(高清版)GBT 41147-2021 静止同步补偿装置用电压源换流器阀 电气试验

国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会静止同步补偿装置用电压源换流器阀电气试验中国标准出版社出版发行网址开本880×12301/16印张2字数60千字2021年12月第一版2021年12月第一次印刷如有印装差错由本社发行中心调换版权专有侵权必究I Ⅲ 1 1 13.1绝缘配合术语 1 23.3换流器的运行状态 23.4静止同步补偿装置结构术语 33.5阀结构术语 44一般要求 44.1型式试验执行导则 44.2大气修正因数 6 6 6 7 86.1试验目的 8 8 86.4最大连续运行负荷试验 8 9 9 9 9 7.3试验要求 8.1概述 8.2试验目的 8.4试验要求 9阀端子间的绝缘试验 129.1试验目的 9.3试验方法 9.4试验要求 Ⅱ 12短路电流试验(适用时) 13.1概述 A.1概述 20 20 22A.6阀开关原理 23附录B(资料性)阀部件故障容许能力 25参考文献 26Ⅲ本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件1静止同步补偿装置用电压源换流器阀本文件适用于静止同步补偿装置(STATCOM)的本文件规定的试验基于空气绝缘的阀。对于其他类型的阀，试验要求和验收标准由买方和卖方协下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文GB/T20990.1—2020高压直流输电晶闸管阀第1部分：电气试验(IEC60700-1:2015,MOD)IEC60060(所有部分)高电压试验技术(High-voltagetesttechniques)IEC60060-1高电压试验技术第1部分：一般定义及试验要求(High-voltagePart1:GeneraldefinitiIEC60071-1:2006绝缘配合第1部分：定义、原则和规则(Insulationco-ordination—Part1:Definitions,principlesandrules)IEC62501高压直流输电用电压源换流器阀电气试验[Voltagesourcedconverter(VSC)valvesforhigh-voltagedirectcurrent(HVDC)powe试验耐受电压testwithstandvoltage在规定条件下，标准波形的试验电压值。当对完好无损的新阀以规定的施加2GB/T41147—2021/IEC62927:2处于阀和绝缘材料之外但包含在阀或多重阀单元的轮廓之内具有导电通道和PN结的功率开关晶体管。通过在栅极和发射极之间施加的电压而产生电场，控具有二极管特性反并联连接到绝缘栅双极晶体管的功率闭锁状态blockingstate通过紧急关断一个或多个阀中所有绝缘栅双极晶体管保护阀或换流器不受过高电应力损害的3GB/T41147—2021/IEC62927:2可控电压源型阀controllablevoltagesourcetypeval模块化多电平换流器modularmult模块化多电平换流器标准组件modularmulti-levelconverterbuildingblo由带有两个端子的独立可控电压源以及直流电容器和直接辅助部件的组合，构成模块化多电平换4GB/T41147—2021/IEC62通过型式试验验证可能发生内部或外部短路，且不会影响阀的安全运行的阀级或二极管阀级最大试验适用于阀(或阀段)、阀结构和冷却系统部件以及包含在阀结构内(内绝缘)或连接在阀结构和试验目的是验证阀的设计在正常和异常重复条件下以及在瞬态条件下所能承受的电压应力。为了与其他设备一致，还应包括阀端子与地面之间以及多重阀单元各相之间的雷电冲击试验。对5GB/T41147—2021/IEC 64.2大气修正因数当相关条款有规定时，试验电压应按照IEC60060-1进行大气修正。修正的参考条件如下所示。