國家市場監(jiān)督管理總局國家標準化管理委員會靜止同步補償裝置用電壓源換流器閥電氣試驗中國標準出版社出版發(fā)行網址開本880×12301/16印張2字數60千字2021年12月第一版2021年12月第一次印刷如有印裝差錯由本社發(fā)行中心調換版權專有侵權必究I Ⅲ 1 1 13.1絕緣配合術語 1 23.3換流器的運行狀態(tài) 23.4靜止同步補償裝置結構術語 33.5閥結構術語 44一般要求 44.1型式試驗執(zhí)行導則 44.2大氣修正因數 6 6 6 7 86.1試驗目的 8 8 86.4最大連續(xù)運行負荷試驗 8 9 9 9 9 7.3試驗要求 8.1概述 8.2試驗目的 8.4試驗要求 9閥端子間的絕緣試驗 129.1試驗目的 9.3試驗方法 9.4試驗要求 Ⅱ 12短路電流試驗(適用時) 13.1概述 A.1概述 20 20 22A.6閥開關原理 23附錄B(資料性)閥部件故障容許能力 25參考文獻 26Ⅲ本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規(guī)則》的規(guī)定請注意本文件的某些內容可能涉及專利。本文件1靜止同步補償裝置用電壓源換流器閥本文件適用于靜止同步補償裝置(STATCOM)的本文件規(guī)定的試驗基于空氣絕緣的閥。對于其他類型的閥，試驗要求和驗收標準由買方和賣方協(xié)下列文件中的內容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文GB/T20990.1—2020高壓直流輸電晶閘管閥第1部分：電氣試驗(IEC60700-1:2015,MOD)IEC60060(所有部分)高電壓試驗技術(High-voltagetesttechniques)IEC60060-1高電壓試驗技術第1部分：一般定義及試驗要求(High-voltagePart1:GeneraldefinitiIEC60071-1:2006絕緣配合第1部分：定義、原則和規(guī)則(Insulationco-ordination—Part1:Definitions,principlesandrules)IEC62501高壓直流輸電用電壓源換流器閥電氣試驗[Voltagesourcedconverter(VSC)valvesforhigh-voltagedirectcurrent(HVDC)powe試驗耐受電壓testwithstandvoltage在規(guī)定條件下，標準波形的試驗電壓值。當對完好無損的新閥以規(guī)定的施加2GB/T41147—2021/IEC62927:2處于閥和絕緣材料之外但包含在閥或多重閥單元的輪廓之內具有導電通道和PN結的功率開關晶體管。通過在柵極和發(fā)射極之間施加的電壓而產生電場，控具有二極管特性反并聯連接到絕緣柵雙極晶體管的功率閉鎖狀態(tài)blockingstate通過緊急關斷一個或多個閥中所有絕緣柵雙極晶體管保護閥或換流器不受過高電應力損害的3GB/T41147—2021/IEC62927:2可控電壓源型閥controllablevoltagesourcetypeval模塊化多電平換流器modularmult模塊化多電平換流器標準組件modularmulti-levelconverterbuildingblo由帶有兩個端子的獨立可控電壓源以及直流電容器和直接輔助部件的組合，構成模塊化多電平換4GB/T41147—2021/IEC62通過型式試驗驗證可能發(fā)生內部或外部短路，且不會影響閥的安全運行的閥級或二極管閥級最大試驗適用于閥(或閥段)、閥結構和冷卻系統(tǒng)部件以及包含在閥結構內(內絕緣)或連接在閥結構和試驗目的是驗證閥的設計在正常和異常重復條件下以及在瞬態(tài)條件下所能承受的電壓應力。