GBT 47667-2026《柔性直流输电换流阀用旁路晶闸管》

1柔性直流输电换流阀用旁路晶闸管1范围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/T2900.66电工术语半导体器件和集成电路GB/T15291—2015半导体器件第6部分：晶闸管GB/T17573半导体器件分立器件和集成电路第1部分：总则GB/T40865—2021柔性直流输电术语IEC60747-6:2025半导体器件第6部分：分立器件晶闸管(Semiconductordevices—Part6:3术语和定义3.1旁路晶闸管相关术语旁路晶闸管bypassthyristor柔性直流输电换流阀子模块的部件之一，用来降低续流二极管暂态电流应力和/或在子模块需要其旁路时提供电流通路。普通旁路晶闸管conventionalbypassthyristor正向可触发导通，反向呈现阻断状态的旁路晶闸管。单向击穿旁路晶闸管unidirectionalbreakdownbypassthyristor在预设反向击穿电压范围内能够击穿，击穿后呈现低阻抗状态的旁路晶闸管。2双向击穿旁路晶闸管bidirectionalbreakdownbypassthyristor在预设双向击穿电压范围内能够击穿，双向击穿后均呈现低阻抗状态的旁路晶闸管。图1双向击穿旁路晶闸管的图形符号3.2柔性直流输电相关术语子模块sub-module;SM构成模块化多电平换流器的标准组件，可根据要求选择不同的拓扑结构。阀段valvesection由若干个阀级和其他部件构成、用于试验目的的电气组合(成套装置),按比例呈现完整阀的电气性能。子模块故障旁路sub-modulefaultbypass当子模块内部存在故障，为防止影响换流器正常工作，子模块被其保护部件旁路，换流器桥臂电流从旁路路径流过。3.3额定值和特性的术语：主电压旁路转折电压bypassbreak-overvoltage单向和双向击穿旁路晶闸管施加电压至出现回路电流放大状态的瞬态电压，移除并重新施加电压时，其两端重新建立电压，保持阻断特性。旁路击穿电压bypassbreakdownvoltage单向和双向击穿旁路晶闸管施加电压至出现回路电流放大状态的瞬态电压，移除并重新施加电压时，其两端无法重新建立电压，保持导通特性。33.4额定值和特性的术语：主电流不可重复通态浪涌电流non-repetitivesurgeon-statecurrent持续时间短并规定波形的通态脉冲电流。[来源：IEC60747-6:2025,3.3.1,有修改]多周波浪涌电流multi-cyclesurgecurrent由故障引起(如柔性直流输电系统中的直流侧短路)、具有多周波波形且持续多个工频周期的换流阀桥臂电流。图2五周波浪涌电流波形示意图[来源：GB/T37660—2019,3.2,有修改]电流浪涌持续期间浪涌电流平方的积分，短积分时间t;为浪涌电流的持续时间。式中：i——浪涌电流；t;——浪涌电流的持续时间。[来源：IEC60747-6:2025,3.3.2,有修改]3.5额定值和特性的术语：其他特性分流比bypasscurrentratio旁路晶闸管分担桥臂电流的分流比例，通常在子模块和阀段试验测得。4注1:分流比由公式(2)确定。式中：Isr——流过旁路晶闸管的电流，峰值；Is—-桥臂电流，峰值。注2:在子模块级测试的总电流如图10所示。注3:在阀段级测试的总电流如7.6所述。击穿后短路电阻shortcircuitresistanceafterbreakdown4分类、作用和特性4.1分类—普通旁路晶闸管；4.2作用旁路晶闸管在子模块中的作用见附录A。4.3.1普通旁路晶闸管普通旁路晶闸管应用于柔性直流输电换流阀子模块中，其主要功能是为子模块分担柔性直流输电系统故障时的电流，或提供一种子模块故障旁路时的电流通路。其在系统中的结构形式与具体作用见其静态特性见图3。