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DLT1513-2016 柔性直流输电用电压源型换流阀 电气试验

DL/T15132016

型式试验可根据试验环境在整个阀或阀组件 上进行，见表1、表2。阀组件中包含的VSC阀级或二 极管阀级的数量应根据各项试验的要求确定。 被试阅的最小阀级数量由单个阅的阀级数量决定，见表3。

代试验的最少阀级数量与单个阀中阀级数量的关

通常，建议在所有型式试验中使用同一个阀组件。在特定情况下，可以使用多个不同的阀组件同时 开展不同的试验，以加快试验执行过程。 在型式试验开始之前，阀、阀组件和/或它们的元件都应证明通过了出厂试验，以确保制造是正确的 注：本节不适用于阀支架结构的绝缘试验，具体试验对象在5.8中另有规定。

为了确认阀端间绝缘没有被换流器运行过程中的快速重复开关应力所破环，阀端间交流 验及局部放电测量需在运行试验之后进行。其他型式试验可按任意顺序进行。 注：对于“可控电压源”型阀GB/T 27827-2011 化学品 体内姊妹染色单体交换试验方法，若协商一致，可将阀端间交流一直流电压试验放在运行试验之前进行，

条件下，试验应按GB/T16927.1和GB/T16927.

5.1.5试验环境温度

验设备正常的环境温度下进行，另有规定的除

交流绝缘试验可在50Hz或60Hz下进行。 运行试验对频率的具体要求在相关条款中给出。

5.1.7确定型式试验参数需要考虑的条件

型式试验参数应根据系统研究，基于阀承受的最恶劣运行工况和故障工况确定。

5.1.8通过型式试验的判据

已有的应用经验表明，即使再仔细地设计阀，也不能避免运行中阀级部件的偶然随机故障。尽管这 些故障可能与应力有关，考虑到故障的起因或故障率与应力的关系不能被预测或服从精确数量关系，这 些故障可以被认为是随机的。型式试验使阀或阀组件在短期内承受多重应力，这些应力体现了阀的整个 寿命期间内可能遭受的为数不多的几次最严重应力。考虑到上述方面，下文制定的型式试验成功判据允 许型式试验中有少量的阀级故障，前提是这种故障极少且不明显表明任何设计缺陷。

5.1.8.2阀级适用的判据

DL/T15132016

对于表1和表2所列出的任一型式试验项目，当一个（当阀级数量较多时，作为替代可按被试阀级 数量的1%）以上的阀级发生短路，则认为该阀未通过型式试验。 若下面的型式试验中，有一个阀级（或更多阀级，若仍在1%限制之内）发生短路，应当修复故障 阀级并重做该型式试验。 若型式试验期间，发生短路的阀级数量累计大于被试阀级数量的3%，则认为该阀未通过型式试验 每次型式试验后应检查阀或阀组件中是否有阀级发生短路。进一步型式试验前，可以更换型式试验 中或型式试验后发现的故障IGBT/二极管或辅助元件 完成试验过程后，应对阀或阀组件进行一系列的检查试验，至少包括以下几项： a）阀级耐受电压； b）门极电路； c）监测电路； d） 所有与阀形成整体的保护电路： e）均压电路。 检查试验期间发生的阀级短路故障次数应作为成功判据中累积故障数的一部分计算。除了发生短路 敌障的阀级，在型式试验过程中及随后的检查试验中发生的未造成阀级短路后果的故障阀级总数，也不 得超过绝缘试验和运行试验两者最小被试阀级总数的3%。若这种故障的阀级总数超过3%，对故障的性 质及其成因需进行复查并采取措施， 允许的短路类型故障阀级最大数量和非短路类型故障阀级最大数量参见表4执行。

