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直流配電系統用直流變壓器技術規范

1范圍

本文件規定了直流配電系統用直流變壓器的術語和定義，使用條件、額定值、技術要求、試驗、文

件和資料、包裝、貯存、運輸和標識等。

本文件適用于與直流配電系統連接的直流變壓器。

2規范性引用文件

下列文件中的內容通過文中的規范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，

僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本

文件。

GB/T191包裝儲運圖示標志

GB/T311.1高壓輸變電設備的絕緣配合

GB/T3859.1—2013半導體變流器通用要求和電網換相變流器第1-1部分：基本要求規范

GB/T1094.3電力變壓器第3部分：絕緣水平、絕緣試驗和外絕緣空氣間隙

GB/T1094.10電力變壓器第10部分：聲級測定

GB/T4208外殼防護等級(IP代碼）

GB/T13384機電產品包裝通用技術條件

GB/T13540高壓開關設備和控制設備的抗震要求

GB/T16927.1高電壓試驗技術第1部分：一般定義及試驗要求

GB/T17626.30電磁兼容試驗和測量技術電能質量測量方法

GB/T33348—2016高壓直流輸電用電壓源換流器閥電氣試驗

GB50260電力設施抗震設計規范

3術語和定義

下列術語和定義適用于本文件。

3.1

直流配電系統DCpowerdistributionsystem

以直流方式實現與用戶電氣系統交換電能的配電系統。

注：直流配電系統通常包括電壓源換流器、直流變壓器、直流開關、直流線路和控制保護等設備(或子系統）。

3.2

直流配電系統用直流變壓器DCtransformerforDCdistributionsystem

用于直流配電系統實現不同電壓等級變換或相同電壓等級電氣隔離的直流/直流電力電子變換裝置。

注：直流配電系統用直流變壓器包含電力電子變換器本體及其屏柜，不包含安裝集裝箱或建筑物。

3.3

功率模塊powermodule

由開關器件、電容器、緩沖吸收電路等組成的直流變壓器的標準組件。

注：常見的包括半橋功率模塊、全橋功率模塊等。

3.4

功率單元powerunit

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由功率模塊、隔離變壓器（如有）、電抗器（如有），控制保護裝置等組成的直流變壓器的標準組

