2024大功率聚變變流器短路試驗(yàn)方法

大功率聚變變流器短路試驗(yàn)方法II目 次112范引文件 13語(yǔ)定義 14路驗(yàn)要求 34.1總則 3確短電流 4基假定 4直側(cè)接路故障流 4直側(cè)電器短路故電流 10試環(huán)條件 125穩(wěn)能試驗(yàn) 12試目的 12試方法 12測(cè)流程 12計(jì)試電對(duì)的調(diào)阻接值 12試電整定 13測(cè)絕電阻 13記試的始13小流135.3.6100%短電試驗(yàn) 145.3.7空試驗(yàn) 14合判準(zhǔn)則 146穩(wěn)能試驗(yàn) 14試目的 14試方法 14直試14等試15測(cè)流程 16直試法測(cè)流程 16等試法測(cè)流程 17合判準(zhǔn)則 1811大功率聚變變流器短路試驗(yàn)方法范圍20MVA本標(biāo)準(zhǔn)適用于核聚變電源應(yīng)用領(lǐng)域，電解鋁應(yīng)用領(lǐng)域的電壓超過(guò)1000V的大功率變流器短路試驗(yàn)也可參考本標(biāo)準(zhǔn)。GB/T2900.33－2004電工術(shù)語(yǔ)電力電子技術(shù)GB/T3859.1－2013半導(dǎo)體變流器通用要求和電網(wǎng)換相變流器第1-1部分：基本要求規(guī)范GB/T3859.2－2013半導(dǎo)體變流器通用要求和電網(wǎng)換相變流器第1-2部分：應(yīng)用導(dǎo)則GB/T3859.3－2013半導(dǎo)體變流器通用要求和電網(wǎng)換相變流器第1-3部分：變壓器和電抗器GB/T13422－1992半導(dǎo)體電力變流器電氣試驗(yàn)方法GB/T16927.4－2014高電壓和大電流試驗(yàn)技術(shù)第4部分：試驗(yàn)電流和測(cè)量系統(tǒng)的定義和要求GB/T2900.33－2004GB/T2900.33－20043.1交流/直流變流器a.c./d.c.converter用于整流或逆變，或既可以整流也可以逆變的電力電子變流器。3.2半導(dǎo)體變流器semiconductorconverter使用半導(dǎo)體閥器件的電力電子變流器。注：類似術(shù)語(yǔ)也適用于其他的半導(dǎo)體或特定電子閥器件額變流器，或具體類型的變流器，例如晶閘管變流器，晶體管逆變器。[GB/T2900.33－2004，定義551-12-42]3.3可控閥器件controllablevalvedevice在導(dǎo)電方向，其電流通路為雙穩(wěn)態(tài)可控的一種器件。[GB/T2900.33－2004，定義551-14-03]223.4不可控閥器件non-controllablevalvedevice整流二極管rectifierdiode無(wú)需施加任何控制信號(hào)，電流通路即可在其導(dǎo)電方向?qū)ǖ囊环N反向阻斷閥器件。[GB/T2900.33－2004，定義551-14-04]3.5（閥臂（valve）arm電力電子變流器或開關(guān)的一部分電路，以任意兩個(gè)交流或直流端子為界，包括一個(gè)或多個(gè)連接在一起的同時(shí)導(dǎo)電的電子閥器件及其他組件（如有）。[GB/T2900.33－2004，定義551-15-01]3.6橋臂bridgearm橋式聯(lián)結(jié)變流器中的閥臂。臂的一端連接交流電路的相端子，另一端連接直流端子。