《大功率聚變變流器短路試驗方法 T-CPSS 1007-2018》

ICS號29.200

中國標準文獻分類號K46

團體標準

T/CPSS1007－2018

大功率聚變變流器短路試驗方法

Short-circuittestmethodforhighpowerconverterin

fusiondevice

2018-06-06發(fā)布2018-06-06實施

中國電源學(xué)會發(fā)布

T/CPSS1007－2018

大功率聚變變流器短路試驗方法

1范圍

本標準規(guī)定了額定容量20MVA以上的使用晶閘管的大功率變流器短路試驗方法，包括相關(guān)專業(yè)術(shù)

語的定義、短路試驗的要求、動穩(wěn)定能力試驗和熱穩(wěn)定能力試驗的試驗方法、測試流程及其合格判定準

則。

本標準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1000V的大功率變流器短路試驗

也可參考本標準。

2規(guī)范性引用文件

下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。

凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。

GB/T2900.33－2004電工術(shù)語電力電子技術(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方法

GB/T16927.4－2014高電壓和大電流試驗技術(shù)第4部分：試驗電流和測量系統(tǒng)的定義和要求

3術(shù)語和定義

GB/T2900.33－2004界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。為便于使用，以下重復(fù)列出了GB/T

2900.33－2004中的一些術(shù)語和定義。

3.1

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]

1

T/CPSS1007－2018

3.4

不可控閥器件non-controllablevalvedevice

整流二極管rectifierdiode

無需施加任何控制信號，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，以任意兩個交流或直流端子為界，包括一個或多個連接在一

起的同時導(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)成的臂實現(xiàn)開通的控制動作。

[GB/T2900.33－2004，定義551-16-61]

3.8

觸發(fā)（延遲）角triggering(delay)angle

相控時，觸發(fā)脈沖滯后于基準點的時間間隔，以電角度表示。

[GB/T2900.33－2004，定義551-16-33]

3.9

額定直流電流rateddirectcurrent

對于規(guī)定的負載條件和運行條件，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、電子閥器件無門檻電壓且輕載時電壓不上升，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)運行中，變流器發(fā)生短路時流過的電流。

3.12

峰值電流peakcurrent

電流瞬態(tài)過程起始后，出現(xiàn)的第一個大半波電流的峰值。

3.13

熱累積heataccumulation

電流平方在單位時間內(nèi)的積分，其物理意義是在單位導(dǎo)體中產(chǎn)生的熱量。

2

T/CPSS1007－2018

3.14

非彈性形變inelasticdeformation

一個物體在彈性限度外受到較大力時可能會發(fā)生斷裂、變形，無法回到原來形狀的現(xiàn)象。

3.15

動態(tài)均流dynamiccurrentbalance

動態(tài)變化的電流在變流器各并聯(lián)支路上的分布情況。

3.16

動態(tài)均流系數(shù)dynamiccurrentbalancecoefficient

短路電流峰值對應(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

測量值與規(guī)定值之間的允許差值與規(guī)定值之比。

4短路試驗的要求

4.1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。

變流器的機械結(jié)構(gòu)應(yīng)能承受直流側(cè)直接短路的動穩(wěn)定效應(yīng)而不發(fā)生非彈性變形或損壞，其組件在直

流側(cè)直接短路后（如半導(dǎo)體器件或快速熔斷器）能否損壞由制造方和用戶協(xié)商。在動穩(wěn)定校驗的短路試

驗中，測試電流采用短路電流的沖擊峰值，短路電流的持續(xù)時間一般為不低于80ms。

在變流器外接電抗器的電路中，變流器及其組件應(yīng)能承受直流側(cè)經(jīng)電抗器后短路的熱穩(wěn)定效應(yīng)而不

損壞。在熱穩(wěn)定校驗的短路試驗中，測試電流采用短路電流的穩(wěn)態(tài)值，短路電流的持續(xù)時間為2s，對

于某些特殊變流器，經(jīng)制造方與用戶協(xié)商后，短路電流持續(xù)時間可以小于2s。

在短路試驗中，試驗電流一般取短路電流計算值的1.0~1.1倍。試驗電流的容許偏差不超過表1的規(guī)

