GBT 43727-2024 晶闸管控制串联电容器（TCSC）用晶闸管阀 电气试验标准立项发展报告

晶闸管控制串联电容器（TCSC）用晶闸管阀电气试验标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:ElectricalTestsofThyristorValvesforThyristorControlledSeriesCapacitors(TCSC)摘要随着我国电力工业的快速发展和“双碳”战略的深入推进，输电网与配电网的智能化、柔性化建设对电力电子装备的性能和可靠性提出了更高要求。晶闸管控制串联电容器（ThyristorControlledSeriesCapacitor,TCSC）作为灵活交流输电系统（FACTS）的重要组成部分，在提升输电线路输送能力、抑制次同步振荡、改善系统稳定性等方面发挥着关键作用。晶闸管阀作为TCSC装置的核心部件，其电气性能直接关系到整个系统的安全稳定运行。然而，长期以来我国缺乏针对TCSC用晶闸管阀电气试验的专项国家标准，相关试验工作多参照通用电力电子器件标准或行业规范执行，难以满足TCSC特殊工况下的验证需求。在此背景下，经国家标准化管理委员会批准立项，中国电器工业协会组织相关科研院所、制造企业和电网运行单位联合制定了《晶闸管控制串联电容器（TCSC）用晶闸管阀电气试验》（GB/T43727-2024），于2024年3月15日发布，同年10月1日正式实施。本标准首次系统规定了TCSC用晶闸管阀的型式试验、例行试验和特殊试验的试验条件、试验方法与判定准则，填补了该领域的国家标准空白。本报告对该标准的立项背景、编制过程、核心技术内容及预期应用效益进行了全面阐述，为相关技术人员和管理人员提供参考。关键词：晶闸管控制串联电容器；晶闸管阀；电气试验；国家标准；柔性交流输电；型式试验Keywords:ThyristorControlledSeriesCapacitor;ThyristorValve;ElectricalTests;NationalStandard;FlexibleACTransmissionSystems;TypeTests1引言1.1标准立项背景输电线路的输送能力受限于线路阻抗、稳定性约束等条件。串联补偿技术通过在输电线路中串入电容器，补偿线路感抗，可显著提高输电能力。TCSC装置在传统串联补偿的基础上引入晶闸管阀控制回路，能够实现补偿度的灵活调节，兼具串联补偿和动态控制的优势，已成为超高压/特高压输电系统中的关键设备。晶闸管阀是TCSC装置的核心执行元件，由多个晶闸管级串联组成，承受高电压、大电流和复杂的热应力、机械应力。在运行过程中，晶闸管阀需耐受系统短路电流冲击、操作过电压、雷电过电压等多种严酷工况，其电气性能的可靠性直接影响TCSC装置乃至整个输电系统的安全运行。因此，必须通过系统、严格的电气试验来验证晶闸管阀的设计合理性和运行可靠性。1.2国内外标准现状在国际层面，IEC61954第一版于1999年发布，后经修订形成IEC61954:2013《包含晶闸管阀的功率电子设备电气试验》及后续版本，为包括TCSC在内的晶闸管阀电气试验提供了国际通用技术框架。IEEEStd1534-2009则为TCSC阀的试验提供了进一步细化指导。在国内层面，GB/T20989-2007《高压直流输电用晶闸管阀电气试验》主要针对直流输电应用场景，涵盖换流阀的试验要求；GB/T30423-2013《高压交流断路器合成试验》为交流断路器试验提供指导；DL/T1724-2017《晶闸管控制串联电容器（TCSC）装置交接试验规程》主要针对工程现场的交接试验环节。然而，上述标准均未能完全覆盖TCSC晶闸管阀在型式试验和例行试验中的全部技术需求。TCSC阀的工作条件与HVDC换流阀存在本质差异——TCSC阀通常在交流系统中以部分导通方式运行，承受的电流波形为非正弦波形，且经常处于间歇导通状态，这种运行特性使得其在损耗特性、均流特性、冷却要求及电磁兼容性能等方面具有独特的技术特征。为此，亟需制定专属的TCSC阀电气试验国家标准，以规范和促进我国TCSC技术的健康持续发展以及支撑其在更广泛电压等级和更复杂电网环境中的工程应用。1.3标准编制任务来源2021年，全国电力电子系统和设备标准化技术委员会（SAC/TC60）向国家标准化管理委员会提出制定TCSC阀电气试验国家标准的立项建议。经专家评审和协调，国家标准化管理委员会于2022年正式下达标准制定计划（计划编号：20220460-T-604），由中国电器工业协会归口，西安高压电器研究院股份有限公司牵头起草。起草组由来自科研院所、制造企业、电网公司、检测机构等单位的20余名专家组成。