《集成門極換流晶閘管(IGCT)高壓直流換流閥第2部分：試驗方法》標準化發(fā)展報告StandardizationDevelopmentReporton"IntegratedGate-CommutatedThyristor(IGCT)HighVoltageDirectCurrentConverterValve-Part2:TestMethods"摘要隨著我國"碳達峰、碳中和"戰(zhàn)略目標的推進，高壓直流輸電技術(shù)作為新能源開發(fā)利用的關(guān)鍵支撐技術(shù)，其創(chuàng)新發(fā)展具有重要意義。集成門極換流晶閘管(IGCT)高壓直流換流閥是我國自主創(chuàng)新的新一代直流輸電技術(shù)，相比傳統(tǒng)晶閘管換流閥具有主動關(guān)斷能力，可有效解決換相失敗問題，同時保持大容量、低成本、低損耗等優(yōu)勢。本報告系統(tǒng)分析了IGCT高壓直流換流閥試驗方法標準的立項背景、技術(shù)特點和重要意義。報告指出，現(xiàn)有直流換流閥試驗標準主要基于傳統(tǒng)LCC和VSC技術(shù)，無法滿足IGCT換流閥的特殊試驗需求。新標準的制定將填補技術(shù)空白，規(guī)范IGCT換流閥的型式試驗和例行試驗方法，包括主動關(guān)斷試驗、最小關(guān)斷角試驗等關(guān)鍵技術(shù)驗證內(nèi)容。報告詳細介紹了標準的主要技術(shù)內(nèi)容，包括使用環(huán)境條件、基本參數(shù)等級、型式試驗和例行試驗要求等。通過清華大學(xué)、懷柔實驗室等單位的工程實踐驗證，該技術(shù)已具備國際領(lǐng)先水平。標準的制定將促進產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展，提升我國在直流輸電領(lǐng)域的自主創(chuàng)新能力和國際競爭力，為"雙碳"目標的實現(xiàn)提供重要技術(shù)支撐。關(guān)鍵詞：集成門極換流晶閘管；高壓直流輸電；換流閥；試驗方法；標準化；IGCT；HVDC；testmethod正文1.立項背景與意義在能源轉(zhuǎn)型背景下，高壓直流輸電技術(shù)面臨新的發(fā)展機遇與挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)晶閘管換流閥(LCC)存在換相失敗的固有缺陷，而基于IGBT的電壓源換流器(VSC)雖解決了主動關(guān)斷問題，但在大容量應(yīng)用中面臨成本高、損耗大等限制。IGCT高壓直流換流閥的創(chuàng)新設(shè)計融合了二者的優(yōu)勢，既具備主動關(guān)斷能力，又保持了傳統(tǒng)直流輸電的經(jīng)濟性和可靠性。我國在該技術(shù)領(lǐng)域已取得突破性進展。2023年7月，清華大學(xué)聯(lián)合多家單位成功研制世界首套IGCT高壓直流換流閥，并通過全部見證試驗。該技術(shù)已獲得周孝信院士等權(quán)威專家的高度評價，被認為"具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)"、"總體達到國際領(lǐng)先水平"。隨著蒙西電網(wǎng)特高壓多端直流示范工程等重大項目的推進，IGCT換流閥的工程應(yīng)用需求日益迫切。然而，現(xiàn)有標準體系存在明顯不足。IEC61954、GB/T20990.1等現(xiàn)行標準主要針對傳統(tǒng)換流閥設(shè)計，無法有效指導(dǎo)IGCT換流閥的特殊試驗要求，如主動關(guān)斷特性驗證、最小關(guān)斷角測試等。這種標準滯后現(xiàn)象制約了技術(shù)的規(guī)范化發(fā)展和工程推廣。因此，制定專門的試驗方法標準具有重要的現(xiàn)實意義：1)確保設(shè)備安全可靠運行2)統(tǒng)一行業(yè)測試規(guī)范3)促進技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級4)增強我國在國際標準領(lǐng)域的話語權(quán)2.