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DLT1513-2016 柔性直流输电用电压源型换流阀 电气试验

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。

GB／Z 41983-2022 液压螺纹插装阀 安装连接尺寸.pdf5.9.3.2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，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

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.

试验报告应按GB/T27025规定的原则编写，主要包括以下内容： a) 实验室的名称和地址，以及试验执行的地点； 委托方的名称和地址； c 试品的清晰完整标识，包括型号、额定值、序列号和其他用于识别试品的信息； d) 试验数据； e) 试验电路和试验过程的描述； f) 规范性引用文件，以及执行偏差； g) 测量设备和测量不确定度； h) 以表格、图片、示波图和照片的形式保存下来的试验结果； ? 设备或元件的故障记录

出厂试验的目的是检验是否按要求进行生产制造，主要包括： a） 用于阀的所有元件和部件的安装符合设计要求； b) 阀设备功能正常，预设参数未超限； 阀组件和阀级（视情况而定）的绝缘性能足够； d）产品的一致性和均匀性满足设计要求。

所有用于工程的阀组件或部件都应通过出厂试验。取决于设计的不同和试验设备的便利， 可在整个阀组件或单个阀级进行。

a）外观检查； b）接线检查； c）均压电路检查； d）控制、保护和监测电路检查； e）压力检查； 直流耐压试验； g）开通和关断试验； h）局部放电试验。

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a）外观检查； b）接线检查； c）均压电路检查； d）控制、保护和监测电路检查； e）压力检查； f）直流耐压试验； g）开通和关断试验； h）局部放电试验。

出厂试验涵盖阀、阀组件，以及用于阀或阀组件保护、控制和监测的辅助电路的元件装配试验。试 验不涉及阀、阀支架或阀结构使用的单个元件试验。 出厂试验需要考虑阀及其元件的设计特性、元件在组装前的试验程度，以及特殊的制造工艺和 技术。 出厂试验的基本试验内容见6.5。其中，试验项目列出的顺序不代表其重要性或强制执行顺序。 注：在一些情况下，例如生产过程发生变化时，除了出厂试验，还需在完整的组件上进行产品的抽样试验。试验的 内容需要具体问题具体分析。

检查所有材料和元件应没有损坏，并按照最新生产工艺文件正确安

检查所有主回路接线应正确、牢固。

6.5.3均压电路检查

检查均压电路参数应满足要求。当施加直流和冲击电压时，应确保串联阀级电压分布正确。

6.5.4控制、保护和监测电路检查

检查构成阀整体的所有控制、保护或监测电路的功能，如IGBT门极驱动电路和所有本地保护和监 测电路。 如有必要进行熔断保护的型式试验和有效性试验，应单独指定。

检查冷却水路应无渗漏。

6.5.6直流耐压试验

检查阀元件应耐受规定的最大电压值

6.5.7开通和关断试验

检查每个阀级内部的IGBT应能够按照指令正确

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6.5.8局部放电试验

为了验证制造是否正确，对于开关型VSC阀需进行局部放电试验，对于可控电压源型VS 仅对设计中重要的元件和部件进行局部放电试验

现场交接试验的目的是检验是否具备投运条件，具体包括： a）阀组件或阀级在运输过程中无部件损坏或松动： b）水冷系统满足投运要求； c）阀支架的绝缘能力满足要求； d）换流阀与阀基电子设备的通信正常。

现场交接试验项目包括： a）外观检查； b）接线检查； c）压力试验； 阀支架绝缘试验； e) 光纤损耗测量； f) 阀级功能试验，

场交接试验要考虑阀及其元件的

检查换流阀所有元件或部件无损坏或无松动。

检查所有主回路接线应正确、牢固。

检查冷却水路应无渗漏。

检查冷却水路应无渗漏

7.5.4阀支架绝缘试验

验证阀支架对交流和/或直流电压的绝缘性能。

7.5.5光纤损耗测量

证光纤损耗满足设计要

7.5.6阀级功能试验

阀级功能试验用于检查阀级的基本功能是否正常，具体包括： a）阀级内部电子电路工作正常； b）P 阀级内部的IGBT能按照指令正确开通和关断 阀级旁路开关能按照指令正确动作； d）阀级与阀基电子设备之间的通信正常。

