国家标准 GB/T31487.2一2015 直流融冰装置第2部分:晶闸管阀 Direeteurrentdecieingdeviees一Part2:Thyristor ValveS 2015-05-15发布 2015-12-01实施国家质量监督检验检疫总局发布国家标准化管理委员会国家标准
GB/T31487.2一2015 前言 GB/T31487《直流融冰装置》分为3个部分: -第1部分:系统设计和应用导则; 第2部分:品闸管阀第3部分:试验本部分是GB/T31487的第2部分本部分按照GB/T1.1一2009给出的规则起草本部分由电器工业协会提出本部分由全国电力电子学标准化技术委员会(sAC/TC60)归口本部分起草单位;南方电网科学研究院有限责任公司,南京南瑞继保电气有眼公司、电力顾问集团西南电力设计院、西安高压电器研究院有限责任公司、南方电网超高压输电公司,贵州电力试验研究院、云南电力试验研究院、西安西电电力系统有限公司、云南电网公司昭通供电局、广东电网公司电力科学研究院、中电普瑞科技有限公司,荣信电力电子股份有限公司、浙江省电力公司电力科学研究院、许继柔性输电系统公司常州博瑞电力自动化设备有限公司、浙江桂容谐平科技有限公司本部分主要起草人饶宏、傅闯、陈赤汉.杨晓辉,田杰、卢志良、吴怡敏.许树楷、黎小林、孙鹏、马晓红,赵永祷,孙伟、贾跟卯,赵立进、陆岩,彭向阳,张凡勇,杨堂华,张翔、凌刚、余波、张迅、张建平邹家勇、李长宁,万明,吴华能张广泰、何青连、梁晨
GB/T31487.2一2015 直流融冰装置第2部分;晶闸管阀范围 GB/T31487的本部分规定了直流融冰装置品闸管阀的功能、设计和试验等的基本要求本部分适用于直流融冰装置水冷却晶闸管阀,采用其他冷却方式的晶闸管阀可参照本部分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/T3859.1一2013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 GB/T13498高压直流输电术语 GB/T16927.1高压试验技术第1部分;一般定义及试验要求 GB/T20990.1一2007高压直流输电晶闸管阀第1部分;电气试验 GB501502006电气装置安装工程电气设备交接试验标准 IEC/Ts60815-l;2008污染环境中所用高压绝缘子的选择和尺寸测定第1部分;定义、信息和 inpolutedconditions -般原理(sdletiondimensiomingofhighvolageinsulatorsintended fuse Part1:Definitions,informationgeneralprinciples 采用电网换相换流器的高压直流HVDC)换流站功率损耗的确定 IEC61803:2011 [Determinationof highvoltagedirectcurrentHVDC)converterstationswithline powerlo5sesIn commutatedconverters 术语和定义 GB/T13498界定的以及下列术语和定义适用于本文件 3.1 阀valve 由电力电子器件及辅助部件组成的电气和机械联合体,能实现单向或者双向导通注，目前常用的阀有二极管阀、晶闸管阀,绝缘栅双极晶体管(GBT)阀等 3.2 晶闸管阀thyristorvalve 电力电子器件为晶闸管的阀 3.3 换流器 c0verter 能实现完整换流功能的电气装置单阀singlevale 由若干个晶管级串联组成,是6脉波换流器的一个臂
GB/T31487.2一2015 3.5 晶闸管级thyristorlevel 阀的部件,由一个晶闸管或若干并联的晶闸管与紧靠它们的辅助设备构成 3.6 阀电子电路valeelectronics 在阀电位上执行控制、监测和保护功能的电子电路阀基电子单元valebaseeleetronies 提供地电位控制设备与阀电子电路或阀装置之间接口的电子设备,又称阀接口电子设备 3.8 触发角 firingangle 从理想正弦换相电压正向过零点至正向电流导通开始时刻的时间,以电角度度量 3.9 额定直流电流rateddireeteurrent 按规定的负载条件和使用条件,换流器输出的直流电流(平均值) 3.10 最大直流电流maximmdireetcurrent 换流器在规定的运行条件下,(理论上可在无限时间内)向负载输出的最大直流电流注:一般在不同冷却媒质和环境温度下有不同值 3.11 2h过载直流电流2hoverloaddireeteurrent 换流器在规定的2h内,能向负载输出的直流电流注;一般在不同冷却媒质和环境温度下有不同值 3.12 最大理想空载直流电压maximumidealno-loaddireetvoltage -般指换流器在空载情况下的最大直流电压(U的m 注:此时,将各种电压降和电网电压波动的因素忽略不计 3.13 额定直流电压rateddireet tvoauge 在规定条件下,换流器输出的直流电压应达到的平均值 3.14 额定直流功率rateddireetpower 换流器额定直流电压与额定直流电流之积 3.15 均流系数cefiecientofcurentdistributionm 直流融冰装置晶闸管阀采用双桥并联型式时,并联运行支路电流的平均值与最大支路电流值之比 3.16 额定结温ratedjunetiontemperature 晶闸管正常工作允许的最高结温 3.17 大角度大电流运行lareangleandhighcurrentoperation 直流融冰装置输出额定直流电流且触发角近似90°的运行方式
