柔性直流輸電用電壓源型國家能源局發布前言 Ⅱ 1 13術語和定義 14綜合要求 45型式試驗 5 附錄A(資料性附錄)電壓源換流器拓撲綜述 1GB311.1絕緣配合第1部分：定義、原則和規則GB/T16927.1高電壓試驗技術第1部分：一般定義及試驗要求GB/T16927.2高電壓試驗技術第2部分：測量系統GB/T20990.1—2007高壓直流輸電晶閘管閥第1部分：電氣試驗絕緣柵雙極晶體管insulatedgatebipolartrans2反并聯的IGBT和續流二極管組。交流側輸出相電壓波形中電平數大于3的電壓源換流器。每個VSC閥由一定數量的獨立單相電壓源換流器串聯組成的多電平換流器。級聯兩電平換流器cascadedtwolevelconverter;CTL在每個開關位置使用多個IGBT串聯的模塊化多電平換流器。閉鎖狀態blockingstate換流器中所有IGBT均被施加關斷信號的狀態。解鎖狀態de-blockingstate處于解鎖狀態的換流器中投切的閥或閥的一部分所引起的電壓階躍變化。VSC相單元VSCphaseunit用于將兩個直流母線連接到一個交流端子的設備。由電力電子器件及其輔件組成的電氣和機械聯合體，能實現單向或雙向導通。本文件特指[DL/T1193—2012,定義3.2.5]VSC閥(開關型)VSCvalve(switchtype)IGBT-二極管對串聯組成的完整的可控組件，作為VSC相單元中單個功能單元同時投切。參見3VSC閥(可控電壓源型)VSCvalve(controllablevoltagesourcetype)4連接變壓器interfacetransformer將功率在交流系統連接點和一個或多個VSC單元之間傳輸的變壓器(如果有)。[GB/T30553—2014,定義3.5.2]注1:調制因數也等于VSC相單元交流端輸出電壓的基頻分量峰值相對于VSC輸電系統直流母線的直流線電壓的注2:此外，還有可用于VSC換流器調制因數的各種定義。所有這些調制因數表示的是間接量，是從VSC換流器的物理性質和運行原理而來的。必須指出，對于特定的應用，任何調制因數及其用法都應明確界定。[GB/T30553—2014,定義3.6.15]試驗耐受電壓testwithstandvoltage標準波形的試驗電壓值。在規定條件下，當耐受規定的施加次數和持續時間的試驗電壓時，沒有受到損傷的新試品閥不能表現出任何破壞性放電，并符合指定的特殊試驗下所有其他的驗收標準。4綜合要求4.1大氣修正因數2)如果VSC閥的絕緣配合不是按GB311.1中額定耐受電壓選擇的，則使用按GB/的步驟進行海拔修正，參考大氣壓為標準大氣壓(101.3kPa)。b)溫度：設計的最高閥廳空氣溫度，單位為攝氏度(℃)。c)濕度：設計的最低閥廳絕對濕度，單位為克每立方米(g/m3)。4.2冗余的處理4.2.1運行試驗Nt——試品中串聯閥級的數量；4.2.2絕緣試驗55.1一般要求試驗項目閥或閥組件閥或閥組件閥或閥組件IGBT過電流關斷試驗閥或閥組件閥或閥組件閥抗電磁干擾驗證閥aa若協商一致，可對閥組件進行試驗。試驗項目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閥端間交流—直流電壓試驗閥閥端間操作沖擊試驗閥閥端間雷電沖擊試驗閥aa若協商一致，可對閥組件進行試驗。6交流絕緣試驗可在50Hz或60Hz下進行。733及以下111122338雷器。此避雷器應與試驗中串聯級數成比例，以提供至少與實際應c)最大持續吸收電路元件(如有)溫度；d)最大持續開通(或關斷)電壓和電流。b)最大持續吸收電路元件(如有)溫度；所有這些參數都需要在最大持續運行負載試驗中得以再現。也可在分項試驗和組合試驗中得以對應于最大持續運行直流電壓的試驗電壓Upv?,按式(3)計算。9在出口冷卻劑溫度達到穩定后，試驗的持續時間應保證不低于30min。5.3最大暫時過負荷運行試驗試驗目的是檢驗在最大暫時過負荷運行條件下開通和關斷過程中單個閥體中VSC閥級或二極管閥級以及相關電子電路承受電流、電壓和溫度應力的能力。 5.3.4試驗要求在5.2闡述的試驗中，閥或閥組件需要達到熱平衡。