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GBZ 30424-2013 高压直流输电晶闸管阀设计导则PDF文本

ICS29.200K46中华人民共和国国家标准化指导性技术文件GB/Z30424-2013高压直流输电晶闸管阀设计导则Design guidelines of thyristor valves for high voltage direct currentW网r2mi2C2013-12-31发布2014-07-13实施中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会发布素村网Z.ZC
GB/Z30424-2013目次前言……范围…2规范性引用文件………………13术语和定义………4符号和缩略语…………24.符号……24.2缩略语………………………5产品型号及基本参数等级35.1产品型号……352直流电压额定慎等级…35.3直流电流额定值等级…36技术要求…………………36.正常使用芬境条件6.2特殊使用条华中=63阀电联结安二46.4阀设计7阀电压的确定……………77.单阀串联最小品闻管级数nmm的确定772阀品闸管级冗余数八，的确定88阀电流的确定…88.12h和短时过载电流………88.2阀暂态过电流9阻尼回路的确定……810阀电抗器的确定…………………1011阀损耗的确定…………lo11.1阀损耗的计算…1011.2晶闸管结温的计算…1112阀冷却系统………………1113设计优化………14防火设计…………………41115机械结构设计…1216TEU控制和保护设计…17避雷器设计………1218VBE(或VCC)设计……12蜀素前网Z沁.ET
GB/Z30424-201319阀监视(TM)设计………1219.1监视功能…………1219.2报警或跳闸功能1320试验……………1321铭牌……13J.NE蜀素付闯Z.ZC.WET
GB/Z30424-2013前言本指导性技术文件按GB/T1.1一2009给出的规则起草。本指导性技术文件由中国电器工业协会提出。本指导性技术文件由全国电力电子学标准化技术委员会(SAC/TC60)归，本指导性技术文件起草单位：西安西电电力系统有限公司、西安高压电器研究院有限责任公司、南方电网科学研究院有限责任公司、中国电力科学研究院、西安电力电子技术研究所、国网电力科学研究院、南京南瑞继保电气有限公司、许继集团有限公司、荣信电力电子股份有限公司、国电南京自动化股份有限公司、阿尔斯通电网部、杭州样博电气有限公司、广州高澜节能技术股份有限公司。本指导性技术文件主要起草人：刘宁、李侠、张万荣、许树楷、温家良、蔚红旗、周观允、杨晓辉、胡铭、王小红、陈赤汉、张、常忠廷、张凡勇、杨志勇、曹均正、周长春、王瑚、王文奇、郑晓红、田方、马振军、娄彦涛。Z.J.NE理蜀Z.ZS
GB/Z30424-2013高压直流输电晶闸管阀设计导则1范围本指导性技术文件规定了高压直流输电用晶闸管阀（以下简称阀）设计的基本要求。本指导性技术文件适用于水冷却、空气绝缘及户内安装的阀。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/T3859.1-2013,IEC60146-1-1:2009,M0D)GB/T16927.1高电压试验技术第1部分：一般定义及试验要求(GB/T16927.1一2011，IEC60060-1:2006,MOD)GB/T13498高压直流输电术语(GB/T13498-2007,IEC60633:1998,1DT)GB/T20989高压直流换流站损耗的确定(GB/T20989一2007，IEC61803:1999,IDT)GB/T20990.1高压直流输电晶闸管阀第1部分：电气试验(GB/T20990.1一2007，IEC60700-1:1998,IDT)J.NE可3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最大直流电流maximum direct current阀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：一般在不同冷却煤质和环境温度下有不同值。