件。

3.5

直流端口DCport

直流變壓器與其相連接的外部系統進行能量傳輸的端口。

4使用條件

4.1正常使用環境條件

4.1.1周圍環境溫度和濕度

直流配電系統用直流變壓器（以下簡稱直流變壓器）正常使用的周圍環境溫度和濕度應滿足以下要

求：

a)溫度范圍：0℃～45℃；

b)最大相對濕度：≤60%（不凝露）。

其他特殊條件（如果有）應由制造商與用戶協商確定。

4.1.2海拔

直流變壓器應在海拔1000m及以下使用。

當海拔高于1000m時，應予以修正。修正方法由制造商與用戶協商確定。

4.1.3抗震

直流變壓器的設計和使用應考慮站址的地震條件,并符合GB/T13540的規定。

4.2安裝場所

直流變壓器的安裝場所應無劇烈機械振動和沖擊，無火災、爆炸危險的介質，無腐蝕、破壞絕緣的

氣體或導電介質，無有害氣體及蒸汽。

4.3接入系統條件

直流變壓器接入的直流配電系統的電壓波動應符合GB/T35727-2017的規定。

其他特殊條件（如果有）應由制造商與用戶協商確定。

5技術要求

5.1結構型式

5.1.1一次功率端口

直流變壓器應根據直流配電系統應用場景需求，提供不同電壓等級的直流端口。直流變壓器的直流

側采用單極或雙極系統。

5.1.2二次信號接口

直流變壓器應根據直流配電網應用場景需求，提供通信、測量、控制、對時等接口。

5.1.3拓撲結構

直流變壓器的常用拓撲結構見附錄A.2。

5.2基本功能

直流變壓器應具備不同直流端口電壓變換和功率傳輸的能力。

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5.3額定值

5.3.1額定電壓

直流變壓器的額定電壓宜為：±375V、±750V、±1500V、±5kV、±6kV、±10kV、±20kV、

±35kV、±50kV、±100kV。

其他特殊端口電壓應由制造商與用戶協商確定。

5.3.2額定功率

直流變壓器的額定功率為可連續運行的最大傳輸功率，應根據具體工程要求選取。

直流變壓器的端口額定功率為該端口可連續運行的最大輸入或輸出功率。

5.4電氣性能

5.4.1運行模式

根據不同的應用場景，直流變壓器的端口通常有恒定電壓模式、恒定功率（電流）模式、恒定電壓

變比模式或開環模式。

5.4.2穩態性能

5.4.2.1調節精度

直流變壓器在額定工況下的直流穩態電壓或電流控制精度不應低于3%。

5.4.2.2損耗

直流變壓器的損耗包括負載運行損耗、空載運行損耗、備用態損耗等。

直流變壓器在各種工況下的損耗為直流變壓器各組成部分的測量或計算損耗的總和：

a)功率模塊的損耗可根據工廠對單個橋元件的測量值計算，損耗數據包括模塊中使用的所有部

件的損耗，例如半導體開關器件、緩沖電路等；

b)中高頻變壓器的基頻和諧波頻率損耗通過空載試驗和短路試驗確定。電抗器損耗測量方法按

照GB/T25092的規定進行；

c)控制和輔助設備的損耗包括冷卻、控制和輔助電源等的損耗。

5.4.2.3紋波特性

在額定電壓和輸出額定功率條件下，諧波電流疊加輸出方均根值不應超過0.2倍額定電流。如果評

估表明直流變壓器在直流連接點處產生的諧波超出了允許范圍，應安裝共模抑制電抗器、直流電抗器或

直流濾波器等，以保證諧波在規定的限值內。

5.4.2.4可聽噪聲

對于戶內安裝為屏柜殼體方式的直流變壓器，距其屏柜水平距離1m，垂直高度1.5m處測得的可

聽噪聲平均值不應大于90dB。

對于戶外安裝為集裝箱殼體方式的直流變壓器，距其集裝箱水平距離1m，垂直高度1.5m處測得

的可聽噪聲平均值不應大于90dB。

5.4.2.5運行效率

在額定電壓和額定容量下，直流變壓器通過熱測試或電測試的最高運行效率不應小于95%。

5.4.2.6過載能力

根據直流變壓器的實際運行場景，由制造商與用戶協商直流變壓器是否應具有過載能力。如需具有

且無特殊要求，通常認為具有長期1.1倍和60s1.2倍的過載能力。

5.4.3動態性能

5.4.3.1直流系統故障類型

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直流變壓器設計和運行時應考慮以下直流系統故障：

a)母線或線路極間短路故障；

b)母線或線路單極接地故障；

c)斷線故障。

直流變壓器應能正確檢測到故障并保護，不危及設備安全。

針對具有瞬時性故障快速恢復的應用，要求直流變壓器能夠輸出負電壓，幫助線路故障電流快速衰

減，并能在滿足預先設定的條件情況后，嘗試恢復運行。

如果故障點仍存在，或發生繼發性故障，直流變壓器能再次完成故障檢測與保護。

5.4.3.2電壓耐受能力

直流變壓器的電壓耐受能力應結合直流配電系統運行要求，根據過電壓與絕緣專題研究報告確定。