3.7觸發(fā)triggering使擎住閥器件或由其構(gòu)成的臂實(shí)現(xiàn)開通的控制動(dòng)作。[GB/T2900.33－2004，定義551-16-61]3.8觸發(fā)）角triggering(delay)angle相控時(shí)，觸發(fā)脈沖滯后于基準(zhǔn)點(diǎn)的時(shí)間間隔，以電角度表示。[GB/T2900.33－2004，定義551-16-33]3.9額定直流電流rateddirectcurrent對(duì)于規(guī)定的負(fù)載條件和運(yùn)行條件，制造商規(guī)定的直流電流平均值。3.10理想空載直流電壓idealno-loaddirectvoltage假設(shè)相位控制不減弱、電子閥器件無(wú)門檻電壓且輕載時(shí)電壓不上升，交流/直流變流器的理論空載直流電壓。[GB/T2900.33－2004，定義551-17-15]3.11短路電流short-circuitcurrent在系統(tǒng)運(yùn)行中，變流器發(fā)生短路時(shí)流過(guò)的電流。3.12峰值電流peakcurrent電流瞬態(tài)過(guò)程起始后，出現(xiàn)的第一個(gè)大半波電流的峰值。3.13熱累積heataccumulation電流平方在單位時(shí)間內(nèi)的積分，其物理意義是在單位導(dǎo)體中產(chǎn)生的熱量。333.14非彈性形變inelasticdeformation一個(gè)物體在彈性限度外受到較大力時(shí)可能會(huì)發(fā)生斷裂、變形，無(wú)法回到原來(lái)形狀的現(xiàn)象。3.15動(dòng)態(tài)均流dynamiccurrentbalance動(dòng)態(tài)變化的電流在變流器各并聯(lián)支路上的分布情況。3.16動(dòng)態(tài)均流系數(shù)dynamiccurrentbalancecoefficient短路電流峰值對(duì)應(yīng)的各并聯(lián)支路電流的平均值與承擔(dān)電流最大的支路電流的比值。3.17容許偏差tolerance測(cè)量值與規(guī)定值之間的允許差值與規(guī)定值之比。總則外部短路包括直流側(cè)直接短路和直流側(cè)經(jīng)電抗器后短路故障。80。損壞。在熱穩(wěn)定校驗(yàn)的短路試驗(yàn)中，測(cè)試電流采用短路電流的穩(wěn)態(tài)值，短路電流的持續(xù)時(shí)間為2s，對(duì)2。在短路試驗(yàn)中，試驗(yàn)電流一般取短路電流計(jì)算值的1.0~1.1倍。試驗(yàn)電流的容許偏差不超過(guò)表1的規(guī)定值。大功率變流器短路試驗(yàn)，如無(wú)另行規(guī)定，推薦的試驗(yàn)次數(shù)如下：——對(duì)于動(dòng)穩(wěn)定能力試驗(yàn)，每相短路沖擊一次；——對(duì)于熱穩(wěn)定能力試驗(yàn)，短路沖擊2次；——對(duì)于用于特殊場(chǎng)合的變流器，經(jīng)制造方和用戶協(xié)商，可適當(dāng)增加試驗(yàn)次數(shù)，但不超過(guò)3次；——相鄰兩次短路沖擊試驗(yàn)之間至少間隔20min。表1容許偏差參數(shù)最大容許偏差試驗(yàn)電流15%耐受時(shí)間5%直流電壓3%44基本假定如下：）5050X300Zzh20%Zg即=0°）Zg阻抗ZzhZgX2R2g g三相橋式接線直流側(cè)短路電路如圖1(a)所示，其中XgX2R2g gZg之間的關(guān)系為：Zg