3.22h过载直流电流2 h overload direct current阀在规定的2h内，能向负载输出的直流电流。注：一般在不同冷却煤质和环境温度下有不同值。3.3短时过载（过负荷）直流电流short time overload direct current阀在规定的短时间内（如10s、5s、3s),能向负载输出的直流电流。注：此时，品闸管电流应力是主要的限制因素。3.4额定直流电流rated direct current按规定的负载条件和使用条件，制造商为换流器规定的直流电流（平均值）。3.5最大理想空载直流电压maximum ideal no-load direct voltage一般指换流器在空载情况下的最大直流电压(U?mx）。注：此时，将各种电压降和电网电压波动的因素忽路不计。1蜀素Z..WET
GB/Z30424-20133.6额定直流电压rated direct voltage换流器在规定条件下，输出的直流电压应达到的平均值。3.7额定直流功率rated direct power额定直流电压与额定直流电流之积3.8晶闸管电子单元thyristor electronic unit为晶闸管提供触发和保护及监控功能等的电子电路。3.9额定结温rated junction temperature晶闸管正常工作允许的最高结温。4符号和缩略语4.1符号下列符号适用于本文件」C冷却液的比热常数Cd阻尼电容:穗禁J.NE可d最小相对感性电压降F,单阀中串联晶闸管级冗余度Id:最大直流电流I、额定直流电流Ik最大短路电流值K直流甩负荷引起的电压升高系数k:单阀总电压分布系数k细设计余量系数L:换流变压器漏抗N,单阀中串联晶闸管级冗余数N,单阅中串联晶闸管级总数n单阀串联最小品闸管级数PAw晶闸管的稳态损耗P,阀总损耗9冷却液流量R:阻尼电阻R。品闸管的总热阻R。晶闸管的结壳热阻T。使用环境温度T。管壳温度T;稳态结温興尚强Z.ZC.NE1
GB/Z30424-2013Tm额定结温T瞬态结温T施加瞬态负载前的稳态结温U:直流电压（六脉动桥输出值）U恤mx最大理想空载直流电压UdoN额定理想空载直流电压U,单阀的额定电压降VsM反向不重复峰值电压Z.(t)晶闸管的总瞬态热阻抗Z(t)品闸管的结壳瞬态热阻抗amn最小（触发）延迟角△P晶闸管的瞬态损耗与稳态损耗之差4.2缩略语下列缩略语适用于本文件。VCU阀控制设备(Valve Control Unit).ETT电触发晶闸管(Electrical Triggered Thyristor)LTT光触发晶闸管(Light Triggered Thyristor)MVU多重阀（单元）[Multiple Valve(Unit)]SIPL操作冲击保护水平(Switching Impulse Protective Level)TEU晶闹登电f单元者Fito Elcetron光ai)J.NEVBE阀基电子设备(Valve Base Electronics)5产品型号及基本参数等级5.1产品型号推荐采用GB/T3859.1中的相关规定。5.2直流电压额定值等级额定直流电压值(kV)推荐在下列数值中选取，具体值由业主和制造商确定：50、63、80、100、120、125、160、166、200、250、315、400、500、630、660、800、11⊙0，5.3直流电流额定值等级额定直流电流值(A)推荐在下列数值中选取，具体值由业主和制造商确定：500、630、800、1000、1250、1600、2000、2500、3150、4000、5000,注：以上额定值是参考GB/T3859.1的要求，结合已有直流工程的电压，电流等级在R19数系中选取的，6技术要求6.1正常使用环境条件6.1.1地震条件阀设计应考虑换流站站址的地震条件。興尚素寸网Z.ZC.E1
