《NBTXXXXX直流配电系统用直流变压器技术规范（2023）》

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直流配电系统用直流变压器技术规范

1范围

本文件规定了直流配电系统用直流变压器的术语和定义，使用条件、额定值、技术要求、试验、文

件和资料、包装、贮存、运输和标识等。

本文件适用于与直流配电系统连接的直流变压器。

2规范性引用文件

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，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件；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

文件。

GB/T191包装储运图示标志

GB/T311.1高压输变电设备的绝缘配合

GB/T3859.1—2013半导体变流器通用要求和电网换相变流器第1-1部分：基本要求规范

GB/T1094.3电力变压器第3部分：绝缘水平、绝缘试验和外绝缘空气间隙

GB/T1094.10电力变压器第10部分：声级测定

GB/T4208外壳防护等级(IP代码）

GB/T13384机电产品包装通用技术条件

GB/T13540高压开关设备和控制设备的抗震要求

GB/T16927.1高电压试验技术第1部分：一般定义及试验要求

GB/T17626.30电磁兼容试验和测量技术电能质量测量方法

GB/T33348—2016高压直流输电用电压源换流器阀电气试验

GB50260电力设施抗震设计规范

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

直流配电系统DCpowerdistributionsystem

以直流方式实现与用户电气系统交换电能的配电系统。

注：直流配电系统通常包括电压源换流器、直流变压器、直流开关、直流线路和控制保护等设备(或子系统）。

3.2

直流配电系统用直流变压器DCtransformerforDCdistributionsystem

用于直流配电系统实现不同电压等级变换或相同电压等级电气隔离的直流/直流电力电子变换装置。

注：直流配电系统用直流变压器包含电力电子变换器本体及其屏柜，不包含安装集装箱或建筑物。

3.3

功率模块powermodule

由开关器件、电容器、缓冲吸收电路等组成的直流变压器的标准组件。

注：常见的包括半桥功率模块、全桥功率模块等。

3.4

功率单元powerunit

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由功率模块、隔离变压器（如有）、电抗器（如有），控制保护装置等组成的直流变压器的标准组

