DL-T2033-2019火电厂用高压变频器功率单元试验方法

DL/T2033—2019

火电厂用高压变频器功率单元试验方法

1范围

本标准规定了火电厂用高压变频器功率单元的术语和定义、试验条件、试验项目、参数核对、性能

试验等要求。

本标准适用于额定输入电压交流6kV和10kV等级，额定输入频率为50Hz或60Hz，输出电压不

大于10kV，输出频率不大于60Hz的火电厂用高压变频器功率单元试验。

2规范性引用文件

下列文件对于本标准的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本标

准。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本标准。

GB/T2423.3电工电子产品环境试验第3部分：试验方法试验Cab：恒定湿热试验

GB/T2900.33电工术语电力电子技术

GB/T2900.83-2008电工术语电的和磁的器件

GB12668.3调速电气传动系统第3部分：电磁兼容性要求及其特定的试验方法

GB12668.501-2013调速电气传动系统第5-1部分安全要求电气、热和能量

GB/T17626.2电磁兼容试验和测量技术静电放电抗扰度试验

GB/T17626.3电磁兼容试验和测量技术射频电磁场辐射抗扰度试验

GB/T17626.4电磁兼容试验和测量技术电快速瞬变脉冲群抗扰度试验

GB/T17626.5电磁兼容试验和测量技术浪涌(冲击)抗扰度试验

GB/T17626.6电磁兼容试验和测量技术射频场感应的传导骚扰抗扰度

GB/T29332半导体器件分立器件第9部分：绝缘栅双极晶体管（IGBT）

GB/T30843.11kV以上但不超过35kV的通用变频调速设备第1部分：技术条件

GB/T30843.21kV以上但不超过35kV的通用变频调速设备第2部分：试验方法

DL/T1195-2012火电厂用高压变频器运行与维护规范

3术语和定义

由GB/T2900.33、GB/T2900.83、GB12668.501、GB/T30843.2、DL/T1195界定的以及下列术语

和定义适用于本文件。为便于使用，以下重复列出了某些术语和定义。

3.1

高压变频器highvoltagevariablefrequencydrive

改变输出频率和输出电压控制交流高压电动机转速的调速控制装置。

[DL/T1195-2012，术语和定义3.1]

3.2

整流器rectifier

1

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将单相或多相交流电流变换成单一方向电流的电能变换器。

[GB/T2900.83-2008，术语和定义151-13-45]

3.3

逆变器inverter

将直流电流变换成单相或多相交流电流的电能变换器。

[GB/T2900.83-2008，术语和定义151-13-46]

3.4

基本绝缘basicinsulation

设置在带电部分上，作为电击基本防护的绝缘。

[GB12668.501-2013，术语和定义3.3]

3.5

保护隔离protectiveseparation

在电路之间通过基本保护和附加保护措施（基本绝缘加附加绝缘或保护屏蔽）或一种等效保护措施

（例如加强绝缘）实现隔离。

[GB12668.501-2013，术语和定义3.32]

