NB∕T 10647-2021 海上风电场 直流接入电力系统用直流断路器 技术规范(能源).pdf

ICS 29.120.40 CCSK43 中华人民共和国能源行业标准NB/T 10647-2021 海上风电场直流接入电力系统用直流断路器技术规范Technical specification for DC circuit breakers of DC transmission systems integrating offshore wind farms 2021-04-26发布2021-10-26实施国家能源局发布NB/T 10647-2021 目次前言II1 范围2 规范性引用文件3 术语和定义. . 4 产品分类.25 使用环境条件.26 技术要求.2 7 铭牌、包装、贮存和运输. . 8 附录A(资料性)直流断路器型式及组成.10NB/T 10647-2021 目IJJ=I 本文件按照GB/T1.1-2020 (标准化工作导则第1部分:标准化文件的结构和起草规则的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中国电器工业协会提出。本文件由能源行业风电标准化技术委员会风电电器设备分技术委员会(NEA/TC1/SC 6)归口。本文件主要起草单位:清华大学、机械工业北京电工技术经济研究所、清华四川能源互联网研究院、山东泰开高压开关有限公司、北京电力设备总厂有限公司、中国长江三峡集团有限公司、平高集团有限公司、明阳智慧能源集团股份公司、上海电气风电集团股份有限公司、特变电工新疆新能源股份有限公司。本文件参与起草单位:南京南瑞继保电气有限公司、国网北京经济技术研究院、中国广核新能源控股有限公司、北京金风科创风电设备有限公司、远景能源有限公司、北京四方继保自动化股份有限公司、南方电网科学研究院有限责任公司、西安西电电力系统有限公司、中国电力科学研究院有限公司、中国船级社质量认证公司、苏州电器科学研究院股份有限公司、北京鉴衡认证中心有限公司、中国电力工程顾问集团中南电力设计院有限公司、北京交通大学、广东电网有限责任公司、许继集团有限公司、荣信汇科电气技术有限责任公司、全球能源互联网集团公司、广东电科院能源技术有限责任公司、中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司、上海麟荣电子技术有限公司。本文件起草人:曾蝶、余占清、屈鲁、黄瑜珑、果岩、崔鹤松、郭振岩、赵彪、宋强、肖风良、李伟、张月华、孙长平、程铁汉、郭明珠、徐军、冯健、杨才建、刘琳、孙佳林、林卫星、自鹏、杨兵、乐波、吴磊、李战龙、艾斯卡尔、刘鹏、司挝、张祖安、杨晓平、张利、隋红霞、孙勇、单亮、李浩然、刘超、吴学智、陈建福、刘尧、吴庆范、易荣、张费、王红星、杨林刚、隋鲁波。本文件为首次发布。本文件在执行过程中的意见或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)。II NB/T 10647-2021 海上风电场直流接入电力系统用直流断路器技术规范才范围本文件规定了海上风电场直流接入电力系统用6kV及以上直流断路器的产品分类、使用环境条件、技术要求，以及铭牌、包装、贮存和运输等内容。本文件适用于海上风电场直流接入电力系统用6kV及以上直流断路器。2 规范性引用文件下列文件中的内容通过客中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用亏本文仲:不、岳日堤的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单适用于本文件。