件。

3.5

直流端口DCport

直流变压器与其相连接的外部系统进行能量传输的端口。

4使用条件

4.1正常使用环境条件

4.1.1周围环境温度和湿度

直流配电系统用直流变压器（以下简称直流变压器）正常使用的周围环境温度和湿度应满足以下要

求：

a)温度范围：0℃～45℃；

b)最大相对湿度：≤60%（不凝露）。

其他特殊条件（如果有）应由制造商与用户协商确定。

4.1.2海拔

直流变压器应在海拔1000m及以下使用。

当海拔高于1000m时，应予以修正。修正方法由制造商与用户协商确定。

4.1.3抗震

直流变压器的设计和使用应考虑站址的地震条件,并符合GB/T13540的规定。

4.2安装场所

直流变压器的安装场所应无剧烈机械振动和冲击，无火灾、爆炸危险的介质，无腐蚀、破坏绝缘的

气体或导电介质，无有害气体及蒸汽。

4.3接入系统条件

直流变压器接入的直流配电系统的电压波动应符合GB/T35727-2017的规定。

其他特殊条件（如果有）应由制造商与用户协商确定。

5技术要求

5.1结构型式

5.1.1一次功率端口

直流变压器应根据直流配电系统应用场景需求，提供不同电压等级的直流端口。直流变压器的直流

侧采用单极或双极系统。

5.1.2二次信号接口

直流变压器应根据直流配电网应用场景需求，提供通信、测量、控制、对时等接口。

5.1.3拓扑结构

直流变压器的常用拓扑结构见附录A.2。

5.2基本功能

直流变压器应具备不同直流端口电压变换和功率传输的能力。

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5.3额定值

5.3.1额定电压

直流变压器的额定电压宜为：±375V、±750V、±1500V、±5kV、±6kV、±10kV、±20kV、

±35kV、±50kV、±100kV。

其他特殊端口电压应由制造商与用户协商确定。

5.3.2额定功率

直流变压器的额定功率为可连续运行的最大传输功率，应根据具体工程要求选取。

直流变压器的端口额定功率为该端口可连续运行的最大输入或输出功率。

5.4电气性能

5.4.1运行模式

根据不同的应用场景，直流变压器的端口通常有恒定电压模式、恒定功率（电流）模式、恒定电压

变比模式或开环模式。

5.4.2稳态性能

5.4.2.1调节精度

直流变压器在额定工况下的直流稳态电压或电流控制精度不应低于3%。

5.4.2.2损耗

直流变压器的损耗包括负载运行损耗、空载运行损耗、备用态损耗等。

直流变压器在各种工况下的损耗为直流变压器各组成部分的测量或计算损耗的总和：

a)功率模块的损耗可根据工厂对单个桥元件的测量值计算，损耗数据包括模块中使用的所有部

件的损耗，例如半导体开关器件、缓冲电路等；

b)中高频变压器的基频和谐波频率损耗通过空载试验和短路试验确定。电抗器损耗测量方法按

照GB/T25092的规定进行；

c)控制和辅助设备的损耗包括冷却、控制和辅助电源等的损耗。

5.4.2.3纹波特性

在额定电压和输出额定功率条件下，谐波电流叠加输出方均根值不应超过0.2倍额定电流。如果评

估表明直流变压器在直流连接点处产生的谐波超出了允许范围，应安装共模抑制电抗器、直流电抗器或

直流滤波器等，以保证谐波在规定的限值内。

5.4.2.4可听噪声

对于户内安装为屏柜壳体方式的直流变压器，距其屏柜水平距离1m，垂直高度1.5m处测得的可

听噪声平均值不应大于90dB。

对于户外安装为集装箱壳体方式的直流变压器，距其集装箱水平距离1m，垂直高度1.5m处测得

的可听噪声平均值不应大于90dB。

5.4.2.5运行效率

在额定电压和额定容量下，直流变压器通过热测试或电测试的最高运行效率不应小于95%。

5.4.2.6过载能力

根据直流变压器的实际运行场景，由制造商与用户协商直流变压器是否应具有过载能力。如需具有

且无特殊要求，通常认为具有长期1.1倍和60s1.2倍的过载能力。

5.4.3动态性能

5.4.3.1直流系统故障类型

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直流变压器设计和运行时应考虑以下直流系统故障：

a)母线或线路极间短路故障；

b)母线或线路单极接地故障；

c)断线故障。

直流变压器应能正确检测到故障并保护，不危及设备安全。

针对具有瞬时性故障快速恢复的应用，要求直流变压器能够输出负电压，帮助线路故障电流快速衰

减，并能在满足预先设定的条件情况后，尝试恢复运行。

如果故障点仍存在，或发生继发性故障，直流变压器能再次完成故障检测与保护。

5.4.3.2电压耐受能力

直流变压器的电压耐受能力应结合直流配电系统运行要求，根据过电压与绝缘专题研究报告确定。