表4型式试验中允许的故障阀级最大数量

全部型式试验完成后，短路类型故障阀级和非短路类型故障阀级的分布应是基本上随机的，且 明任何设计缺陷。

5.1.8.3整体阀适用的判据

在试验中阀的外部闪络，阀冷却系统的损 斗的击芽 是不允许的。 任何元件、导体及其接头的温度，附近物体的表面温度都不能超过设计允许值

型式试验完成后，应当按5.10的要求提供型式

5.2最大持续运行负载试验

试验目的是检验在运行状态下以及在最严格重复性应力作用的开通和关断状态下单个阀体中

二极管阀级及相关的电子电路是否能承受相应的电流、电压和温度应力

试验可在整个阀或阀组件上进行。选择主要取决于阀的设计和试验使用的设备。本标准规定的试验 对包括五个及以上串联VSC/二极管阀级的阀组件有效。如果准备进行少于五个阀级的试验，就要确定 附加试验安全系数。任何情况下都不允许试验所用的串联级数低于3。 试验用的阀或阀组件应与全部的辅助部件组装在一起。若有要求，还应包括一个适当比例的阀避 雷器。此避雷器应与试验中串联级数成比例，以提供至少与实际应用避雷器最大特性相一致的保护 水平。 冷却剂应处于代表运行状态的条件下。特别是流量和温度，应设置为试验所考虑的最不利的值，以 保证相应元件的温度与实际工作中的温度相符

对于内部包含了直流电容器的可控电压源型阀，直流电容器及其与半导体器件的接线构成整体试验 对象的一部分。 对于开关型阀，直流电容器与阀是分开的，直流电容器需要在试验电路中进行合适的摆放。特别地！ 式验中直流电容器与阀之间接线的漏电感以及阀组件内部的杂散电感要被正确再现。试验电路的接线应 代表换流器采用的典型接线方式。

试验需要再现下列基于最不利运行条件的换流器参数。可能需要多项试验以再现所有的参数且达到 设大值。 对于VSC阀，包括： a）最大持续IGBT结温； b） 最大持续续流二极管结温； c 最大持续吸收电路元件（如有）温度； d）最大持续开通（或关断）电压和电流。 对于二极管阀，包括： a）最大持续二极管结温； b）最大持续吸收电路元件（如有）温度； c）最大持续二极管关断电压、电流。 所有这些参数都需要在最大持续运行负载试验中得以再现。也可在分项试验和组合试验中得以 现。 试验中应对选定的元件表面温度进行测量，以证明： a） 换流阀或阀组件能在最恶劣运行条件下正常运行，不引起可关断半导体器件和其他相关附属元 件的损坏或劣化； b 换流阀或阀组件最重要的发热元件的温升不超过规定的极限范围，并且没有任何元件或材料能 经受过高的温度； c）换流阀或阀组件在周期性开通（或关断）电流和电压冲击下的性能良好。 试验电压应基于最大持续正向电压，试验开关频率应基于最大持续开关频率，同时调制因数应选择 际运行中的典型值。冷却剂温度不低于对应实际运行中产生最高稳态IGBT及/或二极管结温的工况。 试验电流有效值应乘以1.05的试验安全系数。 对应于最大持续运行直流电压的试验电压U，按式（3）计算。

式中： Udmax—最大持续运行直流电压，包括纹波电压； kn一一试验比例系数，按4.2.1规定； k,——试验安全系数，k,=1.05。 在出口冷却剂温度达到稳定后，试验的持续时间应保证不低于30min。

式中： k一一试验比例系数，按4.2.1规定； k,——试验安全系数，k,=1.05。 在出口冷却剂温度达到稳定后，试验的持续时间应保证不低于30min。

5.3最大暂时过负荷运行试验

Urvi =Uamax ×k, ×k

试验目的是检验在最大暂时过负荷运行条件下开通和关断过程中单个阀体中VSC阀级或二机 以及相关电子电路承受电流、电压和温度应力的能力。

如果阀存在暂时过负荷运行工况的要求，则要进行最大暂时过负荷运行试验。 试验条件的确定方法参见5.2。 在5.2阐述的试验中，阀或阀组件需要达到热平衡。在这个初始试验条件具备之后暂时过负荷运行 试验开始，并且试验持续时间为暂时过负荷持续时间的1.2倍。 在暂时过负荷运行试验之后，需要再进行10min持续运行负载试验

5.4最小直流电压试验

试验目的是检验单个阀体中VSC/二极管阀级以及相关电子电路在最小直流电压运行工况下的正常 工作能力。

本试验通过在阀或阀组件端子之间施加最小直流电压，证明获得能量的阀电子电路能够保证阀 工作。 在阀（或阀组件）处于解锁或者闭锁状态时，监测阀电子电路的回报信号来验证阀电子电路是 正常。

试验电压U.，按式（4）计算。

Ntut—试品中串联阀级的数量； N——单个阀中串联阀级的总数，包括穴余； Uw——在阀电子电路正常工作条件下保证单个阀正常工作的最小直流电压； k—试验安全系数，k,=0.95。

5.5IGBT过电流关断试验

Not.Uw.k Umin = N.