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柔性直流输电用电压源型换流阀（VSC阀）存在不同的技术实现途径，并且未来可能出现更多新的 电路拓扑。 本附录简要概述VSC阀的主要类型，且仅限于其对阀试验准则的影响。 本附录将对已知的主要换流器技术进行综述。

A.2电压源换流器基础

图A.1VSC相单元及其理想输出电压

图A.2两电平换流器VSC相单元输出电压波形

3VSC阀的主要类型综

图A.315电平换流器VSC相单元的输出电压波形（未使用PWM）

传统的晶闸管阀的总体设计已经相对成熟。相反地，VSC阀仍处于技术发展的早期阶段 多神形式 共存。 已有商用或文献记载的VSC阀可分为两个基本类型： a）开关型VSC阀。就像对应的晶闸管阀，这些阀仅用作可控开关，仅有开通和关断两种工作状 态。在基于该拓扑的换流器中，直流电容器与阀完全分离并单独进行试验。 b）可控电压源型VSC阀，对该类阀，直流电容器与阀形成一个整体，不能单独分离出来进行 试验。 取决于阀属于上述两种类型中的哪一类，其型式试验项目的执行方式完全不同。 有文献介绍了混合型VSC阀，这种阀兼有开关型阀和可控电压源型阀两者的特点，本文件不再详 细介绍其换流器拓扑。

这种类型的VSC阀包含了大量同时投切的串联IGBT器件，使其外观与传统的晶闸管阀比较接近。 与传统的晶闸管阀类似，其关键是同时投切串联IGBT。这种类型的阀通常用在输出电平数相对较少的 换流器中。 这类换流器通常使用脉宽调制技术补偿输出电平数的不足以更好地逼近正弦电压波形。 下文将详细介绍使用这类VSC阀的常见换流器拓扑

A.4.2两电平换流器

A.4.3多电平二极管箱位换流器

图A.4两电平换流器单相单元的基本电路拓扣

图A.5三电平二极管箱位换流器单相单元的基本电路拓扑

通过进一步细分直流电容器及使用更多VSC阀和二极管阀，同样的原理可以扩展至具有更多电平 数的情况，在五电平换流器中，直流电容器被细分成4段不连续的部分，包含了8个VSC阀和6个二 极管阀（见图A.6)。在这种电路中，4组相邻的阀被同时投切，如V1、V2、V3和V4导通输出0.5Ua 电压，V2、V3、V4和V5导通输出0.25Ug电压，以此类推。 可以看出，随着输出电平数量的增加，电路的复杂程度增加的更快。事实上更糟糕的是，随着输出 电平数量的增加，不仅二极管阀的数量 电压都讯速增加

A.4.4多电平飞跨电容换流器

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图A.6五电平二极管箱位换流器单相单元的基本电路拓扑

三电平飞跨电容换流器（其单相单元的基本电路拓扑见图A.7）含有一个标称电压0.5U的飞跨电 容器。这个电容器连接在V1/V2的中间端子和V3/V4的中间端子之间。与三电平二极管位换流器相 比，三电平飞跨电容换流器同样将阀成对同时投切，不同的是取得零输出电压的模式。为了实现零输出 电压，需要阀V1和阀V3同时导通或阀V2和阀V4同时导通。禁止将阀V2和阀V3同时导通，这样 将导致飞跨电容被短路

图A7三电平飞跨电容换流器单相单元的基本电路拓邦

同样输出电平数量下，该换流器每相单元使用的VSC阀数量与二极管位换流器每相单元使用的 VSC阀数量相同。与二极管位换流器类似，可以提高该换流器输出电平的数量，但其代价增加得 更快。

