IEC 60700-32022 高压直流（HVDC）输电用晶闸管阀.第3部分基本额定值（极限值）和特性标准立项发展报告

高压直流（HVDC）输电用晶闸管阀第3部分：基本额定值（极限值）和特性标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:ThyristorValvesforHighVoltageDirectCurrent(HVDC)PowerTransmission–Part3:EssentialRatings(LimitingValues)andCharacteristics摘要高压直流（HVDC）输电技术作为大容量、远距离电能传输和电网互联的关键手段，在全球能源转型和新型电力系统构建中发挥着不可替代的作用。晶闸管阀作为HVDC换流站的核心设备，其额定值与特性的标准化定义直接关系到换流站的设计安全、设备选型、系统稳定性及工程经济性。本报告围绕国际电工委员会（IEC）发布的IEC60700-3:2022《高压直流（HVDC）输电用晶闸管阀第3部分：基本额定值（极限值）和特性》展开系统分析，从标准编制背景与意义出发，详细梳理了该标准的适用范围、核心术语定义、基本额定值确定方法及特性描述框架，重点阐述了其在阀设计、型式试验、运行维护和招标采购等方面的技术指导作用。报告还介绍了主要参编单位及其在标准制定中的贡献，并对该标准在促进我国特高压直流输电技术发展、支撑新型电力系统建设及推动标准国际化等方面的未来应用前景进行了展望。本报告旨在为从事HVDC输电技术研究、工程设计、设备制造及标准化管理工作的专业人员提供系统性参考。关键词：高压直流输电；晶闸管阀；基本额定值；极限值；IEC标准；换流站；标准化一、引言随着全球能源结构加速向清洁低碳方向转型，以风电、光伏为代表的可再生能源大规模开发和远距离输送需求持续增长。高压直流输电技术凭借其在长距离大容量输电、异步电网互联、海底电缆送电及新能源消纳等方面的显著技术优势，已成为世界各国电力基础设施建设的重要方向。中国作为全球直流输电工程规模最大、电压等级最高的国家，已建成投运多条±800kV特高压直流输电工程，并正在推进±1100kV准东—皖南等更高电压等级工程的建设与运行，在直流输电技术领域处于国际领先地位。晶闸管阀是换流站中实现交直流电能变换的核心设备，其可靠性直接决定直流输电系统的整体可用率和安全运行水平。晶闸管阀的基本额定值（极限值）和特性参数，是换流阀设计、制造、试验、运行及维护的基础依据，也是换流站主回路参数选择、绝缘配合、冷却系统设计以及保护系统整定的关键输入条件。因此，制定科学合理、统一规范的晶闸管阀额定值与特性标准，对于保障直流输电工程的技术经济性和运行可靠性具有重要意义。国际电工委员会第22技术委员会（IEC/TC22）下设的SC22F分技术委员会专门负责电力电子变换装置及设备相关标准的制定工作。IEC60700系列标准是HVDC输电用晶闸管阀的国际通用标准体系，其中IEC60700-3:2022是该系列标准中专门规定晶闸管阀基本额定值（极限值）和特性的重要组成部分。该标准于2022年11月29日由国际电工委员会正式发布，替代了此前版本，为全球HVDC晶闸管阀的设计、制造和试验提供了最新、最权威的技术依据。二、标准编制背景与意义2.1技术发展背景自20世纪50年代晶闸管器件问世以来，基于电流源型换流器（LCC）的HVDC输电技术经历了从高压汞弧阀到晶闸管阀的跨越式发展。晶闸管阀以其高电压、大电流、低损耗和成熟可靠的技术特性，长期占据HVDC换流阀的主流地位，在大容量远距离输电领域保持不可替代的竞争优势。近年来，随着器件制造工艺的持续进步，单个晶闸管芯片的耐压水平和通流能力不断提升，为换流阀向更高电压等级、更大输送容量发展奠定了器件基础。与此同时，模块化多电平换流器（MMC）等电压源型换流器（VSC）技术的快速发展和工程应用，也对晶闸管阀的技术定位和标准体系提出了新的挑战和要求。在此背景下，IEC60700系列标准的修订和更新，需要全面反映晶闸管阀技术的最新发展成果，准确界定不同类型换流阀的技术边界，为工程应用提供科学合理的技术规范。IEC60700-3:2022正是在这一技术发展需求下应运而生的最新成果。