。通常橋臂阻抗Zb較小，在變壓器閥側(cè)同相逆并聯(lián)接線系統(tǒng)中，變壓器二次引線和橋臂電抗均較小，絕大多數(shù)情況可按僅有公共阻抗來(lái)處理，此時(shí)三相橋式接線直流側(cè)短路的等值電路如圖1(b)和(c)所示。55i1i3 i1i3 i5XgRg eA iDAeB iDBeC iDCRbXb i4i6i2BCRd

DDEa XgRgAiDABiDBCiDC3×E3×Ea Xg Rg三相橋式接線直流側(cè)短路電路 (c)單相等值電路圖1三相橋式接線直流側(cè)短路電路=Rb=Id==Rd=eA、eB、eC（1）e 2Esint2πA a 3 eB 2Easinte

··························（1） 2πeC

2Easint 3 3IdDP、IdDm按式（2）IdDP3IbDP

3I a3 gπDm π3 g

平均值或I

IdN1.1IdN

平均值

··························（2）23πdDP23π π

Zg* Zg*2EI

IdDPIDma3 Zga

峰值式中：IbDP——橋臂穩(wěn)態(tài)電流的平均值；IDm——變壓器閥側(cè)線電流穩(wěn)態(tài)短路值的振幅；X2X2R2g gZg*——公共阻抗的標(biāo)幺值；Ea ——電源相電壓的有效值IdN——額定直流電流。idch按式（3）2Eai KI K （2EaZdch ch Dm chZg66式中：Kch——沖擊值暫態(tài)系數(shù)，可按圖2查?。▍⒁姟峨娏こ屉姎庠O(shè)計(jì)手冊(cè)》）。一般對(duì)于感性回路來(lái)說(shuō)，1＜Kch＜2。圖2沖擊值暫態(tài)系數(shù)曲線ZgZzhRbXb（Zb=圖1(a)3對(duì)于兼有公共阻抗和分支阻抗的情況，分析短路電流時(shí)應(yīng)分以下幾步進(jìn)行：Lb/RbLzh/RzhLDxRDxZDx。IDm，按式（4）計(jì)算：IDm

2Ea

··························（4）RRR XX2g Dxg Dx2Rg——公共阻抗的電阻值；Xg——公共阻抗的電抗值；RDx——圖4查??；XDx——圖4查取。77iDXgRgiiDXgRgib1 ib2

XgiDxRgXDxiDxEzhRzhEzh

（近似

EzhREzh(b)圖3確定等效分支阻抗ZDx的的等值電路1.41.21.00.8

RDx/Rzh0.60.40

2 4 6

ZDx/ZzhLDx/Lzh10Lzh/Rzh圖4等效阻抗ZDx系數(shù)曲線Ezh（5）EaREaRR2XXg Dxg Dx2R2X2Dx Dx

··························（5）2Ezh（IbDm2EzhIbDm

Zzh

2EzhR2EzhR2X2zh zh2EzhIbDP

IbDmπ

ZzhIP，按式7I

bDP

··························（7）由可以看出，當(dāng)兼有公共阻抗和分支阻抗時(shí)，直流短路電流穩(wěn)態(tài)平均值仍為三個(gè)橋臂電流穩(wěn)態(tài)平均值之和，可按式（8）計(jì)算直流側(cè)短路電流的穩(wěn)態(tài)值為IdDP：88I 3I 3K

··························（8）dDP bDP PZ bDP式中：KPZ——平均值暫態(tài)系數(shù)，可按圖2查??；IbDP——橋臂電流周期分量半波平均值。按圖5查取沖擊電流倍數(shù)，取其1/2為三相橋式變流器系統(tǒng)的沖擊電流。查曲線依據(jù)的阻抗值應(yīng)為支路阻抗Xzh、Rzh，其百分值應(yīng)按支路電勢(shì)Ezh歸算。Zg當(dāng)整流變壓器閥側(cè)同名相繞組完全交錯(cuò)排列（相互間無(wú)漏抗），而陽(yáng)極回路其它電抗又可以Zg圖1所4.2.2.1理。假定匝比為1，則直流側(cè)短路電流穩(wěn)態(tài)值IdDP、IdDm按式（9）計(jì)算：IdDP6IbDP

6I a6 gπDm π6 g

平均值或

IdN1.1IdN

平均值

··························（9）23πdDP23π π

Zg* Zg*222EI

IdDP2IDma3 Zga

峰值式中：Zg——是公共阻抗，對(duì)于雙反星形帶平衡電抗器接線，公共阻抗在網(wǎng)側(cè)，如果網(wǎng)側(cè)與閥側(cè)之間匝比不為1，則Zg是利用匝比歸算至閥側(cè)的公共阻抗值。idch按式（10）（1）：i KI