直流变压器应具有承受额定电压、过负荷电压以及各种电压的能力，具体要求如下：

a)1.1p.u.，长期；

b)1.2p.u.，60s。

5.4.3.3电流耐受能力

直流变压器应具有承受额定电流、过负荷电流以及各种电流的能力，具体要求如下：

a)1.1p.u.，长期；

b)1.2p.u.，60s。

5.4.3.4电压紧急支撑能力

直流变压器可通过下述方式向直流配电系统提供支撑：

a)紧急功率控制；

b)电压支撑；

c)注入短路电流。

直流变压器能快速调整有功功率传输方向和功率水平，向失去电源的直流配电线路提供功率支撑。

直流变压器能向与其连接的直流配电线路提供快速的电压支撑，限制电压暂降，改善电能质量。

当直流变压器作为直流配电系统电源时，为了得到可靠的过电流保护，如需直流变压器提供一定的

短路电流，其能承受的最大短路电流不应超过其器件安全运行范围。

5.4.3.5直流侧故障下的耐受能力

当直流系统发生单极接地故障而要求不停运时，从故障发生到故障切除的这段时间内，直流变压器

能承受故障电流和暂态电压。

当直流系统发生双极接地故障时，直流变压器能迅速切除短路电流，保证自身不受损坏。

其他故障耐受能力，由制造商与用户协商确定。

5.4.4绝缘水平

直流变压器的绝缘水平包括端口绝缘和对地绝缘。其中，端口绝缘包括直流端口绝缘、交流端口绝

缘（如有）和交流端口间绝缘（如有），对地绝缘包括直流端口对地绝缘和交流端口对地绝缘（如有）。

直流变压器的直流端口绝缘和交流端口绝缘由额定工作电压决定，交流端口绝缘和交流端口间绝缘

具体应按照GB/T1094.3的规定执行。直流变压器的直流端口对地绝缘和交流端口对地绝缘由其所接入

的系统决定。

5.5机械性能

直流变压器的结构和安装箱体（集装箱）的制造质量、主电路连接及电气元件安装等符合下列要求：

a)直流变压器宜采用模块化设计，根据情况推荐采用户内屏柜安装或者户外集装箱安装方式；

b)直流变压器应承受由于各种故障产生的电动力；

c)箱体内应具有安全措施以防止操作人员直接接触带电部分；

d)直流变压器的触发系统的光纤应便于插拔和更换。

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5.6冗余

根据可靠性要求，基于系统总体失效率估算直流变压器功率部件冗余度。直流变压器功率部件的冗

余度不宜小于8%。

5.7监控功能

直流变压器的控制单元应保证一次系统正常或故障条件下正常工作，在任何情况下都不应因为控制

系统的工作不当而造成直流变压器的损坏。在冗余级全部损坏后，功率模块控制单元应发出警报。如有

更多的功率模块损坏，应及时向控制保护系统发出信息闭锁直流变压器。控制单元单一元件故障，不应

引起系统停运。

功率模块控制单元还应具备如下监控功能：

a)正确响应控制保护系统发出的控制命令；

b)正确反馈功率模块控制单元状态信息；

c)满足系统对功率模块控制的其他要求，例如环流抑制、功率阶跃、保护、电压波动等。

对于直流配电系统使用的直流变压器，直流变压器级控制和功率模块控制设备可使用同一控制硬件，

并具备本条规定的全部功能。

5.8保护功能

为保护直流变压器，通常配置如下的保护：

a)直流侧过电压保护；

b)直流侧过电流保护；

c)功率模块故障保护；

d)冷却系统故障保护；

e)功率模块冗余保护；

f)冷却系统进、出水温度保护（使用水冷时）；

g)变压器保护（包含变压器直流偏磁）；

h)通信保护。

保护系统单一元件故障，不应引起系统停运。当需要配置特殊保护时，由制造商与用户协商确定，

并与系统级保护配合。

5.9安全要求

如果使用环境中有能引起火灾和爆炸危险的介质，在直流变压器的内部和外侧应采取措施防止引燃

危险和火焰蔓延。

装置考虑以下设计：

a)非金属材料全部采用阻燃材料，阻燃等级宜为UL94-V0级别；

b)装置的外壳防护应符合GB/T4208的规定，不低于IP20；

c)装置的接地应符合GB50065对接地的要求。

如有其他安全要求时，由制造商与用户协商确定。

5.10绝缘等级

选用的绝缘材料的耐热等级应为H级。

5.11温升限值

额定运行工况下，高频隔离变压器绕组平均温升不应超过125K，绝缘材料温度不应超过180℃，

薄膜电容器温度不应超过60℃，开关器件结温由用户与制造商协商。

5.12冷却系统

直流变压器应配有冷却系统，以确保正常运行时不因温度过高而损坏。冷却方式可采用自然冷却、

空气冷却、水—水冷却和水—风冷却等。

冷却系统的控制/保护/测量系统满足如下基本要求：

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a)应在各种运行条件下确保冷却系统安全、正确、可靠地运行；