直流變壓器應具有承受額定電壓、過負荷電壓以及各種電壓的能力，具體要求如下：

a)1.1p.u.，長期；

b)1.2p.u.，60s。

5.4.3.3電流耐受能力

直流變壓器應具有承受額定電流、過負荷電流以及各種電流的能力，具體要求如下：

a)1.1p.u.，長期；

b)1.2p.u.，60s。

5.4.3.4電壓緊急支撐能力

直流變壓器可通過下述方式向直流配電系統提供支撐：

a)緊急功率控制；

b)電壓支撐；

c)注入短路電流。

直流變壓器能快速調整有功功率傳輸方向和功率水平，向失去電源的直流配電線路提供功率支撐。

直流變壓器能向與其連接的直流配電線路提供快速的電壓支撐，限制電壓暫降，改善電能質量。

當直流變壓器作為直流配電系統電源時，為了得到可靠的過電流保護，如需直流變壓器提供一定的

短路電流，其能承受的最大短路電流不應超過其器件安全運行范圍。

5.4.3.5直流側故障下的耐受能力

當直流系統發生單極接地故障而要求不停運時，從故障發生到故障切除的這段時間內，直流變壓器

能承受故障電流和暫態電壓。

當直流系統發生雙極接地故障時，直流變壓器能迅速切除短路電流，保證自身不受損壞。

其他故障耐受能力，由制造商與用戶協商確定。

5.4.4絕緣水平

直流變壓器的絕緣水平包括端口絕緣和對地絕緣。其中，端口絕緣包括直流端口絕緣、交流端口絕

緣（如有）和交流端口間絕緣（如有），對地絕緣包括直流端口對地絕緣和交流端口對地絕緣（如有）。

直流變壓器的直流端口絕緣和交流端口絕緣由額定工作電壓決定，交流端口絕緣和交流端口間絕緣

具體應按照GB/T1094.3的規定執行。直流變壓器的直流端口對地絕緣和交流端口對地絕緣由其所接入

的系統決定。

5.5機械性能

直流變壓器的結構和安裝箱體（集裝箱）的制造質量、主電路連接及電氣元件安裝等符合下列要求：

a)直流變壓器宜采用模塊化設計，根據情況推薦采用戶內屏柜安裝或者戶外集裝箱安裝方式；

b)直流變壓器應承受由于各種故障產生的電動力；

c)箱體內應具有安全措施以防止操作人員直接接觸帶電部分；

d)直流變壓器的觸發系統的光纖應便于插拔和更換。

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5.6冗余

根據可靠性要求，基于系統總體失效率估算直流變壓器功率部件冗余度。直流變壓器功率部件的冗

余度不宜小于8%。

5.7監控功能

直流變壓器的控制單元應保證一次系統正常或故障條件下正常工作，在任何情況下都不應因為控制

系統的工作不當而造成直流變壓器的損壞。在冗余級全部損壞后，功率模塊控制單元應發出警報。如有

更多的功率模塊損壞，應及時向控制保護系統發出信息閉鎖直流變壓器。控制單元單一元件故障，不應

引起系統停運。

功率模塊控制單元還應具備如下監控功能：

a)正確響應控制保護系統發出的控制命令；

b)正確反饋功率模塊控制單元狀態信息；

c)滿足系統對功率模塊控制的其他要求，例如環流抑制、功率階躍、保護、電壓波動等。

對于直流配電系統使用的直流變壓器，直流變壓器級控制和功率模塊控制設備可使用同一控制硬件，

并具備本條規定的全部功能。

5.8保護功能

為保護直流變壓器，通常配置如下的保護：

a)直流側過電壓保護；

b)直流側過電流保護；

c)功率模塊故障保護；

d)冷卻系統故障保護；

e)功率模塊冗余保護；

f)冷卻系統進、出水溫度保護（使用水冷時）；

g)變壓器保護（包含變壓器直流偏磁）；

h)通信保護。

保護系統單一元件故障，不應引起系統停運。當需要配置特殊保護時，由制造商與用戶協商確定，

并與系統級保護配合。

5.9安全要求

如果使用環境中有能引起火災和爆炸危險的介質，在直流變壓器的內部和外側應采取措施防止引燃

危險和火焰蔓延。

裝置考慮以下設計：

a)非金屬材料全部采用阻燃材料，阻燃等級宜為UL94-V0級別；

b)裝置的外殼防護應符合GB/T4208的規定，不低于IP20；

c)裝置的接地應符合GB50065對接地的要求。

如有其他安全要求時，由制造商與用戶協商確定。

5.10絕緣等級

選用的絕緣材料的耐熱等級應為H級。

5.11溫升限值

額定運行工況下，高頻隔離變壓器繞組平均溫升不應超過125K，絕緣材料溫度不應超過180℃，

薄膜電容器溫度不應超過60℃，開關器件結溫由用戶與制造商協商。

5.12冷卻系統

直流變壓器應配有冷卻系統，以確保正常運行時不因溫度過高而損壞。冷卻方式可采用自然冷卻、

空氣冷卻、水—水冷卻和水—風冷卻等。

冷卻系統的控制/保護/測量系統滿足如下基本要求：

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a)應在各種運行條件下確保冷卻系統安全、正確、可靠地運行；