——气压。●如果阀的受试部分的绝缘配合是基于IEC60071-1中规定的标准额定耐受电压，海拔超过1000m时应进行大气修正。因此，如果设备安装地点的海拔a,不大于1000m,应使用无海拔修正因数的标准大气压(b₀=101.3kPa)。如果设备安装地点的海拔a,大于1000m,应根据IEC60060-1的标准程序进行海拔修正，但参考大气压b。由海拔为1000m处的大气压(b₁000m)代替。●如果阀的受试部分的绝缘配合不是基于IEC60071-1中规定的标准额定耐受电压，按IEC60060-1采用标准参考大气压b₀(b₀=101.3kPa)进行修正。——温度：设计的阀厅空气最高温度(℃)。应根据实际运行中可能遇到的最严酷温度和湿度条件进行大气修正。卖方应规定采用的值。4.3冗余的处理4.3.1运行试验对于运行试验，冗余的阀级不应被短路，试验电压应由比例系数k。调整，由公式(1)计算。 (1)Ntut——试品中串联阀级的数量；N.——阀中串联阀级的总数；N,——阀中冗余串联阀级的总数。4.3.2绝缘试验对于阀端子间的所有绝缘试验，应短路冗余的阀级。阀级短路的位置，应由买方和卖方协商确定。对于所有阀段的绝缘试验，试验电压应由比例系数k。调整，由公式(2)计算。Nu——试品中没有短路连接的串联阀级的数量；N.——阀中串联阀级的总数；N,——阀中冗余的串联阀级的总数。4.4型式试验中允许的部件故障半导体应用经验表明，即使再仔细地设计，仍不可能避免阀级部件在运行中产生的偶发故障。尽管这些故障可与应力相关，但在引起故障上是随机的，或者说不能预测故障率与应力的关系，或者不能准确定量。对阀或者阀段做型式试验时，在短时间施加的多重应力是根据其寿命期间可能会承受到的不超过少数几次最严重的应力。考虑以上情况，型式试验成功的判据是允许少量阀级的故障，例如故障很少或者不能证明是由于设计不充分，或者故障的阀级是允许剩余的阀或阀段继续运行而不降低性能。7验过程中是否有任何IGBT或者辅助部件发生故障。在型式试验后发现的故障IGBT或辅助部件应在在任一单项型式试验中允许出现的在全部型式试验中允许出现的33及以下111122133244试验项目见表3。章条号试品阀或阀段阀或阀段阀或阀段IGBT过电流关断试验阀或阀段短路电流试验(适用时)阀或阀段阀支架直流电压试验阀支架阀支架交流电压试验阀支架阀支架雷电冲击试验阀支架阀交流电压试验阀或阀段阀交流-直流电压试验阀或阀段阀操作冲击试验阀或阀段阀抗电磁骚扰试验阀抗电磁骚扰试验阀或阀段8GB/T41147—2021/IEC62927:2表3试验列表(续)章条号试品电压耐受检查6运行试验a)检查阀中IGBT级/二极管级及其相关电气回路在最严重重复应力下开通、关断时，以及在导b)证明阀电子电路和功率回路之间配合正确。6.2试品试验可在完整的阀或阀段上进行。选择主要取决于阀的设计和可获得的试流器阀，本条规定的试验对于包含5个或更多串联连接阀级的阀段是有效的。如果对少于5个串联连接阀级的阀段试验，应确定附加的试验安全系数。在任何情况下受试的串联连接的阀级数都不应少于3个。对于可控电压源型换流阀，阀段应由3个或更多串联的阀级组成。受试的阀或阀段应与所有的辅助部件组装在一起。需要时，应包括相应比例的阀避雷器。避雷器如果阀的设计为含有内置直流电容器的可控电压源，直流电容器及其和半导体设备的连接部分也中应正确地重现直流电容器和阀之间连接线的串联杂散电感以及阀段上的杂散电容，并与受试的阀段 9对于二极管阀：——二极管最高持续结温——阻尼元件最高持续温度——连续关断最高电压和电流。在最大连续运行负荷试验期间需重现所有这些参数，可在单个试验中或组合试验中重现。试验电压应基于最高持续交流电压，试验开关频率应基于最高持续开关频率，调制模式应选择实际应用中的典型模式。试验电流方均根值应乘以1.05的试验安全系数。与最大持续运行交流电压相应的试验电压Upl,由公式(3)计算。 (3)Umax——最高持续运行交流电压；k。——按照4.3.1取值的试验比例系数；k₁——试验安全系数，k₁=1.05。