為了與其他設備一致，還應包括閥端子與地面之間以及多重閥單元各相之間的雷電沖擊試驗。對5GB/T41147—2021/IEC 64.2大氣修正因數當相關條款有規(guī)定時，試驗電壓應按照IEC60060-1進行大氣修正。修正的參考條件如下所示?！獨鈮?。●如果閥的受試部分的絕緣配合是基于IEC60071-1中規(guī)定的標準額定耐受電壓，海拔超過1000m時應進行大氣修正。因此，如果設備安裝地點的海拔a,不大于1000m,應使用無海拔修正因數的標準大氣壓(b?=101.3kPa)。如果設備安裝地點的海拔a,大于1000m,應根據IEC60060-1的標準程序進行海拔修正，但參考大氣壓b。由海拔為1000m處的大氣壓(b?000m)代替。●如果閥的受試部分的絕緣配合不是基于IEC60071-1中規(guī)定的標準額定耐受電壓，按IEC60060-1采用標準參考大氣壓b?(b?=101.3kPa)進行修正?！獪囟龋涸O計的閥廳空氣最高溫度(℃)。應根據實際運行中可能遇到的最嚴酷溫度和濕度條件進行大氣修正。賣方應規(guī)定采用的值。4.3冗余的處理4.3.1運行試驗對于運行試驗，冗余的閥級不應被短路，試驗電壓應由比例系數k。調整，由公式(1)計算。 (1)Ntut——試品中串聯閥級的數量；N.——閥中串聯閥級的總數；N,——閥中冗余串聯閥級的總數。4.3.2絕緣試驗對于閥端子間的所有絕緣試驗，應短路冗余的閥級。閥級短路的位置，應由買方和賣方協(xié)商確定。對于所有閥段的絕緣試驗，試驗電壓應由比例系數k。調整，由公式(2)計算。Nu——試品中沒有短路連接的串聯閥級的數量；N.——閥中串聯閥級的總數；N,——閥中冗余的串聯閥級的總數。4.4型式試驗中允許的部件故障半導體應用經驗表明，即使再仔細地設計，仍不可能避免閥級部件在運行中產生的偶發(fā)故障。盡管這些故障可與應力相關，但在引起故障上是隨機的，或者說不能預測故障率與應力的關系，或者不能準確定量。對閥或者閥段做型式試驗時，在短時間施加的多重應力是根據其壽命期間可能會承受到的不超過少數幾次最嚴重的應力?？紤]以上情況，型式試驗成功的判據是允許少量閥級的故障，例如故障很少或者不能證明是由于設計不充分，或者故障的閥級是允許剩余的閥或閥段繼續(xù)運行而不降低性能。7驗過程中是否有任何IGBT或者輔助部件發(fā)生故障。在型式試驗后發(fā)現的故障IGBT或輔助部件應在在任一單項型式試驗中允許出現的在全部型式試驗中允許出現的33及以下111122133244試驗項目見表3。章條號試品閥或閥段閥或閥段閥或閥段IGBT過電流關斷試驗閥或閥段短路電流試驗(適用時)閥或閥段閥支架直流電壓試驗閥支架閥支架交流電壓試驗閥支架閥支架雷電沖擊試驗閥支架閥交流電壓試驗閥或閥段閥交流-直流電壓試驗閥或閥段閥操作沖擊試驗閥或閥段閥抗電磁騷擾試驗閥抗電磁騷擾試驗閥或閥段8GB/T41147—2021/IEC62927:2表3試驗列表(續(xù))章條號試品電壓耐受檢查6運行試驗a)檢查閥中IGBT級/二極管級及其相關電氣回路在最嚴重重復應力下開通、關斷時，以及在導b)證明閥電子電路和功率回路之間配合正確。6.2試品試驗可在完整的閥或閥段上進行。