標準技術(shù)特點與創(chuàng)新本標準針對IGCT換流閥的技術(shù)特性，建立了完整的試驗方法體系，主要創(chuàng)新點包括：2.1主動關(guān)斷能力驗證設(shè)計了專門的主動關(guān)斷試驗流程，包括：-不同電流等級下的關(guān)斷特性測試-關(guān)斷時間測量-關(guān)斷損耗評估-重復(fù)關(guān)斷穩(wěn)定性驗證2.2復(fù)合應(yīng)力試驗方法創(chuàng)新性地提出了電-熱-機械多物理場耦合試驗方案：-電應(yīng)力：1.2倍額定電壓下的絕緣試驗-熱應(yīng)力：最高環(huán)境溫度+滿載運行工況-機械應(yīng)力：模擬地震工況的振動試驗2.3長期可靠性評估引入1000小時連續(xù)運行試驗要求，遠高于傳統(tǒng)標準的168小時考核周期，確保設(shè)備在長期運行中的穩(wěn)定性。2.4智能化測試技術(shù)結(jié)合數(shù)字孿生技術(shù)，建立了虛實結(jié)合的試驗驗證體系：-數(shù)字仿真預(yù)測試驗結(jié)果-物理試驗驗證關(guān)鍵參數(shù)-大數(shù)據(jù)分析評估設(shè)備狀態(tài)3.標準主要內(nèi)容本標準的技術(shù)框架包括以下核心內(nèi)容：3.1使用環(huán)境條件-溫度范圍：-25℃～+50℃-相對濕度：≤95%(無凝露)-海拔高度：≤1000m(特殊要求可擴展至2000m)-抗震要求：滿足IEEE693規(guī)定的抗震等級3.2基本參數(shù)等級|參數(shù)類型|典型等級||---------|---------||額定電壓|±800kV||額定電流|3000A/5000A||關(guān)斷時間|≤10μs||損耗指標|≤0.8%額定功率|3.3型式試驗項目1)電氣性能試驗-最小關(guān)斷角試驗-主動關(guān)斷能力試驗-絕緣試驗(工頻、雷電沖擊、操作沖擊)-短路電流承受能力試驗2)環(huán)境適應(yīng)性試驗-高低溫循環(huán)試驗(-40℃～+85℃)-濕熱試驗(40℃,93%RH)-鹽霧試驗(96小時)3)機械性能試驗-振動試驗(0.5g～2.0g)-沖擊試驗(15g,11ms)-運輸模擬試驗3.4例行試驗要求-外觀檢查(符合GB/T1184)-基本功能測試-局部放電檢測(≤10pC)-冷卻系統(tǒng)密封性試驗-100小時連續(xù)運行考核4.主要參與單位介紹清華大學(xué)電機工程與應(yīng)用電子技術(shù)系作為本標準的主要起草單位，在高壓直流輸電領(lǐng)域具有深厚的技術(shù)積累。該系直流輸電研究團隊成立于1980年代，先后承擔了國家973計劃、863計劃、重點研發(fā)計劃等多項重大科研項目。在IGCT換流閥技術(shù)研發(fā)方面，清華大學(xué)取得了系列突破性成果：-2021年：完成世界首臺5kV/3kAIGCT器件開發(fā)-2023年：建成±800kVIGCT換流閥試驗平臺-2024年：開發(fā)出基于數(shù)字孿生的智能測試系統(tǒng)團隊負責人曾榮獲國家科技進步二等獎3項，發(fā)表SCI論文200余篇，擁有發(fā)明專利50余項。在標準制定方面，團隊主導(dǎo)或參與了GB/T20990、DL/T1193等20余項國家/行業(yè)標準的編制工作，具有豐富的標準化經(jīng)驗。5.結(jié)論與展望《集成門極換流晶閘管(IGCT)高壓直流換流閥第2部分：試驗方法》標準的制定，填補了我國在新型直流輸電技術(shù)標準體系的空白，為IGCT換流閥的工程應(yīng)用提供了規(guī)范化的測試依據(jù)。該標準具有以下突出價值：1)技術(shù)創(chuàng)新性：首次系統(tǒng)提出了IGCT換流閥的專用試驗方法，解決了主動關(guān)斷等關(guān)鍵技術(shù)驗證難題。2)工程指導(dǎo)性：通過型式試驗和例行試驗的規(guī)范化要求，確保設(shè)備滿足實際工程運行條件。3)產(chǎn)業(yè)帶動性：促進IGCT器件、閥段設(shè)計、測試設(shè)備等產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展。未來，隨著±800kV/8000MW等更高參