GB/Z30424-20136.1.2阀的正常使用环境条件包括以下方面：阀厅一般按海拔1000m设计（海拔高于1000m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a级；阀厅应保持微正压：交流电网频率波动范围不超过士2%6.1.3VBE(或VCU)的环境条件VBE(或VCU)的正常使用环境温度为5℃~40℃。在运输过程中，应符合阀的运输，贮存条件。6.2特殊使用条件不符合6.1的规定时，应在技术规范中提出，制造商在设计时充分考虑。6.3阀电联结型式6.3.112脉动换流器和6脉动换流器高压直流输电工程每站每极阀的典型电联结为12脉动换流器。每个12脉动换流器由两个串联的6脉动换流器组成每相的臂称为单翼三两个单阀串联构成的一个阀塔称为双重阀，四个单阀串联构成的一个阀塔称为四重阀干小儿子子个小闪..6.3.212脉动换流器单线图12脉动换流器单线图见图1.6脉动换流器12陈动换流器四重单篇（臂）、双重到图112脉动换流器单线图6.3.3单阀单阀由若干个品闸管组件或阀段串联组成，它是6脉动换流器的一个臂。见图1和图2。4蜀素前网Z沁.ET
GB/Z30424-2013品幅管组件若干个晶闸管组件构成单阀图2单阀6.3.4晶闸管组件品闸管组件由一个或若干个电抗器和品闸管级串联组成，见图3。注：依据不同阀结构设计，可设置或不设置均压电容器，均压电容器---tF--m----m若干个品闸管级若干个阳极电抗器图3晶闸管组件6.3.5晶闸管级附：筑J.NEI晶闸管电子单元说明：C。一一阻尼电容器：R。一一阻尼电阻器：R一直流均压电阻器」图4晶闸管级6.3.6晶闸管阀中可采用两种类型的品闸管，即ETT和LTT。6.4阀设计6.4.1一般要求和基本技术参数阀的设计应满足直流输电工程技术规范的要求，在承受由于触发系统误动作或站内部分故障（或系统故障)引起的电气应力时仍能正常工作。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参数：5蜀素前闯Z.ZC
GB/Z3C424-2013一一祸组成元件的类型和数量，包括晶阿管、阻尼均压回路、阀电抗器等：阀落类型：阀的电压试验，包括直流耐压试验、交流耐压试验、操作冲击电压试验、雷电冲击电压试验、陡波前冲击电压试验：阀过电压保护类型：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。6.4.2机城性能包括以下方面：一阀的机械结构应简单而坚固，能承受6.1.1规定的抗震要求及检测人员到阀体上工作时产生的应力，阀宜设计为组件式，便于安装、检修和更换：一树中的各种非金属构件应具有耐电弧特性，避免因放电而导致快速老化；一阀中与冷却水接触的各种材料，应具有耐受表面腐蚀和老化的能力，以保证阀的设计寿命：一一阀中的光纤布置应便于光纤通道内相关部件的更换；一一阀的冷却设计应避免在运行期间出现冷却水泄漏或堵塞，并保证在发生冷却水少量泄漏时，阀仍能运行；阀的结构设计应考虑保证泄漏出的液体自动沿沟槽流出，离开带电部件，并发出报警信号；—阅的机械结构设计应考虑在一根支撑（或悬吊）绝缘子损坏的情况下，剩余支撑（或悬吊）绝缘子承受的负荷不超过其额定机械强度的50%。64:电气接6.4.3.1阀的暂态过电压能力阅的笺缘性能设计中应考虑阀支撑、MVU和单阀耐受交直流电压、操作、雷电、陡波前冲击电压的能力，并能承受规定范围内电晕及局放要求。阀的过电压能力设计中应考虑能承受各种过电压的要求及足够的安全系数。安全系数的确定除考虑电压不均匀分布、过电压保护水平的分散性外，还应考虑阀内非线性因素对阀耐压能力的影响，阀绝缘裕度系数的确定，应结合工程的实际情况，考虑适宜的绝缘裕度（由于阀主要采用阀避雷器直接保护，因此阀的成本近似地正比于阀的绝缘水平)。适宜的绝缘裕度可减少阀的制造成本，同时降低阀及阀厅的高度。通常，阀的绝缘裕度是在假定所有冗余晶闸管级都损坏的情况下给出的，推荐单阀选择下列绝缘裕度系数：一一对于操作冲击电压，超过避雷器保护水平的10%~15%；-一对于雷电冲击电压，超过避雷器保护水平的10%~15%；-一对于陡波前冲击电压，超过避雷器保护水平的15%~20%。在晶阐管的额定结温下，且在换相后的反向恢复期内，晶闸管应耐受关断期间产生的正向暂态电压峰值或能安全地导通。阀应设计金属氧化物避雷器，对阀提供（正向或反向）过电压保护，其功能主要是限制单次或重复的动态过电压峰值。考虑电压不均匀分布后，阀的保护触发电压水平一般应高于避雷器保护水平。保护触发电压水平宜略低于正向暂态电压峰值。6.4.3.2阀的暂态过电流能力6.4.3.2.1带后续闭锁的短路电流承受能力对于运行中的任何故障造成的最大短路电流，阀应具备承受一个完全偏置的不对称电流波的能力，興尚强Z.ZC.NE1
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