選擇主要取決于閥的設計和可獲得的試流器閥，本條規(guī)定的試驗對于包含5個或更多串聯連接閥級的閥段是有效的。如果對少于5個串聯連接閥級的閥段試驗，應確定附加的試驗安全系數。在任何情況下受試的串聯連接的閥級數都不應少于3個。對于可控電壓源型換流閥，閥段應由3個或更多串聯的閥級組成。受試的閥或閥段應與所有的輔助部件組裝在一起。需要時，應包括相應比例的閥避雷器。避雷器如果閥的設計為含有內置直流電容器的可控電壓源，直流電容器及其和半導體設備的連接部分也中應正確地重現直流電容器和閥之間連接線的串聯雜散電感以及閥段上的雜散電容，并與受試的閥段 9對于二極管閥：——二極管最高持續(xù)結溫——阻尼元件最高持續(xù)溫度——連續(xù)關斷最高電壓和電流。在最大連續(xù)運行負荷試驗期間需重現所有這些參數，可在單個試驗中或組合試驗中重現。試驗電壓應基于最高持續(xù)交流電壓，試驗開關頻率應基于最高持續(xù)開關頻率，調制模式應選擇實際應用中的典型模式。試驗電流方均根值應乘以1.05的試驗安全系數。與最大持續(xù)運行交流電壓相應的試驗電壓Upl,由公式(3)計算。 (3)Umax——最高持續(xù)運行交流電壓；k。——按照4.3.1取值的試驗比例系數；k?——試驗安全系數，k?=1.05。在出口冷卻液溫度達到穩(wěn)定后，試驗的持續(xù)時間不應少于30min。6.5最大暫態(tài)過負荷運行試驗如果規(guī)定閥要暫態(tài)過負荷運行，應進行最大暫態(tài)過負荷運行試驗。如果需要，試驗條件的確定應采用與6.4同樣的方法。試驗開始前，閥或閥段應在6.4規(guī)定的條件下達到熱平衡。在此初始條件下開始暫態(tài)運行負荷試驗，試驗持續(xù)時間等于1.2倍暫態(tài)過負荷時間。暫態(tài)過負荷運行試驗后，應進行10min最大連續(xù)運行負荷試驗。6.6最低啟動電壓試驗試驗電壓定義為Umn,由公式(4)計算。 (4)Ntut——試驗中串聯閥級數量；Uacmin——閥能開始解鎖時閥端間出現的最低交流電壓；N:——單個閥中串聯閥級的總數量，包括冗余；k?——試驗安全系數，k?=0.95。對于最低啟動電壓試驗，只有電壓重要，而不是電流和試驗持續(xù)時間。試驗應表明閥電子裝置能啟動且正常工作。7閥支架絕緣試驗7.1試驗目的試驗主要目的是：a)檢驗閥支架、冷卻管路、光纖的絕緣和其他同閥支架相關的絕緣部件的電壓耐受能力。如果存在閥支架外的對地絕緣，則需要進行附加的試驗；b)驗證局部放電的起始電壓和熄滅電壓高于閥支架上出現的最高運行電壓。7.2試品閥或多重閥單元試驗組合的一部分。它應將所有輔助部件組裝就位，并且正確體現相鄰地電位面。根7.3試驗要求起始電壓不應高于最高試驗電壓的50%,電壓應在盡可能短的時間內上升至規(guī)定的1min試驗電試驗的最后1h,超過300pC的局部放電數目應按GB/T20990.1—2020中附錄B的規(guī)定予以記錄?！骄糠昼?00pC以上的脈沖數目不應超過7個；——平均每分鐘1000pC以上的脈沖數目不應超過3個；——平均每分鐘2000pC以上的脈沖數目不應超過1個。閥支架直流試驗電壓Ua應按照公式(5)和公式(6)計算。 (5) (6)起始電壓不應高于最高試驗電壓的50%,電壓應上升至規(guī)定的1min試驗電壓，保持1min恒定，在規(guī)定的10min試驗結束前，應監(jiān)測和記錄1min局部放電的水平。如果局部放電水平不大于閥支架交流試驗電壓的方均根值Uu.按照公式(7)和公式(8)計算。 (7)Umsi——穩(wěn)態(tài)運行期間，閥支架上出現的最高電壓峰值，特別是在系統(tǒng)故障狀態(tài)和閥故障狀態(tài)下；應考慮由于過電壓而裝設的相避雷器或其他過電壓保護方式(如果有)的過電壓限制作用；Ums?——在最大穩(wěn)態(tài)連續(xù)運行中，閥支架上出現的電壓峰值；k,——大氣修正因數：1min試驗，k,按照4.2的規(guī)定取7.3.3閥支架雷電沖擊試驗在閥的兩個主端子(連接在一起)對地之間施加3次正極性和3次負極性雷電沖擊電壓。應采用符合IEC60060-1的標準雷電沖擊電壓波形。試驗電壓的峰值為IEC60071-1:2006中表2或表3規(guī)定的標準雷電沖擊耐受電壓。8多重閥單元(MVU)的絕緣試驗8.1概述本章僅適用于多個閥安裝在同一個閥結構(多重閥單元)中的情況，不適用于每個獨立的閥安裝在一個或多個專用閥結構中的情況。8.2試驗目的試驗的主要目的是：a)驗證多重閥單元結構中各個單閥之間的電壓耐受能力；b)驗證局部放電水平在規(guī)定的限值內。閥和多重閥單元有多種可能的結構。選取試品應盡可能準確地反映閥的運行布置和試驗所考核的必要范圍。試品應裝配完整，除非能證明一些部件可模擬或忽略，且不會對試驗結果造成實質的影響。基于多重閥單元的結構和試驗目的，某些單閥可能不得不被短路。8.4試驗要求8.4.1MVU交流電壓試驗如果多重閥單元的任何兩個端子間承受交流或交直流復合電壓，其耐受能力未被其他試驗充分驗證，則有必要對多重閥單元的這些端子間進行交流電壓試驗。試驗時，試驗電壓源應連接到待考核的多重閥單元端子對上。根據試驗回路的布置安排接地點。起始電壓不應高于1min試驗電壓的50%,電壓上升至規(guī)定的1min試驗電壓，保持1min恒定，然后降低至規(guī)定的10min試驗電壓，保持10min恒定，最后降電壓至零。在規(guī)定的10min試驗結束前，應監(jiān)測和記錄1min的局部放電水平。如果局部放電水平不大于200pC,此設計可完全接受。如果大于200pC,則應對試驗結果進行評估。MVU的試驗電壓方均根值Uum應按照公式(9)和公式(10)計算。 (9) (10)GB/T41147—2021/IEC62927:2017在閥的兩個主端子(連接在一起)對地之間施加3次正極性和3次負極性雷電沖擊電壓。試驗電壓的峰值為IEC60071-1:2006中表2或表3規(guī)定的標準雷電沖擊耐受電壓。試驗用來驗證閥對各種過電壓類型(直流、交流和操作沖擊過電壓)的電壓宜注意，本章描述的試驗是基于標準波形和標準試驗程序為高壓交流系統(tǒng)和部件試驗而制定的。這種方式為工業(yè)化應用提供了便利，因為它可將很多現有的高壓試驗技術應用試品通常應是一個完整的閥。如果賣方能證明閥段間的電壓分布能代表實際運行中完整閥的典型冷卻液除了流速可降低外，應處于能代表運行時的狀態(tài)。如果結構外的應力。由于這個原因，任何閥端子之間的絕緣試驗都未引入大氣修正因數。賣方應證明大氣條件對閥由于內置電容所吸收的電流很大，對于可控電壓源型的閥，實施閥絕緣試驗GB/T41147—2021/IEC62927:2017允許使用相同物理尺寸的試驗電容器補償減小的電容量。試驗期間，該試驗電容器應允許在試品閥的絕緣試驗有2個步驟。或RC陣列)控制閥或閥段的電壓分布完成試驗。本試驗包含一個短時間試驗和隨后的一個長時間試驗。短時間試驗再現了某一換流器或系統(tǒng)故障本試驗包括一個10s短時間和30min長時間電壓試驗。