TCSEE 0241.17-202x柔性直流电网 第17部分：换流阀技术规范

T/CSEEPAGE1T/CSEE####—2021PAGE6团体标准发布中国电机工程学会20XX—XX—XX实施20XX—XX—XX发布柔性直流电网第17部分：换流阀技术规范VSC-HVDCpowergridpart17:techninalspecificationforconvertervalves（征求意见稿）团体标准发布中国电机工程学会20XX—XX—XX实施20XX—XX—XX发布柔性直流电网第17部分：换流阀技术规范VSC-HVDCpowergridpart17:techninalspecificationforconvertervalves（征求意见稿）T/CSEE0241.17—202Y代替T/XXXXICS19.020CCSK85T/CSEE####—2021PAGE7范围本文件规定了柔性直流电网用换流阀的总体原则、技术参数与性能要求、试验等方面的技术要求等。本文件适用于采用柔性直流输电技术的直流电网工程。端对端柔性直流系统、海上风电柔性直流系统可参照执行。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/T17626｜电磁兼容试验和测量技术系列标准GB/T2423.17—2008｜电工电子产品环境试验第2部分:试验方法试验Ka：盐雾GB/T33348—2016｜高压直流输电用电压源换流器阀电气试验GB/T34118—2017｜高压直流系统用电压源换流器术语GB/T34139—2017｜柔性直流输电换流器技术规范GB/T37010—2018｜柔性直流输电换流阀技术规范GB50260—2013｜电力设施抗震设计规范GJB150.10A—2009｜军用装备实验室环境试验方法第10部分：霉菌试验术语和定义GB/T34118—2017、GB/T34139—2017、GB/T37010—2018和本标准第1部分：术语界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

换流阀convertervalve电压源换流器阀、动态制动阀或二极管阀，取决于实际情况。直流输电工程的核心设备，通过依次将三相交流电压连接到直流端得到期望的直流电压和实现对功率的控制。

阀段valvesection由若干子模块或阀级和其他部件构成的用于测试目的的电气组合，按比例呈现完整阀的电气性能。

IGBT-二极管对IGBT-diodepairIGBT和与其反并联的续流二极管的组合。[来源：GB/T34118—2017，7.4]

绝缘栅双极晶体管insulatedgatebipolartransistor；IGBT具有三个端子的可关断半导体器件：一个栅极端子（G）和两个负荷端子，即发射极（E）和集电极（C）。[来源：GB/T34118—2017，7.2]

续流二极管free-wheelingdiode；FWD具有二极管特性的功率半导体器件。每个续流二极管有两个端子：一个阳极（A）和一个阴极（K）。续流二极管中的电流方向和与其反并联的IGBT中的电流方向相反。[来源：GB/T34118—2017，7.3]