GB/T31487.2一2015 3.18 零功率试验zeropowertest 直流融冰装置直流侧经电抗器短接,将直流电流升至设定值,检查直流融冰装置直流电流控制功能及电流承受能力技术要求 4.1环境条件直流融冰装置晶闸管阀正常使用环境条件包括以下方面 a)海拔小于2000m b 环境温度不低于一20C,不高于50C; 相对湿度最大值为85%(20以下时); c) d) 污秽等级为b级 e)地震震级,不超过8级; 交流电网频率波动范围不超过士5% f 注1:当海拔高度大于2000m时,应根据相关标准进行海拨修正设计注2:户外污秽等级,在设计时,一般按照IEc/Ts60815-1;2008中的d级考虑 4.2接入系统直流融冰装置换流器宜通过专用换流变压器或者换相电抗器接在满足融冰容量要求的主变压器低压侧(10kV或35kV侧),也可与主变压器低压侧直接连接否则,应通过专用变压器接在上一级电源母线上 4.3负载性质直流融冰装置换流器的负载，主要是不同规格和不同长度的架空导线、架空地线,光纤复合地线 (OP(Gw)电抗器及其组合对直流融冰兼静止无功补偿装置换流器,在静止无功补偿模式下为三相交流电压控制电路,负载为电抗器 4.4 功能要求 4.4.1输出直流电流的范围直流融冰装置换流器输出的直流电流,在稳定运行时,允许选择从设计要求最小值到最大电流之间的任意电流值 4.4.2输出直流电流的偏差直流融冰装置换流器输出的直流电流,在稳定运行时,其输出电流的偏差应在目标设定值的士5% 以内 4.4.3输出直流电压的要求直流融冰装置换流器输出的直流电压应满足设计要求 4.4.4输出电流的断续要求在电流较小的情况下,直流融冰装置晶闸管阀的输出电流可能出现断续的情况如果每周波电流断续的次数少于6次,晶闸管阀应能短时间运行(至少10nmin) 一般情况下应加装平波电抗器以保证零功率试验和架空地线(或光纤复合地线OPGw)融冰等工况下的电流连续
GB/T31487.2一2015 4.4.5大角度大电流运行的要求直流融冰装置晶闸管阀应允许在大电流大角度方式下持续稳定运行在输出直流电流达到额定电流,触发角度近似90"的工况下,连续运行时间大于2h 4.4.6工作于静止无功补偿模式的要求对直流融冰兼静止无功补偿装置,晶闸管阀需要满足直流融冰和静止无功补偿两种运行模式的要求晶闸管阀的电气联结型式直流融冰装置晶闸管阀的电气联结型式为6脉波换流器或12脉波换流器 12脉波换流器由两组 6脉波换流器串联或者并联组成 6脉波换流器每相的臂称为单阀为了满足电能质量的要求,减少直流融冰装置运行对供电系统的影响,在将两组6脉波换流器串联或并联时,阀侧绕组间的相位(角)差应为30,以构成12脉波换流器 6脉波换流器如图1所示,两组6脉波换流器串联构成的12脉波换流器如图2a)所示,两组6脉波换流器并联构成的12脉波换流器如图2b)所示单N 闲嗓 6脉波换流器图16脉波换流器示意图本率率本本坯本本本本本本本本不人主提 6k波换流器土本本本本 6肤波换流器 12脉波换流器 12脉波换流器串联型12脉波换流器示意图并联型12脉波换流器示意图图212脉波换流器示意图换流器中的各个单阀由多个晶闸管级串联构成,晶闸管级简图见图3 工作于直流融冰模式时换流器接线图见图4 对直流融冰兼静止无功补偿装置换流器,工作于静止无功补偿模式时接线图见图5
GB/T31487.2一2015 晶闸管阻尼电路电子电路品闸管图3晶闸管级 V1 V3 v5 单阀本本本本本 V 图4工作于直流融冰模式的换流器接线图 V1 V6 V5 丈丈单阀实丈文本本本图5工作于静止无功补偿模式换流器接线图
GB/T31487.2一2015 晶闸管阀的设计晶闸管阀的电气设计 6.1.1电气设计的一般要求 6.1.1.1概述晶闸管阀的设计除保证正常的运行方式外,还应保证阀能承受因触发系统误动或站内其他设备故障,甚至系统故障等所产生的电气应力品同管岗的设计应有一定的冗余,保证间在部分器件故障或损坏情况下,仍具有正常的运行能力晶闸管阀的设计通常应考虑如下基本技术参数晶闸管阀组成元件的类型和数目,包括晶闸管、阻尼回路、阀电抗器(如有)等; 品闸管阀的连接形式,包括脉波数和串并联接线等; 品闸管阀的绝缘水平,应包括直流耐压水平,交流耐压水平、操作冲击电压水平和雷电冲击电压水平等晶闸管阀的过电压保护类型,包括电压转折保护、反向恢复期过电压保护,操作过电压保护和雷电过电压保护等; -晶闸管阀电流应力,包括故障电流、过载电流等 