b)應采用基于溫度控制的閉環控制模式，對直流變壓器實施有效冷卻；

c)應準確檢測冷卻系統的各種故障，并正確產生報警或跳閘信號；

d)宜采用雙冗余設計，包括電源與通信，主備系統切換時，不會引起傳輸功率的下降；

e)冷卻系統供電電源消失時，應發出報警信號，并降低傳輸功率或者跳閘，以保證直流變壓器

不因過熱而損壞。

f)應明確與直流變壓器控制保護系統的接口要求。

5.13接口

直流變壓器的接口包括：

a)控制/保護接口：

1)電源接口；

2)通信接口；

3)測量接口；

4)控制接口。

b)功率回路接口：

1)直流側接口；

2)交流側接口；

3)控制接口。

在開展接口設計時，直流變壓器相關設備的制造商應互相配合，接口的規格和規約應由直流變壓器

成套設計方與相關設備制造商協商確定。

5.14輔助電源設備

輔助電源設備指除為直流變壓器功率變換系統之外的所有需要用電力的負載設備提供電能的設備，

通常包括交流電源、不間斷電源和直流電源三類，根據控制保護設備的硬件要求進行選擇。輔助電源設

備對于裝置關鍵部件宜采用雙冗余供電方式。

5.15試驗要求

5.15.1整機絕緣試驗要求

直流變壓器的整機絕緣試驗應滿足以下要求：

a)直流變壓器不允許擊穿或外部閃絡,或者構成直流變壓器結構的絕緣材料部分、冷卻水管、光

導或脈沖傳輸及分配系統不允許有破壞性放電；

b)直流變壓器應耐受試驗電壓且不發生誤動作或絕緣擊穿。

5.15.2功率模塊試驗要求

直流變壓器的功率模塊試驗滿足以下要求：

a)直流變壓器的各項脈沖測試應滿足設計要求；

b)直流變壓器在滿載運行中功率模塊的額定功率輸出跟隨性能以及在負載突變的情況下其直流

電壓穩定性能應符合設計要求；

c)直流變壓器長時運行工況下輸出波形應正常，功率模塊各組部件的溫度和溫升符合設計要求；

d)直流變壓器的過電壓、過電流、過溫以及通信斷線故障保護和內部故障保護應滿足設計要求。

5.15.3整機功能試驗要求

直流變壓器的整機功能試驗應滿足以下要求：

a)直流變壓器的功能性試驗滿足設計和控制要求；

b)直流變壓器的接地試驗和短路試驗的各動作響應時間滿足設計要求；

c)故障線路切除后，直流變壓器能可靠重啟，恢復供電。

6試驗

6

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6.1試品

本文件給出了直流變壓器的一般電氣試驗方法。

試驗應在完整的直流變壓器或直流變壓器組件上進行。主要根據直流變壓器的設計和試驗場地的容

許選擇。

受試的直流變壓器或直流變壓器組件應與所有的輔助元件組裝在一起。需要時,應包括相應比例的

直流變壓器避雷器。避雷器應和受試的直流變壓器電壓成比例,提供至少與實際應用的避雷器最大特性

相一致的保護水平。

冷卻液應處于典型的運行工況。特別是流量和溫度，應設置成試驗所考慮的最不利值，相應元件的

溫度等于實際工作中的溫度。

6.2試驗項目

直流變壓器的試驗項目包括：外觀和結構檢查、整機絕緣試驗、功率模塊試驗和整機功能試驗，具

體的試驗項目和要求如表1所示。

表1直流變壓器試驗項目

試驗項目型式試驗例行試驗現場交接試驗

外觀檢查●●●

外觀和結構檢查結構檢查●●●

電路檢查●●●

端對地工頻耐壓●●●

端對地直流耐壓●●○

局部放電試驗○○○

整機絕緣試驗

端對地雷電沖擊試驗●●○

端間直流耐壓試驗○○○

端間雷電沖擊試驗○○○

雙脈沖試驗

●●○

可關斷能力試驗

●●○

滿載運行試驗

●●○

溫升試驗

功率模塊試驗●●○

直流過壓保護試驗

●●○

直流過流保護試驗

●●○

通訊斷線故障保護試驗

●●○

充電觸發試驗

●●●

啟動試驗

●●●

整機功能試驗

運行試驗

●●●

負載投切試驗

●○●

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表1直流變壓器試驗項目（續）

試驗項目型式試驗例行試驗現場交接試驗

停機試驗

●●●

效率測試試驗

●●●

直流側單極接地試驗

●○●

整機功能試驗

直流側極間短路試驗

○○○

電能質量測試

●○●

聲級測試

●○●

注：●為必做項目，○為選做項目，由用戶和制造商協商。端對地工頻耐壓及局部放電和端對地直流耐壓及局部放

電根據實驗條件二選一。

6.3外觀和結構檢查

6.3.1外觀檢查

銘牌標識應清晰、正確，外表面應無起泡、裂紋、流痕等缺陷，外觀檢查按GB/T33348—2016中

13.4.1的規定進行。

6.3.2結構檢查

內部空氣間隙和爬電距離應符合設計要求，結構件應按設計要求安裝到位，螺絲應做好緊固標記。

6.3.3電路檢查

功率模塊二次電路板卡應安裝到位，主回路接線和連接配線應正確。

6.4整機絕緣試驗

6.4.1端對地工頻耐壓試驗

直流變壓器高壓側系統短接，其他非被試側短接接地，將工頻交流電壓施加在高壓側短接的端子與

地之間。起始電壓應低于規定值U1，在10s內升至另一規定值U2，保持1min，之后降至規定值U1，保

持10min，最后1min記錄局部放電量，然后降低電壓至零。U1和U2由系統研究確定。

6.4.2端對地直流耐壓試驗

直流變壓器高壓側系統短接，其他非被試側短接接地，將直流電壓施加在高壓側短接的端子與地之

間。起始電壓應低于規定值U3，在10s內升至規定值U4，保持60min，之后降至零，期間記錄局部放

電量。U3和U4由系統研究確定。

6.4.3局部放電試驗

在6.4.1和6.4.2試驗期間，進行局部放電試驗。

6.4.4端對地雷電沖擊試驗

直流變壓器高壓側系統短接，其他非被試側短接接地，高壓側短接端子與地之間施加3次正極性和3

次負極性雷電沖擊電壓，沖擊電壓峰值為規定值U5，試驗電壓波形應符合GB/T16927.1的規定，使用

示波器或數字記錄儀記錄試驗波形。U5由系統研究確定。

6.4.5端間直流耐壓試驗

試驗方法按照GB/T33348-2016的6.4規定進行。

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起始電壓不應大于最大試驗電壓的50%,電壓應在盡可能短的時間內上升至規定的10s試驗電壓，然