2标准编制过程2.1调研论证阶段（2022年3月—2022年8月）起草组系统收集并分析了IEC61954:2013、IEC61954:2015/AMD1:2016等国际标准，对比研究了GB/T20989-2007、DL/T1724-2017、GB/T30423-2013等国内相关标准的适用范围和技术要求。同时，面向国内主要TCSC设备制造企业和电网运行单位开展专题调研，收集了多个已投运TCSC工程的设计参数、试验数据和运行经验，为标准框架的确定奠定了扎实的基础。2.2起草讨论阶段（2022年9月—2023年4月）起草组基于调研成果，在充分考虑国际标准最新技术发展方向的基础上，形成了标准草案框架。标准框架确立了“通用要求—试验分类—具体试验方法—判定准则”的编制思路，明确了试验环境条件、试品要求、测量系统要求等通用技术要素，并按照IEC61954:2013的试验分类理念，将试验划分为型式试验、例行试验和特殊试验三大类别。其间先后召开五次全体工作组会议，对标准草案进行了逐条审议和修改。重点讨论了TCSC阀的特殊运行工况对试验参数的影响，形成了体现TCSC应用特点的技术条款。2.3征求意见阶段（2023年5月—2023年9月）标准草案通过全国标准信息公共服务平台向社会公开征求意见。同时向行业内相关企业、科研院所、检测机构和电网公司定向发送征求意见稿。共收到反馈意见85条，其中技术性意见56条，编辑性意见29条。起草组对每一条意见进行了逐条研究和处理，采纳或部分采纳68条，采纳率达80%，并对标准文本进行了相应修改完善。2.4审查报批阶段（2023年10月—2024年3月）2023年10月，SAC/TC60组织召开了标准审查会。审查专家组一致同意该标准通过审查。起草组根据审查意见完成了最终文本的修改，并于2023年12月将标准报批稿报送国家标准化管理委员会。2024年3月15日，国家市场监督管理总局（国家标准化管理委员会）正式发布GB/T43727-2024，自2024年10月1日起实施。3标准主要技术内容3.1标准适用范围本标准适用于晶闸管控制串联电容器（TCSC）装置用晶闸管阀的电气试验，涵盖了单相阀组件和三相阀组，适用于包括晶闸管阀本体、阻尼回路、均压元件、触发单元（含门极电子电路）、冷却系统的电气相关部分等全部组成部件。标准的适用范围明确排除了主要用于高压直流输电（HVDC）的换流阀——此类阀的试验要求已由GB/T20989-2007规范，以避免标准重复交叉使用产生歧义。3.2规范性引用文件标准规范性引用了以下重要文件，作为试验方法和判定准则的基础依据：-GB/T2900.33-2004《电工术语电力电子技术》：统一了标准中使用的术语和定义；-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》：规定了变流器的一般性技术要求；-GB/T20989-2007《高压直流输电用晶闸管阀电气试验》：在试验方法和判定准则方面提供参考；-IEC61954:2013《包含晶闸管阀的功率电子设备电气试验》：国际对标依据。3.3术语和定义为解决行业术语不统一的问题，标准对TCSC阀电气试验相关的基本术语和定义进行了统一和规范，主要包括以下几个关键术语：（1）晶闸管控制串联电容器（TCSC）：由串联电容器和与之并联的晶闸管阀及其控制保护系统组成的一种串联补偿装置，通过控制晶闸管阀的触发角实现补偿阻抗的连续调节。（2）晶闸管阀：由多个晶闸管级串联（或串并联）连接形成的阀组件，每个晶闸管级通常包含晶闸管器件、阻尼电路、均压元件和触发单元。（3）避雷器保护水平：TCSC阀通常配置金属氧化物避雷器（MOA）进行过电压保护，其保护水平是确定阀绝缘配合的基础。（4）连续运行电流：TCSC阀在规定运行方式下持续承载的电流有效值，是热试验和损耗验证的基本参数。（5）暂时过电压：阀两端出现的具有工频或谐波频率的短时过电压，通常持续10ms至数秒。（6）操作过电压：系统操作引起的单极性或低阻尼振荡过电压。除上述术语外，标准还对触发角、导通角、阻尼电路、均压设计等专业术语进行了规范化定义，为标准的准确理解和统一执行提供了术语学基础。3.4试验分类标准参考IEC61954的分类体系，结合TCSC阀的运行特点，将电气试验分为三大类别：（1）型式试验（TypeTests）验证阀设计是否满足标准要求，确认其设计裕度和安全性能的试验。型式试验原则上只做一次，当设计或制造工艺发生实质性改变时需重新进行。型式试验包括：-绝缘试验（含雷电冲击耐压试验、操作冲击耐压试验、工频耐压试验）；-运行周期试验（含最大连续运行电流试验和暂时过电流试验）；-短路电流试验（验证阀在系统短路工况下的耐受能力）；-电磁兼容性试验（含射频电磁场辐射抗扰度试验、电快速瞬变脉冲群抗扰度试验等）。（2）例行试验（RoutineTests）对每一台阀或每一个阀组件进行的试验，用以检验制造质量的一致性和材料、工艺的可靠性。