击穿晶闸管breakoverthyristor具备反向电压击穿后可长期通流特性的晶闸管。

旁路开关bypassswitch子模块故障情况下将其快速旁路退出运行的保护装置。

充电电流chargingcurrent不控充电过程中，启动电阻中流过的电流。总体原则柔性直流电网用换流阀的技术参数因工程而异，具体参数条件由用户提供，有特殊要求可由制造商与用户协商确定。技术要求环境要求换流阀使用环境应满足以下要求：温度范围为10℃～50℃；相对湿度最大值为60%；盐雾：有（根据具体工程，由用户确定等级）；霉菌：有（根据具体工程，由用户确定等级）；振动：有（根据具体工程，由用户确定等级）；阀厅气压保持微正压。在不符合a)至f）规定的条件时，应根据具体工程由制造商和用户协商确定。安装条件一般为户内支撑式安装，具体要求及条件由制造商与用户协商确定。功能要求电气性能电压耐受能力换流阀应能承受正常运行电压以及各种过电压。应采用子模块串联的方式使阀获得足够的电压承受能力。换流阀应具备长期启动等待的能力，在此过程中不能影响换流站其他设备正常运行，不应出现换流阀中部分子模块电容充电电压发散引起换流阀在充电结束后无法解锁或其他子模块故障的问题，应采取交流侧和直流侧主动充电策略。电流耐受能力换流阀应具有耐受最大持续运行电流及各种暂态冲击电流的能力。对于由故障引起的暂态过电流，阀应具有如下的承受能力：对于运行中的任何故障所造成的最大短路电流，不应造成换流阀的损坏；应耐受风电场并网可能引起振荡造成的高频谐波问题。交流系统故障下的运行能力在交流系统故障及恢复期间，直流系统应能连续稳定运行，在这种条件下所能运行的最大直流电流由交流电压条件和换流阀的热应力极限决定。下述故障期间阀不应停运（闭锁），故障清除后，阀应能及时、迅速地恢复运行，故障如下：交流系统单相对地故障，故障相电压降至0，持续时间至少为0.7秒。交流系统三相对地金属短路故障，电压降至0，持续时间至少为0.7秒。触发系统触发系统的供电由子模块电容提供，在子模块电容电压可以满足取能电路时，触发系统应保证正常工作。在此前提下，任何系统故障都不应影响触发系统按照控制指令动作，如果系统故障导致取能电路供电不足，则在触发系统不能正常工作之前，换流阀应采取相应的保护措施避免换流阀的损坏或出现不受控的情况。子模块接口通讯应具有有效措施保证子模块接口通讯可靠，避免频繁出现子模块的通讯故障、驱动故障、取能电源故障等问题。应采用包括但不限于如下措施：采用交叉供电或冗余供电模式，提高取能电源的可靠性；采用阀塔本地通信组网或通过相邻子模块下发旁路开关动作信号，保证通信冗余。控制、监视及保护阀控系统应具备如下特点：阀控系统应实现完全冗余配置，对除触发板卡和光接收板外的其它板卡应能够在换流阀不停运的情况下进行故障处理。处于跳闸回路或具备控制功能的板卡必须可以自检并能产生报警信息。每套阀控系统应由两路完全独立的电源同时供电，同时工作电源与信号电源分开，一路电源失电，不影响阀控系统的工作。阀的控制单元至少应按每个桥臂或每相来配置，每相或每个桥臂的阀控单独组屏。换流阀的保护设备应自动适用柔性直流电网的各种运行方式，并保证其安全性、可靠性、选择性与快速性。机械性能换流阀的机械结构必须合理，应当简单、坚固、便于检修。触发系统如果采用光纤，其布置应便于光纤的开断和更换，同时还应避免安装时对光纤造成的机械损伤。换流阀应能够承受地震烈度的应力，检修人员到阀体上工作时所产生的应力，以及由于各种故障或控制/保护系统动作或误动作产生的电动力。各种塑料构件应避免因电晕放电而导致老化，应尽可能使用抗电晕放电的材料。换流阀的结构应能保证泄漏出的冷却液体自动沿沟槽流出，离开带电部件，流至一个检测器并报警，而不会造成任何元部件的损坏。如果阀厅装设了水喷淋灭火系统，应保证在喷水系统动作时不会造成任何元部件的损坏。关键器件性能IGBT器件换流阀所采用的IGBT元件应是商业产品，其各种特性应已得到完全证实。每只IGBT元件都应具有独立承担最大持续运行电流及各种暂态冲击电流的能力。主回路中的每一个IGBT都必须单独试验并编号。直流电容器换流阀直流电容器应采用干式金属氧化膜电容。冗余度每个阀中必须按规定增加一些子模块（SM），作为两次计划检修之间的12个月运行周期中损坏元件的备用。