6.1.1.2阀的暂态过电压能力晶闸管阀设计首先应保证具有足够的交直流电压、操作冲击和雷电冲击电压等的耐受能力,同时局部放电特性也应在规定范围内在进行晶闸管阀的耐压设计时,应考虑足够的的安全系数安全系数的确定,通常应考虑电压分布的不均匀性、过电压保护水平的分散性以及其他阀内非线性因素的影响等晶闸管阀的绝缘裕度设计,通常,推荐选择下列裕度系数 -对于操作冲击电压,设计绝缘裕度大于15%; -对于雷电冲击电压,设计绝缘裕度大于15% 6.1.1.3阀的暂态过电流能力在直流融冰装置运行过程中,某些故障可能造成最大短路电流并流过晶闸管阀,晶闸管阀应具备承受该过电流的能力,从而避免阀的损坏以及阀特性的永久改变 6.1.1.4冗余度r 在设计的晶闸管阀中,除了满足耐受规定试验电压所需的晶闸管级数外,还需要考虑冗余的晶闸管级规定的冗余度是指晶闸管阀中冗余的晶闸管级数与晶闸管总级数的比率,直流融冰装置晶闸管阀中冗余度应大于10%,且每个桥臂中不少于2级 6.1.2晶闸管阀的电压设计 6.1.2.1阀最小串联晶闸管级数Nm的确定 6.1.2.1.1概述操作冲击水平是确定晶闸管阀最小串联晶闹管级数N的主要因素晶闸管本身的额定电压值
GB/T31487.2一2015 对于单阀总的晶闸管级数,也将起一定作用 6.1.2.1.2电压的耐受能力在晶闸管阀承受各种过电压的情况下,不考虑冗余晶闸管级时,每级晶闸管平均承受的电压峰值，应不大于晶闸管的可重复电压,且裕度应大于等于200% 电压分布系数k 6.1.2.1.3 由于串联电路电压分配的不均匀性,品闸管阀电压设计应考虑在各种情况下的电压分布系数k 而k，的大小与阀的均压回路参数误差,品闸管参数偏差和冷却水路长度偏差等因素有关直流融冰装置晶闸管阀电压分布系数可取1.05一1.1 6.1.2.1.4设计余量系数km 晶闸管阀设计余量系数人对应允许过冲系数,与电压应力的形式及具体设计经验有关直流融冰装置晶闸管阀设计余量系数k可取1.21.6 6.1.2.1.5试验电压误差系数k 晶闸管阀试验电压的误差系数友，与试验设备的电压输出偏差有关也与实际测量误差有关直流融冰装置晶闸管阀的试验电压误差k，系数可取1.03~1.05 6.1.2.1.6晶闸管阀最小晶闸管级数Nm估算公式晶闸管阀最小晶闸管级数N建议采用式(1)进行估算: Nm=N，一N,=sIPL.×尺×k ×k,/Vss 式中: N -晶闸管阀中串联晶闸管级总数; N -晶闸管阀中串联晶闸管级冗余数晶闹管闵操作冲击保护水平,单位为千伏(v SIPL 在操作冲击波下晶闸管断态不重复反向峰值电压,单位为千伏(kV) VsMs 6.1.2.1.7阀晶闸管冗余级数N，的确定晶闸管冗余级数N，可用式(2)进行计算 N,> ×Nm 2 直流融冰装置晶闸管阀的冗余度F，不应小于10%,冗余级数不应小于2级根握上述公式计算的冗余级数小于2时,应至少选择2. 6.1.3晶闸管阀的电流设计 6.1.3.1晶闸管阀额定电流的确定根据直流融冰装置的额定直流电流1N,从式(3)可得到流过单阀的额定电流方均根值I -义而选用晶闸管的额定电流Ir,应满足式(4)的要求: ，>Ax一 ×Iv
GB/T31487.2一2015 式中: 电流裕度系数,对于直流融冰装置晶闸管阀,可取2.54.0 如果兼静止无功补偿功能,额定电流由要求高的工况确定 6.1.3.2短时过载电流的确定晶闸管阀短时过载电流,取决于晶闸管阀的损耗、冷却条件、环境条件和晶闸管等相关部件的温度限值应依据工程技术规范对短时过载电流的要求,设计直流融冰装置晶闸管阀的短时过载电流对于直流融冰装置,换流器2h过载直流电流要求为1.2倍额定直流电流 6.1.3.3晶闸管阀暂态过电流的确定正常情况下,晶闸管阀不仅能在额定负载短时过载工况下运行,而且在故障情况下,还应具有一定的暂态过电流耐受能力当单个阀中所有的晶闸管全部短路或出现外部闪络等情况下,实际上将产生两相短路电流,这种故障对晶闸管阀影响最为严重此时,阀的最大短路电流可用式(5)计算 I心×Upm ！= ×(1十cosamn) 2×d又U 式中最大短路电流值,单位为千安(kA): I 最大理想空载直流电压,单位为千伏(kV) U diomax 最小相对感性电压降; dlxmim 额定理想空载直流电压,单位为千伏(kV). UN 最小(触发)延迟角,单位为度("); aaa -最大直流电流,单位为千安(kA) laee" 其中,Uem的计算如式(6)所示 Idmax UN十(d十d)× ×U.aN十U ×K Uman co5amim 式中: U -额定直流电压,单位为千伏(kV) 最小相对阻性电压降; dnmm U 品闸管阀一个单阀的额定电压降,单位为千伏(kV); 直流甩负荷所引起的电压升高系数 Kl K的计算如式(7)所示 K面-、(十S (XSm scR 式中 Q 阀侧无功功率,单位为千乏(kvar); -阀侧有功功率,单位为千瓦(kw); 阀侧最大短路容量,单位为千伏安(kVA. sn" 即要求晶闸管元件的浪涌电流不得小于预期的最大短路电流值计算最大故障电流应考虑的运行条件为;最高的阀侧绕组电压、最小的换流变压器漏抗、最大的交流系统短路水平和最小延迟角通常情况下,故障电流最大值主要取决于换流变压器短路阻抗通常,在直流融冰装置技术规范中,对晶闸管阀暂态过电流应有具体要求,并应经过阀型式试验