2.2标准修订的必要性随着特高压直流输电工程电压等级的不断攀升（从±500kV到±800kV再到±1100kV），工程实践经验日益丰富，对晶闸管阀额定值和特性的认识也不断深化。原版标准中的部分内容已不能完全适应当前技术发展的需要，主要体现在：-更高电压等级和更大容量的直流输电工程对晶闸管阀的电压承受能力、电流通流能力和热稳定性能提出了更高要求；-多端直流输电和直流电网技术的发展，对换流阀在不同运行方式下的额定值定义提出了新需求；-晶闸管器件制造工艺的进步，使得器件的实际耐受能力和特性参数发生了显著变化；-运行维护和状态检修技术的进步，对换流阀特性的测试方法和评价体系提出了更新要求。因此，及时修订和完善IEC60700-3标准，对于适应技术进步、满足工程需求、保持标准先进性和适用性具有重要的现实意义。三、标准主要内容解析3.1标准适用范围IEC60700-3:2022规定了高压直流（HVDC）输电用晶闸管阀的基本额定值（极限值）和特性的定义、确定方法和表示方式。该标准适用于电网换相换流器（LCC）中使用的晶闸管阀，涵盖三相桥式换流器等各种基本换流单元结构。标准所定义的额定值和特性参数，是换流阀设计、制造、试验和运行的基础技术依据。3.2核心术语和定义该标准对一系列关键术语进行了规范化定义，为工程技术人员提供了统一的技术语言。主要术语包括：-晶闸管阀（Thyristorvalve）：由多个晶闸管器件及其辅助元件（包括均压元件、阻尼元件、触发单元、冷却装置等）按照一定拓扑结构串联或并联组成的功率变换单元；-基本额定值（Essentialratings）：在规定运行条件和环境条件下，晶闸管阀能够承受或安全运行的最大电压、电流及其他关键参数的限制值；-极限值（Limitingvalues）：在任何运行工况下均不允许超越的额定值边界，超越极限值可能导致设备损坏或性能劣化；-运行特性（Operatingcharacteristics）：描述晶闸管阀在不同运行工况下电气、热、机械等方面行为特性的参数集合。3.3基本额定值（极限值）的具体内容标准系统规定了晶闸管阀的主要额定值（极限值）类别，包括：（1）电压相关额定值：-阀端间最大持续工作电压（包括交流侧和直流侧分量）；-阀承受的最大暂态电压（包括操作冲击电压和雷电冲击电压）；-阀的绝缘配合水平及其与保护触发策略的协调关系；-正向和反向阻断电压的极限值。（2）电流相关额定值：-阀通流的最大持续工作电流（直流分量）；-阀承受的故障电流最大值（包括换流站交流母线短路和直流侧短路等工况）；-阀电流的谐波分量限制值；-电流变化率（di/dt）的极限值。（3）热相关额定值：-阀运行的最高允许结温及其与冷却介质温度的关系；-阀在规定负载条件下的温升极限；-阀的过载能力（短时过载和持续过载）及其时间常数。（4）其他关键参数：-阀的损耗特性及其与运行工况的关系；-阀的控制角（触发角）和熄弧角的工作范围；-阀的固有响应时间及最小触发脉冲宽度要求。3.4额定值的确定方法和验证要求标准不仅给出了各项额定值的定义和表示方法，还明确了其确定原则和验证途径。额定值的确定需综合考虑晶闸管器件的固有耐受能力、阀的结构设计（包括串联器件数目的选择、均压设计、冷却方式等）、预期的运行条件和故障工况，以及相关的安全裕度要求。验证则主要通过型式试验和出厂试验完成，试验的类型、方法及合格判据在IEC60700系列的其他部分（如IEC60700-1和IEC60700-2）中有详细规定，IEC60700-3:2022为这些试验提供了基准参数和判定依据。3.5与相关标准的协调IEC60700-3:2022是IEC60700系列标准的重要组成部分，与IEC60700-1（一般要求）和IEC60700-2（试验方法）共同构成了HVDC晶闸管阀的完整标准体系。在内容编排上，本标准侧重于额定值（极限值）和特性的定义与确定，与IEC60700-2规定的各项试验方法形成一一对应的校验关系。此外，该标准还参考和引用了IEC60071（绝缘配合）、IEC60146（半导体换流器）等IEC基础标准，确保了标准体系的协调一致性。四、标准的应用与指导作用IEC60700-3:2022作为HVDC晶闸管阀的基础性标准，在工程实践中发挥着多方面的技术指导作用：4.1阀设计与制造的依据在换流阀的设计阶段，工程师需要依据本标准所规定的基本额定值（极限值）和特性要求，确定晶闸管器件串联数目、均压电路参数、冷却系统容量、触发系统设计等关键设计参数。