试验目的是检验在发生特定短路故障或误触发条件下换流阀承受关断电流和电压应力的能力，尤其 是IGBT及其相关电路。

参见5.2.2.此外还应包括过电流监测所需的具体保护或监测电路

试验应再现最严重的电压应力及瞬时结温，并基于监测保护电路最不利的工况。 最严重的情况取决于阀的设计，包括但不限于以下情况： a） 交流端对地短路； b）交流端相间短路； c）同一相单元中另一个阀的短路或误触发。 对于试验电路、直流电容、回路电抗等总体要求见5.2.3。 首先使IGBT相关元件达到最高稳态结温并进入热平衡，然后启动过电流试验。通过监测过电流 在最大安全关断电流限值以下关断IGBT。 试验电压Um对应于最大暂时直流过电压，按式（5）计算。

Uupv2 =U atcmg · k, · k.

k—试验比例系数，参见4.2.1； ks—试验安全系数，ks=1.05。 从检测出过电流到IGBT关断时刻之间的试验电流波形应符合实际运行工况，尤其是电流上升率

试验目的是在特定短路工况 宜到控制和保护电路切断故障电流之前，检验 换流阀的充电过程也应考虑

5.7阀抗电磁干扰验证

目的是验证阀抵抗从阀内部产生的或外部强加的瞬时电压和电流引起的电磁干扰（或电磁骚扰）的 能力。阀对电磁干扰敏感的元件一般是用于阀级控制、保护和监测的电子电路。 通常，阀的抗电磁干扰能力可通过在阀的其他型式试验中监测其运行状态来验证。其中最重要的是： 最大持续运行负载试验（见5.2）、最大暂时过负荷运行试验（见5.3）、IGBT过电流关断试验（见5.5） 和阀端间冲击试验（见5.9）。

通常，验证对象是已通过其他试验的阀或阀组件

使用验证装置的一部分直接模拟电磁干扰源。这样的验证方案要求有两个及以上阀或阀组件， 它们之间的相互影响。电磁干扰源相对于被试阀的几何布置，应尽可能接近实际运行布置（或在 扰上更加严重）。电磁干扰试验对象的电子电路应带电，包括阀基电子设备中与电磁干扰验证对 有序信息交换的相关部件。

5.7.3.2方法 2

首先通过理论计算或测量确定最不利运行工况下的电磁场强度。然后，通过试验电路在各频率点产 主与预期相比至少同样严重的电磁辐射。阀组件则暴露于产生的电磁场中。 方法2的基本前提是确定阀关键位置的动态场强与方向。这可在单个阀触发试验期间用探测线圈测 量获得；或者可通过三维场建模程序预测。然后，用一个独立的场线圈产生至少与预测值同样严重的场 强、频谱和方向，并对阀组件进行验证。 被验证的阀组件应满足下列条件： a）阀组件端子间应有运行电压（按比例），并且在场线圈加电时是正向偏压； b）阀组件的电子电路在验证时应加电： c）阀组件应包括阀基电子设备中与阀组件正确交换信息所必需的部分

5.7.3.3验收标准

应验证满足下列条件： a）不可发生IGBT误触发或导通顺序混乱； b）F 阀上安装的电子保护电路无误动或无拒动； c）不可发生阀级故障的错误指示，不可因为阀监测电路收到错误信息而将错误信号通过阀

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设备送到换流器控制保护系统。 注：对于本标准，阀抗电磁干扰验证仅适用于VSC阀和连接阀与地的信号传输系统部分，不适用于地电位设备抗 电磁于扰能力的验证和作为其他设备电磁于扰源的阅特性的验证。

5.8阀支架结构的绝缘试验

5.8. 1 试验目的

a）检验阀支架、冷却水管、光导的绝缘和其他同阀支架相关的绝缘部件的耐受电压能力。如果除 了阀支架外，有其他对地绝缘，还应进行必要的附加试验； b）验证局部放电的起始电压和熄灭电压高于阀支架上出现的最大运行电压。 注：根据应用情况，可以省略基些阀支架试验

试品可采用一个有代表性的独立阀支架结构，并合理体现阀的临近部分。阀支架结构应包含阀支架、光 纤通道、冷却水管及其他相关辅助部件。同时，在阀支架结构周围应采取措施以正确体现邻近地电位面的影响。 此外，冷却介质应处于具有代表性的最严苛的运行条件。 如果一个单阀包含一个以上的阀支架结构，那么试验应以所有阀支架结构承受的最严重应力为准。