GB/T31487.2一2015 验证 6.1.3.4工作于静止无功补偿模式时晶闸管阀的视在功率静止无功补偿模式下晶闸管阀通常为三角形联结,该模式下晶闸管阀视在容量为直流融冰模式下的倍 6.1.4阀损耗的确定 6.1.4.1晶闸管阀的损耗计算品闸管阀的损耗是由晶闸管元件的各种损耗和阀内辅助元件或设备的损耗组成,主要包括;阀通态损耗Pw、阀开通时的扩散损耗尸2、阀其他开通损耗尸v、与直流电压相关的损耗尸v、阻尼损耗(与电阻相关)Pv、阻尼损耗(与阻尼电容能量变化相关的部分)Pvw,阀关断损耗Pw、阀电抗器损耗尸w,阀的总损耗尸即为以上各项损耗之总和. 阀上述各部分元件损耗的计算,可参照附录A进行,或按照IEc61803;2011的5.1相关规定进行直流融冰装置晶闸管阀损耗计算工况为:在额定电流下运行,触发角为90” 6.1.4.2晶闸管结温的计算 6.1.4.2.1稳态结温稳态结温由式(8)或式(9)计算: 8 T=R×P十T T=R×Pv十T 式中: 稳态结温,单位为开尔文(K) 管壳温度,单位为开尔文(K); T ！使用环境温度,单位为开尔文(K):; P 晶闸管结输出的平均功率,单位为瓦(w); R 晶闸管的结壳热阻,单位为开尔文每瓦(K/w); 晶闸管的总热阻,单位为开尔文每瓦(K/w) R 6.1.4.2.2瞬态(暂态)结温瞬态(暂态)结温由式(10)或式(11)计算 T=Z.(t)×P十T l0) T;=Z.(×AP十T 式中: Tn -瞬态结温,单位为开尔文(K) 晶闸管的结壳瞬态热阻抗,单位为开尔文每瓦(K/w); Z.() Z.() 晶闸管的总瞬态热阻抗,单位为开尔文每瓦(K/w); AP 晶闸管的瞬态损耗与稳态损耗之差,单位为瓦(w). T 施加瞬态负载前的稳态结温,单位为开尔文(K) 6.1.5晶闸管阀的主要部件 6.1.5.1晶闸管直流融冰装置晶闸管阀,通常需要承受较高的电压和流过较大的电流,宜采用大功率晶闸管该类
GB/T31487.2一2015 晶闸管通常采用陶瓷管壳,双面冷却浪涌电流需要满足6.1.3.3中确定的暂态电流的要求 6.1.5.2阻尼回路在直流融冰装置晶闸管阀三相桥中,每个臂关断时,其电压由零突然上升至反向电压由于回路中电感及杂散电容的存在,形成一个低阻的LC电路,这种电压的突然跃变,将在回路中产生衰减很慢的振荡,如果不采取抑制措施,振荡电压的幅值可达反向电压峰值的数倍参数不同时,该回路可能出现非临界振荡、临界振荡和振荡三种工作状态,工程中应将其设计为非临界振荡状态应采用内阻尼方式对振荡电压进行抑制,常用电阻和电容串联构成阻尼回路,且将阻尼回路并联在晶闸管两端,设计时应充分考虑阻尼回路的功率损耗,对晶闸管阀大电流大角度触发运行方式,尤其应予关注阻尼回路的具体参数,主要与使用的晶闸管参数、设计允许的冗余度、变压器参数、阀组整体结构、是否考虑取能作用等有关设计时,需要针对不同的运行工况进行具体的分析和计算阻尼回路中阻尼电容C 和阻尼电阻R 可由式(12)计算 R=友、LC 12) 式中: 阻尼电阻,单位为欧姆); R 与限制过冲晶闸管额定电压、晶闸管反向恢复电荷等参数有关一般情况下,k可取 0.73.2 当晶闸管额定电压大于3kV时,宜取1.21.5; L -阀侧进线电抗,单位为欧姆(Q):; C -阻尼电容,单位为法拉(F) 阻尼回路的设计还应综合考虑损耗的因素,可根据阀电压波形,将电压按时间分成许多部分,求出每一部分阻尼电阻上的功率损耗,各部分功率损耗之和即为阻尼电阻的总损耗般情况下,直流融冰装置晶闸管阀阻尼回路参数可参照表1选取表1阻尼回路参数序号供选择参数晶闸管额定电压/N 品闸管额定电流/A 阻尼电容容值/F 阻尼电阻阻值/Q 参数1 U,s4200 3503000 0.12 20100 参数2 4200GB/T31487.2一2015 b 在任何晶闸管阀中任一晶闸管级损坏时,应发出报警信号如果晶闸管级损坏数超过冗余数应向监控系统或其他保护系统发出跳闸信号 6.1.5.5阀电抗器(如果有阀电抗器应满足如下要求: a)雷电冲击下承担主要电压,从而使晶闸管免受过电压损坏; b) 限制品闸管开通时的电流变化率di/d; c)限制晶闸管关断时的电压变化率du/dr 对直流融冰兼静止无功补偿装置,晶闸管阀工作于静止无功补偿装置模式时阀电抗器应被旁路阀电抗器的功能可由换流回路中的变压器漏抗或其他电抗器担任 6.1.6设计优化晶闸管阀的设计是比较复杂的工作,各个部分之间相互独立又相互作用和影响因此.