ICS中国南方电网有限责任公司企业标准Q/CSG XXXXX—2015柔性直流输电换流器技术规范Technical specification of converters for high-voltage direct current (HVDC) transmission using voltage sourced converters (VSC)（征求意见稿）XXXX-XX-XX发布XXXX-XX-XX实施中国南方电网有限责任公司发布目次前言 (III)1 范围 (1)2 规范性引用文件 (1)3 术语和定义 (1)3.1 额定直流电流 rated direct current (1)3.2最大直流电流maximum direct current (2)3.3 短时过载（过负荷）直流电流short time overload direct current (2)3.4 额定直流电压rated direct voltage (2)3.5 额定直流功率rated direct power (2)4 文字符号和缩略语 (2)4.1 文字符号 (2)4.2 缩略语 (2)5 使用条件 (2)5.1 一般使用条件的规定 (3)5.2 特殊使用条件的规定 (3)6 技术参数和性能要求 (3)6.1 总则 (3)6.2 换流器电气结构 (4)6.3 阀设计 (5)6.4 机械性能 (6)6.5 电气性能 (7)6.6 冗余度 (7)6.7 阀损耗的确定 (8)6.8 阀冷却系统 (8)6.9 防火防爆设计 (8)6.10 阀控制保护设计 (8)7 试验 (9)7.1 试验总则 (9)7.2 型式试验 (9)7.3 例行试验 (11)7.4 长期老化试验 (11)7.5 现场试验 (12)8 其它要求 (12)8.1 质量及使用寿命 (12)8.2 尺寸和重量 (12)8.3 铭牌 (12)8.4 包装和运输 (12)8.5 安装 (12)8.6 备品备件 (13)8.7 专用工具和仪表 (13)附录 A （资料性附录）换流器技术参数表 (1)附录 B （资料性附录）换流器及其附属设备损耗表 (1)前言本标准参照了IEC62747《基于电压源换流器的高压直流系统术语》及IEC62501《高压直流输电用电压源换流器阀-电气试验》，规定了柔性直流输电用换流器的使用条件、技术性能和参数要求。
该技术规范的适用范围、规范化引用文件、符号和缩写、术语和定义在规范中进行了描述。
本标准的附录A为资料性附录。
本标准由公司设备部、南方电网科学研究院有限责任公司提出。
本标准起草单位：南方电网科学研究院有限责任公司。
本标准主要起草人：本标准在执行过程中的意见或建议可反馈至**************。
柔性直流输电换流器技术规范1 范围本标准规定了柔性直流输电用模块化多电平换流器阀（以下简称阀）设计的基本要求。
本标准适用于水冷却、空气绝缘、户内安装的阀。
2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。
凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。
凡是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/T 3859.1 半导体变流器基本要求的规定（GB/T 3859.1-1993，eqv IEC 60146-1-1:1991）GB/T 13498 高压直流输电术语（GB/T 13498-2007，IEC 60633:1998,IDT）GB/T 17741 工程场地地震安全性评价GB/T 20989 高压直流换流站损耗的确定（GB/T 20989-2007，IEC 61803:1999,IDT）GB 26218.1-2010 污秽条件下使用的高压绝缘子的选择和尺寸确定第1部分：定义、信息和一般原则GBT 29629-2013 静止无功补偿装置水冷却设备GBT 30425-2013 高压直流输电换流阀水冷却设备GB/T30553 基于电压源换流器的高压直流输电GB/T XXXX-XXXX 高压直流输电用电压源变流器（VSC）阀--电气试验(IEC 62501：2014 ,IDT)（待发布）GB 50260-2013 电力设施抗震设计规范IEC 62271-2 高压开关设备和控制设备.第2部分:额定电压72.5kV及以上的地震特性IEC 62747：2014 用于高压直流输电的电压源换流器术语[Terminology for voltage-sourced converters (VSC) for high voltage direct current(HVDC) systems]IEC 62751-1：2014 用于高压直流输电的电压源换流器损耗的确定第1部分：基本要求[Power losses in voltage sourced converter(VSC) valves for high-voltage direct current (HVDC) systems-part 1:General requirements]IEC 62751-2: 2014 用于高压直流输电的电压源换流器损耗的确定第2部分：模块化多电平换流器[Power losses in voltage sourced converter (VSC) valves for high-voltage direct current (HVDC) systems-part 2:Modular multilevel converters]3 术语和定义GB/T 13498和IEC 62747界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1 额定直流电流 rated direct current按规定的运行条件下，换流器允许长期向负载连续输出的直流电流。
