DL T 2044-2019 输电系统谐波引发谐振过电压计算导则.pdf

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1、ICS 29.240.01 F 23 备案号： 63143-2018 中华人民共和国电力行业标准 DL / T 2044 2019 输电系统谐波引发谐振过电压计算导则 Guide of calculating resonant overvoltage caused by harmonics in transmission system 2019-06-04发布 2019-10-01实施 国家能源局 发 布 DL / T 2044 2019 I 目 次 前 言 . . II 1 范围 . . 1 2 规范性引用文件 . . 1 3 术语与定义 . . 1 4 一般规定 . . 1 5 输电系统

2、谐波引发谐振过电压计算 . 2 6 风险判定 . . 4 7 可参考的 抑制措施 . . 4 附录 A（资料性附录） 膝点及饱和等值电抗图例说明 . 5 附录 B（规范性附录） 谐波引发谐振过电压风险前期筛查步骤 . 6 附录 C（规范 性附录） 外部网络等值步骤 . 7 附录 D（资料 性附录） 导则使用算例 . 8 附录 E（资料 性附录） 可参考的抑制措施 . 14 DL / T 2044 2019 II 前 言 本标准依据 GB/T 1.1-2009标准化工作导则 第 1部分：标准的结构和编写的规则起草。 请注意本标准的某些内容可能涉及专利。本标准的发布机构不承担识别这些专利的责任。

3、本标准由中国电力企业联合会提出。 本标准由电力行业过电压与绝缘配合标准化技术委员会归口。 本标准起草单位：国网四川省电力公司，中国电力科学研究院有限公司、国网电力科学研究院、西 安交通大学、西南电力设计院、四川省电力设计咨询有限公司、平高电气有限公司 本标准主要起草人：丁理杰、魏巍、项祖涛、张翠霞、焦在宾、王振、王曦、李海涛、张华、汤凡、 史华勃、陈刚、滕予非、周波、徐琳、张亚迪、吴晓蓉、王海林。 本标准在执行过程中的意见或者建议反馈至中国电力企业联合会标准化管理中心 （北京市白广路二 条一号， 100761）。 DL / T 2044 2019 1 输电系统谐波引发谐振过电压计算导则 1 范

4、围 本标准规定了输电系统谐波引发谐振过电压的计算模型及参数要求、计算方法和计算步骤。 本标准适用于110kV500kV输电系统的设计、建设和运行等领域中因谐波（包含稳态谐波及暂态谐 波）注入引发的谐振过电压计算。 2 规范性引用文件 下列文件对于本标准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标准。 凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本标准。 GB/T 2900.1 电工术语 基本术语 GB/T 14549 电能质量 公用电网谐波 GB/T 50064 交流电气装置的过电压和绝缘配合设计规范 3 术语与定义 GB/T 2900.1界定的以及下

5、列术语和定义适用于本文件。 3.1 膝点 knee point 铁磁材料 B-H（磁通密度 -磁场强度）特性曲线由线性转变为非线性的运行点，也称为拐点。图例 解释如附录 A所示。 3.2 饱和等值电抗 saturated equi valent reactance 变压器完全饱和情况下，施压绕组端口的等值电抗。图例解释如附录 A所示。 3.3 全波过电压保护 full wave o vervoltage protection 各次谐波在同一时间里共同叠加产生的过电压，按照电力系统电压超过规定值时动作的保护。 3.4 合闸电阻 closing resistor 在断路器断口间通过辅助触头接入的电

6、阻，主要用于限制合闸过电压及励磁涌流。 4 一般规定 DL / T 2044 2019 2 4.1 110kV500kV 输电系统经过链式通道向负荷供电，当链式通道输电距离大于 300km，且负荷不 大于 100MW 宜进行谐波引发谐振过电压时域仿真计算。 4.2 110kV500kV 输电系统也可利用谐波互阻抗进行谐波引发过电压风险前期筛查，不满足筛查安 全要求的再进行时域仿真计算，筛查步骤详见附录 B。 5 输电系统谐波引发谐振过电压计算 5.1 总则 5.1.1 谐波引发谐振过电压计算是通过时域仿真求解系统的微分方程组，得到谐波注入系统 后各变量随时间变化的曲线，从而计算过电压数值大小。