=K22Ea

························（10）Zdch ch dDm chZg式中：Kch——沖擊值暫態(tài)系數(shù)，可按圖2查取。Zzh若系統(tǒng)熱容量很大，其阻抗可以忽略，且整流變壓器的繞組布置及結(jié)構(gòu)尺寸，又恰好使得一次繞組與兩個(gè)同名二次繞組間漏抗之和等于兩二次繞組間的漏抗時(shí)，按三繞組變壓器阻抗歸算方式計(jì)算后，就出現(xiàn)僅有分支阻抗Zzh的情況。如果公共阻抗Zg可以忽略，僅考慮分支阻抗Zzh，則直流側(cè)短路電流的平均值IdDP為各橋臂電流平均值之和，可由式（11）計(jì)算：992EaI 6I 6K2Ea

························（11）dDP bDP PZ

πZzh式中：KPZ——平均值暫態(tài)系數(shù)，可按圖2查取。短路電流的沖擊峰值可按圖5曲線確定。由分支阻抗的百分值（以整流變壓器額定參數(shù)為基準(zhǔn)），從圖5可直接查出短路電流峰值的倍數(shù)，及峰值出現(xiàn)的時(shí)間（電角度）。0 510152025303540

idch/IDN01220 4001220 40601380100idch/√2I2N98 7 6Xzh%10ψR(shí)zh86420190 230 270 (電角度)Xzh/Rzh從短路開始至峰值出現(xiàn)時(shí)的電角度圖5直流側(cè)短路峰值電流與阻抗的關(guān)系ZgZzh2Ezh6（12）計(jì)算IdDP：2EzhI 6I 6K

························（12）dDP bDP PZ

πZzh式中：Ezh——分支阻抗兩端的支路電壓；Zzh——分支阻抗；KPZ——平均值暫態(tài)系數(shù)，可按圖2查取。采用4.2.2.1條列項(xiàng)b)直流側(cè)短路電流的分析方法，先按圖4確定等效分支阻抗ZDx，然后確定支路電動(dòng)勢(shì)Ezh，進(jìn)而確定整流臂電流穩(wěn)態(tài)平均值IbDP和直流側(cè)短路電流的穩(wěn)態(tài)平均值IdDP。直流側(cè)短路電流沖擊峰值仍按圖5的曲線確定，圖中阻抗的百分值應(yīng)按Ezh換算。1010閥側(cè)Ⅰ網(wǎng)側(cè)閥側(cè)Ⅱ閥側(cè)Ⅰ網(wǎng)側(cè)閥側(cè)Ⅱ0閥側(cè)Ⅰb網(wǎng)側(cè)0閥側(cè)Ⅱa平衡電抗器直流側(cè)短路電路平衡電抗器

分離為兩個(gè)獨(dú)立換相回路3×(近似)

公共阻抗Zg分支阻抗Zzh轉(zhuǎn)換為三相橋式直流側(cè)短路 (d)三個(gè)獨(dú)立的等值回路圖6雙反星形帶平衡電抗器直流側(cè)短路等值電路的變換過(guò)程（兼有公共阻抗和分支阻抗時(shí)）計(jì)算直流側(cè)短路電流時(shí)，網(wǎng)側(cè)供電系統(tǒng)阻抗，屬于公共阻抗Zg。對(duì)于三相橋式接線，整流變壓器阻抗屬于公共阻抗，橋臂阻抗屬于分支阻抗。通常橋臂阻抗較小，可按僅有公共阻抗處理?！猌g+Zzh；——將兩個(gè)反星形繞組全部短接，網(wǎng)側(cè)在額定電流下進(jìn)行試驗(yàn)，所得結(jié)果為公共阻抗與一半支路阻1Zg