后降低至規定的3h試驗電壓，保持3h恒定，然后降電壓至零。

6.4.6端間雷電沖擊試驗

試驗方法按照GB/T33348-2016的7.3規定進行。

應采用符合GB/T16927.1的要求雷電沖擊電壓波形。

在直流變壓器上施加3次規定幅值的雷電沖擊電壓。

6.5功率模塊試驗

6.5.1功率模塊試驗回路

功率模塊試驗可采用直接負載法或圖1所示的背靠背對拖法。根據不同產品的拓撲結構，可采用單

模塊或多模塊，用于驗證功率模塊在各種工況下的運行情況和保護功能。

試品

電源功率模塊

輔助

功率模塊

圖1功率模塊背靠背對拖試驗回路示意圖

6.5.2雙脈沖試驗

功率模塊完成充電，升高輸入電壓至額定值，然后進行雙脈沖試驗，其試驗結果應符合設計要求。

6.5.3可關斷能力試驗

功率模塊完成充電，升高輸入電壓至額定值，然后進行關斷電流測試，其試驗結果應符合設計要求。

6.5.4滿載運行試驗

功率模塊完成充電，控制直流電壓和功率至額定值，在額定功率處調整功率參考值，功率模塊的功

率輸出跟隨性能以及在負載突變的情況下其直流電壓穩定性能應符合設計要求；在最高允許運行溫度下

運行2h后，直到功率模塊各組部件的溫度達到穩定值，測量輸出波形，其試驗結果應符合6.15.2的功

率模塊試驗。

6.5.5溫升試驗

功率模塊完成充電，控制直流電壓和功率至額定值，在額定功率處調整功率參考值，功率模塊的功

率輸出跟隨性能以及在負載突變的情況下其直流電壓穩定性能應符合設計要求；在最高允許運行溫度下

運行2h后，直到功率模塊各組部件的溫度達到穩定值，其試驗結果應符合6.15.2的功率模塊試驗。

6.5.6直流過壓保護試驗

功率模塊完成充電，控制功率模塊直流電壓至額定值，逐漸提升功率模塊直流電壓高于保護定值，

測試直流過壓保護性能是否滿足設計要求。

6.5.7直流過流保護試驗

功率模塊完成充電，控制功率模塊直流電壓至額定值，逐漸提升功率模塊直流電流高于保護定值，

測試直流過流保護性能是否滿足設計要求。

6.5.8通訊斷線故障保護試驗

功率模塊完成充電，控制功率模塊直流電壓至額定值，拔掉通信光纖，測試通信斷線故障保護是否

滿足要求。斷開功率模塊驅動板卡或控制器的電源、或人為設置內部通信故障，測試內部故障保護是否

滿足設計要求。

6.6整機功能試驗

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6.6.1系統調試回路

對于變比為1:1的直流變壓器，可采用自功率循環的方式進行系統測試，即通過直流電感將直流變

壓器的兩端相連以進行自身功率循環，試驗回路如圖2所示。

電源直流變壓器

圖2直流變壓器功率循環回路示意圖

對于變比不為1:1的直流變壓器，可通過配置一臺同容量的直流變壓器進行對拖試驗，對拖試驗回

路如圖3a）所示。若無法滿足上述條件，可通過在直流變壓器的中低壓側配置一臺同容量的逆變器，進

行交流并網對拖，對拖試驗回路如圖3b）所示。

被試

交流電AC

電源直流變壓器直流變壓器

源DC

陪試

逆變器

直流變壓器

a）測試方法1b）測試方法2

圖3變比不為1:1的直流變壓器功率測試回路示意圖

6.6.2充電觸發試驗

直流變壓器整機組裝完畢后，確認功率模塊、控制保護裝置及保護功能正常，依次進行低壓功率模

塊觸發試驗、高低壓側功率模塊觸發試驗，驗證整機功能是否符合設計要求。

6.6.3啟動試驗

直流變壓器整機組裝完畢后，確認功率模塊、控制保護裝置及保護功能正常，對直流變壓器進行啟

動測試，保證啟動過程中不會觸發過壓或過流保護，驗證啟動功能符合設計要求。

6.6.4運行試驗

啟動試驗完成后，控制系統下發解鎖指令，直流變壓器根據控制指令控制電壓、電流或功率至指定

值，滿足控制精度要求。

6.6.5負載投切試驗

空載穩定運行，合閘低壓側分支斷路器，使直流變壓器由空載升至額定負荷，再斷開低壓側分支斷

路器，使負荷降為零。

在功率升降過程中，記錄系統運行參數，應符合設計要求。

6.6.6停機試驗

運行試驗完成后，控制系統封鎖開關脈沖，對直流變壓器進行停機，保證停機過程中不會觸發過壓

或過流保護，驗證停機功能應符合設計要求。

6.6.7效率測試試驗

直流變壓器的效率測試共包括兩種：

a)電氣測試：在直流變壓器對拖試驗中，通過功率分析儀分別接入設備的高壓測和低壓側，運

行功率以10%額定功率上升率調直至額定功率，記錄設備高壓測和低壓側的實時電壓、電流及

功率值，并計算直流變壓器在變功率情況下的效率值，計算方法即為輸出功率除以輸入功率；

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b)熱測試：在直流變壓器對拖試驗中，以10%額定功率跨度上調直至額定功率，當直流變壓器溫

