1 前言
CIGRE 33/14.05发布了《高压直流换流站无间隙金属氧化物避雷器使用导则》（下文简称该导则）后，全国避雷器标准委员会已成立工作组，正在据此制定相应的国家标准。该工作是国家科技基础条件平台工作重点项目“直流输变电系统核心技术与基础标准研究”的子课题之一。
该导则的主要内容包括：范围、术语和定义、避雷器的布置和应力、确定避雷器承受应力的研究、限制暂时过电压用的避雷器、避雷器通流能力的确定和试验要求、避雷器试验、金属氧化物避雷器的特性（附录）、并联电阻片柱间的电流分配（附录）、避雷器能量应力（附录）。
本文将介绍该导则，并与GB 11032—2000（等同 IEC 60099-4:1991）《交流无间隙金属氧化物避雷器》对比，以利于读者了解、理解交直流避雷器的差异。
2 范围和术语
2.1 范围
该导则适用于两端、多端及背靠背换流站。已有换流站的扩建及已安装避雷器的更换也可参考使用该导则。该导则不适用于气体绝缘换流站及气体绝缘避雷器。
2.2 持续运行电压
高压直流换流站直流避雷器的持续运行电压是由直流电压迭加谐波电压组成的，需要规定3个不同的值：①过冲持续运行电压(PCOV)。指包括换向过冲的持续运行电压峰值；②峰值持续运行电压（CCOV)。指不包括换向过冲的持续运行电压峰值；③等效持续运行电压(ECOV)。指与实际运行电压下产生相同功耗的电压值。
2.3 配合电流
用于系统绝缘配合、确定避雷器最大残压的配合电流分为4种：①陡波冲击电流。1/(≯20)μs，同GB 11032—2000；②雷电冲击电流。8/20μs，同GB
11032—2000；③操作冲击电流。(30~100)/［2(30~100)］μs,同GB 11032—2000；④缓波前操作冲击电流。1000/(2×1000)μs，新规定。
2.4 暂时过电压耐受时间特性
对换流站或直流系统中的避雷器来说，暂时过电压的幅值和波形与避雷器的位置有关，而且受直流系统及其控制方式的影响很大，以致难以像交流避雷器那样建立简单的暂时过电压与耐受时间的关系曲线。其耐受暂时过电压的能力应在考虑实际波形等条件下确定。
3 避雷器的布置和应力
高压直流换流站避雷器的布置方式多种多样，主要由过电压和绝缘配合的研究结果选定。目前，在高压直流换流站中与国内外普遍采用的每极一组12脉动换流器相配套的金属氧化物避雷器的典型配置见图1、应力见表1。
图1 高压直流换流站金属氧化物避雷器的典型配置
表1 高压直流换流站金属氧化物避雷器的应力
序
号
避雷器名称
持续运行电压
高 能 量
操作及
缓波型
雷电及
陡波型
1
阀（V）
见图2（a）
√
2
桥中点（M）
见图2（b）
√
3
换流器
直流母线（CB）
见图2（c）
4
直流母线（DB）
DC
5
中性母线（E）
DC
√
√
6
直流滤波器（FD）
AC（12k次）
√
√
7
直流电抗器（DR）
AC（12k次）
8
交流滤波器（FA）
AC（12k±1次）
√
9
交流母线（A）
AC（基波）
√
注： ①图1中虚线表示的阀桥避雷器（B）和换流单元避雷器（C），此略；②k=1、2、3、…。
a—延迟角；u—换向角；T—基波周期；UCCOV—峰值持续运行电压；UPCOV—过冲持续运行电压；Udiomax—最大理想空载直流电压；A—理想空载UCCOV
图2 高压直流换流站金属氧化物避雷器的持续运行电压（整流运行：a+u=34°）
多端换流站避雷器承受的应力比端对端换流站避雷器承受的应力大。这是由于存在并联换流器，故障电流可能增大，控制和保护回路的动作时间也可能加长。
对背靠背换流站，整流器与逆变器在同一站内，使控制和保护的动作更快。直流部分通常仅需配置阀避雷器（V），有时还需配备阀组或阀桥避雷器（B），见图3。