A.5可控电压源型VSC阀

在两电平换流器中，阀和直流电容器明显属于分开的不同设备，并且可单独进行设计

随着输出电平数的增加，由A.4.3和A.4.4可知，直流电容器必须被不断细分，同时阀和直流电容器的 相互影响也逐渐增大。 随着输出电压包含的电平数的增加，换流器逐渐接近理想状态，即使不使用PWM技术也可以实现 非常接近标准正弦的输出电压波，此时直流电容的分段以及IGBT与电容器之间的连接会变得如此复杂 以至于再无法明确区分两者。考虑到这种情况，可以认为VSC阀不仅包括用来开关的IGBT元件，还包 括分布式直流电容器。事实上，这样的阀不再是一个简单的开关，而是一个可控的电压源，连接于相单 元的交流端子和一个直流端子之间，可控电压源型阀的单个VSC相单元见图A.8。

图A.8可控电压源型阀的单个VSC相单元

A.5.2模块化多电平换流器

图A.9给出了一种模块化多电平换流器的实现电路。每个子模块的电路均为模块化的，由一个独 立的直流电容器和两个IGBT开关组成。事实上，该电路与基本的两电平换流器（见图A.4）非常相 似，区别在于子模块之间的连接是由一个子模块的交流端（位于IGBT1和IGBT2之间）到相邻子模 块的一个直流端。基于这种电路的子模块可以具有两种离散的输出状态：U=0（通过开通IGBT2） 或U=Usm（通过开通IGBT1）。Usm是单个子模块的直流母线电压，其值远小于整个系统的直流母线电 压Udeo 利用这一电路，可以合成单极性的阀输出电压，该电压具有最大值U=U和最小值U=0。但是，与 目前已讨论的所有换流器相同，该换流器无法抑制换流器直流侧短路故障产生的过电流。原因是虽然两 个IGBT可以很快关断，故障电流依然可经过与IGBT2并联的续流二极管流通。 通过使用图A.10所示的全桥结构而非图A.9所示的半桥结构，另一种实现MMC的电路解决了上 述缺点。

T／CAS587-2022 城镇排水管道检测与非开挖修复安全文明施工规范.pdf图A.9半桥MMC电路

图A.10全桥MMC电路

A.5.3级联两电平换流器

MMC电路的一个优势是避免了IGBT的直接串联和同时开关。但是，实现MMC电路时同样可以 在每个开关位置使用多个IGBT串联。按照这种方式设计的换流器被称为“级联两电平”换流器以区别 于模块化多电平换流器，但其电路功能在几乎每一方面都与MMC电路完全一致。 与MMC电路相同，CTL电路存在“半桥”和“全桥”两个种类。CTL阀的构造模块被称为“单元” 图A.11给出了半桥结构的单元（半桥CTL电路）。两个开关位置均包含了n个同时开关的串联IGBT， 并且单元中直流电容器的运行电压约是MMC电路中子模块直流电容器的运行电压的n倍。 在运行方面，CTL电路与MMC电路相比唯一显著区别是CTL电路产生的阀输出电压比MMC电 路产生的阀输出电压的电平数更少，电压阶跃更高。若将CTL电路每个开关位置串联的IGBT数量控制 适中（如5～10），那么仍能获得好的波形质量，同时使其控制系统与MMC电路的控制系统相比得到 些简化，但即使如此其谐波性能与MMC电路相比仍要差一些。此外，CTL电路的确要求复杂的IGBT 门极驱动电路以及与所有开关型VSC阀中相同的特殊IGBT。

图A.11半桥CTL电路

为了解释诸如“VSC阀级”“子模块”和“单元”的术语含义，图A.12和图A.13分别给出了MMC 阅和CTL阀的主要结构术语。

L.12MMC阀结构术语

GB／T 41894.3-2022 船舶与海上技术 通过测量轴变形量确定船舶推进系统轴功率 第3部分：弹性振动法.pdfA.13CTL阀结构术语