GB/T 191-2008 包装储运图示标示GB/T 1094.1 电力变压器第1部分:总则GB/T 1984-2014/高民义流断路器GB/T 2423.16 E工电7产品环境试验第2部分:试验方法试验Jb气导则:长霉GB/T 25091-2010 高压直流隔、开关和接地开关GB/T 3783-2019 船用低压电若是基本要求GB/T 3797-20161 电i气控制设备GB/T 11 022-202b 高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求GB/T 11032 交流无间隙金属氧化物避雷器GB/T 12668.2-20年调严电气作动系统第2部分:一般要求低压支流变F电气传动系统额定值的规定GB/T 13540 高压升关设总和控制设备的抗震要求GB/T21714.1 雷电高护第1部分:总则GB/T 21714.4 雷电防护第4部分:建筑物内电气和电子系统GB/T 34139-2017 柔性直流输电换流器技术规范GB/T 38328 柔性直流系统用高压直流断路器的共用技术要求JB/T 8168 脉冲电容器及直流电容器NB/T 31060风力发电设备环境条件NB/T 31094 风力发电设备海上特殊环境条件与技术要求NB/T 42107-2017 高压直流断路器ISO 12944-2 色漆和清漆防护漆体系对钢结构的腐蚀防护第2部分:环境分类(Paintsand vamishes-Corrosion protection of steel structures by protective paint systems-Part 2: Classification of environments) 3 术语和定义NB/T 42107-2017、NB/T31060、NB/T31094和GB/T38328界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1 直流断路器DC circuit-breaker 能够关合、承载和开断额定电流，并能在规定的时间内关合、承载和开断故障电流的开关装置。NB/T 1 0647-2021 3.2 3.3 3.4 注:相关典型拓扑见附录A。户外型直流断路器outdoor DC circuit-breaker 安装在海上柔性直流换流站阀厅外的直流断路器。户内型直流断路器indoor DC circuit-breaker 安装在海上柔性直流换流站阀厅内的直流断路器。海上柔性直流换流站offshore flexible DC converter station 由一个或多个电压源换流器单元、电抗器、滤波器、无功补偿设备、联结变压器、控制设备、监测设备、保护设备、测量设备和辅助系统组成的，建在海上的柔性直流换流站。4 产品分类海上风电场直流接入电力系统用直流断路器按安装地点可分为户外型直流断路器和户内型直流断路器。5 使用环境条件5.1 户外型气候条件应满足NB/T31060及NB/T31094的有关规定。5.2 户内型户内型直流断路器运行环境应满足以下条件:一一阀厅正常温度范围为10oCr-.-50 oC; 一一相对湿度最大值为60%;一-阀厅气压保持微正压;一一盐雾影响:有:一一霉菌影响:有;一-振动影响:有。6 技术要求6.1 功能要求6.1.1 元器件要求6.1.1.1 所有固体绝缘部件都应具有耐热性，即部件经耐热性试验后，压痕横跨最大尺寸不大于2mm。6.1.1.2 所有固体绝缘部件都应具有耐燃性，即部件经灼热丝试验(或针焰试验后不起燃，或即使发生起燃，燃烧在移开灼热丝(或针焰)后的30s内能完全熄灭，且指示绢纸不起燃。同时，所有塑料部件还应具有滞燃性，即经过滞燃试验后，这些部件燃烧或损坏部分的长度不大于60mm。6.1.2 电气连接要求断路器中控制保护装置等低压设备应满足如下要求:2 NB/T 10647-2021 a) 应保证各个电气连接的正确性，电容器、快速熔断器、电子元器件等辅助器件应在装配前筛选、测试并确认其具备正常功能。电缆截面积和电缆头的压接应满足直流断路器最大导通电流能力o布线应按照GB/T3797-2016中6.7的规定。