GB∕T 33348-2016 高壓直流輸電用電壓源換流器閥 電氣試驗

I 1 13術(shù)語和定義 1 44.1型式試驗執(zhí)行的導則 4 5 64.4型式試驗成功的判據(jù) 65型式試驗項目 7 86.1試驗?zāi)康?8 86.3試驗回路 86.4最大連續(xù)運行負荷試驗 9 96.6最小直流電壓試驗 97閥支架的絕緣試驗 7.1試驗?zāi)康? 7.3試驗要求 8.1試驗?zāi)康? 8.3試驗要求 9.1試驗?zāi)康? 9.3試驗要求 ⅡGB/T33348—2016/IEC62501 20 20 21附錄A(資料性附錄)HVDC輸電用VSC換流器綜述 22附錄B(資料性附錄)閥部件的故障耐受能力 ⅢGB/T33348—2016/IEC6250本標準按照GB/T1.1—2009給——GB311(所有部分)絕緣配合[IEC60071(所有部分)];——GB/T——GB/T16927(所有部分)高電壓試驗技術(shù)[IEC60060(所有部分)];27025—2008檢測和校準實驗室能力的通用要求(ISO/IEC17025:2005,IDT);28563—2012±800kV特高壓直流輸電用晶閘管閥電氣試驗(IEC60700-1:2008,——IEC62501:2014原文中IEC60700-1:1998已被IEC60700-1:200860700-1:1998改為IEC60700-1:2008。1GB/T33348—2016/IEC6250本標準適用于高壓直流輸電系統(tǒng)或背靠背系統(tǒng)的三相橋式電壓源換流器(VSC)的自換相換流閥。本標準的范圍包括了應(yīng)用于高壓直流(HVDC)過電壓限制的動態(tài)制動閥的電氣型式試驗和例行下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引GB/T7354—2003局部放電測量(IEC60270:2000,IDT)ISO/IEC17025檢測和校準實驗室能力的通用要求(Generalrequirementsforthecompetenceoftestingandcalibrationlaboratories)IEC60060(所有部分)高電壓試驗技術(shù)(High-voltagetesttechniques)IEC60071(所有部分)絕緣配合(Insulationco-ordination)IEC60700-1:2008高壓直流輸電晶閘管閥第1部分：電氣試驗(Thyristorvalvesforhighvoltagedirectcurrentpowertransmission—Part1:Electrica2絕緣柵雙極晶體管insulatedgatebipolartransistor在所有IGBT上持續(xù)施加一個關(guān)斷信號時換流器的工作狀3GB/T33348—2016/IEC62501:2014開關(guān)型VSC閥switchtypeVSCvalve可控電壓源型VSC閥controllablevoltagesourcetypeVSCvalve僅由二極管作為主要半導體器件與相關(guān)電路和部件(如有)組成的半導體閥，可VSC閥的不可分割的最小功能單元。4由至少兩個閥或至少一個VSC相單元共用一個閥支由若干閥級和其他部件構(gòu)成的用于測試目的的電氣組合(成套裝置),按比例呈現(xiàn)完整閥的電氣交以前的型式試驗報告替代進行型式試驗供買方考慮。同時應(yīng)提出一本條不適用于閥支架結(jié)構(gòu)和多重閥單元試驗。7.2和8.2中規(guī)定了這些試驗的試品；5GB/T33348—2016/IEC62501:2014需要進行試驗的閥級的總數(shù)試驗應(yīng)按照IEC60060進行[若適用時充分考慮IEC60071(所有部分)]。局部放電測量應(yīng)按交流絕緣試驗在50Hz下進行。運行試驗對頻率的特別要求在相關(guān)章節(jié)中給出。