升穩定時，分別記錄水箱的水流量、進水口溫度和出水口溫度，根據水流量和進出水口的溫

差計算直流變壓器在變功率情況下的效率值。效率值應符合設計要求。

6.6.8直流側單極接地試驗

在直流側進行瞬時性人工單極接地故障試驗，根據系統運行要求，直流變壓器維持正常運行，單極

電壓升高；或保護裝置正確發出動作指令，各動作響應時間滿足設計要求，故障線路切除后直流變壓器

能可靠重啟，恢復供電。

6.6.9直流側極間短路試驗

在直流側進行瞬時性人工雙極短路故障試驗，控制保護裝置正確發出動作指令，各動作響應時間滿

足設計要求。相間短路故障消失后，直流變壓器能靠重啟，恢復供電。

6.6.10電能質量測試

正常運行條件下，測試直流端口的直流電壓波動和紋波。按照GB/T17626.30的規定進行，連續測

試24h以上，各端口電能質量應滿足設計要求。

6.6.11聲級測試

正常運行條件下，測試平均A計權聲壓級。按照GB/T1094.10的規定進行，結果應滿足設計要求。

7文件和資料

7.1文件和資料的范圍

作為產品交付的一部分，制造商應向用戶提供文件和資料，主要包括：

a)說明書；

b)安裝圖紙；

c)安裝、運行、維護手冊；

d)試驗報告。

7.2說明書

制造商應向用戶提供說明書，包括但不限于下列內容：

a)使用說明書：

1)電氣主系統及其輔助系統說明；

2)總體結構、聯結及模塊結構說明；

3)觸發方案的說明；

4)監視方案的設計；

5)過電壓承受能力及保護方式的設計；

6)運行參數表；

7)各種過負荷能力；

8)運行限制的說明；

9)損耗；

10)長期老化報告。

b)主要元/部件的說明書；

c)所有其他附件的說明書；

d)控制、監視設備設計說明書。

7.3安裝圖紙

為便于直流變壓器現場安裝，應具備以下圖紙：

a)結構圖；

b)三視外形圖；

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c)模塊的結構圖；

d)光纖通道結構圖；

e)光纜接口圖；

f)控制單元屏柜光纜接口圖；

g)控制及監視系統的原理圖；

h)直流變壓器本體的安裝圖；

i)光纖、電纜的安裝圖；

j)其他屏柜的安裝圖；

k)控制保護屏柜安裝圖；

l)安裝和有關設施設計所需的任何其它圖紙和資料；

m)安裝、運行、維護手冊；

n)特殊工具和儀器的說明書和手冊等；

o)備品、備件清單。

7.4試驗報告

制造商應向用戶提供的試驗報告包括但不限于：

a)型式試驗、例行試驗和現場交接試驗報告；

b)控制保護系統試驗報告。

8包裝、貯存、運輸和標識

8.1包裝

設備包裝前應進行如下檢查：

a)產品的附件、備品、合格證和有關技術文件是否齊備；

b)產品外觀有無損壞；

c)產品經過除塵。

設備包裝的一般要求如下：

——裝置包裝時宜用塑料制品作為內包裝，周圍用防震材料墊實放于外包裝箱內；

——包裝箱應符合GB/T13384的規定；

——隨同裝置出廠的合格證和有關技術文件應裝入防潮文件袋中，再放入包裝箱內；

——裝置的包裝應符合GB/T4798.2規定的運輸要求。

8.2運輸

運輸過程中不應有劇烈震動、沖擊和倒放。

特殊情況下，應滿足船運要求。

8.3貯存

包裝好的裝置應保存在相對濕度不大于85%，周圍空氣溫度為-25oC～+55oC的場所。

貯存裝置的場所應干燥、清潔、空氣流通，并能防止各種有害氣體的侵入。

嚴禁與有腐蝕作用和強磁場作用的物品存放在同一場所。

8.4標識

直流變壓器的適當位置應有銘牌，內容應包含：

a)產品名稱；

b)產品型號；

c)產品技術參數，至少包括：

1)額定電壓值，

2)額定容量，

3)端口功率，

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4)端口電壓；

d)出廠編號；

e)制造日期；

f)制造廠名。

外包裝上具有收發貨標志、包裝儲運標志和警示標志，并按GB/T191的有關規定執行。

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A

A

附錄A

（資料性）

直流變壓器的典型應用場景及拓撲

A.1概述

直流變壓器(DCtransformer，DCT)是實現直流電網中可再生能源高效、經濟和大規模匯集的核心

裝備，也是直流輸配電一體化網絡構建的主要手段。直流變壓器不僅具有電壓變換和功率主動控制的能

力，且還能提供電氣隔離以保障安全，目前主要方式是通過功率變換器實現高頻變換，并通過隔離變壓

器實現電壓的變換和電氣隔離。從系統構成來看，直流變壓器也可以看成是組成多級型電力電子變壓器

的核心環節，而電力電子變壓器是指由一定數量的功率模塊組成的成套裝置，具備傳統電力變壓器的基

本功能，還能實現無功補償、諧波治理、電網互聯、新能源并網、潮流控制等功能。根據不同的系統要

求，直流變壓器的構造方式存在區別。隨著系統直流電壓等級和容量的提高，直流變壓器電氣拓撲也開

始逐漸向模塊化級聯方向演變。

本附錄簡要介紹現有直流變壓器的主要類型，對已知的主要直流變壓器技術進行綜述。

A.2直流變壓器的典型應用場景

A.2.1典型場景1：新能源發電直流匯集

隨著“雙碳”目標的推進，光伏、風電等新能源系統將大規模接入，尤其在遠距離大容量電纜輸送

系統中，交流電纜電容充電效應嚴重限制了交流輸電的發展，直流輸送方式成為理想選擇之一。以海上

風電系統為例，風機經過AC-DC-AC變頻后輸出工頻交流電，經過升壓變壓器進行交流匯集，然后再經

過升壓變壓器和柔直換流器轉換成數百kV的高壓直流電進行輸送。如此，在風機塔筒和海上換流平臺中

均需要放置大容量的工頻變壓器、換流器及其附屬設備，造成系統體積龐大和造價巨大，尤其是大幅提

高了海上平臺的建設難度。如圖A.1所示，采用直流匯集和直流輸送的方式，通過中高頻隔離的直流變

壓器替代工頻變壓器和一級DC/AC變換，能大幅減小系統體積、重量和損耗，并減小造價。

圖A.1直流變壓器的典型場景1：新能源直流匯集

A.2.2典型場景2：直流電網互聯系統

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隨著直流輸、配用電的快速發展，電網中將會存在各種不同電壓等級的直流系統，不同母線間互聯