5第一象限标引序号说明：曲线A——门极电流为零；曲线B——门极电流大于零；曲线a)—普通旁路晶闸管特性曲线；1——维持电流；2——最低通态压降；4——负微分电阻区；6——转折电流；8——转折电压；9——反向击穿区。图3普通旁路晶闸管的静态特性4.3.2单向击穿旁路晶闸管单向击穿旁路晶闸管应用于柔性直流输电换流阀子模块中，其主要功能是为子模块分担柔性直流输电系统故障时的电流和/或提供一种子模块故障旁路时的电流通路。其在系统中的结构形式与具体作用见图B.1。其静态特性见图4。6标引序号说明：曲线A——门极电流为零；曲线B——门极电流大于零；2——最低通态压降；4——负微分电阻区；5—-转折点；9——击穿通态电流；10—--旁路转折点；11——转折电流；12—--反向阻断态；13——旁路转折电压。图4单向击穿旁路晶闸管的静态特性注：同一器件的旁路转折点和旁路击穿点比较接近，旁路击穿点略高于旁路转折点，建议转折测试时临近转折点时逐渐增加电压，以避免击穿。4.3.3双向击穿旁路晶闸管其静态特性见图5。7第四象限标引序号说明：1、5——击穿通态电流；2、6——旁路转折点；3、7—旁路转折电流；9、10——旁路转折电压。图5双向击穿旁路晶闸管的静态特性注：同一器件的旁路转折点和旁路击穿点比较接近，旁路击穿点略高于旁路转折点，建议转折测试时临近转折点时逐渐增加电压，以避免击穿。5额定值(极限值)和特性5.2额定值(极限值)极限值的说明按照GB/T15291—2015的第5章。表1旁路晶闸管的额定值(极限值)名称(极限值)1电压(应规定条件，如时间、频率、温度等)断态重复峰值电压be一√V一√V断态不重复峰值电压一√V一√V√√V8表1旁路晶闸管的额定值(极限值)(续)名称(极限值)2电流(应规定条件，如时间、频率、温度等)√A通态方均根电流·√A通态浪涌电流(正弦半波，tp=10ms,VR=0)√√√注2:未标注脚注a、b、c的名称(极限值),适用于所有适用于单向击穿旁路晶闸管。适用于双向击穿旁路晶闸管。旁路晶闸管的电特性应符合表2的规定。表2旁路晶闸管的电特性额定值(极限值)1通态电压“一√V2门极触发电流a一√A3门极触发电压一√V4一√A5一√A6分流比“√一一7√一8一√A9一√A一√V旁路晶闸管的热特性应符合表3的规定。9表3旁路晶闸管的热特性引用文件1IEC60747-6:2025中5.3.19.2√2IEC60747-6:2025中5.3.20.2IEC60747-6:2025中6.4.35.4击穿特性旁路晶闸管的击穿特性参数应符合表4的规定。表4旁路晶闸管的击穿特性参数√6例行试验例行试验是非破坏性的，应对全部器件进行试验。表5旁路晶闸管的例行试验项目和试验方法1IEC60747-6:2025中6.3.1一√2室温和最大工作温度、一√3断态重复峰值电压室温和最大工作温度、一√4IEC60747-6:2025中6.2.1向不重复峰值电压、频率一√5断态不重复峰值电压IEC60747-6:2025中6.2.2一√6IEC60747-6:2025中6.3.2向重复峰值电压、频率一√表5旁路晶闸管的例行试验项目和试验方法(续)7IEC60747-6:2025中6.3.6一√8IEC60747-6:2025中6.3.7一√9IEC60747-6:2025中6.3.7一√一一√一一√√√分流比“√一6.2高温阻断试验6.2.1试验目的6.2.2试验原理图试验时施加的电压的波形为双正弦半波或者正弦全波。a)双正弦半波：试验需在正、反两个方向上分别进行验证。其正向试验原理示意图如图6所示；反向试验仅需将试品反向反接。标引符号说明：AC——交流电源；Rs——限流电阻器；图6阻断试验原理示意图(正向双正弦半波)图7阻断试验原理示意图(正弦全波)6.2.3试验方法试验应在旁路晶闸管关断且结温达到最大工作温度的条件下进行。首先，采用图6或图7所示回路，调节电源使晶闸管两端电压峰值升至子模块的最高工作电压。然后，在该电压下保持规定时间，并记录整个过程的漏电流值。保持时间根据施加的电压波形而定：若为双正弦半波，则正向和反向各保持1h;若为正弦全波，则保持2h。