7、 5.1.2 计算可选用 EMTP、PSCAD/EMTDC 、ADPSS、RTDS 等电磁暂态仿真工具。 5.1.3 计算需要资料包括：电网拓扑结构、运行方式、电力设备及其控制系统参数、负荷参 数，必要时计及继电保护动作策略。 5.2 网络简化及等值 5.2.1 网络划分 将待求解电网分为对象网络和外部网络两个部分，分别如下： a) 对象网络：指包含谐波源注入节点、存在因谐波注入而产生过电压或严重电压畸变的电网。 b) 外部网络：指对象网络以外的电网，该电网对谐波潮流有影响，但不会因为谐波注入而产生 明显过电压。 c) 受限于仿真规模和计算速度，电磁暂态计算一般需要对对象网络进行简化，对外部网

8、络进行 等值处理。 5.2.2 对象网络的简化 对象网络的简化要求如下： a) 研究网络应能反映谐波注入后可能出现的最大过电压，宜保留 110kV 及以上电压等级电网。 b) 远距离接入且轻负荷的 35kV 系统，宜保留 35kV 电力网络及相关接入电源。 c) 被简化的低压网络中同一变电站的短距离负荷馈线，可进行合并。 5.2.3 外部网络的等值 外部网络的等值应符合下列要求： a) 应保证等值前后研究网络内潮流和电压一致，等值边界短路容量一致。 b) 应保证等值前后谐波源注入点基波及谐波阻抗基本一致；当等值前后谐波阻抗误差较大时， 可通过外展等值边界，扩大等值保留范围。 c) 宜采用 Wa

9、rd 方法进行等值，具体等值流程及步骤详见附录 C。 5.3 模型和参数 5.3.1 计算中应采用合理的电力系统设备、控制装置及负荷的模型和参数。对于已完成参数 实测的设备和控制装置，应采用实测参数建模；对于尚未获取实测参数的设备和控制装置，可 参照经过实测的同类设备，选用合适的模型和参数。 5.3.2 同步发电机：对象网络宜采用次暂态电势变化的同步发电机模型，宜计及励磁系统。 外部等值网络中的同步发电机可采用次暂态电抗串联电压源近似。 DL / T 2044 2019 3 5.3.3 风力发电：宜对发电机及变流器进行详细建模，并考虑其控制系统和保护的作用。直 驱风力发电机可采用电源串联等值谐

10、波阻抗近似代替。 5.3.4 光伏发电：可对变流器进行详细建模，也可采用电源串联等值谐波阻抗近似代替。 5.3.5 负荷：负荷模型和参数宜根据所研究地区负荷类型及其占比确定，应能反映谐波阻抗 特性。 5.3.6 变压器：对象网络内 110kV 及以上变压器应考虑铁芯非线性磁链-电流特性，并考虑铜 损和铁损；外部等值网络中的变压器可采用不考虑饱和特性变压器模型。 5.3.7 输电线路：对象网络宜采用分布参数模型或频率相关模型，短线路可采用型模型； 外部等值网络可采用分布参数模型或型模型。 5.3.8 直流输电系统：对象网络里的直流输电系统应搭建详细模型；外部等值网络里的直流 输电系统可采用简化准

11、稳态模型。 5.3.9 动态无功设备： SVC、SVG 等动态无功设备建模应考虑滤波支路及控制系统。 5.4 谐波源模拟 5.4.1 本标准中的谐波源包括电力设备操作产生的暂态谐波和运行中的稳态谐波。暂态谐波 源包括变压器合闸和线路故障清除后引发的变压器励磁涌流等；稳态谐波源包括 FACTS 装置、 直流输电系统、非线性负荷等。 5.4.2 暂态谐波源的模拟 a) 变压器饱和特性 铁芯饱和特性设置在合闸侧绕组。有变压器空载励磁特性曲线时，可按实测数据拟合铁芯深度饱和 特性；无变压器空载励磁特性曲线时，可将膝点取1.1p.u.-1.2p.u.，饱和等值电抗取1.8倍-2.0倍合闸 绕组与最靠近铁