图3 背靠背换流站的直流部分
4 确定避雷器承受应力的研究
（1） 研究步骤。①选定避雷器初步配置，确定避雷器的持续运行电压。②研究产生最大电流和能量应力的工况，确定避雷器最小数量和额定参数。③用雷电冲击校核，保证按前2步确定的避雷器配置能使整个换流站得到足够的保护。由于距离效应，可能需要增加避雷器。④根据研究结果，总结避雷器负载（电流、电压、能量），确定避雷器的分类。
（2） 研究事件。研究事件及不同事件发生时避雷器的应力见表2。
表2 研究事件及不同事件发生时避雷器的应力
序号
避雷器
名 称
直流极
接 地
直流线
路进雷
直流线
路操作
接地极
线进雷
阀桥交
流接地
3脉冲
换相组
I熄灭
6脉冲
换相组
I熄灭
单极运
行无返
回路径
交流接
地或操
作
交流系
统进雷
雷电
绕击
1
阀（V）
雷:I 操:I+J
操:I+J
操:I+J
雷:I
2
桥中点（M）
操:I+J
操:I+J
操:I
雷:I
3
换流器直流母线（CB）
操:I
雷:I
4
直流母线（DB）
操:I
雷:I
操:I
5
中性母线（E）
雷:I+J
操:I+J
雷:I
操:I
雷:I
操:I+J
操:I+J
操:I+J
6
直流滤波器（FD）
雷:I+J
雷:I
操:I
操:I+J
7
直流电抗器（DR）
操:I
雷:I
操:I
操:I
8
交流滤波器（FA）
雷:I+J
操:I
雷:I
9
交流母线（A）
操:I+J
雷:I
注： 雷—雷电及陡波；操—操作及缓波；I—电流；J—能量。
（3） 研究工具。操作型暂态和暂时过电压及以下的频率范围：应用直流模拟装置、暂态网络分析仪（TNA）和适用于电磁暂态计算的数值计算程序来研究。它们也可以相互补充。陡波和雷电型暂态：应用适用于电磁暂态计算的计算程序来研究。
（4） 扩展或更换。扩展换流站或更换避雷器时需要进行相同的研究或校核。
5 避雷器试验
CIGRE 33/14.05与GB 11032—2000试验项目及动作负载的对比分别见表3、表4。
表3 CIGRE 33/14.05与GB 11032—2000试验项目的对比
序号
GB 11032—2000
CIGRE 33/14.05
型式试验
例行试验
一般原则
型式试验
例行试验
1
持续电流试验
持续电流试验
2
残压试验
标称放电电流残压试验
保护特性
残压试验
残压试验
3
长持续时间电流冲击耐受试验
能量耐受试验
4
工频电压耐受时间特性试验
特殊避雷器
5
工频参考电压试验
工频参考电压试验
工频参考电压试验
6
动作负载试验
热稳定性的验证
动作负载试验
7
密封试验
密封性能试验
泄漏检验
8
外套的绝缘耐受试验
绝缘耐受试验
9
压力释放试验
压力释放试验
10
机械负荷试验
同GB 11032—2000
11
直流参考电压试验
直流参考电压试验
直流参考电压试验
12
0.75倍直流参考电压下
漏电流试验
0.75倍直流参考电压下漏电流试验
13
局部放电和无线电干扰
电压试验
局部放电试验
局放和无线电干扰试验
14
人工污秽试验
污秽试验*
15
多柱避雷器电流分布试验
多柱避雷器电流分布试验
电流分配要求
电流分配试验
*CIGRE 33/14.05的污秽试验按IEC 60099 － 4：1991修改件1 － 1998 － 04进行，与GB
11032—2000有很大不同。
表4 CIGRE 33/14.05与GB 11032—2000动作负载试验程序的对比
序号
GB 11032—2000
CIGRE 33/14.05
大电流冲击动作负载试验
操作冲击动作负载试验
高压直流避雷器
直流线路避雷器
无显著持续运行电压避雷器
1
残压测量，在In、8/20下
残压测量，在In、8/20下