6.2.4合格判据试验时旁路晶闸管的回路漏电流值不超过限定值。6.3直流电压稳定性试验6.3.1试验目的检验旁路晶闸管在室温以及规定最大工作温度、关断状态下，长期承受直流电压的能力。6.3.2试验电路原理图试验时施加的电压的波形为直流电压。试验需在正、反两个方向上分别进行验证。原理示意图如图8所示，进行反向试验时将试品反接即可。T—旁路晶闸管(试品)。图8直流电压稳定性试验原理示意图(正向)6.3.3试验方法试验在旁路晶闸管关断状态下，分别于室温和最高工作温度下进行。其中，室温试验可直接进行；而高温试验则应待旁路晶闸管的结温达到预定值后方可启动。在每种温度条件下，均采用图8所示回路，调节直流电源使晶闸管两端电压升至子模块的系统过电压水平，保持10s并记录漏电流值。6.3.4合格判据试验时旁路晶闸管的回路漏电流值不超过限定值。6.4旁路转折电压试验6.4.1试验目的6.4.2试验电路原理图试验时施加的电压的波形为正弦半波，试验原理示意图如图9所示。标引符号说明：AC—交流电源；图9旁路转折电压测试原理示意图6.4.3试验要求试验在旁路晶闸管关断状态下，分别于室温和最高工作温度下进行。其中，室温试验可直接进行；而高温试验则应待旁路晶闸管的结温达到预定值后方可启动。在每种温度条件下，均采用图9所示回路，调节电源使晶闸管回路漏电流达到设定值，记录旁路晶闸管两端电压值。测试时，单向旁路晶闸管按图示方向进行，而双向旁路晶闸管则需对正、反向均进行测试。6.4.4合格判据6.5分流比试验6.5.2试验电路原理图试验原理示意图如图10所示。标引符号说明：L1—负载电抗；Isr——被试模块旁路晶闸管电流；T—旁路晶闸管；图10分流比试验原理示意图按照GB/T33348—2024中6.4选取子模块的运行电流有效值、工作频率和试验电压，其中试验电压按照阀段电压中单个子模块的电压值进行选取。按照图10启动试验回路，运行至热平衡状态。随后，根据设计的旁路晶闸管触发电流设定值和方向，通过控制回路主动触发被试旁路晶闸管，记录流过被试旁路晶闸管电流峰值以及总电流峰值。6.5.4合格判据合格判据如下：a)旁路晶闸管可正常触发；7型式试验7.1型式试验项目表6型式试验项目和试验方法1IEC60747-6:2025中√2IEC60747-6:2025中√3√4√5IEC60747-6:2025中√6维持电流“IEC60747-6:2025中√7IEC60747-6:2025中√8IEC60747-6:2025中9IEC60747-6:2025中值、再加断态电压值、浪涌次√IEC60747-6:2025中最大工作温度、通态电流值、√一IEC60747-6:2025中电压；频率；试验持续时间√IEC60747-6:2025中√一√√√√一一一表6型式试验项目和试验方法(续)多周波分流比例和一IEC60747-6:2025中√IEC60747-6:2025中√注：击穿旁路能力、旁路功能测试、击穿后短路电阻及长期通流试验为破坏性试验。7.2快波过电压转折试验7.2.2试验电路原理图试验原理示意图如图11所示。标引符号说明：DC—直流电源；K—回路控制开关；Rs—限流电阻器；C—电容器；T——旁路晶闸管(试品)。图11快波过电压转折试验原理示意图测试时，单向旁路晶闸管按图示方向进行，而双向旁路晶闸管则需对正、反向均进行测试。7.2.4合格判据旁路晶闸管两端电压值钳位在设计范围之内或者在设计击穿电压范围内击穿。7.3旁路击穿电压试验7.3.1试验目的检验旁路晶闸管在室温的关断状态下，对旁路晶闸管两端施加直流电压，旁路击穿电压值应在设计范围之内。7.3.2试验电路原理图试验原理示意图如图12所示。标引符号说明：DC——直流电源；K——回路控制开关；Rs——限流电阻器；C——电容器；T——旁路晶闸管(试品)。图12旁路击穿电压试验原理示意图7.3.3试验要求7.3.4合格判据7.4击穿旁路能力试验7.4.2试验电路原理图试验原理示意如图12所示。7.4.3试验方法测试时，单向旁路晶闸管按图示方向进行，而双向旁路晶闸管则需对正、反向均进行测试。