b) 所有裸露部分导体、连接头、端子排、焊接点及电路板均应做防腐、防潮处理。c) 柜内布线工艺和电气连接应考虑外绝缘的腐蚀和凝露对爬电距离的影响，以及高湿度对空气绝缘的影响。d) 单芯电缆需要并联时，并联电缆的型号、长度、端头处理工艺须相同。e) 固定电缆宜采用永久性防腐的非磁性线夹和支架。f) 屏蔽电缆(或处于金属管内的电缆、屏蔽网或金属管应做等电位连接。g) 设备应根据GB/T11022-2020中6.3的规定进行接地处理。6.1.3 辅助供电系统要求柜体内部控制单元的供电宜采用带屏蔽的隔离变压器的电源供电。6.1.4 通信接口要求直流断路器应具有相应的通信接口，并能与换流站控制保护系统进行通信。6.1.5 防触电措施断路器中控制保护装置等低压设备应满足如下要求:a) 按照GB/T3797-2016中7.6规定的方式采取电击防护措施，防止直接或间接接触带电导体。b) 安全接地保护应符合GB/T3797-2016中7.6的要求。系统可能触及的金属部分与外壳接地点的电阻不应大于0.1Q，接地点应有明显的接地标志。c) 保护接地端子应设置在容易接近且便于接线处，并且当外壳或任何其他可拆卸的部件移去时其位置仍能保证电器与接地极或保护导体之间的连接。d) 保护接地端子应具有适当的防腐蚀措施，且其标志能被清楚、永久识别。6.1.6 绝缘要求6.1.6.1 绝缘电阻在第5章规定的正常气候条件下，测量直流断路器的绝缘电阻，测量值应满足表1的要求。表1绝缘电阻Um /J2 最低绝缘电阻值kV MQ 三三6010 60 100 注Um为一对端子之间预期的空载最高峰值电压，如果任一对端子对地电压高于此值(如直流断路器作为串联连接时)，应取较高的电压值。6.1.6.2 电气间隙和爬电距离直流断路器各带电电路之间以及带电部件、导电部件、接地部件之间的电气间隙和爬电距离应符合GB/T 25091-2010中5.3的要求。3 NB/T 10647-2021 阀厅内设备的爬电比距不应低于14mmlkV;户内直流开关场的爬电比距不应低于25mmlkV。6.1.7 温升要求在额定运行条件下，待各元件热稳定后，直流断路器高压各部位的极限温升见表2。表2直流断路器各部位的极限温升部件和部位极限温升K 主电路半导体器件外壳温升和结温由产品技术条件或分类标准规定主电路半导体器件与导体的连接处裸铜45;有锡镀层55;有银镀层70母线(非连接处)铜35;铝25?良涌保护器与主电路的电阻元件距外表面30mm处的空气256.1.8 保护功能直流断路器应至少具有以下保护功能:a) 过电流保护;b) 欠电压保护;c) 过温保护:d) 通信故障告警;e) 防雷保护。直流断路器防雷应符合GB/T21714.4的要求。雷电防护水平应按GB/T21714.1中雷电防护水平(LPL)1考虑，否则需要进行雷电防护水平的风险评估。另外，直流断路器应安装于具有雷电电磁脉冲防护系统(LEMS)区域内，且其本身应根据雷电防护水平LPL1 的要求，满足如下两种情形之一:1 ) 推荐使用直流断路器外部加载浪涌保护器(SPD)的方式，抑制感应雷冲击。加载SPD装置的直流断路器最小能承受标称放电电流为15kA (波形8/20s)。2) 直流断路器自身能够承受最小的标称放电电流1n为15kA (波形8/20s)。3) 此外，保护停机应能在保护条件解除后通过远程或就地自复位解除。6.1.9 电磁兼容性能电磁兼容性能应满足GB/T11022-2020中6.19的要求。注:如用户有特殊要求，应由制造商与用户协商确定。6.1.10 冷却要求直流断路器应满足GB/T34139-2017中6.7的要求。6.1.11 气体要求直流断路器应满足GB/T11022-2020中6.2的要求。6.1.12 液体要求直流断路器应满足GB/T11022-2020中6.1的要求。4 NB/T 10647-2021 6.2 电气性能6.2.1 一般要求电气性能应满足NB/T42107-2017中6.2的要求。