在出口冷却液温度达到稳定后，试验的持续时间不应少于30min。6.5最大暂态过负荷运行试验如果规定阀要暂态过负荷运行，应进行最大暂态过负荷运行试验。如果需要，试验条件的确定应采用与6.4同样的方法。试验开始前，阀或阀段应在6.4规定的条件下达到热平衡。在此初始条件下开始暂态运行负荷试验，试验持续时间等于1.2倍暂态过负荷时间。暂态过负荷运行试验后，应进行10min最大连续运行负荷试验。6.6最低启动电压试验试验电压定义为Umn,由公式(4)计算。 (4)Ntut——试验中串联阀级数量；Uacmin——阀能开始解锁时阀端间出现的最低交流电压；N:——单个阀中串联阀级的总数量，包括冗余；k₂——试验安全系数，k₂=0.95。对于最低启动电压试验，只有电压重要，而不是电流和试验持续时间。试验应表明阀电子装置能启动且正常工作。7阀支架绝缘试验7.1试验目的试验主要目的是：a)检验阀支架、冷却管路、光纤的绝缘和其他同阀支架相关的绝缘部件的电压耐受能力。如果存在阀支架外的对地绝缘，则需要进行附加的试验；b)验证局部放电的起始电压和熄灭电压高于阀支架上出现的最高运行电压。7.2试品阀或多重阀单元试验组合的一部分。它应将所有辅助部件组装就位，并且正确体现相邻地电位面。根7.3试验要求起始电压不应高于最高试验电压的50%,电压应在尽可能短的时间内上升至规定的1min试验电试验的最后1h,超过300pC的局部放电数目应按GB/T20990.1—2020中附录B的规定予以记录。—平均每分钟500pC以上的脉冲数目不应超过7个；——平均每分钟1000pC以上的脉冲数目不应超过3个；——平均每分钟2000pC以上的脉冲数目不应超过1个。阀支架直流试验电压Ua应按照公式(5)和公式(6)计算。 (5) (6)起始电压不应高于最高试验电压的50%,电压应上升至规定的1min试验电压，保持1min恒定，在规定的10min试验结束前，应监测和记录1min局部放电的水平。如果局部放电水平不大于阀支架交流试验电压的方均根值Uu.按照公式(7)和公式(8)计算。 (7)Umsi——稳态运行期间，阀支架上出现的最高电压峰值，特别是在系统故障状态和阀故障状态下；应考虑由于过电压而装设的相避雷器或其他过电压保护方式(如果有)的过电压限制作用；Ums₂——在最大稳态连续运行中，阀支架上出现的电压峰值；k,——大气修正因数：1min试验，k,按照4.2的规定取7.3.3阀支架雷电冲击试验在阀的两个主端子(连接在一起)对地之间施加3次正极性和3次负极性雷电冲击电压。应采用符合IEC60060-1的标准雷电冲击电压波形。试验电压的峰值为IEC60071-1:2006中表2或表3规定的标准雷电冲击耐受电压。8多重阀单元(MVU)的绝缘试验8.1概述本章仅适用于多个阀安装在同一个阀结构(多重阀单元)中的情况，不适用于每个独立的阀安装在一个或多个专用阀结构中的情况。8.2试验目的试验的主要目的是：a)验证多重阀单元结构中各个单阀之间的电压耐受能力；b)验证局部放电水平在规定的限值内。阀和多重阀单元有多种可能的结构。选取试品应尽可能准确地反映阀的运行布置和试验所考核的必要范围。试品应装配完整，除非能证明一些部件可模拟或忽略，且不会对试验结果造成实质的影响。基于多重阀单元的结构和试验目的，某些单阀可能不得不被短路。8.4试验要求8.4.1MVU交流电压试验如果多重阀单元的任何两个端子间承受交流或交直流复合电压，其耐受能力未被其他试验充分验证，则有必要对多重阀单元的这些端子间进行交流电压试验。试验时，试验电压源应连接到待考核的多重阀单元端子对上。根据试验回路的布置安排接地点。起始电压不应高于1min试验电压的50%,电压上升至规定的1min试验电压，保持1min恒定，然后降低至规定的10min试验电压，保持10min恒定，最后降电压至零。在规定的10min试验结束前，应监测和记录1min的局部放电水平。如果局部放电水平不大于200pC,此设计可完全接受。如果大于200pC,则应对试验结果进行评估。MVU的试验电压方均根值Uum应按照公式(9)和公式(10)计算。 (9) (10)GB/T41147—2021/IEC62927:2017在阀的两个主端子(连接在一起)对地之间施加3次正极性和3次负极性雷电冲击电压。试验电压的峰值为IEC60071-1:2006中表2或表3规定的标准雷电冲击耐受电压。试验用来验证阀对各种过电压类型(直流、交流和操作冲击过电压)的电压宜注意，本章描述的试验是基于标准波形和标准试验程序为高压交流系统和部件试验而制定的。这种方式为工业化应用提供了便利，因为它可将很多现有的高压试验技术应用试品通常应是一个完整的阀。如果卖方能证明阀段间的电压分布能代表实际运行中完整阀的典型冷却液除了流速可降低外，应处于能代表运行时的状态。如果结构外的应力。由于这个原因，任何阀端子之间的绝缘试验都未引入大气修正因数。卖方应证明大气条件对阀由于内置电容所吸收的电流很大，对于可控电压源型的阀，实施阀绝缘试验GB/T41147—2021/IEC62927:2017允许使用相同物理尺寸的试验电容器补偿减小的电容量。试验期间，该试验电容器应允许在试品阀的绝缘试验有2个步骤。或RC阵列)控制阀或阀段的电压分布完成试验。本试验包含一个短时间试验和随后的一个长时间试验。短时间试验再现了某一换流器或系统故障本试验包括一个10s短时间和30min长时间电压试验。起始电压不应高于最高试验电压的50%,电压应在尽可能短的时间内上升至规定的10s试验电在进行分开的试验时，长时间试验应在短时间试验后进行。在长时间试验时，起始电压不大于阀的交流电压方均根值Uw按公式(11)和公式(12)计算。 (11) (12)式中：Uucl——阀在运行期间的最高电压峰值，包括系统暂态过电压下的阀解锁和闭锁操作，应考虑实际运行工况下由于过电压而装设的阀避雷器或阀电压控制功能的限制作用；Utac₂——阀上出现的峰值稳态运行电压的最大值，包括换相过冲；k。——试验比例系数，见4.3.2;k₆——试验安全系数，k₆=1.10。阀交流-直流电压试验本试验适用于连接在一个直流端子和一个交流相之间的阀。阀试验电压具有一个叠加在直流电上的正弦波形。试验时，在交流电源上连接一个电容器产生一个叠加的交流-直流电压波形。根据换流器的拓扑结构，电容器可作为阀的一部分，也可是独立的(作为试验回路的一部分，而不是试品的一部分)。也可使用一个单独的直流电压源代替电容器。阀的交流-直流电压U方均根值按公式(13)、公式(14)、公式(15)和公式(16)计算。 (13) (14) (15) (16)Uacl——阀在运行期间的最高电压峰值，包括系统暂态过压下的阀解锁和闭锁操作，应考虑实际运行工况下由于过电压而装设的阀避雷器或阀电压控制功能的限制作用；Udal——阀最大暂态过电压直流分量，可考虑将阀避雷器或极避雷器的限制作用计入运行工况的过电压；Umuxcot——如果在交流系统和换流器之间使用换流变压器，交流系统或变压器阀侧的最高稳态相间电压；Udmax——直流侧稳态运行电压的直流分量最大值；k。电压阶跃过冲系数，与换流器的输出电压阶跃相关，和确定Umel的条件一致，对MMC或CTL型换流器，电压阶跃过冲系数与一个子单元或一个子模块的电压阶跃过冲系数相关；ka——电压阶跃过冲系数，与换流器的输出电压阶跃相关，与确定Uuc₂的条件一致；k。——试验比例系数，见4.3.2;f——试验频率(50Hz或60Hz,取决于试验装置); 阀稳态运行时电压达到最大峰值的时间。当试验电压高于实际值时，在与制造商达成一致的情况下，试验电路中用电容器代替直流电源。9.4.2阀操作冲击试验阀操作冲击试验中宜考虑以下内容。a)阀的相电抗器和储能电容器对脉冲的影响。b)对于半桥设计的阀，冲击试验仅做单极性，与阀的耐压极性一致。对于全桥设计的阀，正极性和负极性都应试验。c)如果阀的冲击耐受水平等于或小于阀的交流或交流-直流电压试验水平，则认为阀的交流或交流-直流电压试验包括冲击试验，因此冲击试验可省略。应采用符合IEC60060-1的标准操作冲击电压波形。GB/T41147—2021/IEC6试验应包括在阀上施加3次规定幅值的操作冲击电压。