前言
中华人民共和国国家标准
高压直流换流站设计规范
Code for design of HVDC converter station
GB/T51200-2016
主编部门：中国电力企业联合会
中华人民共和国住房和城乡建设部公告
现批准《高压直流换流站设计规范》为国家标准，编号为GB/T 51200-2016，自2017年7月1日起实施。
本规范由我部标准定额研究所组织中国计划出版社出版发行。
中华人民共和国住房和城乡建设部
根据住房城乡建设部《关于印发〈2011年工程建设标准规范制订、修订计划〉的通知》（建标〔2011〕17号）的要求，编制组经广泛调查研究，认真总结了我国已投运的±660kV、±500kV和背靠背直流输电工程换流站关键技术研究和设计成果以及建设与运行经验，参考有关国际标准和国外先进标准，并在广泛征求意见的基础上，制定本规范。
本规范共12章和2个附录，主要技术内容包括：总则，术语，站址选择，交流系统基本条件及直流输电系统的性能要求，电气一次，控制和保护，调度自动化及通信，土建，采暖、通风和空气调节，水工，消防，噪声控制和节能。
本规范由住房城乡建设部负责管理，由中国电力企业联合会负责日常管理，由中国电力工程顾问集团中南电力设计院有限公司负责具体技术内容的解释。执行过程中如有意见或建议，请寄送中国电力工程顾问集团中南电力设计院有限公司（地址：武汉市武昌区中南二路12号；邮政编码：430071）。
本规范主编单位、参编单位、主要起草人和主要审查人：
主编单位：中国电力工程顾问集团中南电力设计院有限公司
参编单位：电力规划设计总院
中国电力工程顾问集团有限公司
中国电力工程顾问集团华东电力设计院有限公司
主要起草人：曾静 梁言桥 许斌 王丽杰 李苇 李倩 杜明军 袁翰笙 饶冰 陈传新 毛永东 王国兵 谢龙 杨金根 张巧玲 陈俊 邹荣盛 高湛 邓长红 颜士海 乐党救 苏炜 张谢平 王向平 张庆伟 徐勇 陈波 周战 巢琼 李克白 郑培钢 陈健
主要审查人：李宝金 黄勇 田春林 吴方劼 郄鑫 李岩 王静 吴克芬 陈志蓉 杨国富 张玉明 余波 蒲皓 吴小颖 肖国峰 张爱民
条文说明
编制说明
《高压直流换流站设计规范》GB/T51200一2016，经住房城乡建设部2016年10月25日以第1343号公告批准发布。
为便于广大设计、施工、科研、学校等单位有关人员在使用本规范时能正确理解和执行条文规定，编制组按章、节、条顺序编制了本规范的条文说明，对条文规定的目的、依据以及执行中需注意的有关事项进行了说明。但是，本条文说明不具备与规范正文同等的法律效力，仅供使用者作为理解和把握规范规定的参考。
1 总则 1.0.1 为规范高压直流换流站设计，使换流站的设计符合国家的有关政策、法规，达到安全可靠、先进适用、经济合理、环境友好的要求，制定本规范。
1.0.2 本规范适用于±660kV及以下每极采用一个12脉动阀组接线的两端高压直流输电系统换流站和背靠背换流站工程的设计。
1.0.3 高压直流换流站设计应结合工程特点，采用具备应用条件的新技术、新设备、新材料、新工艺。
1.0.4 高压直流换流站的设计应采取切实有效的措施节约用地、保护环境、满足劳动安全要求。环境保护、水土保持及劳动安全卫生设施应与主体工程同步设计。
1.0.5 高压直流换流站的设计除应符合本规范外，尚应符合国家现行有关标准的规定。
2 术语 2.0.1 换流器 converte
换流站中用以实现交、直流电能相互转换的设备，也称换流阀组。通常由换流阀连接成一定的回路进行换流。换流器采用一个或者多个三相桥式换流电路（也称为6脉动换流器或6脉动换流阀组）串联或并联构成。两个相差30°的6脉动换流器串联可构成一个12脉动换流器，或称12脉动换流阀组。改变换流阀的触发相位，换流器既可运行于整流状态，也可运行于逆变状态，其中将交流电变换成直流电的称为整流器，将直流电变换成交流电的称为逆变器。整流器与逆变器设备基本相同，统称为换流器。本规范中出现的“阀组”如无特殊说明则专指12脉动换流阀组。
2.0.2 直流保护 DC protection
为换流站直流侧提供的保护，其保护区域为换流阀组、极区设备（包括极母线、中性母线、直流线路）以及双极区设备（包括双极中性线连接区、接地极引线区）。
2.0.3 直流系统保护 DC system protection
为换流站直流系统提供的保护，包括换流站的直流保护、换流变压器保护、直流滤波器保护和交流滤波器保护。
2.0.4 背靠背换流单元 back to back converter unit