6.2.2 电压耐受要求海上风电场直流接入电力系统用直流断路器的电压耐受技术要求应遵守以下原则，并考虑一定的安全裕度:a) 应具备耐受直流系统产生的最普运行电压、操作冲击等暂、态过电压能力;/ b) 应具备耐受直流断路器开断过程中产生的瞬态开断电压能力;c) 各组件耐受电压的最声了值不应超过各自的设计允许值;I r-:-.l. 1_/r-t d) 操作冲击耐党电压应超过保护水平的15%;e) 雷电冲击耐受电压应超过保护术平的15%。6.2.3 电流耐受要求海上风电场直流接产电报统用直听L断路器的电流耐受技术要求应遵守字下乓则，并考虑一定的安全裕度:a) 应具备双向4通和开断额定短路开断制成能力;b) 应具备耐受直流系统额定直流电流、最大持续运行电流及过负荷运行电流能力，最大持续运行电流不应小子1.1倍额定直流电流，过负荷运行电流能力应满足工程平计需求，建议不小于1.5倍额定直流电流，持续时间不小子1min; c) 直流断路器拒动情况下，应具备耐受系统故障电流的能力;d) 应具备零至额定短路开断电流的开断能力，开断时间及全开断时间应满足工程设计需求;e) 各组件耐受电流的最大值不应超过各自设计的允许值。6.2.4 并联主支路并联主支路主要由快j虫，机械开关、辅助开关(如有构成，一般拉机械式和混合式直流断路器中采用，具体技术要求如下:a) 并联主支路中的快速机械开关在合闸状态下应具备承载直流系统额定电流和短时故障电流的能力:b) 快速机械开关在分闸状态下应具备耐受系统额定直流电压及冲击电压的能力:c) 快速机械开关应具备耐受直流断路器开断过程中瞬态J干断电压的能力:d) 当单条主支路中的快速机械开关采用多个断口串联方案时，应考虑动、静态均压及分、合闸同期性要求，各断口动静态不均压系数应小于5%，分、合闸不同期性应小于分合闸时间=1=5%，断口冗余数应大于或等于1; e) 快速机械开关的温升应符合GB/T11022-2020中7.5的要求，并具备耐受过负荷电流的能力;f) 快速机械开关应具备机械稳定性，确保在其机械寿命范围内分、合闸速度及时间偏差均维持在额定范围内，分、合闸操作次数不应低于2000次。6.2.5 转移支路转移支路主要由电力电子阀组、祸合负压组件(如有)、强迫换流组件(如有等组件构成，具体技术要求如下:5 NB/T 10647-2021 a) 转移支路应具备短时承载直流系统额定电流和短时故障电流的能力:b) 转移支路应具备耐受直流断路器开断过程中瞬态开断电压的能力;c) 转移支路应能具备耐受直流系统额定电压、短时直流电压及冲击电压的能力;d) 转移支路产生的振荡电流幅值应确保主断路器在全工况下均能可靠过零，最大电流转移能力不低于直流断路器额定短路开断电流的1.1倍;e) 转移支路中的电容应设计有放电回路，以确保检修安全，其固有电感、损耗角正切、反峰电压率等参数应符合JB/T8168的要求。6.2.6 能量吸收支路能量吸收支路用于限制直流断路器瞬态开断电压和吸收直流系统储存的能量，具体技术要求如下:a) 能量吸收支路应设计压力释放装置，确保内部故障时压力释放装置可靠、准确动作:b) 能量吸收支路的密封结构设计应满足GB/T11032的要求;c) 最大瞬态开断电压限制水平(保护电压)应综合考虑、直流断路器整体绝缘和故障清除时间设计要求，按照直流断路器额定开断电流设计:d) 额定吸收能量不应低于直流断路器在系统中额定开断电流开断及重合闸后再次开断所需要吸收的能量，同时还应具有安全裕度:e) 应具备200次以上额定吸收能量吸收能力;f) 应具备MOV动作次数监视功能，并能够上报直流断路器控保装置功能;g) 能量吸收支路直采用无间隙金属氧化物变阻器，采用免维护设计，并密封在绝缘外套中，宜采用复合外套，外套绝缘耐受电压、大电流压力释放能力应满足系统设计要求;h) 能量吸收支路各并联柱间电流分布系数不应大于1.1，并联电阻值相差不应大于0.5%。