型式試驗參數(shù)是根據(jù)系統(tǒng)研究，由閥可能承受的最惡劣運行和故障工況確定。工況說明可參見在相關(guān)條款中有要求時，試驗電壓應(yīng)按IEC60060-1的規(guī)定進行大氣修正。進行修正的參考條件●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，則海拔超過1000m時應(yīng)進行大氣修正。因此，如果設(shè)備安裝地點的海拔as不大于1000m,則應(yīng)使用無海拔修正因數(shù)的標準大氣壓(b?=101.3kPa)。如果設(shè)備安裝地點的海拔高度a?大于1000m,應(yīng)根據(jù)IEC60060-1的標準程序進行高海拔修正，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，則按IEC60060-1采用標準參考大氣壓b?(b?=101.3kPa)進行。6 (1)N.閥中串聯(lián)閥級的總數(shù)；N.閥中冗余的串聯(lián)閥級的總數(shù)。對于在閥端子間的所有絕緣試驗，應(yīng)短路冗余的閥級。閥級短路的位置，應(yīng)由買方和賣方協(xié)商N試品中沒有短路連接的串聯(lián)閥級的數(shù)量；全部壽命期間可能會承受到的少數(shù)幾次最嚴重的應(yīng)力?？紤]到上述情況a)第5章所列出的某項型式試驗，有一個以上的閥級(若更多，且超過受試閥級的1%)發(fā)生短路b)若下面的某項型式試驗中，有一個閥級(或更多，若仍在1%限制之內(nèi))發(fā)生短路或開路，則應(yīng)c)若在所有型式試驗期間，短路或開路的閥級數(shù)量累計大于受試閥級的3%,則認為該閥未通過7GB/T33348—2016/IEC62501:20141)檢查閥級的電壓耐受能力；2)檢查門極電路；3)檢查監(jiān)測電路；4)檢查閥各組成部分的所有保護電路；5)檢查均壓電路。f)檢查試驗期間發(fā)生短路的閥級數(shù)量應(yīng)作為上面定義的驗收判據(jù)的一部分。除了短路或開路的閥級之外，在型式試驗程序和后來的檢查試驗中發(fā)生的，未導致閥級短路后果的故障閥級總數(shù)，無論多少，也不得超過在絕緣和運行試驗中受試閥級數(shù)的3%。若這樣的閥級數(shù)超過了g)當使用百分比準則來決定允許的短路或開路閥級最大數(shù)目和允許的未導致短路或開路的故障出現(xiàn)的短路或開路閥級數(shù)在全部型式試驗中允許出33及以下111122133表3列出了第6章至第12章給出的型式試驗項目。章條款試品閥或閥組件閥或閥組件閥或閥組件8表3(續(xù))章條款試品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操作沖擊試驗閥支架閥支架雷電沖擊試驗閥支架多重閥單元對地直流電壓試驗多重閥單元多重閥單元交流電壓試驗多重閥單元多重閥單元操作沖擊試驗多重閥單元多重閥單元雷電沖擊試驗多重閥單元閥交流-直流電壓試驗閥(或閥組件，若買方與賣方達成一致)閥操作沖擊試驗閥雷電沖擊試驗IGBT過電流關(guān)斷試驗閥或閥組件閥或閥組件閥抗電磁干擾試驗閥(或閥組件，若買方與賣方達成一致)a)檢查閥中VSC/二極管閥級及其相關(guān)電氣回路在最嚴重重復(fù)應(yīng)力下開通、關(guān)斷以及導通時足b)證明VSC閥的電子電路和功率回路之間配合正確。試驗應(yīng)在完整的閥或閥組件上進行。主要根據(jù)閥的設(shè)計和試驗場地的容許的試驗對于含有5個或更多串聯(lián)連接的閥級是有效的。如果對少于5個閥級的閥組件進行試驗，應(yīng)就額外的試驗安全系數(shù)達成一致意見。在任何情況下受試的串聯(lián)連接的閥級數(shù)都不應(yīng)少于3個。受試的閥或閥組件應(yīng)與所有的輔助元件組裝在一起。