b)应采用基于温度控制的闭环控制模式，对直流变压器实施有效冷却；

c)应准确检测冷却系统的各种故障，并正确产生报警或跳闸信号；

d)宜采用双冗余设计，包括电源与通信，主备系统切换时，不会引起传输功率的下降；

e)冷却系统供电电源消失时，应发出报警信号，并降低传输功率或者跳闸，以保证直流变压器

不因过热而损坏。

f)应明确与直流变压器控制保护系统的接口要求。

5.13接口

直流变压器的接口包括：

a)控制/保护接口：

1)电源接口；

2)通信接口；

3)测量接口；

4)控制接口。

b)功率回路接口：

1)直流侧接口；

2)交流侧接口；

3)控制接口。

在开展接口设计时，直流变压器相关设备的制造商应互相配合，接口的规格和规约应由直流变压器

成套设计方与相关设备制造商协商确定。

5.14辅助电源设备

辅助电源设备指除为直流变压器功率变换系统之外的所有需要用电力的负载设备提供电能的设备，

通常包括交流电源、不间断电源和直流电源三类，根据控制保护设备的硬件要求进行选择。辅助电源设

备对于装置关键部件宜采用双冗余供电方式。

5.15试验要求

5.15.1整机绝缘试验要求

直流变压器的整机绝缘试验应满足以下要求：

a)直流变压器不允许击穿或外部闪络,或者构成直流变压器结构的绝缘材料部分、冷却水管、光

导或脉冲传输及分配系统不允许有破坏性放电；

b)直流变压器应耐受试验电压且不发生误动作或绝缘击穿。

5.15.2功率模块试验要求

直流变压器的功率模块试验满足以下要求：

a)直流变压器的各项脉冲测试应满足设计要求；

b)直流变压器在满载运行中功率模块的额定功率输出跟随性能以及在负载突变的情况下其直流

电压稳定性能应符合设计要求；

c)直流变压器长时运行工况下输出波形应正常，功率模块各组部件的温度和温升符合设计要求；

d)直流变压器的过电压、过电流、过温以及通信断线故障保护和内部故障保护应满足设计要求。

5.15.3整机功能试验要求

直流变压器的整机功能试验应满足以下要求：

a)直流变压器的功能性试验满足设计和控制要求；

b)直流变压器的接地试验和短路试验的各动作响应时间满足设计要求；

c)故障线路切除后，直流变压器能可靠重启，恢复供电。

6试验

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6.1试品

本文件给出了直流变压器的一般电气试验方法。

试验应在完整的直流变压器或直流变压器组件上进行。主要根据直流变压器的设计和试验场地的容

许选择。

受试的直流变压器或直流变压器组件应与所有的辅助元件组装在一起。需要时,应包括相应比例的

直流变压器避雷器。避雷器应和受试的直流变压器电压成比例,提供至少与实际应用的避雷器最大特性

相一致的保护水平。

冷却液应处于典型的运行工况。特别是流量和温度，应设置成试验所考虑的最不利值，相应元件的

温度等于实际工作中的温度。

6.2试验项目

直流变压器的试验项目包括：外观和结构检查、整机绝缘试验、功率模块试验和整机功能试验，具

体的试验项目和要求如表1所示。

表1直流变压器试验项目

试验项目型式试验例行试验现场交接试验

外观检查●●●

外观和结构检查结构检查●●●

电路检查●●●

端对地工频耐压●●●

端对地直流耐压●●○

局部放电试验○○○

整机绝缘试验

端对地雷电冲击试验●●○

端间直流耐压试验○○○

端间雷电冲击试验○○○

双脉冲试验

●●○

可关断能力试验

●●○

满载运行试验

●●○

温升试验

功率模块试验●●○

直流过压保护试验

●●○

直流过流保护试验

●●○

通讯断线故障保护试验

●●○

充电触发试验

●●●

启动试验

●●●

整机功能试验

运行试验

●●●

负载投切试验

●○●

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表1直流变压器试验项目（续）

试验项目型式试验例行试验现场交接试验

停机试验

●●●

效率测试试验

●●●

直流侧单极接地试验

●○●

整机功能试验

直流侧极间短路试验

○○○

电能质量测试

●○●

声级测试

●○●

注：●为必做项目，○为选做项目，由用户和制造商协商。端对地工频耐压及局部放电和端对地直流耐压及局部放

电根据实验条件二选一。

6.3外观和结构检查

6.3.1外观检查

铭牌标识应清晰、正确，外表面应无起泡、裂纹、流痕等缺陷，外观检查按GB/T33348—2016中

13.4.1的规定进行。

6.3.2结构检查

内部空气间隙和爬电距离应符合设计要求，结构件应按设计要求安装到位，螺丝应做好紧固标记。

6.3.3电路检查

功率模块二次电路板卡应安装到位，主回路接线和连接配线应正确。

6.4整机绝缘试验

6.4.1端对地工频耐压试验

直流变压器高压侧系统短接，其他非被试侧短接接地，将工频交流电压施加在高压侧短接的端子与

地之间。起始电压应低于规定值U1，在10s内升至另一规定值U2，保持1min，之后降至规定值U1，保

持10min，最后1min记录局部放电量，然后降低电压至零。U1和U2由系统研究确定。

6.4.2端对地直流耐压试验

直流变压器高压侧系统短接，其他非被试侧短接接地，将直流电压施加在高压侧短接的端子与地之

间。起始电压应低于规定值U3，在10s内升至规定值U4，保持60min，之后降至零，期间记录局部放

电量。U3和U4由系统研究确定。

6.4.3局部放电试验

在6.4.1和6.4.2试验期间，进行局部放电试验。

6.4.4端对地雷电冲击试验

直流变压器高压侧系统短接，其他非被试侧短接接地，高压侧短接端子与地之间施加3次正极性和3

次负极性雷电冲击电压，冲击电压峰值为规定值U5，试验电压波形应符合GB/T16927.1的规定，使用

示波器或数字记录仪记录试验波形。U5由系统研究确定。

6.4.5端间直流耐压试验

试验方法按照GB/T33348-2016的6.4规定进行。

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起始电压不应大于最大试验电压的50%,电压应在尽可能短的时间内上升至规定的10s试验电压，然