12、芯绕组之间的电抗。 b) 变压器剩磁 直阻试验后最大相剩磁宜取60%额定磁通；变压器正常分闸， 500kV变压器剩磁最大相可取40%额定 磁通，220kV变压器可取60%额定磁通。 c) 选相合闸装置 断路器各相合闸时间偏差根据断路器合闸时间分散性设置；液压机构宜取 1ms，弹簧机构宜取 2ms。 d) 合闸电阻接入时间 合闸电阻提前主断口接入时间应包括合闸电阻机械接入时间加预击穿时间； 无法获取开关预击穿特 性时，预击穿时间按0 ms考虑。 5.4.3 稳态谐波源模拟 直流输电系统、FACTS等设备宜详细建模，非线性负荷等可采用谐波电流注入的方式模拟。 5.5 运行方式安排 5.5.1 系统

13、运行方式应全面考虑全接线方式、检修方式及特殊方式。严苛工况重点考虑小负 荷、小开机，及对谐波潮流有重要影响的设备检修方式。 5.5.2 对象网络内节点电压宜按照运行方式中可能出现的最大值进行调节。 5.5.3 待合闸变压器合闸侧母线电压宜按照运行方式中可能出现的最大值进行调节。 DL / T 2044 2019 4 5.6 谐振过电压计算 5.6.1 谐振过电压为基波与各次谐波电压叠加，计算时应考虑相位影响进行多次仿真计算。 5.6.2 记录操作 100ms 后各站点母线相电压最大值。 5.6.3 记录操作 3s 后各站点母线电压总谐波畸变率最大值。 6 风险判定 6.1 110kV 及以上电

14、压等级系统，取含谐波母线相电压瞬时值不超过 GB/T 50064 规定的工频过电压 有效值折算成的峰值电压。35kV 不接地系统，取含谐波母线线电压瞬时值不超过 GB/T 50064 规定的 工频过电压有效值折算成的峰值电压。具体相电压及线电压峰值上限如表 1 所示。 表1 不同电压等级过电压上限 电压等级（ kV） 系统最高运行电压（ kV） 相电压峰值上限（ kV） 线电压峰值上限（ kV） 备注 35 40.5 - 74.5 110 126 133.7 231.6 220 252 267.5 463.3 500 550 583.8 1011.1 考虑用户设备 耐压后取 1.3 倍 6.2

15、 对于稳态谐波，母线电压总谐波畸变率不超过 GB/T 14549 规定的电网谐波电压限值；对于暂态 谐波，操作或故障 3s 后，母线电压总谐波畸变率宜不超过 11%。 6.3 输电系统谐波引发谐振过电压算例参见附录 D。 7 可参考的抑制措施 7.1 针对励磁涌流引发的谐振过电压，可采用带合闸电阻断路器、加装选相合闸、变压器消磁等单 个或综合措施进行抑制，也可在过电压风险较高的站点加装全波过电压保护，详见附录 E。 7.2 针对稳态谐波引发的谐振过电压，可通过加装滤波器等措施进行抑制。 DL / T 2044 2019 5 A A 附 录 A （资料性附录） 膝点及饱和等值电抗图例说明 图A.

16、1 外部电网等值算例接线示意图 DL / T 2044 2019 6 B B 附 录 B （规范性附录） 谐波引发谐振过电压风险前期筛查步骤 B.1 搜集输电线路、负荷、变压器、发电机的 n次谐波等值阻抗， n一般取 1-7。 B.2 参照电力系统基波导纳阵的求法，求解各次谐波导纳阵。 B.3 通过对导纳阵求逆得到各次谐波的阻抗阵。系统 n次谐波阻抗可写为以下形式： 11 12 1 1 21 22 2 2 12 12 nn ni nm nn ni nm ni ni nii nim nm nm nmi nmm ZZ Z Z ZZ Z Z ZZ Z Z ZZ Z Z = n Z # # . (B.