例行试验包括：-外观检查和结构检查；-绝缘电阻测试；-触发特性测试和导通特性验证；-均压特性测试；-局部放电试验。（3）特殊试验（SpecialTests）根据用户要求和制造厂能力协商进行的试验，包括：-损耗测量试验；-冷却系统性能验证试验（含温升试验）；-抗震性能试验；-噪声水平测量。3.5试验条件（1）环境条件标准规定，除特别注明外，试验应在环境温度5℃～40℃、相对湿度不大于85%的条件下进行。对户外型阀体模块进行试验时应注意避免阳光直射、风沙等环境因素对试验结果的影响。（2）试验电源条件对试验电源的容量、电压调节范围和波形畸变率提出了明确要求，保证试验波形与实际运行工况的一致性。对于大容量试验回路，推荐采用合成试验回路替代直接试验回路。（3）试品条件试品应按照图纸和技术条件完整装配，采用与实际运行一致的结构布局和冷却条件。对试品在试验前的预处理、试验后的复测（如绝缘电阻复测、外观检查、晶闸管触发特性复测）等作出了具体规定。3.6关键技术要求与判定准则（1）绝缘试验的技术要求绝缘试验的目的在于验证阀的绝缘设计是否满足系统绝缘配合要求。标准分别规定了阀两端对地绝缘试验和阀两端间绝缘试验的方法和判定准则。判定准则规定，试验过程中试品不应发生闪络、击穿或损坏性放电，试验后试品应能正常工作。同时，标准对雷电冲击试验的波形参数（1.2/50μs）、操作冲击试验的波形参数（250/2500μs）和工频耐压试验的持续时间（60s）作出了明确规定。（2）运行周期试验的技术要求运行周期试验用于验证阀在规定运行工况下的长期可靠性。对TCSC阀而言，其电流波形为部分导通的正弦波形，导通角随触发角不同而变化。标准对运行周期试验的试验电流水平（额定连续电流）、试验持续时间、触发角范围、阀冷却条件等试验条件以及试验过程中的监视参数（结温估算、水冷系统进出口温度等）和判定准则进行了详细规定，确保TCSC阀在连续运行工况下各晶闸管级的结温不超出允许范围，且无异常损坏现象发生。（3）短路电流试验的技术要求短路电流试验是TCSC阀区别于一般电力电子设备的关键试验项目。标准的短路电流试验部分重点规定了试验电流的非对称度和衰减时间常数的范围，确保试验条件的严酷度不低于实际系统短路电流条件的要求。判定准则规定，试验后阀应无结构性损坏，晶闸管级应能正常触发和关断，冷却系统应保持完好。（4）电磁兼容性试验电磁兼容试验是标准针对现代数字化控制保护系统的需要新增的重要试验类型，其中抗扰度试验的具体项目包括射频电磁场辐射抗扰度（IEC61000-4-3规定方法）、电快速瞬变脉冲群抗扰度（IEC61000-4-4规定方法）、浪涌抗扰度（IEC61000-4-5规定方法）以及传导骚扰抗扰度。发射限值试验则依据CISPR11对工业环境的发射限值要求进行。试验判定准则强调，在施加规定严酷等级的电磁干扰时，阀的触发监控系统应能正常工作，不应发生误触发或漏触发，光通信链路不应出现数据传输错误。4主要起草单位介绍本标准由西安高压电器研究院股份有限公司（以下简称“西高院”）牵头起草。西高院成立于1958年，是我国高压电器领域规模最大、综合实力最强的国家级科研院所和检测检验机构之一。作为中国电器工业协会高压开关分会理事长单位、全国高压开关设备标准化技术委员会秘书处承担单位，西高院长期致力于高压电器设备的技术研究、标准制定和试验检测工作。在TCSC技术领域，西高院自20世纪90年代起即参与我国首台（套）TCSC装置的科技攻关和试验验证工作。先后为国家电网公司“伊冯线”可控串补工程（500kV，2004年投运，为我国首个国产化500kV可控串补工程）、“三常线”超高压串补工程、南方电网“平果—百色”500kV可控串补工程等重大项目提供了全面的试验检测技术服务。在长期的研究与实践中，西高院积累了极其丰富的TCSC阀试验经验，建立了完善的电力电子阀试验平台，具备开展高压大功率晶闸管阀全系列电气试验的能力。此外，本标准还由中国南方电网有限责任公司超高压输电公司参与起草，该公司在TCSC工程运行维护方面积累了丰富的一线经验，为标准中试验参数的选择和运行工况的准确定义提供了重要的工程实践依据。同时，国内主要TCSC阀制造企业如中国西电集团、许继集团、中电普瑞科技有限公司等也积极参与了标准的讨论和验证工作。5标准实施意义与应用前景5.1填补标准空白，完善标准体系本标准首次建立了覆盖TCSC阀全类别电气试验的国家标准体系，与GB/T20989-2007（HVDC阀）、GB/T30423-2013等现有标准共同构成了我国电力电子阀类设备电气试验的完整标准族，为设备制造、工程验收和运行维护全环节提供了统一的技术依据。5.2规范市场秩序，保障设备质量在标准发布之前，TCSC阀在招投标阶段的试验要求多由各工程业主要求或制造企业自行制定，导致产品性能缺乏横向可比性，市场门槛参差不齐，不同工程项目的试验严酷度存在显著差异，不利