背靠背换流站站内实现交流-直流-交流两次换流转换的设备连接组成的基本单元。由整流和逆变两侧换流器及与其配套的换流变压器、平波电抗器、保护和开关设备以及其他必要的辅助设备等连接所构成。
3 站址选择 3.0.1 站址选择除应符合现行行业标准《220kV～750kV变电站设计技术规程》DL/T 5218有关站址选择的规定外，还应结合高压直流换流站的工艺特点，根据电力系统规划、城乡规划、污秽情况、水源、交通运输、土地资源、环境保护和接地极极址等的要求，通过技术经济比较分析确定。
3.0.2 站址选择应满足换流站在电力系统中的地位和作用。整流站宜靠近电源中心，逆变站宜靠近负荷中心。当同一地区有多个换流站时，站址选择应分析各换流站之间的电气距离、共用接地极及外力破坏等因素对电力系统的影响。
3.0.3 站址应避开各类严重污染源。当完全避开严重污染源有困难时，换流站应处于严重污染源的主导风向上风侧，并应对污染源影响进行评估。
3.0.4 站址选择地质条件应符合现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011和《岩土工程勘察规范》GB 50021的规定。
3.0.5 站址应与邻近设施、周围环境相互协调，站址距飞机场、导航台、卫星地面站、军事设施、通信设施以及易燃易爆设施等的距离应按国家现行有关标准的规定执行。
3.0.6 当换流阀外冷却方式采用水冷却时，站址附近应有可靠水源，其水量及水质应满足换流站生产用水、消防用水及生活用水要求。供水水源应避免或减少与其他用水发生矛盾，当采用地表水作为供水水源时，其设计枯水流量的保证率不应低于97%，并应保证水质的稳定性。
3.0.7 站址宜选择在铁路、公路和水路等交通线路附近，交通运输条件应满足换流变压器及平波电抗器等大件设备的运输要求。
3.0.8 站址选择应考虑邻近已有工程接地极对换流站的影响。本工程接地极选择应与换流站站址相协调。
条文说明
3.0.5 换流站、接地极的站址选择过程中涉及的邻近设施涵盖各行各业的设施，如：石油管道、天然气管道、供水管道、铁路、公路、机场（军用或民用）、导航台、卫星地面站、军事设施、通信设施（军用或民用）、炸药库以及易燃易爆设施、文物、风景名胜区、自然保护区、水源保护区等。换流站、接地极选址时应充分调查以上设施与站址、极址相互之间的方位和距离关系，并应满足国家现行有关标准所要求的安全保护或防护距离，当存在未明确的规定时，应进行专题研究和专家论证。
为便于使用，此处列出工程中主要涉及的标准，当出现特殊要求时，尚应查阅参照相关的标准、规范和规程，或进行专题研究和专家论证：
《输油管道工程设计规范》GB50253；
《输气管道工程设计规范》GB50251：
《石油天然气工程设计防火规范》GB50183：
《航空无线电导航台（站）电磁环境要求》GB6364：
《民用机场飞行区技术标准》MH5001；
《军用机场净空规定》国务院、中央军委文件（国发〔2001）29号）；
《民用爆破器材工程设计安全规范》GB50089；
《高压直流换流站可听噪声GB/T22075：
《工业企业厂界环境噪声排放标准》GB12348；
《声环境质量标准》GB3096。
4 交流系统基本条件及直流输电系统的性能要求 4.1 交流系统基本条件 4.1.1交流系统基本数据应包括下列内容：
1 换流站交流母线电压和频率变化范围；
2 换流站交流侧短路电流水平；
3 负序工频电压及背景谐波电压；
4 故障清除时间及单相重合闸时序。
4.1.2直流输电系统研究所需的等值交流系统应包括下列内容：
1 用于AC/DC仿真模拟研究的等值系统；
2 用于AC/DC系统电磁暂态特性研究的等值系统；
3 用于无功投切和工频过电压研究的等值系统；
4 用于交流滤波器性能计算的等值阻抗。
条文说明
4.1.1 交流系统基本数据。
1 换流站交流母线电压变化范围包括正常运行电压、正常连续运行电压范围和极端连续运行电压范围。换流站交流母线频率变化范围包括正常波动范围、事故时波动范围和故障清除后波动范围的上下限。
2 换流站交流侧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（包括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。
3 交流系统负序工频电压一般可取正序工频电压的1%。交流系统背景谐波电压可通过实际测量后经系统谐波潮流计算得到。
4 故障清除时间包括正常和后备（保护）清除故障时间。