在进行晶闸管阀设计时,应充分考虑各相关环节的配合,即对所设计的参数进行优化,遵循的主要原则为应包含晶闸管阀的所有运行工况 a b仿真回路的组成尽可能与实际运行情况相同仿真回路尽可能考虑到影响晶闸管阀运行的所有参数; c D 由仿真得出的各个部分的电压分布符合设计要求; 仿真回路中使用的等效回路完整,合理 6.2晶闸管阀的机械设计 6.2.1 概述晶闸管阀的机械结构应简单而坚固,能承受4.1所规定的抗震要求凡是与冷却水直接接触的各种材料,其表面耐受电腐蚀和老化的能力应足够高,以确保不致影响晶闸管阀的整体设计寿命光纤布置应便于光通道内所有部件的更换,同时应避免光纤本身承受自然重力造成过度拉伸晶闸管阀冷却回路的设计,应避免阀在运行期间出现冷却液泄漏或堵塞如果发生了少量冷却液泄漏,晶闸管阀应仍然能继续运行在必要的情况下,阀结构设计时可考虑装设冷却液泄漏报警装置，在晶闸管阀出现较大的泄漏时,发出报警信号晶闸管阀的机械设计,还应考虑在一根支撑绝缘子损坏的情况下,剩余支撑或绝缘子能承受阀的整体重量剩余支撑仍有一定的承重冗余,该冗余度应超过整体极限机械强度的50% 6.2.2晶闸管阀的结构晶闸管阀的机械结构设计,应遵循的基本原则如下 a)运行稳定,抗电磁力和机械振动能力强电路.水路和触发光路布置合理,运行可靠性高; b 尽量采用模块化技术,便于现场安装和巡视 c) d)考虑更换主要部件时,不必断开冷却回路等,便于维护在品闸管阀的结构设计中,应尽量采用简单化和标准化的方法,使得设计的晶闸管阀重量轻,简洁和易于组装同时.晶闸管阀设计还应遵循最短电连接和冷却回路连接的原则,以保证阀整体牢固和可靠采用地面支撑的晶闸管阀,在需要运输和移动时,宜采用侧面加装支撑的特殊结构 11
GB/T31487.2一2015 6.2.3晶闸管阀的施力构架晶闸管阀的机械结构设计中,施力构架是很重要的部分直流融冰装置晶闸管阀,施力构架宜采用绝缘拉杆、绝缘板或绝缘拉带等受力型绝缘件,避免采用低压装置中常用的金属拉杆型构架在晶闸管阀安装过程中,对晶闸管元件的施力,应能直接或间接地定量进行施力构架还应考虑一定的受力缓冲,确保晶闸管阀在规定的运行条件下,所有晶闸管均始终工作在合适的受力范围内 6.2.4晶闸管阀的布置原则晶闸管阀中,主要部件的布置,应遵循以下基本原则: 满足安装、巡视和维护的要求; 电路、水路和触发光路应尽量分开布置,尤其是光缆和冷却管路,宜分开布置; b 阀电子电路宜尽量靠近晶闸管安装,在有条件的情况下,最好能直接安装在相应的晶闸管散热器上; 当晶闸管阀水平布置时,阀中冷却回路的管路,应尽量布置在阀散热器的上方或高于阀散热器,但不宜放在装有阀电子电路的一侧晶闸管阀的整体布置,应方便主回路接线,方便其他相关测试、保护及控制设备或部件的连接和维护对直流融冰兼静止无功补偿装置晶闸管阀,整体布置还应方便这两种模式的相互转换 6.2.5晶闸管阀的防火为了减小晶闸管阀失火的风险,在晶闸管阀设计时应尽可能消除导致火灾的各种因素,并应降低明火在阀内蔓延的可能性阀的防火设计,应遵循以下原则 a)晶闸管阀内使用的所有非金属材料都应该是阻燃性的,至少应具有自熄灭性能 b)晶闸管阀中所有电子元件运行时,应避免超过其所能承受的电应力和热应力; a 应尽量减少晶闸管阀中的电连接点数量,所有的电连接点均应采用螺栓或其他更可靠的方式紧固; d)晶闸管阀中应采用无油元件; a 光缆导槽内部宜喷涂半导体漆,以改善光缆沿途的电位分布必要时,可适当地设置等电位电极点另外,在晶闸管阀设计时,还应尽量减小绝缘部件之间的电势差,或者使电位分布尽量均匀,以避免在污染和潮湿环境下绝缘件表面流过较大的泄漏电流 6.2.6晶闸管阀的防水晶闸管阀应采用纯水冷却液,在阀的设计时应特别注意防水问题除了在布置上进行一般的考虑外,还应在可能的流水处设置适当的断水点,以避免因水流贯穿导致阀绝缘破坏在冷却系统中,宜装设相应的漏水监测和报警装置 6.3晶闸管阀的热设计 6.3.1晶闸管阀的散热器晶闸管阀散热器配置应确保晶闸管阀在任何可能的工况下,阀内晶闸管的结温均不超过其本身的规定值 12
GB/T31487.2一2015 6.3.2晶闸管阀的冷却系统晶闸管阀的冷却系统是晶闸管阀的重要组成部分,它负责将阀体上主要器件功耗产生的热量散放到阀厅外大气中,保证晶闸管运行结温在正常范围内阀冷却系统通常分为内冷却系统和外却冷系统,内冷却系统有时又称为一次循环系统,该系统主要是通过冷却媒质吸收晶闸管元件及其辅助元件产生的热量,并将这些热量带人热交换器同时,再将冷却后的媒质重新送人晶闸管阀,循环往复而外冷却系统的主要功能,则是通过热交换器对一次循环中的冷却媒质进行冷却,把从交换器获得的热量最终带人周边大气中晶闸管阀对水冷却系统的要求,主要包括;散热功率,冷却液电导率,流量,进阀温度、出阀温度、阀单元冷却液最大压差、要求的报警和跳闸信号等对于内冷却系统,其内冷却液流人晶闸管阀的进出口温差,可近似按式(13)计算; P T= 13) a×QX 式中: T -冷却液进出口温差,单位为开尔文(K); P -阀总损耗单位为瓦(W); l 冷却液的相对密度; 冷却液的流量,单位为千克每秒(kg/s) Q. 