根据可靠性要求，基于系统总体失效率估算换流阀功率部件冗余度。冗余度的确定应保证：在两次计划检修之间的12个月运行周期内，如果在此运行周期开始时没有损坏的子模块，并且在运行期间内不进行任何子模块更换，全站6个桥臂，冗余子模块全部损坏的桥臂不超过1个。各桥臂中的冗余子模块级数应不小于12个月运行周期内损坏的子模块级数期望值的2.5倍。冷却系统冷却系统必须具有足够的冷却能力，以保证在各种运行条件下有效冷却阀。应采用单环冷却回路的水冷却系统。内冷却系统的冷却介质为去离子水。阀冷设计应保证在最大持续运行电流下运行时和最大持续运行电流下发生故障时的半导体器件结温要求并具有足够的设计裕度。防火换流阀内应采用无油化设计。换流阀在设计、制造、安装上应能消除任何原因导致的火灾，及火在阀内蔓延的可能性。阀内的非金属材料应是难燃的，并具有自熄灭性能，材料应符合UL94VO材料标准。由于卤化溴燃烧后产生的物质具有高度的腐蚀性和毒性，不允许采用这种物质作为填充物。子模块单元内电子设备单元设计要合理，不存在产生过热和电弧的隐患。应使用安全可靠的、难燃的元部件，元件参数的选择要保留充分的裕度。各元器件之间的联接要牢固、可靠，以防产生过热和电弧。检修要求为清扫、更换元件或组件而停电检修的周期至少应为12个月。IGBT阀检修时需配备满足日常维护检修要求的特殊起吊工具。换流阀的检修升降车尺寸限值需满足现场环境使用要求。防腐防湿要求防腐防湿要求包括：金属材料应具有耐腐蚀性能，或采用经过耐腐蚀处理的材料；绝缘材料应具有无毒、耐火、滞燃、防霉和防潮性能，或是经过相应处理的材料。试验试验总则应按本文件试验方案的要求和GB/T33348—2016中的规定对换流阀进行绝缘试验及运行试验。要求进行的试验应完全包括但不限于本文件中所规定的试验项目。在确定空气绝缘设备的试验电压时，应考虑工程项目所在地的相对空气密度、阀厅的温升效应及大气压力的变化，并选用对应的修正系数。应结合各换流站海拔高度对技术参数进行合理的修正。如果在设计中不同桥臂选用的阀有重大的区别，对各种阀设计都应进行型式试验全部项目的试验。否则制造商须向用户证明通过一次型式试验能证明两种设计的性能，并得到用户认可。阀的运行特性试验必须在绝缘试验之后进行。所有绝缘试验中，冗余的子模块应短接。运行性能试验中冗余的子模块不须短接，但应按规定的比例系数提高相应的试验电压。型式试验型式试验回路所选定的试验电路应保证能在与实际情况等效的最不利的条件下对阀的性能进行全面而准确的试验，并能简明扼要地表明阀的各种能力。型式试验判据型式试验判据参见GB/T33348—2016中4.4.2及4.4.3的要求。阀支架绝缘试验试验内容及方法参见GB/T33348—2016中7的要求。阀端间绝缘试验阀端间交、直流耐压试验阀端间交、直流耐压试验，试验内容及方法参见GB/T33348—2016中9.3.1的要求。湿态交、直流耐压试验该试验用于验证阀在水冷管道发生漏水时的绝缘性能。阀应进行湿态交、直流耐压试验，具体要求如下：交、直流耐压试验应在阀结构顶部的一个组件发生冷却液体泄漏的情况下重复进行，泄漏量应不小于水冷系统设计的泄露跳闸值，在施加试验电压时和在此之前至少1小时内泄漏量应保持恒定，液体的电导率应比引发电导率报警定值高5%。湿态直流耐压试验电压为6.2.4.1节规定的3h试验电压Utv2，试验时间为5分钟。试验过程中应保持液体持续泄漏状态。最小直流电压试验试验内容及方法参见GB/T33348—2016中6.6的要求。最大持续运行负荷试验试验内容及方法参见GB/T33348—2016中6.4的要求。最大暂时过负荷运行试验根据具体工程，由用户和制造商协商是否开展最大暂时过负荷运行试验，如需开展，试验内容及方法参见GB/T33348—2016中6.5的要求。全控型功率器件过流关断试验试验内容及方法参见GB/T33348—2016中10的要求。短路电流试验试验内容及方法参见GB/T33348—2016中11的要求。阀抗电磁干扰试验试验内容及方法参见GB/T33348—2016中12的要求。长期老化试验对于采用液体冷却的阀，因阀结构内具有塑料或橡胶管道，制造商应证明该种材料所制成的构件在阀内的环境下具有超过30年的寿命。通过试验应估计温度、弯曲或变形所产生的应力和电场的影响以及这些因素的综合影响。