4.1.2 等值交流系统。每种等值交流系统仅用于指定的研究项目。
4.2 直流输电系统的性能要求 4.2.1 直流输电系统的额定参数应包括额定功率、额定电流和额定电压。
4.2.2 直流输电系统的过负荷能力应包括连续过负荷能力、短时（2h）过负荷能力和暂态过负荷能力。
4.2.3 直流输电系统允许的最小直流电流宜按额定电流的10%选取。
4.2.4 在不额外增加无功补偿容量的前提下，直流输电系统任一极应具备降低直流电压运行的能力。降压运行电压值宜为额定电压70%及以上。
4.2.5 两端高压直流输电系统的功率倒送的输送容量应根据系统要求确定。背靠背换流站应同时具备功率正送和功率倒送的能力。
4.2.6 两端高压直流输电系统应具备下列基本运行方式：
1 双极运行方式；
2 单极大地回线运行方式；
3 单极金属回线运行方式。
4.2.7 无功补偿及电压控制应符合下列规定：
1 整流站宜充分利用交流系统提供无功的能力，不足部分应在站内安装无功补偿设备；逆变站的无功功率宜就地平衡；当直流小负荷运行方式因投入交流滤波器引起容性无功过剩时，可利用交流系统的无功吸收能力和直流低负荷无功优化策略。
2 无功补偿设备应根据换流站接入的交流系统强弱，选择采用并联电容器、静止无功补偿器、静止无功发生器等；当采用并联电容器作为无功补偿设备时，应与交流滤波器统一设计。
3 无功补偿设备宜分成若干个小组，在额定工况下应至少有一小组备用。
4 无功补偿设备分组容量除应满足无功平衡的要求外，还应符合下列要求：
1）投切单组无功补偿设备引起的稳态和暂态交流母线电压变化率，应在系统可承受范围内；
2）任一小组无功补偿设备的投切，不应改变直流控制模式或直流输送功率，不应引起换相失败，不应引起邻近的同步电机自励磁。
5 无功补偿设备的额定无功容量宜按不低于交流系统的长期运行电压计算。
4.2.8 直流输电系统不应与邻近的发电机产生次同步谐振。
4.2.9 交流系统谐波干扰指标及滤波应符合下列规定：
1 换流站交流母线上谐波干扰指标可采用单次谐波的畸变率、总有效谐波畸变率和电话谐波波形系数来表征。交流系统谐波干扰指标定义应符合本规范附录A的规定，谐波次数应计算到50次。对220kV及以上的交流系统，交流母线上谐波干扰指标应符合下列规定：
1）单次谐波畸变率，奇次不宜大于1.0%，其中3次和5次可不大于1.25%，偶次不宜大于0.5%；
2）总有效谐波畸变率不宜大于1.75%；
3）电话谐波波形系数不宜大于1.0%。
2 交流滤波器配置应根据换流站产生的谐波和交流系统的背景谐波以及谐波干扰指标确定。
4.2.10 直流系统谐波干扰指标及滤波应符合下列规定：
1 直流系统谐波干扰指标可采用直流线路等效干扰电流来表征；直流线路等效干扰电流计算应符合本规范附录B的规定，谐波次数应计算到50次；
2 采用架空线输电的两端高压直流输电系统，应在换流站的直流侧配置直流滤波器；直流系统谐波干扰指标及直流滤波器配置应根据直流线路沿线通信线路实际情况和通信干扰杂音电动势标准确定；
3 当直流系统中存在非特征谐波激励源和谐振点时，应采取相应限制措施。
4.2.11 换流站产生的电力线载波干扰应符合现行国家标准《单边带电力线载波系统设计导则》GB/T 14430的规定。
4.2.12 换流站损耗确定应符合现行国家标准《高压直流换流站损耗的确定》GB/T 20989的规定。
4.2.13 换流站可听噪声应符合现行国家标准《高压直流换流站的可听噪声》GB/T 22075的规定。
4.2.14 两端高压直流输电系统可靠性设计目标值应符合下列规定：
1 强迫能量不可用率不宜大于0.5%；
2 计划能量不可用率不宜大于1.0%；
3 单极强迫停运次数不宜大于5次/极·年；
4 双极强迫停运次数不宜大于0.1次/年。
4.2.15 背靠背换流站可靠性设计目标值应符合下列规定：
1 强迫能量不可用率不宜大于0.5%；
2 计划能量不可用率不宜大于1.0%；
3 背靠背换流单元强迫停运次数不宜大于6次/年。
4.2.16 直流输电系统的动态和暂态性能应根据系统研究确定。
条文说明
4.2.1 直流输电系统的额定功率是指在规定的环境温度及交流系统条件下（交流电压和交流频率在正常变化范围内），全部设备均投人运行（不包括冗余设备）时所能连续输送的直流有功功率。
直流输电系统的额定电流是指在新有规定的环境条件下能连续无时间限制传送的直流电流平均值。
直流输电系统的额定电压是指按额定电流传输额定功率时所需要的直流电压的平均值。