5.8.3.1一般原则

出的所有试验电压都要进行4.1描述的大气修正

5.8.3.2阀支架直流电压试验

直流试验电压施加在阀的两个主端子（连接在一起）与公共地之间。从不超过规定的1min试验电 玉的50%开始，电压在大约10s内升至规定的1min试验电压，保持1min恒定，再降至规定的3h试验 电压，保持3h恒定，然后降到零。在规定的3h试验的最后1h，超过300pC的局部放电数目，应按GB/T 20990.1—2007附录B的规定记录。 整个记录期间，300pC以上的脉冲数目平均每分钟不超过15次；500pC以上的脉冲每分钟不超过7 次；1000pC以上的脉冲每分钟不超过3次；2000pC以上的脉冲每分钟不超过1次。 注：若观察到局部放电的数量或等级有增加的趋势，可以延长试验时间。 此后，用相反极性电压重复上述试验。 在试验之前，阀支架应短路并接地最少2h。 阀支架直流试验电压U按式（6）计算。

Uams——阀支架稳态运行电压直流分量的最大值； k4——试验安全系数，1min试验，k4=1.6，3h试验，k4=1.1; k—大气修正因数，1min试验，k按4.1取值，3h试验，k=1.0

5.8.3.3阀支架交流电压试验

Uds =±Uans ×k ×k

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6开始，电压在大约10s内升至规定的1min试验电压Uasl，保持1min恒定，再降至规定的30min Utas2，保持30min后降到零。在规定的30min试验的最后1min，应监测和记录局部放电的水 部放电值低于200pC，此设计可完全接受。若局部放电值超过了200pC，需要评估试验结果。 架交流试验电压U的均方根值，按式（7）计算。

式中： UtasI 1min试验电压； Utas2 30min试验电压； Ums 稳态运行期间，阀支架最大重复运行电压的峰值，包括投切过冲； ks 试验安全系数，1min试验，ks=1.3，30min试验，ks=1.15； 专 大气修正因数，1min试验，k按照4.1取值，30min试验，k=1.0； K 暂时过电压系数，1min试验，k.数值由系统分析确定，30min试验，k=1.0

5.8.3.4阀支架操作冲击试验

在阀的两个主端子（连接在一起）与公共地之间分别施加3次正极性和3次负极性操作冲击电压 采用GB/T16927.1规定的操作冲击电压波形 试验电压应根据VSC换流站的绝缘配合要求选取

5.8.3.5阀支架雷电冲击试验

在阀的两个主端子（连接在一起）与公共地之间分别施加3次正极性和3次负极性雷电冲击电压 采用GB/T16927.1规定的雷电冲击电压波形。 试验电压应根据VSC换流站的绝缘配合要求选取

5.9阀端间的绝缘试验

试验目的是验证阀电压特性的相关设计，即能否耐受各种类型过电压（直流、交流、操作冲击和雷 电冲击过电压）。试验应证明： a）阀能耐受规定的过电压； b）在规定的试验条件下局部放电水平在允许范围内； c）内部均压电路无过负荷； d）阀电子电路工作正常。

试品一般是一个完整的阀，也可是单独的阀组件，只要证明阀组件在试验条件下的电压分布可代表 实际运行中一个完整的阀的电压分布。试品阀或阀组件应装配除阀避雷器以外的所有辅助元件。 所有的冲击试验，除另有要求的，阀电子设备都应带电。 如果试品是阀组件，被试阀组件的最少阀级数量应通过协商确定。在这种情况下，一个完整的阀的 不同部分之间的绝缘需要进行额外的试验。 除了流量可以降低外，冷却条件需再现实际运行条件。试验应包含（或者模拟）用于恰当再现部分 实际应力所需的额外设备（或物品）。在被试阀周围应适当安装接地平面，其布置由实际阀厅中与之邻 近的阀和地电位平面的相对位置来决定。

DL/T15132016

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用于阀绝缘试验的试品通常不充许对规定试验电压施加大气 因此，任何阀端间的绝缘试验都不使用大气修正因数，并应证明大气情况对阀内部耐受能力的影响是可 接受的，