需求變得迫切。如果仍采用交流電網為互聯核心的方案，將會經過多級DC/AC和交流磁性變壓器，經

濟性大幅降低，如圖A.2所示。在此場景下，基于中高頻隔離的直流變壓器將將大幅減小系統互聯成本、

體積和損耗，實現不同電壓等級的直流輸、配、用電母線的直接連接。

圖A.2直流變壓器的典型場景2：直流輸、配、用電系統互聯

A.2.3典型場景3：直流配用電系統

直流配用電系統，是以柔性直流等技術為基礎，以區域直流母線為基本結構單元，能便捷智能地接

入各種電源、負荷和儲能裝置的電能互聯傳輸系統。隨著分布式新能源、直流負載以及儲能設備的廣泛

發展和利用，接入配電網的源（供能）、荷（用能）及儲（儲能）設備有了越來越多的直流屬性，而作

為連接源、荷、儲的網端，目前仍然是以交流電為絕對主力。如果配電網也采用直流技術，就能省去大

量整流和逆變裝置，將具有直流屬性的設備便捷地互聯互通，如圖A.3所示，這也是近年來發展直流配

電技術的呼聲在業界和學界中日漸走高的重要原因。

圖A.3直流變壓器的典型場景3：直流配用電系統

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A.3直流變壓器的典型拓撲

A.3.1概述

根據直流變壓器各個直流端口是否具備電氣隔離功能，分為隔離型和非隔離型兩種。

A.3.2隔離型直流變壓器拓撲

A.3.2.1模塊化組合型隔離直流變壓器拓撲

模塊化組合型直流變壓器是應用較多的技術方案之一。采用模塊化組合型直流變壓器可滿足不同的

電壓和功率需求，中高壓應用中可通過多個功率單元串聯減小電壓應力，而大容量應用中可采用多個功

率單元并聯降低電流應力。模塊組合型直流變換器分為四種類型：輸入串聯輸出并聯型（ISOP），輸

入并聯輸出并聯型（IPOP），輸入串聯輸出串聯型（ISOS）和輸入并聯輸出串聯型（IPOS），如圖A.4

所示。在模塊化組合型直流變壓器中，每個功率單元可采用標準化的模塊結構，易于批量生產和冗余設

計。同時，采用標準模塊進行串并聯能滿足不同電壓及容量的需要，易于系統的升級擴容。由于每個功

率單元的輸入端和輸出端均接有電容，使得各功率單元之間的控制可以相互獨立。各功率單元需要輸入

側均壓和輸出側均壓控制，以使得功率單元間傳輸的能量相同，保證系統的安全運行區域。

DC/DCDC/DC

變換器

變換器#1#1

DC/DCDC/DC

變換器#2變換器#2

并聯端口

并聯端口

串聯端口

并聯端口

DC/DCDC/DC

變換器#N變換器#N

a）IPOPb）ISOP

DC/DCDC/DC

變換器#1變換器#1

DC/DCDC/DC

變換器#2變換器#2

并聯端口

串聯端口

串聯端口

串聯端口

DC/DCDC/DC

變換器#N變換器#N

c）IPOSd）ISOS

圖A.4模塊化組合型直流變壓器

A.3.2.2器件串聯隔離型直流變壓器拓撲

為了提高DCT的電壓和功率等級，器件串聯是一種最典型的技術方案，如圖A.5所示。器件串聯

方案的附加組件較少，變壓器數量較少，在成本、體積和重量方面具有優勢。但是開關器件直接串聯在

工藝和結構方面的實現難度較大，對雜散參數和關斷過電壓等的要求較高，通常被視為技術難度較大的

方案。

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圖A.5器件串聯型直流變壓器拓撲

A.3.2.3隔離MMC型直流變壓器拓撲

傳統的隔離MMC型直流變壓器如圖A.6a）所示，其將兩個MMC變換器的交流側通過變壓器連接，由變