冷却液的比热容,单位为焦耳每千克开尔文/(kgK)] 通常情况下,设计品闸管阀的进出口冷却液温差不应超过7K 当直流融冰装置不再有其他用途，且只在较寒冷条件下运行(环境温度低于5C)时,上述温差值可放宽到10K 6.3.3散热裕度为承受各种电源波动或极端过载运行工况,晶闸管阀的冷却系统应具备一定的散热裕度,冷却系统设计应留有30%的散热裕度,直流融冰装置晶闸管阀的散热设计应留有20%的散热裕度,直流融冰装置晶闸管阀冷却系统设计总散热裕度应超过50% 试验 7.1概述直流融冰装置晶闸管阀试验分为型式试验,例行试验和现场试验三类直流融冰装置晶闸管阀型式试验和例行试验的试验程序,按照GB/T16927.1中的规定进行对试品,试验顺序,试验项目,大气校正系数确定和判据等,采用GB/T16927.1和GB/T20990.1一2007 中的相关规定直流融冰装置晶闸管阀的试验项目,主要参照GB/T20990.1一2007的相关规定,个别项目根据直流融冰装置的运行工况进行修改 7.2型式试验和例行试验 7.2.1试验项目直流融冰装置晶闸管阀的试验项目如表2所示 13
GB/T31487.2一2015 表2直流融冰装置晶闸管阀的试验项目试验类别试验名称试验方法及准则型式试验例行试验阀支架直流电压试验按照GB/T20990.1一2007的6.3.1进行阀支架交流电压试验按照GB/T20990.1一2007的6.3.2进行阀支架雷电冲击试验按照GB/T20990.12007的6.3.4进行绝缘强度试验阀直流电压试验按照GB/T20990.12007的8.3.1进行阀交流电压试验按照GB/T20990.1一2007的8.3.2进行阀操作冲击试验按照GB/T20990.l一2007的8.3,4进行阀非周期触发试验的8.4进行按照GB/T20990,l一2007 最大持续运行负载试验按照GBy/T20990.1一2007的9.3.l 进行最小延迟角试验按照GB/T20990.1-2007的9.3.3.1进行运行试验暂态欠电压试验按照GB/T20990.1一2007的9.3.4进行断续直流电流试验按照GB/T20990.1一2007的9.3.5进行大角度大电流运行能力试验按本部分7.2.,2进行按照GB/T20990.12007的第12章进行阀抗电磁干扰试验嗓声测量按照GB/T3859.1一2013的7.7进行按照GB/T20990.1- 视觉检查 7的进接线检查按照GB/T20990.1-2007的14.4.2进行均压电路检查按照GB/T20990.1一2007的14.4.3进行耐受电压检查按照GB/T20990.1一2007的14.4.4进行局部放电试验按照GB/T20990.l一2007的14.4.5进行辅助设备检查按照GB/T20990.1一2007的14.4.6进行触发检查按照GB/T20990.1一2007的14.4.7进行压力检查按照GB/T20990.1一2007的1 进行 14,4.8 7.2.2大角度大电流运行能力试验参照GB/T20990.1一2007的9.3.2进行,但做如下修改: “a=90"运行的持续时间”由“应至少2倍于在此延迟角运行的正常允许时间”修改为“不少于 2h” b)“根据主接线的暂态过电压策略,不同持续时间的试验,可要求和采用不同的k，值”修改为 “k，=1” 7.3现场试验 7.3.1外观检查检查内容包括: 检查晶闸管阀是否存在因运输和安装导致的损坏; a 14
GB/T31487.2一2015 b机械连接和电气连接检查 7.3.2阀电子电路检查检查内容包括 a)检查阀电子电路的电源(电流和电压); b)检查相应的输出检查失去电源时的报警信号 c 7.3.3光纤检查检查内容包括测量从阀基电子单元到阀电子电路(或相反方向)的每一根光纤的衰减 a b检查每根光纤连结是否正确; 验证阀电子单元接收的脉冲的正确次序和开通脉冲的波形 c) d验证发送和接收的监视信号 7.3.4冷却回路检查检查内容包括 a)检查在所有路径中冷却回路无阻塞; b) 检查冷却回路的连结; 验证漏泄检测和报警信号 c) 7.3.5接触电阻测量检查内容包括 a)确定晶闸管弹簧的压紧力以保证晶闸管与散热器之间的接触电阻合格; b测量晶闸管阀上的每个互连母线的接触电阻或者确定母线连结螺栓的力矩值 7.3.6回路阻抗测量测量每个阀臂的总电阻(R)和电容(C)或检验RC阻尼回路的完好性 7.3.7低压触发试验晶闸管级经负载接人低压交流回路,检查晶闸管及其触发、回报信号的正确性 7.3.8阀支架绝缘实验进行阀支架绝缘电阻测试,或进行阀支架对地交流耐压试验,参照GB50150-2006第1章和第17章进行 7.3.9运行试验结合直流融冰装置的系统调试进行,晶闸管阀应达到规定的额定直流电压和直流电流要求 15