Zzh；2——聯(lián)立兩個(gè)試驗(yàn)結(jié)果，可確定整流變壓器的公共阻抗Zg和分支阻抗Zzh。圖按式（13）idf

Ud

1eRSt/

························（13）S r式中：1111Ud——三相橋式變流器直流輸出電壓的平均值；RRs——系統(tǒng)的等效內(nèi)阻，其值取決于折算到整流變二次側(cè)的系統(tǒng)漏電抗，即RS

3XB；πRr——Lr——T——短路持續(xù)的時(shí)間。RSLRSLrRr+idf- 圖7三相橋式變流器經(jīng)直流電抗器后短路的等效電路模型34Ud：U3Ucos309LSi

························（14）式中：p——強(qiáng)制觸發(fā)角；LS——交流系統(tǒng)每相等值電感；——系統(tǒng)基波角頻率；

d d0 p π dUd0——不計(jì)換相且觸發(fā)角為零時(shí)的變流器整流電壓平均值，即理想空載直流電壓，其值為交流系統(tǒng)等值電源線電壓有效值的1.35倍。8按式（15）iI

eRt/L

1eSrt0/reRt/

························（15）rr rdf dftrr r

RRS r式中：t0 ——Idftt0I

——高壓開關(guān)斷開時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的短路電流值。idfLr Ridf圖8 高開斷后等效路型1212UdS RS

1eRSt/

t0,t0idfU

RRt/L

·······················（16） d 1e

r0ret/

tt,RR 0S r試驗(yàn)推薦在以下條件下進(jìn)行：a) 溫度：5℃~35；45%~75%（）；氣壓：86kPa~106kPa。（在）。圖9電源分?jǐn)噙x合閘調(diào)開關(guān) 開關(guān) 阻電源

脈沖

被試

電流傳感器圖9動(dòng)穩(wěn)定能力試驗(yàn)的測(cè)試電路在圖9中，變流器的輸入回路也可采用其他連接方式，但測(cè)試電路中的電源應(yīng)有足夠容量以保證被試變流器的動(dòng)穩(wěn)定性能夠得到驗(yàn)證。13132Ea試驗(yàn)前應(yīng)計(jì)算試驗(yàn)電流所對(duì)應(yīng)的調(diào)壓阻抗值。在X/R>10的感性回路中，計(jì)算沖擊電流時(shí)回路電阻R可忽略不計(jì)，沖擊電流ich按式（2EaiK 2Ea K

························（17）R2R2X2T ZX

XTXZ式中：Kch——短路沖擊系數(shù)；Ea——變流器交流輸入電壓的相電壓有效值；R——回路電阻值，通常忽略不計(jì)；XT——回路的電抗；XZ——調(diào)壓阻抗歸算到脈沖變壓器閥側(cè)的電抗值。調(diào)壓阻抗的電感值LZ可按式（18）計(jì)算：X