4功率单元

4.1构成

功率单元由主电路和控制电路构成。主电路应包括输入母线、整流器、直流环节、逆变器、旁路环

节、输出母线。控制电路应包括控制电源电路、光纤通讯电路、指令运算电路、IGBT驱动电路。功率

单元主电路典型结构原理图见图1。

整流器直流环节逆变器旁路环节

晶闸管

输入母线

输出母线

接触器

图1功率单元主电路典型结构原理图

4.2输出额定容量

在规定的电源条件下，输出额定电压和额定频率时，功率单元的输出容量应不低于额定容量。

5试验条件

5.1一般要求

正常的试验环境条件下，环境温度范围宜为5℃～40℃，相对湿度范围宜为5%～85%，无凝露；

电气试验条件应符合GB/T30843.1的规定；应有保护试验人员的安全措施。

5.2仪器仪表

试验仪器、仪表、传感器均应经计量检定或校准合格并在有效期内。电气测量仪表准确度不应低于

0.5级（兆欧表除外），温度计的误差不应大于±1℃。

2

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5.3试验平台

功率单元的试验应在与实际工作等效的试验平台上进行，试验平台宜由交流电子负载、外部电网组

成。交流电子负载可吸收功率单元输出的交流电能，并对电网进行电能回馈。功率单元典型试验平台原

理图见图2。

交流

电子负载

电网

功率单元

配电

三相

调压器

试验平台

图2功率单元典型试验平台原理图

6试验

6.1试验项目

6.1.1样品应进行型式试验、出厂试验和例行试验，试验项目应符合表1规定。

6.1.2试验周期应根据设备运行情况设定，在有下列情况之一时，应进行例行试验：

a）设备运行后3年～5年；

b）功率单元发生严重故障时；

c）功率单元更换控制板卡等重要部件时；

d）因功率单元频繁故障而致高压变频器停机时；

e）用户认为有必要时。

表1试验项目

类别试验项目型式试验出厂试验例行试验

二极管参数核对√√√

电容参数核对√√√

参数核对IGBT参数核对√√√

晶闸管参数核对√√√

接触器参数核对√√√

绝缘试验√√√

控制电路上电试验√√√

性能试验

主电路加电试验√√√

电压保护试验√√√

3

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表1（续）

类别试验项目型式试验出厂试验例行试验

过温保护试验√√

IGBT驱动保护试验√√√

性能试验电磁兼容试验√√√

负载试验√√

湿热试验√

6.2参数核对

6.2.1二极管参数核对

二极管参数应符合表2要求。

表2二极管参数

参考电流参考电压

器件名称

AV

整流二极管＞1.414IAN＞2UAN

旁路二极管＞2IVN＞2UVN

注：IAN－功率单元输入额定电流有效值；IVN－功率单元输出额定电流有效值；UAN－功率单元输入额定电压有效值;UVN

－功率单元输出额定电压有效值。

6.2.2电容参数核对

直流环节电容参数应符合表3要求。

表3直流环节电容参数

参考容量输入电压参考寿命

器件名称

μFVh

电解电容＞60IAN69010000（85℃）

薄膜电容＞30IAN690100000（70℃）

注：输入电压小于690V的功率单元，按反线性比例计算参考容量。

6.2.3IGBT参数核对

IGBT参数应符合表4要求。

表4IGBT参数

结温参考电流参考电压

器件名称

℃AV

IGBT（绝缘栅双极型晶体管）150＞2IVN＞2UVN

4

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6.2.5晶闸管和接触器参数核对

晶闸管和接触器参数应符合表5要求。

表5晶闸管和接触器参数

参考电流参考电压

器件名称

AV

晶闸管＞1.414IVN＞2UVN

接触器＞1.414IVN/3＞UVN

6.3性能试验

6.3.1绝缘试验

a）绝缘电阻

额定绝缘电压值不超过1000V时，绝缘电阻值应大于1MΩ。

测量绝缘电阻的试验电压应符合表6要求。

表6测量绝缘电阻的试验电压单位：V

额定绝缘电压U试验电压

U≤50250

50＜U≤300500

300＜U≤10001000

b）绝缘电压

主电路、控制电路的绝缘电压，应符合表7要求。

表7绝缘电压单位：V

冲击电压暂时过电压

系统电压

（峰值/有效值）

IIIIIIIV

≤5033050080015001770/1250

100500800150025001840/1300

1508001500250040001910/1350

30015002500400060002120/1500

60025004000600080002550/1800

1000400060008000120003110/2200

c）交流或直流电压试验

交流或直流试验电压应符合表8要求。

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表8交流或直流试验电压单位：V