电流分配测量（必要时），参考电压测量，10kA雷电冲击电流试验
电流分配测量（必要时），参考电压测量，10kA雷电冲击电流试验
电流分配测量（必要时），10kA雷电冲击电流试验
2
间隔时间不作规定
间隔时间不作规定
3
预试，1.2U*c下，叠加4组，每组5次，8/20，In冲击电流
预试，1.2U*c下，叠加4组，每组5次，8/20，In冲击电流
高能放电6次，各次放电间冷却到25℃±10℃
长线放电6组，每组3次，各组间冷却到25℃±10℃
高能放电7次，各次放电间冷却到25℃±10℃
4
间隔时间不作规定，20℃±15℃
间隔时间不作规定，20℃±15℃
冷却到25℃±10℃，组装成3只热比例单元
冷却到25℃±10℃，组装成3只热比例单元
冷却到25℃±10℃，组装成3只热比例单元
5
4/10大电流冲击1次预热到60℃±3℃，4/10大电流冲击1次
4/10大电流冲击1次冷却到环境温度，4/10大电流冲击1次
4/10、100kA冲击1次50~60s，4/10、100kA冲击1次
4/10、100kA大电流冲击1次50~60s，4/10、100kA大电流冲击1次
4/10、100kA大电流冲击1次50~60s，4/10、100kA大电流冲击1次
6
贮存备用
7
预热到60℃±3℃
预热至60℃±3℃
预热至60℃±3℃
8
长持续时间电流冲击
9
50~60s
尽可能短，不超过5min
尽可能短，不超过5min
续表
序号
GB 11032—2000
CIGRE 33/14.05
大电流冲击动作负载试验
操作冲击动作负载试验
高压直流避雷器
直流线路避雷器
无显著持续运行电压避雷器
10
长持续时间电流冲击
高能放电1次
长线放电2次，间隔50~60s
11
不超过100ms
不超过100ms
不超过100ms
不超过100ms
12
升高的U*r，10s
升高的U*r，10s
13
升高的U*c，30min
升高的U*c，30min
CCOV或ECOV，
30min
CCOV或ECOV，30min
14
冷却到环境温度20℃±15℃
冷却到环境温度20℃±15℃
冷却至环境温度25℃±10℃
冷却至环境温度25℃±10℃
冷却至环境温度25℃±10℃
15
残压测量，在In、8/20下
残压测量，在In、8/20下
10kA雷电冲击电流试验
10kA雷电冲击电流试验
10kA雷电冲击电流试验
16
检查试品
检查试品
试样检查
试样检查
试样检查
6 直流避雷器的特点
与高压交流避雷器相比，高压直流避雷器主要具有下述特点（以目前国内外普遍采用的每极一组12脉动换流器为例）：
(1) 种类多。高压交流避雷器可认为只有一种，即电站母线型（线路避雷器属另类）。而高压直流避雷器因其在高压直流换流站的位置不同可分为十余种。
(2) 持续运行电压波形差异大。高压交流避雷器的持续运行电压可认为是基波电压。因被保护设备的不同，高压直流避雷器的持续运行电压可分为交流（不一定是基波）、直流（含有少量纹波）、交流与直流的迭加（及换向过冲）等。某些高压直流避雷器甚至没有明显的持续运行电压。
(3) 能量应力大。在系统操作或故障时，某些高压直流避雷器受到的能量应力比高压交流避雷器大很多，故其被迫采用多柱电阻片（或多只避雷器）并联结构。并联数量有时甚至高达几十柱（或只）。
(4) 研究复杂化。在高压直流换流站配置高压直流避雷器需要进行很多研究工作。各避雷器之间相互影响、相互制约，比高压交流避雷器的配置复杂得多。
7 参考文献
［1］ CIGRE 33/14.05《高压直流换流站无间隙金属氧化物避雷器使用导则》.
［2］ GB 11032—2000（等效于 IEC 60099-4:1991）《交流无间隙金属氧化物避雷器》.北京，中国标准出版社，2000.
