如一个元件击穿或一根内部熔丝动作所导致的电容变化 ,应在其他电气例行试验之前进行电容初测 ,初测应在不高于 0. 15UN 的交流电压下进行 。

　　测量方法的准确度应能满足 5. 4. 2 的电容偏差 。 经过协商 , 可以要求较高的准确度 , 在这种情况下 ,制造方应说明测量方法的准确度 。

　　测量方法的再现性应能检测出一个元件击穿或一根内部熔丝动作 。

　　5. 4. 2 电容偏差

　　电容和额定电容的相差应不超过 :

　　对电容器单元 , -3% ~ +3% ;

　　对电容器组 , -1% ~ +1% ;

　　电容器组各串联段的电容的最大值与最小值之比应不超过 1. 05。

　　8

　　GB/T 20993—2012

　　5. 5 电容器损耗角正切(tanδ)测量(例行试验)

　　5. 5. 1 测量程序

　　电容器损耗角正切(tanδ)应在(0. 9~ 1. 1)UN / 2的工频电压下用能排除由谐波引起的误差的方法进行测量 。

　　5. 5. 2 电容器损耗角正切(tanδ)要求

　　电容器损耗角正切(tanδ)的要求应由制造方和购买方协商确定 。

　　电容器损耗角正切(tanδ)是在 5. 5. 1条件下的测量值 。

　　5. 6 端子间电压试验(例行试验)

　　每一电容器均应承受 2. 6倍额定电压的直流试验电压 ,历时 10 s,见式(10) 。试验期间 ,应既不发生击穿也不发生闪络 。

　　Us = 2. 6UN …………………………( 10 )

　　注 : 如果电容器在例行试验后再次进行试验 ,则第二次试验推荐采用 75%Us 的电压 。

　　5. 7 端子与外壳间交流电压试验(例行试验)

　　所有端子均与外壳绝缘的电容器单元 ,试验电压应施加在连接在一起的端子与外壳之间 ,历时 10 s。电容器单元的试验电压根据下面的步骤进行计算 :

　　a) 首先计算电容器单元的额定雷电冲击耐受电压 , 由式(11)给出 :

　　Ut =ULIWL · …………………………( 11 )

　　式中 :

　　ULIWL— 电容器组的雷电冲击耐受水平(峰值) ,其值由系统设计给定 ;

　　S — 电容器组中电容器单元的串联段数 ;

　　n — 同一台架上相对于外壳连接电位的最大串联单元数 。

　　b) 在表 2 中选择与 Ut 值相等或最为接近但不低于 Ut 值的雷电冲击耐受电压 。

　　c) 该雷电冲击耐受电压所对应的额定短时工频耐受电压即为电容器单元端子与外壳间交流电压试验的试验电压值 。

　　试验期间 ,应既不发生击穿也不发生闪络 。

　　表 2 选择 Ut 时考虑的绝缘水平 单位为千伏

　　绝缘等级 (方均根值)

　　设备最高电压 Um

　　(方均根值)

　　额定雷电冲击耐受电压

　　(峰值)

　　额定操作冲击耐受电压

　　(峰值)

　　额定短时工频耐受电压

　　(湿试/干试)

　　(方均根值)

　　3

　　3. 6

　　40

　　—

　　18/25

　　6

　　7. 2

　　60

　　—

　　23/30

　　10

　　12. 0

　　75

　　—

　　30/42

　　15

　　18. 0

　　105

　　—

　　40/55

　　20

　　24. 0

　　125

　　—

　　50/65

　　35

　　40. 5

　　185

　　—

　　80/95