需要時，應(yīng)如果閥設(shè)計為含有內(nèi)置直流電容器的可控電壓源，直流電容器及其9GB/T33348—2016/IEC器進行合理的配置。特別地，在試驗中應(yīng)正確地重現(xiàn)直6.4最大連續(xù)運行負荷試驗試驗需要在換流器最嚴酷的運行條件下重現(xiàn)下列參數(shù)。重現(xiàn)所有參數(shù)最大值可能需要不止一項 試驗電流方均根值應(yīng)乘以一個1.05的試驗安全系數(shù)。 (3)kn——按照4.3.1的試驗比例系數(shù)；在出口冷卻液溫度達到穩(wěn)定后試驗的持續(xù)時間應(yīng)不少于30min。試驗開始前，閥或閥組件應(yīng)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)運行負荷通過解鎖閥或閥組件，或者通過保持閉鎖狀態(tài)并監(jiān)測閥電子電路回報信號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(xiàn)的最高運行電壓。不大于最大試驗電壓的50%,電壓應(yīng)在盡可能短的時間內(nèi)上升至規(guī)定的1min試驗電壓，——平均每分鐘500pC以上的脈沖數(shù)目應(yīng)不超過7個；——平均每分鐘1000pC以上的脈沖數(shù)目應(yīng)不超過3個；——平均每分鐘2000pC以上的脈沖數(shù)目應(yīng)不超過1個。GB/T33348—2016/IECUtds=±Udmsi×k?×kt3h試驗Ud=士Udms?×k?試驗水平應(yīng)按4.2中規(guī)定進行大氣修正。之間。起始電壓應(yīng)不大于最大試驗電壓的50%,電壓上升至規(guī)定的1min試驗電壓，保持1min恒定，200pC,此設(shè)計可完全接受。如果大于200pC,則應(yīng)對試驗結(jié)果進行評估。 (7)試驗水平應(yīng)按4.2中規(guī)定進行大氣修正。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次負極性操作沖擊電壓。應(yīng)采用符合IEC60060的標準操作沖擊電壓波形。試驗電壓應(yīng)按照VSC換流站的絕緣配合選取。試驗水平應(yīng)按4.2中規(guī)定進行大氣修正。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(yīng)采用符合IEC60060的標準雷電沖擊電壓波形。試驗電壓應(yīng)按照VSC換流站的絕緣配合選取。本章僅適用于一個公共閥結(jié)構(gòu)上安裝的多個閥(多重閥單元),不適用于專用閥結(jié)構(gòu)上安裝的單a)驗證多重閥單元的外絕緣的電壓耐受能力，考慮其周圍環(huán)境的影響，尤其是在極電位上連接8.2試品8.3試驗要求起始電壓應(yīng)不大于最大試驗電壓的50%,電壓應(yīng)在盡可能短的時間內(nèi)上升至規(guī)定的1min試驗電——平均每分鐘500pC以上的脈沖數(shù)目應(yīng)不超過7個；——平均每分鐘1000pC以上的脈沖數(shù)目應(yīng)不超過3個；——平均每分鐘2000pC以上的脈沖數(shù)目應(yīng)不超過1個。Utdm=±Udmml×k?×kt (8)3h試驗Utdm=士Udmm2×k? (9)起始電壓應(yīng)不大于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，200pC,此設(shè)計可完全接受。如果大于200pC,則應(yīng)對試驗結(jié)果進行評估。 (10)試驗由施加3次正極性和3次負極性的規(guī)定幅值的操作沖擊電壓組成。Utsm=±SIPLm×k?×k (11)SIPLm——考慮到多重閥單元的高壓端子與地之間連接有如果上述試驗不能充分地驗證多重閥單元所有端子間的操作沖擊耐應(yīng)采用符合IEC60060的標準雷電沖擊電壓波形。