后降低至规定的3h试验电压，保持3h恒定，然后降电压至零。

6.4.6端间雷电冲击试验

试验方法按照GB/T33348-2016的7.3规定进行。

应采用符合GB/T16927.1的要求雷电冲击电压波形。

在直流变压器上施加3次规定幅值的雷电冲击电压。

6.5功率模块试验

6.5.1功率模块试验回路

功率模块试验可采用直接负载法或图1所示的背靠背对拖法。根据不同产品的拓扑结构，可采用单

模块或多模块，用于验证功率模块在各种工况下的运行情况和保护功能。

试品

电源功率模块

辅助

功率模块

图1功率模块背靠背对拖试验回路示意图

6.5.2双脉冲试验

功率模块完成充电，升高输入电压至额定值，然后进行双脉冲试验，其试验结果应符合设计要求。

6.5.3可关断能力试验

功率模块完成充电，升高输入电压至额定值，然后进行关断电流测试，其试验结果应符合设计要求。

6.5.4满载运行试验

功率模块完成充电，控制直流电压和功率至额定值，在额定功率处调整功率参考值，功率模块的功

率输出跟随性能以及在负载突变的情况下其直流电压稳定性能应符合设计要求；在最高允许运行温度下

运行2h后，直到功率模块各组部件的温度达到稳定值，测量输出波形，其试验结果应符合6.15.2的功

率模块试验。

6.5.5温升试验

功率模块完成充电，控制直流电压和功率至额定值，在额定功率处调整功率参考值，功率模块的功

率输出跟随性能以及在负载突变的情况下其直流电压稳定性能应符合设计要求；在最高允许运行温度下

运行2h后，直到功率模块各组部件的温度达到稳定值，其试验结果应符合6.15.2的功率模块试验。

6.5.6直流过压保护试验

功率模块完成充电，控制功率模块直流电压至额定值，逐渐提升功率模块直流电压高于保护定值，

测试直流过压保护性能是否满足设计要求。

6.5.7直流过流保护试验

功率模块完成充电，控制功率模块直流电压至额定值，逐渐提升功率模块直流电流高于保护定值，

测试直流过流保护性能是否满足设计要求。

6.5.8通讯断线故障保护试验

功率模块完成充电，控制功率模块直流电压至额定值，拔掉通信光纤，测试通信断线故障保护是否

满足要求。断开功率模块驱动板卡或控制器的电源、或人为设置内部通信故障，测试内部故障保护是否

满足设计要求。

6.6整机功能试验

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6.6.1系统调试回路

对于变比为1:1的直流变压器，可采用自功率循环的方式进行系统测试，即通过直流电感将直流变

压器的两端相连以进行自身功率循环，试验回路如图2所示。

电源直流变压器

图2直流变压器功率循环回路示意图

对于变比不为1:1的直流变压器，可通过配置一台同容量的直流变压器进行对拖试验，对拖试验回

路如图3a）所示。若无法满足上述条件，可通过在直流变压器的中低压侧配置一台同容量的逆变器，进

行交流并网对拖，对拖试验回路如图3b）所示。

被试

交流电AC

电源直流变压器直流变压器

源DC

陪试

逆变器

直流变压器

a）测试方法1b）测试方法2

图3变比不为1:1的直流变压器功率测试回路示意图

6.6.2充电触发试验

直流变压器整机组装完毕后，确认功率模块、控制保护装置及保护功能正常，依次进行低压功率模

块触发试验、高低压侧功率模块触发试验，验证整机功能是否符合设计要求。

6.6.3启动试验

直流变压器整机组装完毕后，确认功率模块、控制保护装置及保护功能正常，对直流变压器进行启

动测试，保证启动过程中不会触发过压或过流保护，验证启动功能符合设计要求。

6.6.4运行试验

启动试验完成后，控制系统下发解锁指令，直流变压器根据控制指令控制电压、电流或功率至指定

值，满足控制精度要求。

6.6.5负载投切试验

空载稳定运行，合闸低压侧分支断路器，使直流变压器由空载升至额定负荷，再断开低压侧分支断

路器，使负荷降为零。

在功率升降过程中，记录系统运行参数，应符合设计要求。

6.6.6停机试验

运行试验完成后，控制系统封锁开关脉冲，对直流变压器进行停机，保证停机过程中不会触发过压

或过流保护，验证停机功能应符合设计要求。

6.6.7效率测试试验

直流变压器的效率测试共包括两种：

a)电气测试：在直流变压器对拖试验中，通过功率分析仪分别接入设备的高压测和低压侧，运

行功率以10%额定功率上升率调直至额定功率，记录设备高压测和低压侧的实时电压、电流及

功率值，并计算直流变压器在变功率情况下的效率值，计算方法即为输出功率除以输入功率；

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b)热测试：在直流变压器对拖试验中，以10%额定功率跨度上调直至额定功率，当直流变压器温