6.2.7 控制保护装置控制保护装置可控制直流断路器，实现设备状态监视、故障诊断及保护，应设计为冗余系统，并具有完善的自检功能，控制装置接口应能与上级系统匹配，其故障不应造成直流断路器一次设备损坏。具体技术要求如下:a) 应具备控制、保护、测量、监视、接口及录波(如适用等功能:b) 应能接收上级系统发送的控制保护信号，根据控制保护信号控制直流断路器主断路器、触发装置、剩余电流断路器(如有)等组件按指定时序动作，并能对组件的状态进行监测:c) 为防止设备损坏，应能根据系统和设备情况闭锁直流断路器，当电流超出直流断路器开断能力或能量吸收装置处于冷却阶段不具备再次开断的条件时，收到上级系统下发的开断指令时不动作:d) 当组件出现损坏时，控制装置应发出报警信号，若损坏数超过冗余数，应向上级系统发出分闸不允许信号:e) 推荐配置直流断路器过电流保护、组件冗余保护及辅助系统保护功能:f) 推荐配置测量功能，实现对电流、电压参数的监测，测量系统应满足直流断路器对检测精度、响应速度的要求。6.2.8 供能系统供能系统是用于向组成直流断路器的主支路电力电子阀组(若有、强迫换流组件(若有、转移支路电力电子阀组、快速机械开关及其他需要外部能量才能正常工作的功率部件提供能量的系统，具体要求如下:a) 供能系统应满足直流断路器相应电压等级下的内外绝缘设计及内部处于不同电位的功率部件6 NB/T 10647-2021 的绝缘设计要求，输出电压及电流参数应满足直流断路器中所有功率部件的运行要求。b)主支路电子电子开关供能其取能方式应有冗余设计，不同取能方式可处于同时工作状态也可处于主备用切换状态，应保证在一种取能方式掉电后其他取能方式能继续工作，确保主通流支路电力电子组件取能正常。c) 具备取能状态监测功能，保证当取能设备发生异常时向直流断路器控制装置发送报警信号。d)输入电源应满足GB/T11022-2020中5.9和5.10的要求，工作电压范围为输入额定电压的85%110%。e) 在外输入电压中断时，需具备不间断工作的能力，并能保持运行至少1min。在输入电压中断时，直流断路器没有误操作，没有误报警，任何正在执行的行为被正确完成。f) 对地绝缘隔离宜采用纯干式绝缘变压器或气体绝缘变压器实现，具备耐受直流系统额定电压及各种暂态电压的能力，变压器设计应满足GB/T1094.1等标准的要求。g)供能系统在断路器塔内部设计需具备耐受断路器非通态工况下所有电压能力，若采用隔离变压实现绝缘耐受，宜采用纯干式绝缘变压器或微正压气体绝缘变压器。j主:如用户有特殊要求，应由制造商与用户协商确定。6.3 机械性能6.3.1 外壳的防护等级外壳的防护等级应满足GB/T11022-2020中6.14的要求，并作如下补充:户内型直流断路器外壳的防护等级不应低于IP30;户外型直流断路器外壳的防护等级不应低于IP56;相关控制保护等组件的外壳防护等级不应低于IP23。6.3.2 端子机械负荷对于户外型直流断路器，接线端子机械载荷应满足GB/T1984-2014中6.101.6的要求。对于户内型直流断路器，接线端子机械载荷应满足实际工况的要求。6.3.3 抗震能力抗震能力应满足GB/T13540的要求。6.3.4 耐振动性能直流断路器的耐振动性能应满足GB/T3783-2019中7.1.13.2的要求，试验条件为GB/T3783-2019 中表13规定的一般场所。6.3.5 耐腐蚀性能户外型直流断路器耐腐蚀性能应满足ISO12944-2中C4等级的要求。户内型直流断路器耐腐蚀性能应满足ISO12944-2中C3等级的要求。6.3.6 耐霉性能直流断路器应具有耐霉性能，其中外露于空气中的绝缘零部件经长霉试验后长霉面积不超过GB/T2423.16中规定的2b等级程度。注:以上机械性能，如用户有特殊要求，请制造商与用户协商确定。7 NB/T 10647-2021 7 铭牌、包装、贮存和运输7.1 铭牌直流断路器的各组件上的铭牌应符合相应产品标准的要求。