17、1) 其中， m 为母线数； Z nij 为系统中 i 母线与 j 母线之间的谐波互阻抗，均是通过线路分布参数求得。 根据互阻抗的定义， Z nij 在数值上等于当母线 i 上注入单位大小的 n 次电流，而其他节点均处于开路状 态时，母线 j 的电压。 B.4 计算谐波注入引发谐振过电压（核实公式的标幺值、编号、符号等） 。 谐波注入后，因各次谐波叠加造成电压瞬时值偏高。考虑极端情况，即每次谐波的峰值均在同一时 刻出现，电压瞬时值 p V 达到最大为： 1 2 2 () 3 pnnij n VVIZ = =+ (B.2) 其中， V 1 为初始线电压有效值， n I 为 n 次谐波注入电流有名

18、值。 当母线 i 上注入谐波电流时，母线 j 的电压瞬时值 p V 不超过标准，需满足： 1 2 22 ()1.3 33 pnnijB n VVIZ U = =+ (B.3) 其中， B U 为母线线电压的额定值。 变压器励磁涌流是典型的暂态谐波，最大励磁涌流可达变压器额定电流的 510 倍，建议一般三绕 组变压器最大励磁涌流可取 5 倍变压器额定电流，两绕组变压器励磁涌流可取 10 倍变压器额定电流。 为充分暴露风险， 2、 3、 4、 5 次谐波比例可取 30%、 25%、 10%、 5%。 DL / T 2044 2019 7 C C 附 录 C （规范性附录） 外部网络等值步骤 外部电

19、网等值步骤如下： a) 在频率 , start end f f 范围内建立全网基波及各次谐波导纳矩阵 f Y ，计算对象网络中观测点（观测 点宜选择谐波源所在站点）的基波及谐波阻抗 Zn； b) 预设等值边界集（如图 B.1 等值边界 1 或等值边界 2），在边界等值母线处（如图 B.1 等值母 线 11、等值母线 12 或等值母线 21、等值母线 22、等值母线 23） 进行 Ward 等值，形成保留网 络； c) 在频率 , start end f f 范围内形成保留网络基波及各次谐波导纳阵 equf Y ，计算等值后观测点基波及 谐波自阻抗 Zequn； d) 比较 Zn和 Zequn的

20、幅值和相位，当在频率 , start end f f 内 Zn和 Zequn误差小于给定值时，对应方案为 等值方案。如果不满足要求，继续向外扩展等值边界，直到满足要求为止。 图C.1 外部电网等值算例接线示意图 DL / T 2044 2019 8 D D 附 录 D （资料性附录） 导则使用算例 D.1 概述 本附录描述了一个实际工程中谐波引发谐振过电压计算案例。 本附录是一个简略的知识性介绍，目的是为技术人员更好地理解谐波引发谐振过电压计算方法。 D.2 算例模型 D.2.1 算例模型 图D.1 某弱联系电网拓扑图 以图 D.1 所示某工程为例给出谐波引发谐振过电压计算步骤。变压器数据如下

21、所示（空载损耗、铜 耗、短路阻抗单位： p.u.） 表D.1 变压器数据 变压器所在站点 容量（MVA） 空载损耗 铜耗 V12 V23 V31 变电站 1 2*1000 0.00018 0.00078 0.1647 0.3915 0.6036 变电站 2 2*1000 0.00018 0.00078 0.128 0.285 0.4345 变电站 3/开关站 - - - - - - 变电站 4 2*1000 0.00017 0.00069 0.1645 0.3917 0.6036 DL / T 2044 2019 9 变电站 5 2*1000 0.00017 0.00069 0.1639 0.