升稳定时，分别记录水箱的水流量、进水口温度和出水口温度，根据水流量和进出水口的温

差计算直流变压器在变功率情况下的效率值。效率值应符合设计要求。

6.6.8直流侧单极接地试验

在直流侧进行瞬时性人工单极接地故障试验，根据系统运行要求，直流变压器维持正常运行，单极

电压升高；或保护装置正确发出动作指令，各动作响应时间满足设计要求，故障线路切除后直流变压器

能可靠重启，恢复供电。

6.6.9直流侧极间短路试验

在直流侧进行瞬时性人工双极短路故障试验，控制保护装置正确发出动作指令，各动作响应时间满

足设计要求。相间短路故障消失后，直流变压器能靠重启，恢复供电。

6.6.10电能质量测试

正常运行条件下，测试直流端口的直流电压波动和纹波。按照GB/T17626.30的规定进行，连续测

试24h以上，各端口电能质量应满足设计要求。

6.6.11声级测试

正常运行条件下，测试平均A计权声压级。按照GB/T1094.10的规定进行，结果应满足设计要求。

7文件和资料

7.1文件和资料的范围

作为产品交付的一部分，制造商应向用户提供文件和资料，主要包括：

a)说明书；

b)安装图纸；

c)安装、运行、维护手册；

d)试验报告。

7.2说明书

制造商应向用户提供说明书，包括但不限于下列内容：

a)使用说明书：

1)电气主系统及其辅助系统说明；

2)总体结构、联结及模块结构说明；

3)触发方案的说明；

4)监视方案的设计；

5)过电压承受能力及保护方式的设计；

6)运行参数表；

7)各种过负荷能力；

8)运行限制的说明；

9)损耗；

10)长期老化报告。

b)主要元/部件的说明书；

c)所有其他附件的说明书；

d)控制、监视设备设计说明书。

7.3安装图纸

为便于直流变压器现场安装，应具备以下图纸：

a)结构图；

b)三视外形图；

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c)模块的结构图；

d)光纤通道结构图；

e)光缆接口图；

f)控制单元屏柜光缆接口图；

g)控制及监视系统的原理图；

h)直流变压器本体的安装图；

i)光纤、电缆的安装图；

j)其他屏柜的安装图；

k)控制保护屏柜安装图；

l)安装和有关设施设计所需的任何其它图纸和资料；

m)安装、运行、维护手册；

n)特殊工具和仪器的说明书和手册等；

o)备品、备件清单。

7.4试验报告

制造商应向用户提供的试验报告包括但不限于：

a)型式试验、例行试验和现场交接试验报告；

b)控制保护系统试验报告。

8包装、贮存、运输和标识

8.1包装

设备包装前应进行如下检查：

a)产品的附件、备品、合格证和有关技术文件是否齐备；

b)产品外观有无损坏；

c)产品经过除尘。

设备包装的一般要求如下：

——装置包装时宜用塑料制品作为内包装，周围用防震材料垫实放于外包装箱内；

——包装箱应符合GB/T13384的规定；

——随同装置出厂的合格证和有关技术文件应装入防潮文件袋中，再放入包装箱内；

——装置的包装应符合GB/T4798.2规定的运输要求。

8.2运输

运输过程中不应有剧烈震动、冲击和倒放。

特殊情况下，应满足船运要求。

8.3贮存

包装好的装置应保存在相对湿度不大于85%，周围空气温度为-25ºC～+55ºC的场所。

贮存装置的场所应干燥、清洁、空气流通，并能防止各种有害气体的侵入。

严禁与有腐蚀作用和强磁场作用的物品存放在同一场所。

8.4标识

直流变压器的适当位置应有铭牌，内容应包含：

a)产品名称；

b)产品型号；

c)产品技术参数，至少包括：

1)额定电压值，

2)额定容量，

3)端口功率，

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4)端口电压；

d)出厂编号；

e)制造日期；

f)制造厂名。

外包装上具有收发货标志、包装储运标志和警示标志，并按GB/T191的有关规定执行。

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A

A

附录A

（资料性）

直流变压器的典型应用场景及拓扑

A.1概述

直流变压器(DCtransformer，DCT)是实现直流电网中可再生能源高效、经济和大规模汇集的核心

装备，也是直流输配电一体化网络构建的主要手段。直流变压器不仅具有电压变换和功率主动控制的能

力，且还能提供电气隔离以保障安全，目前主要方式是通过功率变换器实现高频变换，并通过隔离变压

器实现电压的变换和电气隔离。从系统构成来看，直流变压器也可以看成是组成多级型电力电子变压器

的核心环节，而电力电子变压器是指由一定数量的功率模块组成的成套装置，具备传统电力变压器的基

本功能，还能实现无功补偿、谐波治理、电网互联、新能源并网、潮流控制等功能。根据不同的系统要

求，直流变压器的构造方式存在区别。随着系统直流电压等级和容量的提高，直流变压器电气拓扑也开

始逐渐向模块化级联方向演变。

本附录简要介绍现有直流变压器的主要类型，对已知的主要直流变压器技术进行综述。

A.2直流变压器的典型应用场景

A.2.1典型场景1：新能源发电直流汇集

随着“双碳”目标的推进，光伏、风电等新能源系统将大规模接入，尤其在远距离大容量电缆输送

系统中，交流电缆电容充电效应严重限制了交流输电的发展，直流输送方式成为理想选择之一。以海上

风电系统为例，风机经过AC-DC-AC变频后输出工频交流电，经过升压变压器进行交流汇集，然后再经

过升压变压器和柔直换流器转换成数百kV的高压直流电进行输送。如此，在风机塔筒和海上换流平台中

均需要放置大容量的工频变压器、换流器及其附属设备，造成系统体积庞大和造价巨大，尤其是大幅提

高了海上平台的建设难度。如图A.1所示，采用直流汇集和直流输送的方式，通过中高频隔离的直流变

压器替代工频变压器和一级DC/AC变换，能大幅减小系统体积、重量和损耗，并减小造价。

图A.1直流变压器的典型场景1：新能源直流汇集

A.2.2典型场景2：直流电网互联系统

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随着直流输、配用电的快速发展，电网中将会存在各种不同电压等级的直流系统，不同母线间互联