在這個初始試驗條件具備之后暫時過負荷運行試驗開始，并且試驗持續時間為暫時過負荷持續時間的1.2倍。在暫時過負荷運行試驗之后，需要再進行10min持續運行負載試驗。5.4最小直流電壓試驗5.4.1試驗目的試驗目的是檢驗單個閥體中VSC/二極管閥級以及相關電子電路在最小直流電壓運行工況下的正常工作能力。5.4.4試驗要求本試驗通過在閥或閥組件端子之間施加最小直流電壓，證明獲得能量的閥在閥(或閥組件)處于解鎖或者閉鎖狀態時，監測閥電子電路的回報信號來驗證閥電子電路是否工試驗電壓Ui,按式(4)計算。試驗電壓Up?對應于最大暫時直流過電壓，按式(5)計算。5.8閥支架結構的絕緣試驗5.8.1試驗目的a)檢驗閥支架、冷卻水管、光導的絕緣和其他同閥支架相關的絕緣部件的耐受電壓能力。如果除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的最大運行電壓。如果一個單閥包含一個以上的閥支架結構，那么試驗應以所有閥支架結構承受的最嚴重應力為準。5.8.3試驗要求5.8.3.1一般原則下面給出的所有試驗電壓都要進行4.1描述的大氣修正。直流試驗電壓施加在閥的兩個主端子(連接在一起)與公共地之間。從不超過規定的1min試驗電壓的50%開始，電壓在大約10s內升至規定的1min試驗電壓，保持1min恒定，再降至規定的3h試驗電壓，保持3h恒定，然后降到零。在規定的3h試驗的最后1h,超過300pC的局部放電數目，應按GB/T20990.1—2007附錄B的規定記錄。整個記錄期間，300pC以上的脈沖數目平均每分鐘不超過15次；500pC以上的脈沖每分鐘不超過7次；1000pC以上的脈沖每分鐘不超過3次；2000pC以上的脈沖每分鐘不超過1次。在試驗之前，閥支架應短路并接地最少2h。閥支架直流試驗電壓Uds按式(6)計算。交流試驗電壓施加在閥的兩個主端子(連接在一起)與公共地之間。從不超過規定的1min試驗電試驗電壓Utas?,保持30min后降到零。在規定的30min試驗的最后1min,應監測和記錄局部放電的水閥支架交流試驗電壓Uas的均方根值，按式(7)計算。Ums——穩態運行期間，閥支架最大重復運行電壓的峰值，包括投切過沖；在閥的兩個主端子(連接在一起)與公共地之間分別施加3次正極性和3次負極性操作沖擊電壓。試驗電壓應根據VSC換流站的絕緣配合要求選取。在閥的兩個主端子(連接在一起)與公共地之間分別施加3次正極性和3次負極性雷電沖擊電壓。試驗電壓應根據VSC換流站的絕緣配合要求選取。5.9閥端間的絕緣試驗試驗目的是驗證閥電壓特性的相關設計，即能否耐受各種類型過電壓(直流、交流、操作沖擊和雷d)閥電子電路工作正常。試品一般是一個完整的閥，也可是單獨的閥組件，只要證明閥組件在試驗條實際運行中一個完整的閥的電壓分布。試品閥或閥組件應裝配除閥避雷器以外的所有輔助元件。所有的沖擊試驗，除另有要求的，閥電子設如果試品是閥組件，被試閥組件的最少閥級數量應通過協商確定。在除了流量可以降低外，冷卻條件需再現實際運行條件。試驗應包含(或者模擬)用于恰當再現部分實際應力所需的額外設備(或物品)。在被試閥周圍應適當安裝接地平面，其布置由實際閥廳中與之鄰用于閥絕緣試驗的試品通常不允許對規定試驗電壓施加大氣修正以避免內部元件承因此，任何閥端間的絕緣試驗都不使用大氣修正因數，并應證明大氣情況對閥內部耐受能力的影響是可將許多現有的高壓試驗技術直接應用于柔性直流輸電用電壓源型換流閥的檢測。另外流輸電的特殊性可能導致實際波形不同于標準試驗波形，這種情況下，要對試驗進行修正以盡可能再現實際運行條件。5.9.3.2閥端間交流—直流電壓試驗本試驗包括一項短時試驗和一項長時試驗。短時試驗應能再現特定的換流最嚴重的工況取決于閥的設計，需要考慮的工況包a)交流端對地短路；b)交流端相間短路；c)交流端開路；e)橋臂直通或在同一相單元中另一個閥的誤觸發；f)直流極接地故障。試驗時，同時使用交流電源和電容器以產生復合交流一直流電壓波形。取決于換流器的拓撲結構，電容器可集成為閥的一部分，也可是獨立的。也可使用直流電壓源代替電容器。