22、3926 0.6029 变电站 6 2*1000 0.00017 0.00069 0.1541 0.3433 0.5359 变电站 7 2*1000 0.00017 0.00069 0.1234 0.2913 0.4423 变电站 8 2*750 0.00017 0.00069 0.1551 0.3505 0.5609 变电站 9 2*1000 0.00017 0.00069 0.1555 0.3742 0.5636 变电站 10 2*1000 0.00017 0.00069 0.1555 0.3742 0.5636 变电站 11 2*300 0.00015 0.0079 0.141 0.07

23、85 0.241 变电站 12 2*1000 0.00017 0.00069 0.1555 0.3742 0.5636 变电站 13 180/180/100 0.00015 0.0079 0.139 0.0785 0.241 变电站 14 180/100/100 0.00015 0.0079 0.139 0.0785 0.241 变电站 15 40/40/15 0.00075 0.003 0.105 0.065 0.175 变电站 16 40/40/15 0.00075 0.003 0.105 0.065 0.175 变电站 17 40/40/15 0.00075 0.003 0.105 0.

24、065 0.175 表D.2 线路数据 线路名称 线路型号 线路距离（km） 变电站 1-变电站 2 LGJ4*400 107 变电站 2-变电站 3 LGJ4*630 32 变电站 3-变电站 4 LGJ4*630 169 变电站 2-变电站 4 LGJ4*630 195 变电站 4-变电站 5 LGJ4*500 55 变电站 5-变电站 6 LGJ4*500 30 变电站 6-变电站 8 LGJ4*500 47 变电站 8-变电站 10 LGJ4*400 61 变电站 9-变电站 10 LGJ4*500 55 变电站 7-变电站 9 LGJ4*500 24 变电站 4-变电站 7 LGJ4

25、*500 83 变电站 12-变电站 3 LGJ4*630 96 变电站 11-变电站 2 LGJ2*630 32 DL / T 2044 2019 10 变电站 12-变电站 11 LGJ2*630 46 变电站 14-变电站 12 LGJ2*400 270 变电站 12-变电站 13 LGJ300 73 变电站 14-变电站 15 LGJ300 240 变电站 14-变电站 16 LGJ300 210 变电站 14-变电站 17 LGJ300 270 表D.3 负荷数据 负荷接入站点名称 负荷类型 负荷大小（MW、Mvar） 变电站 5 40%恒阻抗+60%电动机 400、100 变电站

26、6 40%恒阻抗+60%电动机 300、80 变电站 7 40%恒阻抗+60%电动机 500、100 变电站 8 40%恒阻抗+60%电动机 200、60 变电站 9 40%恒阻抗+60%电动机 100、35 变电站 12 恒阻抗 4、1 变电站 13 恒阻抗 3、0.7 变电站 14 恒阻抗 2.5、0.5 变电站 15 恒阻抗 1、0.1 变电站 16 恒阻抗 0.8、0.08 变电站 17 恒阻抗 1、0.1 表D.4 发电机数据 电站接入站点名称 电站类型 装机容量（MVA） 变电站 1 光伏 49.8 变电站 2 水电站 580 变电站 3 水电站 920 变电站 4 水电站 700

27、 变电站 5 风电 49.8 变电站 10 火电站 1000 DL / T 2044 2019 11 D.2.2 谐振过电压计算步骤 a) 对该工程进行网络简化和等值，将图D.1所示的全网架等值为如图D.2所示，并搭建全电磁暂 态模型。 b) 以变电站 1 主变高压侧合闸操作为例，设置变压器拐点电压 1.1p.u.，饱和电抗 1.09，A 相剩 磁 40%，B 相剩磁-20%，C 相剩磁-20%。 c) 以最大剩磁相（A 相）为首合相，应在 A 相电压过零点1 ms 区间内进行多次合闸仿真，B、C 相合闸时间延迟 A 相不大于 5 ms。某次仿真励磁涌流结果如图 D.3 所示。 d) 选择变电

28、站 13、14、15、16、17 作为过电压测量点，其中变电站 17 的 35kV 母线过电压倍数 最大，达到 1.51p.u.，如图 D.4 所示。 图 D.2 某弱联系电网等值后拓扑图 kangding : Graphs t(s) 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 -2.50 -2.00 -1.50 -1.00 -0.50 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 I( k A ) 励励励励 图 D.3 变电站 12 空充主变时，励磁涌流大小 DL / T 2044 2019 12 ShiQu : Graphs t(s) 0.00 0.50 1.