阀操作冲击试验耐受电压U应按公式(17)和公式(18)计算。SIPL,——阀避雷器的操作冲击保护水平； (18)U,——根据系统绝缘配合研究得到的阀端子上预期的操作冲击电压；10IGBT过电流关断试验10.1试验目的主要目的是检查发生某种短路故障或误触发情况而关断时，STATCOM试验应基于代表监测/保护回路的最不利偏差整定值的情况，重现电压应力和瞬态结温的最差组试验包括：试验应使相关IGBT(见6.4)达到最高稳态结温并运行在热平衡状态，然后开始过电流试验期间的直流电压Up₂由公式(19)确定。Up₂=Udiemp·ka·k1o 在过电流检测和IGBT关断瞬间之间的时间间隔内的试验电流波形应代表运行工况，尤其是电流GB/T41147—2021/IEC62主要目的是为了验证阀抵抗从阀内部产生及外部强加的瞬时电压和电流引起的电磁干扰(电磁骚负荷试验和最大暂态过负荷运行试验(见6.试验(见第10章)a)不会发生IGBT误触发或开通顺序混乱；c)不会因为接收到来自阀监测回路的错误数据而出现阀基电子设备将阀级故障的错误指示或错当验证抵抗多重阀单元中邻近阀间耦合引起的电磁骚扰时，可按照11.3规定的两种方法进行。在方法1是模拟电磁骚扰源直接作为试验设备的一部分。这样的试验设备要求有两个及以上的阀或阀段以检查它们之间的相互影响。与受试阀相关的电磁骚扰源的几何布局应尽可能接近实际(或从电方法2是从理论分析或由实际测量确定在最严酷运行条件下的电磁场强度。接下来，这些电磁场由在各自频率下产生恰当的(或更严酷的)电磁辐射的试验电路模拟。然后将阀段置于试验骚扰源方法2的基本前提是决定阀关键位置上的动态场强与方向。通常这可在单个阀触发试验期间用探——包括用于阀段进行正确信息交换的那些部分方法1和方法2的验收标准应符合11.1中的规定。如6.2所述。验。应考虑所有可能的过载工况(幅值和持续时间),以确定IGBT和二极管的最高结温升。13.2试验目的为工程所制造的所有阀段或其部件都应经过例行的产品试验。试验应在阀段或单独阀级上进行，不必对不同的卖方要求同样的产品试验。产品试验应考虑阀及其部GB/T41147—2021/IEC62927:213.5中列出了产品试验的最低要求。列出的试验顺序既不代表其重要性的排序，也不代表试验的检验阀部件能耐受对阀规定的最高电压。应包括交流试验电压或直流电有关阀的部件故障容许的信息参见附录B。检查每个阀级中IGBT按照开关命令正确地开通和关断。GB/T41147—2021/IEC感性运行用于组成STATCOM的有两电平、三电平或多电平三相换流器几种类型。这些在有关资料中描——开关型的STATCOM阀：这些开关型阀只能用作只有开和关两种永久状态的可控开关。在A.4.1概述件组成。如同传统的晶闸管阀一样，串联连接的IGBT同时动作至关重要。这种类型的阀通常与输出A.4.2两电平换流器在最简单的情况下，STATCOM是以两电平换流器为基础的。两电平换流器见图A.2。每个相单通(实际中，两个阀切换中间通常会有短暂的死区)。当V1导通时，交流端子连接到上方的直流端子，三相三电平中性点钳位(NPC)换流器如图A.3所示。在该换流器的相单元中，四个独立的STAT-COM阀串联连接(例如，图A.3中的V1～V4)。交流端子是连接到V2和V3之间的端子，1/4和3/4点(阀V1/V2和V3/V4之间)通过二极管阀连接到直流中点。当阀V1和V2导通时，交流端子与上方的直流端子连接，输出电压+Ud./2;当阀V3和V4导通管阀被钳位为直流中点电压。由于这个原因，在交流端子和直图A.3三电平NPC换流器图A.4是一个三相三电平飞跨电容器换流器。该电路结构通过不同的方法获得与NPC换流器相飞跨电容器分别连接于V1/V2中间的端子和V3/V4中间的端子，电压为Udc/2。与NPC换流器GB/T41147—2021/IEC62927:2三电平换流器的使用原理可扩展到创建具有更多电平数的换流器。这是通器并使用更多的STATCOM阀和二极管阀实现的。例如，在五电平NPC换流