起始電壓不應高于最高試驗電壓的50%,電壓應在盡可能短的時間內上升至規(guī)定的10s試驗電在進行分開的試驗時，長時間試驗應在短時間試驗后進行。在長時間試驗時，起始電壓不大于閥的交流電壓方均根值Uw按公式(11)和公式(12)計算。 (11) (12)式中：Uucl——閥在運行期間的最高電壓峰值，包括系統(tǒng)暫態(tài)過電壓下的閥解鎖和閉鎖操作，應考慮實際運行工況下由于過電壓而裝設的閥避雷器或閥電壓控制功能的限制作用；Utac?——閥上出現的峰值穩(wěn)態(tài)運行電壓的最大值，包括換相過沖；k?！囼灡壤禂?，見4.3.2;k?——試驗安全系數，k?=1.10。閥交流-直流電壓試驗本試驗適用于連接在一個直流端子和一個交流相之間的閥。閥試驗電壓具有一個疊加在直流電上的正弦波形。試驗時，在交流電源上連接一個電容器產生一個疊加的交流-直流電壓波形。根據換流器的拓撲結構，電容器可作為閥的一部分，也可是獨立的(作為試驗回路的一部分，而不是試品的一部分)。也可使用一個單獨的直流電壓源代替電容器。閥的交流-直流電壓U方均根值按公式(13)、公式(14)、公式(15)和公式(16)計算。 (13) (14) (15) (16)Uacl——閥在運行期間的最高電壓峰值，包括系統(tǒng)暫態(tài)過壓下的閥解鎖和閉鎖操作，應考慮實際運行工況下由于過電壓而裝設的閥避雷器或閥電壓控制功能的限制作用；Udal——閥最大暫態(tài)過電壓直流分量，可考慮將閥避雷器或極避雷器的限制作用計入運行工況的過電壓；Umuxcot——如果在交流系統(tǒng)和換流器之間使用換流變壓器，交流系統(tǒng)或變壓器閥側的最高穩(wěn)態(tài)相間電壓；Udmax——直流側穩(wěn)態(tài)運行電壓的直流分量最大值；k。電壓階躍過沖系數，與換流器的輸出電壓階躍相關，和確定Umel的條件一致，對MMC或CTL型換流器，電壓階躍過沖系數與一個子單元或一個子模塊的電壓階躍過沖系數相關；ka——電壓階躍過沖系數，與換流器的輸出電壓階躍相關，與確定Uuc?的條件一致；k?！囼灡壤禂?，見4.3.2;f——試驗頻率(50Hz或60Hz,取決于試驗裝置); 閥穩(wěn)態(tài)運行時電壓達到最大峰值的時間。當試驗電壓高于實際值時，在與制造商達成一致的情況下，試驗電路中用電容器代替直流電源。9.4.2閥操作沖擊試驗閥操作沖擊試驗中宜考慮以下內容。a)閥的相電抗器和儲能電容器對脈沖的影響。b)對于半橋設計的閥，沖擊試驗僅做單極性，與閥的耐壓極性一致。對于全橋設計的閥，正極性和負極性都應試驗。c)如果閥的沖擊耐受水平等于或小于閥的交流或交流-直流電壓試驗水平，則認為閥的交流或交流-直流電壓試驗包括沖擊試驗，因此沖擊試驗可省略。應采用符合IEC60060-1的標準操作沖擊電壓波形。GB/T41147—2021/IEC6試驗應包括在閥上施加3次規(guī)定幅值的操作沖擊電壓。閥操作沖擊試驗耐受電壓U應按公式(17)和公式(18)計算。SIPL,——閥避雷器的操作沖擊保護水平； (18)U,——根據系統(tǒng)絕緣配合研究得到的閥端子上預期的操作沖擊電壓；10IGBT過電流關斷試驗10.1試驗目的主要目的是檢查發(fā)生某種短路故障或誤觸發(fā)情況而關斷時，STATCOM試驗應基于代表監(jiān)測/保護回路的最不利偏差整定值的情況，重現電壓應力和瞬態(tài)結溫的最差組試驗包括：試驗應使相關IGBT(見6.4)達到最高穩(wěn)態(tài)結溫并運行在熱平衡狀態(tài)，然后開始過電流試驗期間的直流電壓Up?由公式(19)確定。Up?