直流断路器的总铭牌至少应包含如下信息、或参数:a) 直流断路器型号:b) 直流断路器类型:c) 额定直流电压;d) 额定直流电流;e) 额定短路开断电流(可选); f) 最大持续运行电流;g) 额定操作冲击耐受电压:h) 额定雷电冲击耐受电压:i) 额定直流耐受电压:j) 额定截断电流:k) di/dt; D 机械操作次数:m)总质量;n) 供货方名称:0) 出厂日期。7.2 包装直流断路器的外包装上有收发标志、包装储运标志和安全警告标志，按GB/T191-2008的第2章第4章的有关规定执行。随同产品供应的技术文件:a) 装箱清单:b) 产品使用维护说明书;c) 安装说明书:d) 产品质量合格证:e) 电气接线图:f) 电气原理图:g) 出广检验报告。7.3 贮存7.3.1 一般贮存条件直流断路器应采用合理的包装材料及方式，置于通风及非腐蚀性气体场所:a) 环境温度-25oc r-J+55 OC; b) 相对湿度:运85%;c) 非海洋环境或场所;d) 模块和控制面板应防止凝露。8 NB/T 10647-2021 7.3.2 特定贮存条件直流断路器应采用合理的防水、防潮、防锈、防霉、防震及防磕碰包装或措施，在各种储运、装卸条件下，不应因包装不善而出现损坏、变质、精度降低等现象，并能防止磕、碰、伤、脏、锈、漏、松等七害的发生。a) 水:应避免雨、雪等侵入;b)腐蚀性物质:应防止盐雾、危险性气体、腐蚀性液体等的侵蚀:c) 时间:若存放时间较长，则应考虑长期存放措施;d) 畸齿动物和霉菌:贮存场所或换流器应具备防止瞄齿动物侵入的措施，应规定出适合于存放和工作的材料耐霉度:e) 应具备海上环境下的抗震能力;f) 应具备运输、安装过手中的防倾斜、防磕碰能力。7.4 运输气候条件、机械条件及异常气候条件吓的运输应符合GB/T12668.2-2002中4.3的规定。9 NB/T 10647-2021 附录A(资料性直流断路器型式及组成直流断路器几种典型的型式方案为:机械式、电力电子式和混合式。a) 机械式直流断路器一般由主通流支路、转移支路和能量吸收支路组成，见图A.l。其中，主通流支路一般包括快速机械开关;转移支路一般包括触发开关、谐振电容、谐振电感;能量吸收支路一般包括避雷器。b) 电力电子式直流断路器一般由主通流支路和能量吸收支路组成，见图A.2。其中，主通流支路一般包括电力电子开关;能量吸收支路一般包括避雷器。c) 混合式直流断路器一般由主通流支路、转移支路和能量吸收支路组成，见图A.3。其中，主通流支路一般包括快速机械开关、强迫换流组件(如有);转移支路一般包括电力电子开关、强迫换流组件(女口有);能量吸收支路一般包括避雷器。l主通流支路快速机械开关- - 触发开关谐振电容+ 谐振电感L_J l能量吸收支路避雷器图.1机械式直流断路器rlcr: L_J r-, l能量吸收支路避雷器图.2电力电子式直流断路器nu 唱EEANB/T 10647-2021 孟画mE支面一一一一-一一一一一一一-一一-一一页通员流量存一一-一一一1快叩开关I暗|4业|转移支路电力电子开关i二口十二口i 白色量吸收支路1 避雷器l a)拓扑ll主通流支路! 快速机械开关i /. 转移支路电力电子开关强迫换流组件能量吸收支路1 避雷器l b)拓扑2图A.3混合式直流断路器11 FNON-h寸。?同mz中华人民共和国能源行业标准海上凤电场直流接入电力系统用直流断路器技术规范NB/T 10647-2021 * 中国电力出版社出版、印刷、发行(北京市东城区北京站西街19号100005 h句:/www.cepp.sgcC.CO) * 2021年12月北京第一次印刷16开本l印张30千字2021年12月第一版880毫米x1230毫米* 定价15.00元版权专有侵权必究本书如有印装质量问题，我社营销中心负责退换统一书号155198 3337 155198.3337 后叔威的电力标准信息提准确.为您提供援及时.