需求变得迫切。如果仍采用交流电网为互联核心的方案，将会经过多级DC/AC和交流磁性变压器，经

济性大幅降低，如图A.2所示。在此场景下，基于中高频隔离的直流变压器将将大幅减小系统互联成本、

体积和损耗，实现不同电压等级的直流输、配、用电母线的直接连接。

图A.2直流变压器的典型场景2：直流输、配、用电系统互联

A.2.3典型场景3：直流配用电系统

直流配用电系统，是以柔性直流等技术为基础，以区域直流母线为基本结构单元，能便捷智能地接

入各种电源、负荷和储能装置的电能互联传输系统。随着分布式新能源、直流负载以及储能设备的广泛

发展和利用，接入配电网的源（供能）、荷（用能）及储（储能）设备有了越来越多的直流属性，而作

为连接源、荷、储的网端，目前仍然是以交流电为绝对主力。如果配电网也采用直流技术，就能省去大

量整流和逆变装置，将具有直流属性的设备便捷地互联互通，如图A.3所示，这也是近年来发展直流配

电技术的呼声在业界和学界中日渐走高的重要原因。

图A.3直流变压器的典型场景3：直流配用电系统

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A.3直流变压器的典型拓扑

A.3.1概述

根据直流变压器各个直流端口是否具备电气隔离功能，分为隔离型和非隔离型两种。

A.3.2隔离型直流变压器拓扑

A.3.2.1模块化组合型隔离直流变压器拓扑

模块化组合型直流变压器是应用较多的技术方案之一。采用模块化组合型直流变压器可满足不同的

电压和功率需求，中高压应用中可通过多个功率单元串联减小电压应力，而大容量应用中可采用多个功

率单元并联降低电流应力。模块组合型直流变换器分为四种类型：输入串联输出并联型（ISOP），输

入并联输出并联型（IPOP），输入串联输出串联型（ISOS）和输入并联输出串联型（IPOS），如图A.4

所示。在模块化组合型直流变压器中，每个功率单元可采用标准化的模块结构，易于批量生产和冗余设

计。同时，采用标准模块进行串并联能满足不同电压及容量的需要，易于系统的升级扩容。由于每个功

率单元的输入端和输出端均接有电容，使得各功率单元之间的控制可以相互独立。各功率单元需要输入

侧均压和输出侧均压控制，以使得功率单元间传输的能量相同，保证系统的安全运行区域。

DC/DCDC/DC

变换器

变换器#1#1

DC/DCDC/DC

变换器#2变换器#2

并联端口

并联端口

串联端口

并联端口

DC/DCDC/DC

变换器#N变换器#N

a）IPOPb）ISOP

DC/DCDC/DC

变换器#1变换器#1

DC/DCDC/DC

变换器#2变换器#2

并联端口

串联端口

串联端口

串联端口

DC/DCDC/DC

变换器#N变换器#N

c）IPOSd）ISOS

图A.4模块化组合型直流变压器

A.3.2.2器件串联隔离型直流变压器拓扑

为了提高DCT的电压和功率等级，器件串联是一种最典型的技术方案，如图A.5所示。器件串联

方案的附加组件较少，变压器数量较少，在成本、体积和重量方面具有优势。但是开关器件直接串联在

工艺和结构方面的实现难度较大，对杂散参数和关断过电压等的要求较高，通常被视为技术难度较大的

方案。

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图A.5器件串联型直流变压器拓扑

A.3.2.3隔离MMC型直流变压器拓扑

传统的隔离MMC型直流变压器如图A.6a）所示，其将两个MMC变换器的交流侧通过变压器连接，由变