抗震计算各换流站采用支撑方案的换流阀塔各主要构件安全系数应满足GB50260—2013要求。应进行详细的抗震计算。附加试验子模块电磁兼容试验按照GB/T17626开展电磁干扰试验，试验项目至少包括如下项目：静电放电抗扰度试验；电快速瞬变脉冲群抗扰度试验；射频电磁场辐射抗扰度试验；射频场感应的传导骚扰抗扰度试验；脉冲磁场抗扰度试验；阻尼振荡磁场扰度试验；工频磁场抗扰度试验；浪涌（冲击）抗扰度试验；阻尼振荡波抗扰度试验。子模块防爆试验试验目的检验子模块直通短路故障下的结构设计和采取的防护措施是否安全有效，直通短路后子模块下管应保持短路状态。试验对象试验应在完整的阀组件上进行，试品为阀组件上一个完整的子模块。试验方法采用直流电源对子模块电容进行充电并达到预定电压，触发导通下管IGBT，然后触发上管IGBT，形成上下管直通短路，电容经过IGBT器件放电。子模块盐雾试验试验目的检验阀组件及设备耐盐雾腐蚀的能力，阀组件电气性能测试应无异常。试验对象采用等效子模块（含电容、全控型器件和晶闸管等），包含阀组件所有零部件（绝缘件、标准件、碳钢件、PVDF水管、散热器和铜排等）。试验方法按照GB/T2423.17—2008步骤进行。试验参数如下：盐雾浓度：5±1%；溶液PH值：6.5～7.2；试验箱温度：35±2℃；喷雾量：1～2mL/h/80cm2；试验时间：48h。子模块霉菌试验试验目的检验换流阀及阀控设备长霉程度以及长霉对设备性能或使用的影响程度。盐雾试验结束后，阀组件基本电气性能应无异常。试验对象采用等效子模块（含电容、IGBT和晶闸管等），包含阀组件所有零部件（绝缘件、标准件、碳钢件、PVDF水管、散热器和铜排等）。试验方法按照GJB150.10A—2009步骤进行，霉菌试验持续时间为28天。旁路开关误合试验试验目的验证直流电容经旁路开关短路放电后功率模块结构设计和采取的防护措施是否安全有效，并通过对试验子模块进行通流试验验证子模块是否呈现可靠短路状态。试验对象试验应在完整的阀组件上进行，试品为阀组件上一个完整的子模块。试验方法具体试验步骤如下：试品子模块充电，电容电压大于要求值后，下发上管T1导通指令和旁路开关闭合指令，电容经上管T1和旁路开关形成放电回路；试验结束后检测旁路开关合闸电阻，合闸电阻应满足设计要求；将旁路开关误合后的阀组件开展168小时最大连续运行负载试验，验证试品子模块是否可靠旁路。旁路开关拒动试验试验目的考核子模块旁路开关拒动，取能电源、控制板块失效造成的“黑模块”等故障情况下功率模块的相关保护措施，验证除旁路开关以外的其它旁路措施是否安全有效，是否能保证功率模块在没有控制的情况下过压后形成长期可靠短路状态。试验对象试验应在完整的阀组件上进行，试品为阀组件上一个完整的子模块。试验方法具体试验步骤如下：试品子模块按照最大持续运行试验参数运行至热稳定；模拟旁路开关拒动故障，直至子模块下管或并联器件击穿，试品子模块呈现可靠短路状态。例行试验试验内容及方法参见GB/T33348—2016中13.4的要求。除此之外还应开展：通信功能检验、采样精度试验、旁路开关触发功能试验、最小直流电压试验、最大连续运行负载试验。其中最小直流电压试验、最大连续运行负载试验的试验方法参见GB/T33348—2016中6.6和6.4的要求。阀控系统与换流站控制保护系统联调试验阀控设备或样机应与直流控制保护系统共同进行联合调试试验。阀控应提供与RTDS或RTLAB实时仿真系统的接口设备，应按照RTDS和RTLAB的接口通信协议进行子模块触发、回报信息的打包与解析，以实现整个实时仿真系统的正确运行。阀冷系统联调试验压力试验试验目的检验换流阀及阀冷设备的耐压能力、密封性能，确保设备在正常运行期间不会出现渗漏等现象。试验对象换流阀及阀冷设备。试验方法具体试验步骤如下：换流阀与阀冷设备连接完毕，且注水完成，所有阀门均处于正常状态。将试压泵连接阀冷系统试压接口。开启试压泵，给系统缓慢加压至试验值（施加压力应为换流阀正常工作压力的1.2倍）。关闭试压泵，检查设备有无渗水现象；检查期间压力可能会有所下降，继续给系统升压至试验值，关闭试压泵，保压1h1h后系统无渗水现象且压力变化不超过初始试验值的5%即为合格。试验完毕后，打开泄水阀排水泄压。性能试验试验目的测试换流阀在额定负荷下或者连续2h过负荷