型式试验、出厂试验电压型式试验

工作电压

（基本绝缘）（保护隔离电路）

（重复峰值）

交流有效值直流交流有效值直流

≤7180110160220

141160225320450

212240340480680

3303805307601100

44050070010001400

60068096014001900

10001100160022003200

6.3.2控制电路上电试验

控制电路上电试验应测试稳压电源的稳压范围、输出纹波系数。

稳压范围测试时，稳压电源应接额定负载，根据稳压范围的要求，改变输入电压幅值，测量输出

电压的变化，输出电压与额定电压偏差应小于5%。

输出纹波系数测试时，输入、输出电压和负载电流应为额定值，测量输出纹波电压峰峰值，输出

电压纹波系数应小于2%。

6.3.3主电路加电试验

在IGBT闭锁条件下，对功率单元主电路加电，逐步升压至额定值。记录不同输入电压下的直流环

节电压值、电容均压值、报警动作情况。

6.3.4保护功能试验

a）电压保护试验

电压保护应包含欠压、过压、输入缺相等功能。欠压保护定值上限应小于75%Ud，过压保护定值

下限应大于125%Ud，输入缺相时应正确报警。

注：Ud为直流母线额定电压。

b）过温保护试验

在功率单元控制板过温采集端施加模拟过温信号，功率单元应正确报警。

6.3.5IGBT驱动保护试验

a）IGBT损坏时的驱动保护试验

功率单元中的IGBT损坏（IGBT开路或短路）时，IGBT驱动应具有保护功能，试验原理图见图3。

IGBT驱动

光纤控制连线

试验用控制单元功率单元控制板IGBT故障发生器

图3IGBT损坏时的驱动保护试验原理图

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b）驱动保护性能试验

确认功率单元中IGBT驱动保护的性能，应按GB/T29332中的测试方法，对功率单元IGBT进行

双脉冲测试。

6.3.6电磁兼容试验

a）最低抗扰度

功率单元的最低抗扰度应符合表9要求。

表9最低抗扰度

测试部位试验项目依据标准抗扰度等级

8kVCD或8kVAD（CD不可能

静电放电GB/T17626.2

时）

机壳端口

80MHz～1000MHz，3V/m，80%

射频电磁场（调幅）GB/T17626.3

AM(1kHz)

快速瞬变GB/T17626.44kV/5kHz

浪涌（1.2/50μs,8/20μs）GB/T17626.51kV，2kV

电源端口0.15MHz～80MHz，10V，80%

传导性射频共模GB/T17626.6

AM(1kHz)

快速瞬变GB/T17626.44kV/5kHz，容性钳

快速瞬变GB/T17626.44kV/5kHz，容性钳

信号接口0.15MHz～80MHz，3V，80%

传导性射频共模GB/T17626.6

AM(1kHz)

注：CD:接触放电；AD：空气放电；AM：调幅。

b）电磁兼容试验

功率单元的电磁兼容性试验，应按GB12668.3执行。

6.3.7负载试验

a）无功负载试验

功率单元输出侧接电抗器，调节功率单元输出无功电流至110%的输出额定电流，IGBT关断尖峰

电压应小于1.4Ud，电解电容纹波电压应小于3.5%Ud，电解电容纹波电压应小于5.5%Ud。

b）有功负载试验

采用交流电子负载对功率单元进行有功负载测试，考核长时间带载稳定性和温升特性。应包含额定

负载测试和过载测试，测试标准按GB/T30843.1执行。有功负载试验原理图见图4。

c）湿热试验（稳态）

功率单元湿热试验（稳态）应按GB/T2423.3、GB12668.501执行。试验温度应为（40±2）℃，

相对湿度应为（93±3）%，暴露持续时间应大于24h。

7

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交流电子负载

功率单元

二极管整流器直流环节层间母线散热片IGBT逆变器

试验用

控制单元

温度采集系统

图4有功负载试验原理图

6.4试验流程

功率单元试验典型流程参见附录A。

7试验报告

7.1编写要求

a）试验报告应包含下列内容：

1）设备参数；

2）试验依据；

3）试验项目；

4）结论。

b）试验项目应包含下列数据：

1）实测数据；

2）试验标准有要求的环境温度或被测试品温度；

3）试验标准有要求的湿度；

4）试验日期；

5）试验仪器仪表的名称、型号。

7.2报告模板

试验报告模板可参见附录B。

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附录A

（资料性附录）

试验典型流程

A．1适用范围

本标准适用于级联式高压变频器功率单元，基本参数可按表A.1确定：

表A.1级联式高压变频器功率单元基本参数

序号参数项基本要求

1额定输入电压690V(AC)