試驗由施加3次正極性和3次負極性的規(guī)定幅值的雷電沖擊電壓組成。 (12)LIPLm——考慮到多重閥的高壓端子與地之間接有避雷器，由絕緣配合所決定的雷電沖擊保護kt——大氣修正系數(shù)，k.按4.2取值。如果上述試驗不能充分地驗證多重閥的所有端子間的雷電沖擊耐受法。這種方式為工業(yè)化提供了很有利條件，因為它可將很多現(xiàn)有的高壓試驗技術(shù)移植到高壓直流應(yīng)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系數(shù)。賣本項試驗包括短時試驗和長時間試驗。短時試驗再現(xiàn)了某一換流器或系統(tǒng)故障導致的疊加的交起始電壓應(yīng)不大于最大試驗電壓的50%,電壓應(yīng)在盡可能短的時間內(nèi)上升至規(guī)定的10s試驗電明閥中對局部放電敏感的元件都通過了試驗。直流局放測量中，應(yīng)在規(guī)定的3h試驗的最后1h記錄?！骄糠昼?00pC以上的脈沖數(shù)目應(yīng)不超過7個；——平均每分鐘1000pC以上的脈沖數(shù)目應(yīng)不超過3個；——平均每分鐘2000pC以上的脈沖數(shù)目應(yīng)不超過1個。Utw?=(kc?Utael×sin2πft+Utacl)×k。×k?Uma——閥最大暫態(tài)過電壓交流分量峰值。應(yīng)考慮實際運行工況下由于過電壓而裝設(shè)的閥避雷器Uacl——閥最大暫態(tài)過電壓直流分量峰值。應(yīng)考慮實際運行工況下由于過電壓而裝設(shè)的閥避雷器CTL型換流器，電壓階躍過沖系數(shù)與一個子單元或一個子模塊的電壓階躍過沖系數(shù)3h試驗電壓Utv?應(yīng)按式(14)～式(16 (14) (15) (16)Umaxcont——指交流系統(tǒng)或連接變壓器閥側(cè)(如果交流系統(tǒng)和換流器之間有連接變壓器) (17)Uv=Ucm×ko×k?2Uv=Ucm?×k?！羕14 (20) (21)GB/T33348—2016/IEC62501:2014試驗應(yīng)首先使相關(guān)半導體元件(見6.4)達到最高穩(wěn)態(tài)結(jié)溫并運行在熱平衡狀路)電流試驗。應(yīng)考慮所有可能的過載工況(幅值和持續(xù)時間),以確定IGBT和二極管的最大結(jié)溫上短路電流的幅值、持續(xù)時間和周期數(shù)應(yīng)是實際運行中預(yù)期達到的最大值。電流不施加試驗安全主要目的是為了驗證閥抵抗從閥內(nèi)部產(chǎn)生及外部強加的瞬時電壓和電流引起的電磁干擾(電磁擾行負荷試驗和最大暫態(tài)過負荷運行試驗(見6.4和6.5)、閥沖擊試驗(見9.3.3和9.3.4)以及IGBT過電流關(guān)斷試驗(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于閥監(jiān)測回路的錯誤數(shù)據(jù)而出現(xiàn)閥基電子單元將閥級故障的錯誤指示或當驗證抵抗多重閥單元中鄰近閥間耦合引起的電方法1是模擬電磁干擾源直接作為試驗設(shè)備的一部分。這樣的試驗設(shè)備要求有兩個及以上的閥或閥組件以檢查它們之間的相互影響。與受試閥相關(guān)的電磁干擾源的幾何布局應(yīng)盡可能接近實際(或從方法1和方法2的驗收判據(jù)應(yīng)符合12.1中的規(guī)定。GB/T33348—2016/IEC62501:2014為了檢驗生產(chǎn)正確，買方和賣方應(yīng)協(xié)商哪個部件和組件是設(shè)計GB/T33348—2016/IEC6250HVDC輸電用VSC換流器綜述HVDC中的電壓源換流器與傳統(tǒng)HVDC的換流器(電流源換流器)有著本質(zhì)的區(qū)別。