4.2.2 连续过负荷能力是指直流输电系统能够长时间连续运行的过负荷能力。连续过负荷能力可以规定为备用冷却设备投运或不投运两种情况。
短时（2h）过负荷能力是指直流输电系统在2h内可连续运行的过负荷能力。短时（2）过负荷能力可以规定为备用冷却设备投运或不投运两种情况。直流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应具备规定的短时（2h）过负荷能力。
暂态过负荷能力是指直流输电系统在数秒中内的过负荷能力。为满足交流系统的需要，暂态过负荷能力可规定为3s、5s或10s。直流系统在最小功率和短时（2）过负荷之间的任意功率水平连续运行后仍应具备规定的暂态过负荷能力。
表1~表3给出的是我国几个已投运的高压直流工程过负荷能力要求。
4.2.3 本条所给出的最小直流电流参考日前国内±500kV和±660kV直流输电工程对直流输电系统允许的最小直流电流水平值确定。
4.2.5 直流输电的潮流方向和输送功率的大小可由控制系统来进行控制。因此，直流输电输送功率的大小和方向均是可控的，分为功率正送和功率倒送。直流输电的功率倒送也称潮流反转。功率倒送需要改变两端换流站或背靠背换流站两侧换流器的运行工况，将运行于整流状态的整流站或换流器变为逆变运行，而运行于逆变状态的逆变站或换流器变为整流运行。
按工程对功率倒送的要求不同，可分为以下几种类型：
（1）不需要功率倒送的直流输电工程。如从孤立的电厂向电网或负荷点送电以及从电网向孤立的负荷点送电等情况。
（2）要求正、反两方向具有同样输送能力的直流输电工程，如背靠背换流站工程。
（3）要求工程具有正、反两方向送电的功能，正向输送额定直流功率，对反向输送能力无明确要求，或规定反向输送能力应以不额外增加设备投资为原则。一般而言，如果无功补偿设备的配置不是限制条件，不足的无功可由交流系统提供，其反向输送能力可达到正向输送能力的90%左右；如果无功受限，则其反向输送能力可降到正向输送能力的50%~80%
4.2.6 本条文所给出的两端高压直流输电系统的基本运行方式适用于每极一个12脉动换流器的接线方式。
4.2.7 本条中的直流低负荷无功优化策略，又简称QPC，是一种后备无功控制功能，作为无功控制功能的功率控制（Q-control）的辅助功能，用于在低功率水平下通过增大换流器的触发角或熄弧角来增加换流器的无功消耗，将换流站与交流电网的无功交换控制在无功控制功能的功率控制（Q-control）设定的范围内。
4.2.9 目前我国对220kV及以上交流系统的谐波干扰指标并无相应规定，每个直流工程都应结合工程具体情况确定合适的谐波干扰指标。本条所给出的交流系统谐波干扰指标参考IEC及IEEE相关标准编写，仅用于交流滤波器设计，不作为电能质量考核依据。
4.2.9 目前我国对220kV及以上交流系统的谐波干扰指标并无相应规定，每个直流工程都应结合工程具体情况确定合适的谐波干扰指标。本条所给出的交流系统谐波干扰指标参考IEC及IEEE相关标准编写，仅用于交流滤波器设计，不作为电能质量考核依据。
4.2.10 直流系统谐波干扰指标的选择是一个复杂的工程问题，应综合直流线路沿线通信线路的实际情况和通信干扰杂音电动势的标准确定。例如，我国±500kV三峡-常州、三峡-广东等直流输电工程要求双极和单极运行方式下的直流线路等效干扰电流分别不大于500mA和1000mA；贵广Ⅰ和Ⅱ回±500kV直流输电工程要求不大于250mA（双极）和500mA（单极）；宁东-山东±660kV直流输电工程要求不大于1500mA（双极）和3000mA（单极）。直流系统谐波通常在两端换流站直流出线几十公里范围内较大，该范围内的直流系统谐波对直流线路沿线通信线路干扰最大，当直流线路采用电缆，或者该范围内的架空输电线路周围没有通信明线时，可通过研究确定是否取消直流滤波器。
4.2.14 本条文所给出的直流输电系统可靠性的设计目标值适用于每极一个12脉动换流器接线方式的两端高压直流输电系统。
4.2.15 本条文所给出的直流输电系统可靠性的设计目标值适用于每个背靠背换流单元为一个12脉动换流器接线方式的背靠背换流站。
4.2.16 直流输电系统的动态性能研究应包括直流系统的响应、换流器在交流系统故障期间的运行以及直流回路的谐振等内容。
直流输电系统的暂态性能研究应针对正常投切和故障两部分进行，通常在换流站成套设计中采用EMTDC/PSCAD进行研究。
6'>《高压直流换流站设计规范[附条文说明]》GB/T 51200-2016 引用标准名录