7.4.4合格判据旁路晶闸管在设计的击穿电压下击穿，外壳应无破损且处于低阻状态，击穿后短路电阻阻值RB不大于器件标称的最大值。7.5旁路功能测试检验旁路晶闸管能可靠旁路，旁路后处于低阻抗状态并且具备长期通过回路电流的能力。7.5.2试验回路及方法按照GB/T33348—2024中13.3.3的规定执行。试验过程中不出现零部件飞溅等现象，子模块输出端口呈现低阻抗状态，击穿后短路电阻阻值RB不大于器件标称的最大值。7.6多周波分流比和多周波I²t值试验7.6.1试验目的7.6.2试验回路及方法按照GB/T33348—2024中第11章的规定执行。8.1数据手册8.1.1数据手册参数产品的数据手册除了应标识第5章的参数，还应标识8.1.2～8.1.4中参数，供用户使用。8.1.2其他额定值(极限值)旁路晶闸管的其他额定值(极限值)的标识应符合表7的规定。表7旁路晶闸管其他额定值(极限值)名称(极限值)1热条件T√√℃一√℃紧固力F√√M一√8.1.3其他电特性表8旁路晶闸管其他电特性额定值(极限值)1门极电流上升率√2门极功率√W3√Ω8.1.4击穿特性的其他参数旁路晶闸管击穿特性其他参数应符合表9的规定。表9旁路晶闸管击穿特性的其他参数√8.2.1产品标志产品上的标志应包括：a)产品型号；b)符号标识和电极端(子)识别标志；c)制造商名称和(或)商标；d)产品批号和编号。8.2.2包装盒标志包装盒上的标志宜包括：b)制造商名称和(或)商标；c)产品批号和编号；e)防雨标志。8.4贮存贮存时应使用包装贮存，采取防潮、防尘和防霉等措施。贮存温度宜在旁路晶闸管对应型号要求的范围之内。(资料性)旁路晶闸管在子模块中作用A.1功能分类A.1.1概述A.1.2故障电流旁路保护A.1.3预设电压击穿并稳定旁路旁路晶闸管能在预设电压下主动(控制电路触发)或者被动完成击穿(无外部触发信号)(包括正向和/或反向击穿),并维持稳定的短路状态，从而使子模块被有效旁路。击穿后，旁路晶闸管以低阻抗状态接入系统，实现持续旁路。旁路晶闸管执行该功能后一般会损坏。A.2综述根据具体的应用需求，旁路晶闸管可仅具备上述第一类功能(见A.1.1),或仅具备第二类功能(见A.1.2),或同时具备这两类功能。(资料性)含旁路晶闸管的子模块拓扑以及作用示例B.1含旁路晶闸管的子模块拓扑形式1及工作原理如果选择的是普通晶闸管，连接方式如图B.1,其执行第一类功能(故障电流旁路保护):当系统发生短路故障，流过桥臂的电流(IsuR)达到预设的触发阈值时，旁路晶闸管T被触发导通。此时，T与子模块的下管二极管D2共同分担桥臂电流IsuR。流过D2的电流记为Isp,流过T的电流记为Isr,满足Isp+Isr=Is。两者之间的电流分配比例，主要取决于T与D2的导通特性(如导通压降)以及它们各自承受电流能量(I²t)的能力。通过这种分流，有效减轻了D2承受的故障电流，防止其因过流而损坏。如前文所述，旁路晶闸管执行此功能后通常不会损坏，可重复使用。如果选择的是单向击穿晶闸管，连接方式如图B.1,其执行第一类功能(故障电流旁路保护),同普通晶闸管。但其也执行第二类功能(预设电压击穿并稳定旁路),执行第二类功能：旁路晶闸管T被设计成在特定的预设电压下被动发生击穿(反向击穿),击穿后，T呈现低阻抗状态，形成对子模块的稳定旁路，桥臂电流Is可双向流动，旁路晶闸管执行此功能后一般会损坏，属于一次性使用。如果选择的是双向击穿晶闸管，连接方式如图B.2,其执行第二类功能(包括正向和/或反向击穿),被动击穿后，T呈现低阻抗状态，形成对子模块的稳定旁路，桥臂电流Is可双向流动，旁路晶闸管执行此功能后一般会损坏，属于一次性使用。晶闸管的门极和阴极是否设置外部端子，一般根据其功能确定，作为柔性直流输电子模块在系统故障时包含主电流(或通态电流)分流的半导体器件功能时，需要设置外部端子。当其仅有在预设电压下完成击穿(正向和/或反向)功能时建议不设置外部端子，此时门极和阴极一般在旁路晶闸管制造时内部短接。标引符号说明：A、B——子模块端口；IsT