29、00 1.50 2.00 2.50 3.00 20.0 25.0 30.0 35.0 40.0 45.0 50.0 55.0 V( k V ) 17号号号号A相号相 ShiQu : Graphs t(s) 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 20.0 25.0 30.0 35.0 40.0 45.0 50.0 55.0 V( k V ) 17号号号号B相号相 ShiQu : Graphs t(s) 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 27.5 30.0 32.5 35.0 37.5 40.0 42.5 45

30、.0 47.5 50.0 V( k V ) 17号号号号C相号相 图 D.4 变电站 12 空充主变时，变电站 17 电压瞬时值 DL / T 2044 2019 13 E E 附 录 E （资料性附录） 可参考的抑制措施 E.1 变压器侧断路器采用带合闸电阻断路器 合闸电阻提前主断口接入时间额定工况下宜不小于 10ms。对于 220kV 和 330kV 电压等级断路器合 闸电阻阻值可选 400 -600； 500kV 及以上电压等级断路器合闸电阻阻值宜选取不小于 500。 E.2 变压器侧断路器加装选相合闸 在额定工况下，断路器合闸时间分散性宜小于 1ms，开关具有分相操作功能。不考虑剩磁影

31、响 时，首合相合闸角取 90 度，其余两相滞后 kT+0.25T ms 后同时合闸，其中： T=20ms， k 可取 0-20 整 数。剩磁大小和方向可测时，可采用基于剩磁测量的选相合闸装置。 E.3 合闸前变压器消磁 剩磁不可测量，且考虑 40%-60%剩磁时存在谐波引发谐振过电压风险，则在主变合闸操作前， 应对变压器铁芯进行消磁操作。 E.4 加装全波过电压保护 在计算谐振过电压超标站点可装设全波过电压保护，保护装置 7 次及以下谐波测量误差宜小于 5%。发生谐波引发谐振过电压时，具备解列电网或切除负荷功能。 E.5 可参考的谐振过电压抑制措施效果 以附录 D 算例为例，分别采用以下措施：

32、 a) 变压器高压侧采用带合闸电阻断路器 （阻值1500，接入时间12 ms） ，最大涌流不超过150A， 各过电压测量点无明显过电压，如图 E.1 和图 E.2 所示。 yulin : Graphs t(s) 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 -0.30 -0.20 -0.10 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 I( k A ) 励励励励 图E.1 合闸电阻（接入时间 12ms）投入后励磁涌流曲线 DL / T 2044 2019 14 ShiQu : Graphs t(s) 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.

33、0 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 V(k V ) 17号号号号号相 图E.2 变压器加装合闸电阻（接入时间 12ms）后各站母线电压曲线 b) 基于消磁加选相合闸加合闸电阻的综合抑制法，主要指标为：消磁后最大剩磁不超过 10%， 选相合闸精度1 ms，合闸电阻阻值1500，接入时间8 ms。仿真结果最大涌流不超过250A， 各过电压测量点无明显过电压，结果如图 E.3-E.4 所示： yulin : Graphs t(s) 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 -0.30 -0.20 -0.10 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 I( k A ) 励励励励 图E.3 应用基于交流消磁法的选相合闸及合闸电阻（接入时间 8ms）协调控制法后的励磁涌流 ShiQu : Graphs t(s) 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 V( k V ) 17号号号号号相 图E.4 应用基于交流消磁法的选相合闸及合闸电阻（接入时间 8ms）协调控制法后的母线电压