從不大于最大試驗電壓的50%開始升壓，盡快將試驗電壓升至規定的10試驗電壓，保持30min恒定，之后降為零。在30min試驗的最后1min記錄到的局部放電值不能超過200pC,前提是閥內部局部放電敏感元件已被單獨試驗。超過300pC的局部放電脈沖，記錄期間平均每分鐘最多15個；超過500pC的局部放電脈沖，每分鐘最多7個；超過1000pC的局部放電脈沖，每分鐘最多3個；超過2000pC的局部放電脈沖，每分鐘最多1個。注1:若觀察到局部放電的幅值或者頻率有增加的趨勢，可以延長試驗時間。10s試驗電壓Uv?按式(8)計算。Uw?={Uacl·sin2πft+Uct}·k·k?U—閥端間最大暫態過電壓交流分量的峰值，考慮實際運行工況下閥避雷器(如有)或極避雷器(如有)的作用；Ud閥端間最大暫態過電壓直流分量的最大值，考慮實際運行工況下閥避雷器(如有)或極避雷器(如有)的作用；f——試驗頻率(50Hz或60Hz);f——試驗頻率(50Hz或60Hz);閥端間操作沖擊試驗耐受電壓Usv按式(10)、式(11)計算。在閥上施加3次規定幅值的雷電沖擊電壓。閥應耐受試驗電壓且不發生誤動作或絕緣擊穿。閥端間雷電沖擊試驗耐受電壓U?y按式(12)、式(13)計算。5.10型式試驗報告試驗報告應按GB/T27025規定的原則編寫，主要包括以下內容：a)實驗室的名稱和地址，以及試驗執行的地點；c)試品的清晰完整標識，包括型號、額定值、序列號和其他用于識別試品的信息；h)以表格、圖片、示波圖和照片的形式保存下來的試驗結果；i)設備或元件的故障記錄。6出廠試驗6.1試驗目的出廠試驗的目的是檢驗是否按要求進行生產制造a)用于閥的所有元件和部件的安裝符合設計要求；c)閥組件和閥級(視情況而定)的絕緣性能足夠；d)產品的一致性和均勻性滿足設計要求。6.2試驗對象所有用于工程的閥組件或部件都應通過出廠試驗。取決于設計的不同和試驗設備的便利，出廠試驗可在整個閥組件或單個閥級進行。6.3試驗項目a)外觀檢查(資料性附錄)A.1總則柔性直流輸電用電壓源型換流閥(VSC閥)存在不同的技術實現途徑，并且未來可能出現更多新的本附錄簡要概述VSC閥的主要類型，且僅限于其對閥試驗準則的影響。本附錄將對已知的主要換流器技術進行綜述。A.2電壓源換流器基礎對于電力系統，一般使用的是三相換流器，但考慮到換流器的輸出電壓級的數量，通常將換流器每個相單元單獨考慮。輸出電壓級的數量是指一個相單元的對地輸出電壓(相電壓)可以包含的離散狀態的數量(VSC相單元及其理想輸出電壓見圖A.1)。需要特別指出的是，n級換流器的線電壓值可能有圖A.1VSC相單元及其理想輸出電壓兩電平換流器采用了最簡單的電壓源換流器拓撲，其每相橋臂的交流輸出電壓(相對于直流電容器中點，中點一般接地)只有兩種可能的狀態：0.5Udc和-0.5Udc如果該橋臂的VSC閥僅按照基頻開通和關斷，則輸出的交流電壓波形和標準正弦波相差很遠，根本無法達到電力系統的要求。然而，如果使用脈寬調制(pulsewidthmodulation,PWM)技術，同時閥在每個基頻周期執行多次開通或關斷，則經過濾波后可得到非常接近標準正弦的輸出電壓，兩電平換流器VSC相單元輸出電壓波形見圖A.2。脈寬調制是電機驅動領域比較完善的換流器技術，但缺點是開關損耗較大。圖A.2兩電平換流器VSC相單元輸出電壓波形UU0-0.5Udb)可控電壓源型VSC閥，對該類閥，直流電容器與閥A.4開關型VSC閥相電壓00VSC閥V1VSC閥V2直流輸電系統本在最簡單的三電平換流器電路中(見圖A.5),每個相單元由4個獨立的VSC閥串聯組成。直流電相電壓二極管閥VSC閥數的情況，在五電平換流器中，直流電容器被細分成4段不連續的部分0.5Ua0三電平飛跨電容換流器(其單相單元的基本電路拓撲見圖A.7)含有一個標稱電壓0.5Ud的飛跨電容器。這個電容器連接在V1/V2的中間端子和V3/V4的中間端子之間。與三電平二極管筘位換流器相比，三電平飛跨電容換流器同樣將閥成對同時投切，不同的是取得零輸出電壓的模式。為了實現電壓，需要閥V1和閥V3同時導通或閥V2和閥V4同時導通。禁止將閥V2和閥V3同時導通，這樣將導致飛跨電容被短路。圖A.7三電