電壓源換流相反。直流電壓的平波可通過大容量的直流電容器來完成對所有可能的VSC閥拓撲結(jié)構(gòu)進行詳細討論將大大超出本標準的范圍。該附錄的目的在于對VSC和傳統(tǒng)HVDC晶閘管閥的主要區(qū)別，以及VSC閥的幾種主要形式做一個簡單概述，在一定程度本附錄將會對迄今為止已知的主要換流器技術(shù)進行綜述。但是，不會以圖A.1)。需要特別指出的是n電平換流器有(2n-1)種可能的線電壓值。-o交流端子U通常接地)只有兩種可能的狀態(tài)：+1/2Ud.和—1/2Ud。如果該橋臂的VSC閥僅按照基頻進行開通和關(guān)斷，則輸出的交流電壓波形和標準正弦波相差很GB/T33348—2016/IEC6250到的輸出電壓就可能是理想正弦波。圖A.2給出了兩種情況的圖示。圖A.2兩電平換流器VSC相單元輸出電壓波形接近正弦波同時無需或僅需少量的濾波裝置。圖A.3給出了一個15電平換流器的輸出電壓波形，它已圖A.3未采用PWM的15電平換流器的VSC相單元輸出電壓波形A.3主要的VSC閥類型綜述GB/T33348—2016/IEC62501:2014這種類型的VSC閥呈現(xiàn)和傳統(tǒng)晶閘管閥比較接近的外觀，VSC閥中包括了大量串聯(lián)連接的同步這種類型的閥通常用在輸出電平相對較少的換流器中。為了補償較少的一些較常見的采用這種類型VSC閥的換流器拓撲結(jié)構(gòu)如下所述。這種換流器的電路拓撲結(jié)構(gòu)非常簡單(見圖A.4),無需過多解釋。當閥V1開通時，交流端子與上直流輸電系統(tǒng)本相電壓U類型的中性點由2個以上的IGBT閥和二極管閥連接。在最簡單的3電平換流器電路型式中(見圖A.5),每相單元由4個獨立的VSC閥串聯(lián)而成。直流電容器被細分成兩個串聯(lián)的單元(因為經(jīng)常與兩電平換流器進行對比)。交流端子被連接在閥V2和閥V3之間，1/4和3/4點(位于閥V1/V2和閥V3/V4之間)經(jīng)過二極管閥被連接到直流中性點。上方直流端子上，這樣就產(chǎn)生了+1/2Ud的輸出電壓。當閥V3和閥V4開通時，交流端子被連接在下GB/T33348—2016/IEC62501:2014在5電平換流器中，直流電容器被細分成4個不連續(xù)的部分，同時包括8個VSC閥和6個二極管閥(見圖A.6)。在這種電路中，閥中同時有4組相鄰的閥參與開關(guān)動作。例如閥V1、閥V2、閥V3和閥V4這種電路結(jié)構(gòu)可通過不同的方法得到和二極管箱位換流器相同的結(jié)果。三電平飛跨電容器換流器(見圖A.7)有一個單獨的飛跨電容器額定電壓為1/2Ude。這個電容器被連接在閥V1/V2之間端子和閥V3/V4之間端子的中間。在使用三電平飛跨電容換流器時。閥體中雖然也是一對閥同時開通或關(guān)斷，但是取得零輸出電壓的模式是不同的。如果要輸出0電壓，則需要閥閥電壓U(VI)U(V2)UU閥電壓U(VI)U(V2)UU0輸出同樣電平數(shù)量下，這種拓撲結(jié)構(gòu)每相單元VSC閥的數(shù)量與二極管箱位換流器的VSC閥的數(shù)A.5“可控電壓源”型VSC閥個直流端子之間的可控的電壓源(見圖A.8)。VSC閥VSC閥直流輸電系統(tǒng)相單元中每一個閥V1和閥V2產(chǎn)生一個由正弦交流分量和直流偏置(等于1/2Udc)構(gòu)成的輸出電由于這種回路是固有模塊，獲得較多輸出電平就相對簡單，并不需要采用PGB/T33348—2016/IEC6250A.5.2模塊化多電平換流器(MMC)圖A.9給出了MMC電路的一種實現(xiàn)方式。每個子模單獨的直流電容和兩個IGBT開關(guān)構(gòu)成。實際上，這種電路和兩電平換流器的非常相似(參見圖A.4),除了子模塊之間的相互連接是由一個子模塊的交流端子(IG壓Ud。拓撲結(jié)構(gòu)一樣，這種換流器不具備抑制換流器直流端短