GB/T31487.2一2015 附录A 规范性附录晶闸管阀的损耗计算方法 A.1概述理论上说,单个晶闸管的损耗可测量得到,然后可将测试数据相加得到阀的总损耗但实际上,很难采用电流或发热的方法测量其损耗因此下述计算方法可作为晶闸管阀损耗的评估方法 A.2总损耗总损耗组成见式(A.1): PT=P十尸十P十P十P十Pv十P十P A.1 式中: -晶闸管阀的总损耗,单位为瓦(w); -晶闸管阀的下述各项损耗,单位为瓦(w) Pv1,Pv2,Pva,Pv4,Pvs,Pvi,Pv7,Pv8 A.3晶闸管阀的通态损耗晶闸管阀的通态损耗(Pm),可采用式(A.2)计算: NxxUNxR P A.2 ( x(+之！)("" 'v 式中晶闸管平均通态压降中与电流无关的部分,单位为伏特(V); Ua 晶闸管通态特性中的斜率电阻,单位为欧姆(Q) Ro 直流侧n次谐波电流方均根值,单位为安培(A); I 直流电流,单位为安(A); I 换相角,单位为弧度(rad A.4晶闸管阀开通时的扩散损耗该损耗是晶闸管阀的开通损耗附加部分(尸),可采用式(A.3)计算 A.3 Pg=N，×/×[un()一uA()]×i()d 式中: 2n 十从导通时间,且t= -,单位为秒(s); l1 2Tf 系统基波频率,单位为赫兹(H2); -晶刚管瞬时通态电压,单位为伏特(V un( 计算的晶闸管瞬时通态电压平均值,单位为伏特(V); ( uA 16
GB/T31487.2一2015 i(t) -流经晶闸管阀的电流瞬时值,单位为安培(A) A.5晶闸管阀其他通态损耗该损耗是除晶闸管以外的其他相关元件的通态损耗(Pw),可采用式(A.4)计算 ×I " R 2x (A.4 Pva= 式中: R -除晶闸管以外阀两端之间的直流电阻,单位为欧姆() A.6晶闸管阀与直流电压相关的损耗该损耗是在晶闸管阀不导通期间产生的损耗(Pw),主要包括品闸管断态电阻及反向漏电流、直流均压电阻、与晶闸管并联的其他阻性电路和元件、冷却液电阻、绝缘部分电阻,光纤体电阻等部分,可采用式(A.5)计算 12mn x但上" 6n P尸w= [sin2a一sin(2a十2p)十2]A.5 [cOs2a十cOs(2a十2]十 2R 3 8 式中: U -单个阀组阻断时电压最大峰值的区,单位为伏特(V); -整个晶闸管阀的有效断态直流电阻,单位为欧姆(Q); RM 出发角; 1 电磁稠合系数; m=L1/(L，+L 式中: 换相电源与换流变压器阀侧绕组公共稠合点之间的电感,单位为亭(HD L 阀与换流变压器阀侧绕组公共耦合点之间的电感,单位为享(H. L 注以上计算式仅在换相角从 b)时有效 30°开/6 A.7晶闸管阀阻尼损耗(与电阻相关的部分) 该损耗(Pw)与串联电容器耦合的阻性成分大小有关,也与阀关断期间加在阀两端的电压有关,可采用式(A.6)计算: V5 3n -7x" 十(Gm'一12一 2 9mn1 39m 年n P =2axf户xU "xC'×R×+ sin2a (A.6 8 32 32 m m，3ym ×sin(2a十2) co2a十 -cos(2a十2 16 式中: 晶闸管阀两端有效阻尼电容值,应为整阀阻尼电容的设计值除以该阀的串联晶闸管级数单位为法拉(F); 与C串联的有效阻尼电阻值,应为整阀阻尼电阻的设计值乘以该阀的串联晶闸管级数 R 单位为欧姆(Q) 17
GB/T31487.2一2015 A.8晶闸管阀阻尼损耗(与阻尼电容能量变化相关的部分该损耗(Pvw)是晶闸管阀关断期间加在其两端的电压波形阶跃变化时,阀电容器因储能变化产生的,可采用式(A.7)计算: Uw=×f×C#×(7十6m=) A.7 Pv6= ×[sina十sin(a十")] 式中: 晶闸管阀两端的所有电容总和,单位为法拉(F). C8 晶闸管阀的关断损耗该损耗(P)是晶闸管阀关断过程中,流过晶闸管的反相电流在晶闸管及阻尼电阻上产生的,可采用式(A.8)计算 (A.8 P=Q.×f×厄×Uvw sin(a十丝十2开×f×o 式中: . 晶闸管存储电荷的平均值,单位为库仑(C); 由式(A.9)决定 t0 A.9 di/d 0 式中 di/d)一在电流过零时测得的换相di/d值,单位为安培每秒(A/s). Q.的计算见式(A.10). 0.6 A.10 Q=k1×(dlr/d)" 式中品闸管类型参数,可通过试验方法获取(表示在相应的运行结温下,晶闸管恢复电荷与 k 关断时的diT/d之间的关系); 晶闸管关断时电流过零点时的上升率,单位为安培每秒(A/s) dlr/dr A.10晶闸管阀电抗器的损耗品闸管阀电抗器的损耗(P)可分为三部分;绕组的电阻性损耗加上铁心的涡流损耗和磁滞损耗如果另有阻尼电阻跨接在绕组上,也会产生损耗此损耗可按照式(A.11)计算: P=从×M×人× (A.11y 式中: -阀电抗器铁心的数量; n1 M 每个铁心的质量,单位为千克(kg); -特征磁滞损耗,单位为焦耳每千克(/kg) A.11温度的影响虽然阀内所有元件的电特性都会随温度变化,但是根据经验,只有晶闸管对温度最为敏感,且对阀损耗有实质影响 18
GB/T31487.2一2015 晶闸管的结温T,可按式(A.12)计算 (A.12 T=T 十P×Rm 式中: T -阀冷却液人口温度和出口温度的平均值,单位为开尔文(K); -每只晶闸管的总损耗,是通态、扩散、闭锁及关断损耗之和,单位为瓦(w); P R -晶闸管结与冷却液之间的热阻,单位为开尔文每瓦(K/w) A.12晶闸管阀的空载损耗该损耗是晶闸管阀闭锁期间,加在阀上的电压使阀电阻流过电流造成的,可按式(A.13)计算 e Uw" AG A.13 Pvs R 式中: 阻尼回路阻抗,单位为欧姆(Q),可按式(A.14)计算 LN ZC RAc” A.14 Ac三