2额定输出电压690V(AC)

3冷却方式风冷

4整流方式二极管不可控整流

5逆变侧控制方式PWM控制方式

6功率单元等效开关频率1.4kHz

7单元输出电平数两电平

A．2试验准备

a)功率单元外观应平整，无过电压、碳化痕迹；

b)功率单元应由隔离变压器供电；

c)试验开始前，应确认系统电气接线及测试仪器接线正确。

A．3试验设备

试验设备可按表A.2确定。

表A.2试验设备

序号设备名称基本要求

1交流电子负载输入电压：0～690V（单相），输出电压：0～380V（三相），容量：200kVA

2三相调压器输入电压：0～380V，输出电压：0～1000V，容量：50kVA

3三相隔离变压器电压：690V，容量：50kVA

4万用表交流档：1500V及以上量程，直流档：1500V及以上量程

5数字示波器4通道

6高压探头2000V及以上测量量程

7测温仪温度成像仪（-20℃～150℃）

8电流钳量程500A

9单相电抗器3000V/400A

A．4保护功能试验

a)试验接线：

保护功能试验接线图参见图A.1。

9

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万用表万用表

R熔断器DC+U

三隔

380VAC/3P相离S

输入调变

V

压压T熔断器

器器

DC-

K1K2

被测功率单元

220VAC试验用控

输入制单元光纤

图A.1保护功能试验接线图

b)试验流程：

1)检查并确认接线正确，对试验用控制单元电源通电；

2)闭合电源侧开关K1，通过三相调压器给功率单元逐步升压至380V±10V时，观察功率

单元控制板电源指示灯、通讯指示灯、试验用控制单元中直流母线电压显示是否正常。

如正常，继续下一步测试，否则终止测试，分析问题原因；

3)分别拔下试验用控制单元两根光纤，当拔下R光纤时，试验用控制单元报光纤接收故障；

对系统进行复位操作，再拔下T光纤，试验用控制单元报光纤发送故障。如上述测试正

常，继续下一步测试，否则终止测试，分析问题原因；

4)对系统进行复位操作，通过调压器继续升压，记录升压过程中功率单元输入电压、直流

母线电压、电容均压、试验用控制单元采样显示的直流母线电压，如果电压数据正常，

升压至690V±10V，否则终止测试，分析问题原因；

5)断开单相空气开关K2，试验用控制单元应报缺相故障，闭合空气开关，缺相故障自动恢

复。如上述测试正常，继续下一步测试，否则终止测试，分析问题原因；

6)继续升压至900V±10V时，试验用控制单元应报过压故障。如果过压故障报警正常，降

低输入电压至870V±10V时，对系统进行复位操作，过压故障报警消除。如上述测试正

常，继续下一步测试，否则终止测试，分析问题原因；

7)继续降低输入电压至480V±10V时，功率单元应报欠压故障；提高输入电压至500V±

10V时，欠压故障报警消除。如上述测试正常，继续下一步测试，否则终止测试，分析

问题原因；

8)试验结束后，对功率单元断电并放电。

A．5电气性能试验

A．5．1空载试验

a)试验接线：

空载试验接线图参见图A.2。

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DL/T2033—2019

RDC+U

三隔

380VAC/3P相离S

调变

输入V

压压T

器器

DC-

K1

高

被测功率单元示

压

波

探

器

头

220VAC试验用控

输入制单元光纤

图A.2空载试验接线图

b)试验流程：

1)检查并确认接线正确，试验用控制单元上电，闭合电源侧开关K1；

2)通过三相调压器给功率单元逐步升压至690V±10V；

3)调节输出频率和电压至额定值，通过示波器观测其输出波形应与图A.3基本一致；

4)如波形输出正常，则功率单元空载运行15min，运行期间，用温度成像仪观测单元内部