压器实现较高的电压变比，又称为面对面（face-to-face，FTF）隔离MMC型直流变压器。在MMC子模块的

选择上，有半桥、全桥以及钳位双子模块等多种类型，其中半桥子模块的优点是使用功率器件数目少、

损耗低，但没有直流故障的隔离能力；而全桥子模块和钳位双子模块具有直流故障的隔离能力，但是需

要的功率器件数量较多，增加了系统成本。

为了减小系统损耗和投资成本同时提高直流故障闭锁能力，ALSTOM公司在2010年提出了一种混

合隔离MMC型直流变压器，如图A.6b）所示。混合隔离MMC型直流变压器通过结合两种传统MMC子模

块，每相桥臂由多个全桥子模块以及功率开关串联形成的串联阀组成。混合隔离MMC型直流变压器的

特点是每相的上/下桥臂各自工作半个周期；与面对面隔离MMC型直流变压器相比，获得相同电平数的交

流输出所需的子模块数量大大减少，使得系统的体积、重量以及投资成本都相应减小。同时，在发生直

流短路故障时，同相的上、下桥臂间没有直流通路，能够有效地抑制故障电流，阻断由直流侧故障所引

起的连锁扩散。但由于在混合隔离MMC型直流变压器中使用了功率器件串联阀，因此不可避免的引入了

开关器件和子模块的串联均压问题。

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a）面对面隔离MMC型直流变压器

b）混合隔离MMC型直流变压器

图A.6隔离MMC型直流变压器

A.3.3非隔离型直流变压器

A.3.3.1非隔离型分压式直流变压器

为降低隔离型直流变压器中功率器件数量，提出了自耦式直流变压器，如图A.7a)所示。由于高、

低压侧共用一部分子模块，减小了子模块数量，降低装置的成本和体积。通过在上MMC换流器中合理配

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置全桥子模块，能实现系统高、低压侧短路故障电流的抑制。在两端口自耦型直流变压器基础上提出了

多端口自耦型直流变压器，以实现多个不同电压等级直流线路的互联。进一步提出了直接分压式直流变

压器，如图A.7b)所示。同样通过高、低压侧共用子模块，以减少所需子模块数量。进一步提出了T型直

流变压器，如图A.7c)所示。该变换器所需子模块和功率器件的个数较少，通过合理控制可以实现桥臂

控制开关的零电流关断和零电压开通，以降低装置损耗。但桥臂控制开关需采用IGBT直接串联技术，IGBT

均压难度大，结构和控制难度大。

a）自耦式直流变压器

b）直接分压式直流变压器

c）T型直流变压器

图A.7非隔离型分压式直流变压器

A.3.3.2非隔离型晶闸管谐振型直流变压器

典型的非隔离型晶闸管谐振型直流变压器如图A.8a）所示。该方案中包含四个以晶闸管为基本功率

器件的H桥电路，同时每侧H桥包含有背靠背相连的两个LC谐振电路，两个H桥共用一个高压谐振电容，

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电路两侧加有LC滤波装置以降低输入/输出电流的纹波。通过控制输入侧H桥电路可以灵活改变谐振电容

的电压极性，通过控制输出侧H桥电路可以控制系统功率的大小，结合两侧的LC谐振电路即可实现能量

传输。由以上分析可知，非隔离型晶闸管谐振型直流变压器利用晶闸管具有较高的耐压/耐流特性以及

谐振电容轮换充电的原理，将能量从输入端传递到输出端，因而无需隔离变压器也能实现较高的电压增

益。

LfL1L2Lf

CfCf

Cr

U1U2

Cr

CfCf

L1L2

a）双向方案

LfL1L2Lf

UCf