3.2 最大直流电流maximum direct current在规定的运行条件下，换流器长期向负载连续输出的直流电流最大值。
3.3 短时过载（过负荷）直流电流short time overload direct current在规定的运行条件下，换流器短时（如3 s）向负载连续输出的直流电流最大值。
注：一般在不同冷却媒质和环境温度下有不同值。
3.4 额定直流电压rated direct voltage在规定的运行条件下，换流器输出的直流电压。
3.5 额定直流功率rated direct power额定直流电压与额定直流电流之积。
4 文字符号和缩略语4.1 文字符号下列符号适用于本文件。
功率模块电容放电时间常数ΔT 阀进出水温差C冷却液的比热常数F r 单桥臂中串联功率模块冗余度k d单桥臂总电压分布系数k dm 设计余量系数N t 单桥臂中串联功率模块总数N r 单桥臂中串联功率模块冗余数P T 阀总损耗P AV功率器件的稳态损耗ΔP功率器件的瞬态损耗与稳态损耗之差q冷却液流量R jc功率器件的结壳热阻R ja功率器件的总热阻T min 功率模块电容放电时间4.2 缩略语下列缩略语适用于本文件。
IGBT绝缘栅双极型晶体管IEGT注入增强栅型IGBT5 使用条件5.1 一般使用条件的规定5.1.1 抗震要求阀设计应考虑换流站站址的地震条件，按照IEC 62271-2、GB 50260-2013、GB/T 17741的要求设计。
5.1.2 阀的正常使用环境条件阀设计应考虑环境条件，包括以下方面：——阀厅一般按海拔1000 m设计（海拔高于1000 m时，应根据相关标准修正设计）；——阀厅正常温度范围为10℃～50℃；——相对湿度最大值为60％；——污秽等级为户内，爬电比距一般为14mm/kV；——阀厅应保持微正压。
5.1.3 阀控制保护设备的环境条件阀控制保护设备设计应考虑环境条件，包括以下方面：——户内，带通风和空调，需控制湿度和空气温度以防止发生凝露；——正常温度范围为5℃～45 ℃；——相对湿度为25～60%；5.2 特殊使用条件的规定超出5.1条款规定使用条件为特殊使用条件，特殊使用条件的规定应该询价和订货时说明，并在工程技术规范中提出，制造商在设计时充分考虑。
6 技术参数和性能要求6.1 总则换流器必须结构合理、运行可靠、维护方便。
换流器不仅应具有承受正常运行电压和电流的能力，而且还应具有承受由于站内各部分故障或交流系统故障造成的冲击电压和电流的能力。
换流器必须设计成故障容许型。
在两次计划检修之间的运行周期内，阀元部件的故障或损坏不会造成更多元部件级的损坏。
6.1.1 额定直流电压等级额定直流电压（kV）可在下列数值中选取，具体值由业主和制造商确定。
60，160，320，400，500，640，700，1000。
6.1.2 额定直流电流等级额定直流电流（A）可在下列数值中选取，具体值由业主和制造商确定。
156，250，312.5，500，625，750，1000，1250，1429，1560，2000，2500，3000。
注：以上额定值是参考GB/T 3859.1的要求，结合已有直流工程的电压、电流等级在R10数系中选取的。
6.2 换流器电气结构6.2.1 概述柔性直流输电系统多采用模块化多电平换流器拓扑结构。
单个换流器一般由三相、六个桥臂组成。
每相桥臂包含若干个阀塔。
每个阀塔一般分层布置有多个阀段，每个阀段由多个功率模块串联组成。
6.2.2 功率模块最小换流电路单元，具备完整的交直流变换功能。
主要（至少）由两个开关器件（IGBT、IEGT等全控型电力电子器件）和一个直流电容器构成。
功率模块（半桥型）的典型结构如图1所示。
6.2.3 阀段阀段由若干个相同的功率模块串联组成，每个阀段所承受的电压为功率模块数乘以每个功率模块的工作电压。
阀段结构示意如图1所示。
6.2.4 阀塔阀塔由若干个阀段组成，采用独立的支撑/悬吊结构。
6.2.5 桥臂若干个阀塔与一个桥臂电抗器构成一个桥臂。
桥臂结构示意如图1所示。
6.2.6 相单元每相的上、下桥臂构成一个相单元。
相单元结构示意如图1中方框内所示。
6.2.7 换流器通常由3个相单元构成。
换流器结构示意如图1所示。
功率模块相单元换流器阀段桥臂图1 换流器拓扑结构6.3 阀设计6.3.1 一般要求阀的设计应满足柔性直流输电工程技术规范的要求，能够承受正常运行以及由于设备故障或系统故障引起的应力。
在规定的运行周期和冗余范围内，应保证阀在某些部件发生故障或损坏时，仍具有正常的运行能力。
阀设计时应考虑以下基本技术要求（但不限于）：——阀塔类型；——阀组成元件的类型和数量，包括功率器件、直流电容器等；——阀保护类型；——阀电压应力，包括过电压水平等；——阀电流应力，包括故障电流、过载等；——阀冷却系统形式和相关技术参数。