直流融冰装置第2部分：晶闸管阀GB/T31487.2-2015

一、晶闸管阀的定义

晶闸管阀是指一种用于控制电流的半导体器件，具有单向导电性。在直流融冰装置中，晶闸管阀被用作控制电流的关键元件。

二、晶闸管阀的分类

根据晶闸管阀的特性和用途，可以将其分为以下几类：

交流控制型晶闸管阀
直流控制型晶闸管阀
双向可控硅
三极管可控硅
IGBT

三、晶闸管阀GB/T31487.2-2015的规定

GB/T31487.2-2015是我国对晶闸管阀进行规范化管理的标准，该标准主要对晶闸管阀的技术要求、检验方法、试验规则、标志和包装等方面进行了详细的规定。

1. 技术要求

晶闸管阀应具有以下技术要求：

正向电压能力
反向电压能力
导通压降
关断压降
触发电流
保持电流
动态特性
温度特性

2. 检验方法

晶闸管阀的检验方法应符合以下要求：

外观检验
尺寸检验
性能检验
环境应力试验
可靠性试验

3. 试验规则

晶闸管阀的试验规则应符合以下要求：

样品数量
试验方法
试验顺序
试验结果评定
试验报告

4. 标志和包装

晶闸管阀的标志和包装应符合以下要求：

标志内容
包装方式
运输方式

四、晶闸管阀的应用

晶闸管阀在直流融冰装置中广泛应用，其主要作用是控制电流大小和方向，以实现对融冰气流的调节。同时，在其他领域，如交流变换器、电动机车辆、电焊机等方面，晶闸管阀也有着重要的应用。

五、总结

晶闸管阀是直流融冰装置中不可或缺的关键元件，在保证设备稳定运行和高效工作方面发挥着重要作用。GB/T31487.2-2015为晶闸管阀的规范化管理提供了标准化的依据，促进了晶闸管阀技术的发展和应用的推广。