=Udiemp·ka·k1o 在過電流檢測和IGBT關斷瞬間之間的時間間隔內的試驗電流波形應代表運行工況，尤其是電流GB/T41147—2021/IEC62主要目的是為了驗證閥抵抗從閥內部產生及外部強加的瞬時電壓和電流引起的電磁干擾(電磁騷負荷試驗和最大暫態(tài)過負荷運行試驗(見6.試驗(見第10章)a)不會發(fā)生IGBT誤觸發(fā)或開通順序混亂；c)不會因為接收到來自閥監(jiān)測回路的錯誤數據而出現閥基電子設備將閥級故障的錯誤指示或錯當驗證抵抗多重閥單元中鄰近閥間耦合引起的電磁騷擾時，可按照11.3規(guī)定的兩種方法進行。在方法1是模擬電磁騷擾源直接作為試驗設備的一部分。這樣的試驗設備要求有兩個及以上的閥或閥段以檢查它們之間的相互影響。與受試閥相關的電磁騷擾源的幾何布局應盡可能接近實際(或從電方法2是從理論分析或由實際測量確定在最嚴酷運行條件下的電磁場強度。接下來，這些電磁場由在各自頻率下產生恰當的(或更嚴酷的)電磁輻射的試驗電路模擬。然后將閥段置于試驗騷擾源方法2的基本前提是決定閥關鍵位置上的動態(tài)場強與方向。通常這可在單個閥觸發(fā)試驗期間用探——包括用于閥段進行正確信息交換的那些部分方法1和方法2的驗收標準應符合11.1中的規(guī)定。如6.2所述。驗。應考慮所有可能的過載工況(幅值和持續(xù)時間),以確定IGBT和二極管的最高結溫升。13.2試驗目的為工程所制造的所有閥段或其部件都應經過例行的產品試驗。試驗應在閥段或單獨閥級上進行，不必對不同的賣方要求同樣的產品試驗。產品試驗應考慮閥及其部GB/T41147—2021/IEC62927:213.5中列出了產品試驗的最低要求。列出的試驗順序既不代表其重要性的排序，也不代表試驗的檢驗閥部件能耐受對閥規(guī)定的最高電壓。應包括交流試驗電壓或直流電有關閥的部件故障容許的信息參見附錄B。檢查每個閥級中IGBT按照開關命令正確地開通和關斷。GB/T41147—2021/IEC感性運行用于組成STATCOM的有兩電平、三電平或多電平三相換流器幾種類型。這些在有關資料中描——開關型的STATCOM閥：這些開關型閥只能用作只有開和關兩種永久狀態(tài)的可控開關。在A.4.1概述件組成。如同傳統(tǒng)的晶閘管閥一樣，串聯連接的IGBT同時動作至關重要。這種類型的閥通常與輸出A.4.2兩電平換流器在最簡單的情況下，STATCOM是以兩電平換流器為基礎的。兩電平換流器見圖A.2。每個相單通(實際中，兩個閥切換中間通常會有短暫的死區(qū))。當V1導通時，交流端子連接到上方的直流端子，三相三電平中性點鉗位(NPC)換流器如圖A.3所示。在該換流器的相單元中，四個獨立的STAT-COM閥串聯連接(例如，圖A.3中的V1～V4)。交流端子是連接到V2和V3之間的端子，1/4和3/4點(閥V1/V2和V3/V4之間)通過二極管閥連接到直流中點。當閥V1和V2導通時，交流端子與上方的直流端子連接，輸出電壓+Ud./2;當閥V3和V4導通管閥被鉗位為直流中點電壓。由于這個原因，在交流端子和直圖A.3三電平NPC換流器圖A.4是一個三相三電平飛跨電容器換流器。該電路結構通過不同的方法獲得與NPC換流器相飛跨電容器分別連接于V1/V2中間的端子和V3/V4中間的端子，電壓為Udc/2。與NPC換流器GB/T41147—2021/IEC62927:2三電平換流器的使用原理可擴展到創(chuàng)建具有更多電平數的換流器。這是通器并使用更多的STATCOM閥和二極管閥實現的。例如，在五電平NPC換流