温度是否正常；如输出波形或温度有异常，应立即封锁输出，断电检查并分析问题；

5)试验结束后，对功率单元断电并放电。

图A.3功率单元UV输出波形图

A．5．2无功满载试验

a)试验接线：

无功满载试验接线图参见图A.4。

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DL/T2033—2019

温度显示温度显示

万用表

RDC+U

三隔

380VAC/3P相离S

电抗器

输入调变电流钳

压压TV

器器

DC-

K1

被测功率单元高

示

压

波

探

器

头

220VAC试验用控

输入制单元光纤

图A.4无功满载试验接线图

b)试验流程：

1)检查并确认接线正确，试验用控制单元上电，闭合电源侧开关K1；

2)通过三相调压器给功率单元逐步升压至690V±10V；

3)通过试验用控制单元调节功率单元输出至额定电压，观测示波器中电压波形及电流波形；

4)确认输出无误后，记录测试点温度与环境温值，连续运行并记录8h；

5)测试完成后，对功率单元断电并放电。

A．5．3有功满载试验

a)试验接线：

有功满载试验接线图参见图A.5。

温度显示温度显示

万用表

RDC+U

三隔

交流

380VAC/3P相离S

电子

输入调变

电流钳负载

压压TV

器器

DC-

KM

高

被测功率单元示

压

波

探

器

头

220VAC试验用控

输入制单元光纤

图A.5有功满载试验接线图

b)试验流程：

1)检查并确认接线正确，试验用控制单元上电，闭合电源侧开关K1；

2)通过三相调压器给功率单元逐步升压至690V±10V；

3)对交流电子负载上电，启动回馈功能，使交流电子负载处于零功率运行状态；

4)通过试验用控制单元调节功率单元输出至额定电压，观测示波器中电压波形及电流波形；

12

DL/T2033—2019

5)通过调节交流电子负载，使功率单元输出电流逐步增大至额定值；

6)确认输出无误后，记录测试点温度与环境温度，连续运行并记录72h；

7)测试完成后，断电并放电。

A．5．4单双脉冲试验

a)试验接线：

单双脉冲试验接线参见图A.6。

b)试验流程

1)对上管发单驱动脉冲，进行单脉冲测试。通过高压电压探头检测上管Vce电压波形，同

时用罗氏线圈检测IGBT短路电流。测试主电路的吸收电容、母排特性，测试驱动组件

的保护特性。

2)对上管通过双脉冲进行两次驱动，进行双脉冲测试。通过第二个脉冲导通、关断时刻观

测波形，测试IGBT实际工作特性，检测门极驱动电阻选型是否合理。

3)下管脉冲测试应符合本条1）、2）的规定。

正母排正母排

单脉冲

++

单脉冲

负母排负母排

正母排正母排

双脉冲

++

双脉冲

负母排负母排

图A.6单双脉冲测试示意图

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DL/T2033—2019

附录B

（资料性附录）

试验报告模板

B．1试验报告模板

试验报告模板如表B.1所示。

表B.1试验报告

委托单位设备名称

试验单位

1设备参数

型号产品编号

额定容量（kVA）额定输入电压（V）

额定输入电流（A）频率变化范围（Hz）

安装位置冷却方式

整流方式旁路方式

出厂日期生产厂家

2参数核对

2.1二极管参数

参考电压（V）参考电流(A)结论

整流二极管

评判标准＞1.414IAN＞2UAN--

参考电压(V)参考电流(A)结论

旁路二极管

评判标准＞2IVN＞2UVN--

注：IAN－功率单元输入额定电流有效值；IVN－功率单元输出额定电流有效值；UAN－功率单元输入额定电压有效值;UVN

－功率单元输出额定电压有效值。

2.2电容参数

电解电容参考容量（μF）参考寿命（h）结论

评判标准＞60IAN10000（85℃）--

薄膜电容参考容量（μF）参考寿命结论

评判标准