5.9.3.1一般原则

阀端间的绝缘试验基于高压交流系统和设备所采用的标准波形和标准试验流程。这样可以很方便地 将许多现有的高压试验技术直接应用于柔性直流输电用电压源型换流阀的检测。另外，应认识到柔性直 流输电的特殊性可能导致实际波形不同于标准试验波形，这种情况下，要对试验进行修正以尽可能再现 实际运行条件。

5.9.3.2阀端间交流直流电压试验

本试验包括一项短时试验和一项长时试验。短时试验应能再现特定的换流器故障或系统故障导致的 复合交流一直流电压。 最严重的工况取决于阀的设计，需要考虑的工况包括但不限于： a） 交流端对地短路； b） 交流端相间短路； ） 交流端开路； d 交流系统甩负荷； e） 桥臂直通或在同一相单元中另一个阀的误触发； f）直流极接地故障。 试验时，同时使用交流电源和电容器以产生复合交流一直流电压波形。取决于换流器的拓扑结构， 电容器可集成为阀的一部分，也可是独立的。也可使用直流电压源代替电容器。 从不大于最大试验电压的50%开始升压，尽快将试验电压升至规定的10s试验电压，然后降至30min 式验电压，保持30min恒定，之后降为零。 在30min试验的最后1min记录到的局部放电值不能超过200pC，前提是阀内部局部放电敏感元件 已被单独试验。超过300pC的局部放电脉冲，记录期间平均每分钟最多15个；超过500pC的局部放电 脉冲，每分钟最多7个；超过1000pC的局部放电脉冲，每分钟最多3个；超过2000pC的局部放电脉 中，每分钟最多1个。 注1：若观察到局部放电的幅值或者频率有增加的趋势，可以延长试验时间。 注2：为避免干扰局部放电测量，如门极电源电路产生的干扰，试验中有必要屏蔽门极电路及其他辅助电路。 阀试验电压是叠加直流电压的正弦波。 10s试验电压U按式（8）计算。

Um=(Ul·sin2ft+Uu·k,·k

Utacl 一阀端间最大暂态过电压交流分量的峰值，考虑实际运行工况下阀避雷器（如有）或极避雷 器（如有）的作用； Utdel一 阀端间最大暂态过电压直流分量的最大值，考虑实际运行工况下阀避雷器（如有）或极避 雷器（如有）的作用； 一 试验频率（50Hz或60Hz）； 一试验比例系数，参见 4.2.2;

kg——试验安全系数，kg=1.10。 30min试验电压U.。按式（9）计算

5.9.3.3阀端间冲击试验的一般说明

拥有内置直流电容器的可控电压源型阀不会承受对 性能具有快定作用的中出电压，可以边 行阀端间冲击试验。 在一些应用中，如直流侧没有架空线路，并且阀侧交流母线被充分保护而不会遭受来自交流侧的直 击雷，可根据系统绝缘配合研究结果决定是否进行冲击试验。 冲击试验仅施加一种极性的电压，与阀耐受电压极性一致。 如果阀端间冲击耐压水平不高于阀端间交流一直流电压试验水平，则认为阀端间交流一直流电压试 验覆盖了阀端间冲击试验。此时，阀端间冲击试验可以省略。

采用GB/T16927.1规定的标准操作冲击电压波形。 在阀上施加3次规定幅值的操作冲击电压。阀应耐受试验电压且不发生误动作或绝缘击穿 阀端间操作冲击试验耐受电压Usv按式（10）、式（11）计算。 a）带阀避雷器保护的阀：

SIPL——阀避雷器的操作冲击保护水平； ko——试验比例系数QB/T 4848-2015 食品工业用不锈钢管道安装及验收规范，参见4.2.2； kg——试验安全系数，kg=1.10。 b）无阀避雷器保护的阀：

一通过系统绝缘配合研究确定的预期操作冲击电压； 一试验比例系数，参见4.2.2； 一试验安全系数，k。=1.15。

5.9.3.5阀端间雷电冲击试验

采用GB/T16927.1规定的标准雷电冲击电压波形

U=SIPL,.kk

GB/T 5895-1986 喷灌用金属薄壁管及管件试验方法在阀上施加3次规定幅值的雷电冲击电压。阀应耐受试验电压且不发生误动作或绝缘击穿。 阀端间雷电冲击试验耐受电压Ulv按式（12）、式（13）计算。 ）带阀避雷器保护的阀：

U= LIPL, ·k, k.