k2LZ （18）Z 2πf式中：k——脈沖變壓器的變比；f——交流電的頻率。30%結(jié)合5.3.1100%若短路電流峰值與規(guī)定值偏差超出表1的規(guī)定值，則微調(diào)調(diào)壓阻抗的接入值，重復(fù)測(cè)試，直至輸出電流峰值達(dá)到規(guī)定的要求。用絕緣電阻測(cè)試儀，測(cè)量被試變流器主回路對(duì)地的絕緣電阻。試驗(yàn)中施加的電壓由委托方提供。22按GB/T3859.1－20137.2.3.1判試的緣阻值否足緣求對(duì)于壓UM 不超過(guò)1000V，緣電得小1MΩ；電壓UM 超1000V時(shí)絕電應(yīng)于1000Ω/V。22若絕緣電阻不滿足其絕緣要求，則不能對(duì)其進(jìn)行過(guò)電流能力試驗(yàn)?；芈沸‰娏鳎ú怀^(guò)短路電流的30%）試驗(yàn)，以檢驗(yàn)測(cè)量和采集設(shè)備、核定試驗(yàn)電流。1414100%調(diào)壓阻抗調(diào)到適合調(diào)壓阻抗接入值的位置，對(duì)試品進(jìn)行A相100%短路電流試驗(yàn)。至少間隔20min，對(duì)試品進(jìn)行B相100%短路電流試驗(yàn)。至少間隔20min，對(duì)試品進(jìn)行C相100%短路電流試驗(yàn)。運(yùn)行結(jié)束后，記錄標(biāo)記位置的最終狀態(tài)。對(duì)于動(dòng)穩(wěn)定能力試驗(yàn)，如果試驗(yàn)結(jié)果滿足以下條件，則試驗(yàn)合格：1熱穩(wěn)定能力試驗(yàn)用于檢驗(yàn)變流器及其組件對(duì)短路電流熱效應(yīng)的耐受能力。直接試驗(yàn)法可采用圖10（b）所示的測(cè)試電路，用變壓器給被試變流器供電，變壓器回路接分?jǐn)嚅_關(guān)和調(diào)壓阻抗，被試變流器的輸出端接電抗器，通過(guò)閉合短路開關(guān)形成電抗器后短路。在圖10（b）中，變流器的輸入回路也可有其他連接方式，但測(cè)試電路中的電源應(yīng)有足夠的容量以保證被試變流器對(duì)電抗器后短路故障抑制能力能夠得到驗(yàn)證。1515分?jǐn)?調(diào)壓開關(guān) 分?jǐn)?調(diào)壓開關(guān) 阻抗脈沖電流傳感器被試 負(fù)變流器 載控制器電源分?jǐn)嗾{(diào)壓開關(guān)阻抗分?jǐn)嗾{(diào)壓開關(guān)阻抗脈沖電抗器被試變流器電流傳感器負(fù)載控制器電源短路開關(guān)電源直流電抗器后短路圖10直接試驗(yàn)法的測(cè)試電路等效試驗(yàn)法是將全功率下變流器的直流電抗器后短路試驗(yàn)分解成動(dòng)態(tài)均流試驗(yàn)和額定電壓下單個(gè)半導(dǎo)體器件短路試驗(yàn)?！趧?dòng)態(tài)均流試驗(yàn)中，可采用圖10（a）所示的測(cè)試電路，施加的試驗(yàn)電流峰值及其上升時(shí)間應(yīng)與被試變流器實(shí)際短路電流一致，且試驗(yàn)條件應(yīng)能模擬變流器實(shí)際運(yùn)行時(shí)的最嚴(yán)重情況。在圖10（a）中，變流器的輸入回路也可采用其他連接方式，但試驗(yàn)電源應(yīng)有足夠容量以保證被試變流器的動(dòng)態(tài)均流特性能夠得以驗(yàn)證。試驗(yàn)后，利用橋臂支路電流和式（19）計(jì)算各橋臂的動(dòng)態(tài)均流系數(shù)KI：KIi

························（19）I nIp M式中：∑Ii——IM————被測(cè)橋臂的并聯(lián)支路數(shù)。取最小的動(dòng)態(tài)均流系數(shù)，進(jìn)而確定單個(gè)半導(dǎo)體器件承受的最大短路電流IMmax，按式（20）計(jì)算：I Ii

························（20）Mmax

nK式中：IMmax——單個(gè)半導(dǎo)體器件承受的最大短路電流；

p IminKImin——變流器的最小動(dòng)態(tài)均流系數(shù)，取自動(dòng)態(tài)均流試驗(yàn)結(jié)果或由制造商規(guī)定。1616111.0~1.1分?jǐn)?整流被試變流器電源開關(guān) 變壓被試變流器電源

電流傳感器電抗器負(fù)載控制器開關(guān)負(fù)載控制器圖11額定電壓下單個(gè)半導(dǎo)體器件短路試驗(yàn)的測(cè)試電路（如有內(nèi)阻：式中：It ——直流側(cè)試驗(yàn)電流；t ——

It

1.35U2

1eSrdt/d

························（21）RS——試驗(yàn)系統(tǒng)（不包括調(diào)壓阻