标准的明确性和可操作性直接影响设计方案的合理性、可靠性和经济性。4.2型式试验和出厂试验的基准标准所确定的额定值（极限值）是型式试验和出厂试验的重要基准。试验方案的制定、试验参数的确定、试验结果的判定等环节，均需以本标准规定的额定值和特性指标为依据，才能确保试验的有效性和检验的充分性。4.3换流站系统设计的基础条件在换流站整体设计中，主回路参数选择、绝缘配合计算、保护系统配置、冷却系统设计等均需以晶闸管阀的额定值（极限值）和特性为输入条件。IEC60700-3:2022为换流站各专业的设计工作提供了统一的技术接口和设计基准。4.4设备招标采购和运行维护的技术规范该标准也是换流阀设备招标采购中技术规范书编制的重要参考文件，为业主单位提供了科学合理的技术评价框架。同时，在换流阀的现场交接试验、运行维护和故障分析中，该标准提供了重要的技术依据和判断标准。五、主要参编单位介绍IEC60700-3:2022的修订工作由IEC/TC22/SC22F（电力电子系统与设备技术委员会）归口管理，具体由SC22F下设的WG5工作组负责起草。来自全球各国的标准化专家和技术代表参与了该标准的编制工作。在参与IEC60700-3标准制定的众多国际技术机构和企业中，国网智能电网研究院有限公司（简称"国网智研院"）作为中国在直流输电技术领域的核心研究力量，对IEC60700-3:2022的修订作出了重要贡献。国网智研院隶属于国家电网有限公司，是专门从事智能电网和特高压输电技术研究与开发的专业科研机构，在HVDC换流阀关键技术研究、设备研制、试验检测和标准制定方面具有深厚的技术积累和丰富的工程实践经验。国网智研院拥有一支涵盖电力电子、高电压技术、自动控制、材料科学等多学科交叉的高水平研究团队，建有世界领先的换流阀试验研究平台，具备开展晶闸管阀全电压全电流型式试验的能力。该院长期深度参与IEC/TC22/SC22F的国际标准化工作，承担了多项国际标准制定和修订任务。在IEC60700-3:2022的编制过程中，国网智研院的专家团队基于中国在±800kV特高压直流和±1100kV特高压直流工程中积累的丰富运行数据和工程经验，在晶闸管阀额定值确定方法、故障电流耐受能力评估、过载特性定义及绝缘配合协调等关键技术问题上提出了多项建设性意见和建议，为提升该标准的科学性、先进性和适用性发挥了重要作用。此外，中国电力科学研究院有限公司、全球能源互联网研究院有限公司（现重组并入国网智研院）、西安高压电器研究院有限责任公司以及许继集团有限公司、南京南瑞继保电气有限公司等国内行业优势单位也以不同形式参与了与IEC60700-3相关的技术研究和标准协调工作，为中国在该领域国际标准制定中发挥更大作用提供了有力支撑。六、发展趋势与展望6.1超特高压直流输电技术持续发展随着全球能源互联网建设的深入推进，更高电压等级（如±1100kV及以上）、更大输送容量的直流输电技术将持续发展。这将推动IEC60700-3标准的持续修订和完善，以适应更高电压等级、更严酷运行工况对晶闸管阀额定值和特性提出的新要求。未来，新型超高压大功率晶闸管器件的应用将使得单阀的电压承受能力和电流通流能力进一步提升，标准的额定值体系也需要相应更新和扩展。6.2新型换流技术协调发展以MMC为代表的电压源型换流器（VSC-HVDC）技术在过去十余年间发展迅速，在风电并网、城市供电、孤岛送电等领域获得了广泛应用。尽管VSC-HVDC使用的换流阀在器件类型（采用IGBT等全控型器件）和工作原理上与LCC-HVDC存在本质差异，但两者在换流站的系统集成、运行控制、保护配置等方面存在诸多共通之处。未来，IEC60700系列标准的体系结构有望进一步优化和扩展，在保持现有LCC晶闸管阀标准持续更新的同时，逐步建立VSC换流阀的额定值和特性标准体系，形成覆盖不同类型换流技术的完整标准化框架。6.3标准国际化与协同发展随着中国直流输电技术从"跟随"走向"引领"，中国在IEC等国际标准化组织中的话语权和影响力不断提升。以国网智研院为代表的中国技术团队在IEC60700-3:2022修订过程中发挥的积极作用，正是中国深度参与国际标准制定的生动体现。未来，中国将继续依托特高压直流输电工程的领先优势，将更多具有自主知识产权的核心技术转化为国际标准，推动中国标准与国际标准的深度融合与协同发展，为全球直流输电