壓器實現較高的電壓變比，又稱為面對面（face-to-face，FTF）隔離MMC型直流變壓器。在MMC子模塊的

選擇上，有半橋、全橋以及鉗位雙子模塊等多種類型，其中半橋子模塊的優點是使用功率器件數目少、

損耗低，但沒有直流故障的隔離能力；而全橋子模塊和鉗位雙子模塊具有直流故障的隔離能力，但是需

要的功率器件數量較多，增加了系統成本。

為了減小系統損耗和投資成本同時提高直流故障閉鎖能力，ALSTOM公司在2010年提出了一種混

合隔離MMC型直流變壓器，如圖A.6b）所示。混合隔離MMC型直流變壓器通過結合兩種傳統MMC子模

塊，每相橋臂由多個全橋子模塊以及功率開關串聯形成的串聯閥組成。混合隔離MMC型直流變壓器的

特點是每相的上/下橋臂各自工作半個周期；與面對面隔離MMC型直流變壓器相比，獲得相同電平數的交

流輸出所需的子模塊數量大大減少，使得系統的體積、重量以及投資成本都相應減小。同時，在發生直

流短路故障時，同相的上、下橋臂間沒有直流通路，能夠有效地抑制故障電流，阻斷由直流側故障所引

起的連鎖擴散。但由于在混合隔離MMC型直流變壓器中使用了功率器件串聯閥，因此不可避免的引入了

開關器件和子模塊的串聯均壓問題。

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a）面對面隔離MMC型直流變壓器

b）混合隔離MMC型直流變壓器

圖A.6隔離MMC型直流變壓器

A.3.3非隔離型直流變壓器

A.3.3.1非隔離型分壓式直流變壓器

為降低隔離型直流變壓器中功率器件數量，提出了自耦式直流變壓器，如圖A.7a)所示。由于高、

低壓側共用一部分子模塊，減小了子模塊數量，降低裝置的成本和體積。通過在上MMC換流器中合理配

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置全橋子模塊，能實現系統高、低壓側短路故障電流的抑制。在兩端口自耦型直流變壓器基礎上提出了

多端口自耦型直流變壓器，以實現多個不同電壓等級直流線路的互聯。進一步提出了直接分壓式直流變

壓器，如圖A.7b)所示。同樣通過高、低壓側共用子模塊，以減少所需子模塊數量。進一步提出了T型直

流變壓器，如圖A.7c)所示。該變換器所需子模塊和功率器件的個數較少，通過合理控制可以實現橋臂

控制開關的零電流關斷和零電壓開通，以降低裝置損耗。但橋臂控制開關需采用IGBT直接串聯技術，IGBT

均壓難度大，結構和控制難度大。

a）自耦式直流變壓器

b）直接分壓式直流變壓器

c）T型直流變壓器

圖A.7非隔離型分壓式直流變壓器

A.3.3.2非隔離型晶閘管諧振型直流變壓器

典型的非隔離型晶閘管諧振型直流變壓器如圖A.8a）所示。該方案中包含四個以晶閘管為基本功率

器件的H橋電路，同時每側H橋包含有背靠背相連的兩個LC諧振電路，兩個H橋共用一個高壓諧振電容，

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電路兩側加有LC濾波裝置以降低輸入/輸出電流的紋波。通過控制輸入側H橋電路可以靈活改變諧振電容

的電壓極性，通過控制輸出側H橋電路可以控制系統功率的大小，結合兩側的LC諧振電路即可實現能量

傳輸。由以上分析可知，非隔離型晶閘管諧振型直流變壓器利用晶閘管具有較高的耐壓/耐流特性以及

諧振電容輪換充電的原理，將能量從輸入端傳遞到輸出端，因而無需隔離變壓器也能實現較高的電壓增

益。

LfL1L2Lf

CfCf

Cr

U1U2

Cr

CfCf

L1L2

a）雙向方案

LfL1L2Lf

UCf