定值。

大功率變流器短路試驗，如無另行規(guī)定，推薦的試驗次數(shù)如下：

——對于動穩(wěn)定能力試驗，每相短路沖擊一次；

——對于熱穩(wěn)定能力試驗，短路沖擊2次；

——對于用于特殊場合的變流器，經(jīng)制造方和用戶協(xié)商，可適當增加試驗次數(shù)，但不超過3次；

——相鄰兩次短路沖擊試驗之間至少間隔20min。

表1容許偏差

參數(shù)最大容許偏差

試驗電流15%

耐受時間5%

直流電壓3%

3

T/CPSS1007－2018

4.2確定短路電流

4.2.1基本假定

基本假定如下：

a)假定供電電壓為三相對稱系統(tǒng)（正弦波），除特殊情況外，電壓振幅恒定不變：

1)當供電電源的額定容量為整流裝置額定容量的50倍以上時，按無限大功率電源考慮，計

算其短路電流穩(wěn)態(tài)分量時，可忽略電源電抗；

2)當供電系統(tǒng)的短路容量為整流裝置額定容量的50倍以上時，或以電源額定容量為基準，

至短路點的綜合計算電抗相對值XΣ大于3時，可不考慮電源電抗的暫態(tài)變化，因此短路

電流穩(wěn)態(tài)分量的振幅恒定不變。

b)假定短路點的電阻和電抗恒等于零。

c)假定突然短路，并且短路電源電壓初始相角φ0=0的情況下發(fā)生。

d)假定換相回路無損耗，并設(shè)整流元件加上正向電壓時立即導(dǎo)通。

e)當分支阻抗Zzh小于總阻抗的20%時，按僅有公共阻抗Zg處理。

f)基于非相控整流電路分析短路故障電流。對于相控整流器，若在自然換相點處（即α=0°）觸

發(fā)相應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通，其工作情況與非相控整流器的工作情況一樣，所分析的短路電流為最嚴

重的短路故障電流。

4.2.2直流側(cè)直接短路的故障電流

4.2.2.1三相橋式接線直流側(cè)短路

按阻抗在電路中的位置及其所起作用不同，可以分為僅有公共阻抗Zg，以及兼有公共阻抗Zg和分支

阻抗Zzh兩種情況，對三相橋式接線而言，電源阻抗和整流變壓器阻抗為公共阻抗，橋臂阻抗屬于分支

阻抗。具體情況如下：

a)僅有公共阻抗Zg

三相橋式接線直流側(cè)短路電路如圖1(a)所示，其中Xg是公共感抗、Rg是公共電阻，與公共阻抗

之間的關(guān)系為：22。通常橋臂阻抗較小，在變壓器閥側(cè)同相逆并聯(lián)接線系統(tǒng)

ZgZg=XRgg+Zb

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處理，此時三相

橋式接線直流側(cè)短路的等值電路如圖1(b)和(c)所示。

4

T/CPSS1007－2018

EaXgRg

i1i3i5

A

iDAD

gBiDB

XRgD

AXd

BCiDC

(b)三相等值電路

C

Rd

eAiDARb3×

eBiDBEaXgRg

eCiDCXbi4i6i2

D

三相橋式接線直流側(cè)短路電路(c)單相等值電路

(a)

圖1三相橋式接線直流側(cè)短路電路

假定：Xb=0、Rb=0，短路前負荷電流Id=0，Xd=0、Rd=0，整流元件上加正向電壓立即導(dǎo)通，

且電源各相電壓eA、eB、eC按式（1）定義：

2π

=ω+

eEtAa2sin

3

··························（1）

eEtBa=2sin(ω)

2π

eECa=2sinωt?

3

1)直流側(cè)短路電流的穩(wěn)態(tài)值IdDP、IdDm按式（2）定義：

332E

a平均值

IIdDP=3bDP=IDm=()

ππZg

23II

或dNdN平均值··························（2）

IdDP=?=1.1()

πZZg*g*

π2E

I=II==a(峰值)

dDmdDPDm

3Zg

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；

公共阻抗22；

Zg——XRgg+

Zg*——公共阻抗的標幺值；

Ea——電源相電壓的有效值；

IdN——額定直流電流。

2)直流側(cè)短路電流的沖擊峰值idch按式（3）定義：

2E

a（）

idch=?=?KIchDmKch··························3

Zg

5

T/CPSS1007－2018

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)計手冊》）。一般對于感性回路來說，

1＜Kch＜2。

圖2沖擊值暫態(tài)系數(shù)曲線

b)兼有公共阻抗Zg和分支阻抗Zzh

對于三相橋式接線，當橋臂電阻Rb和橋臂電抗Xb不可忽略時，作為兼有公共阻抗和分支阻抗來

處理，并視橋臂阻抗為分支阻抗（即Zb=Zzh），此時圖1(a)所示的三相橋式接線短路電路的等

值電路相當于三個單相等值電路，可按圖3確定等效分支阻抗。

對于兼有公共阻抗和分支阻抗的情況，分析短路電流時應(yīng)分以下幾步進行：

1)根據(jù)Lb/Rb=Lzh/Rzh，按曲線查取相應(yīng)的LDx和RDx，從而確定等效分支阻抗ZDx。

2)確定變壓器閥側(cè)線電流穩(wěn)態(tài)短路值IDm，按式（4）計算：

2Ea··························（4）

I=

Dm22

(RRg+Dx)++(XgXDx)

式中：

Rg——公共阻抗的電阻值；

Xg——公共阻抗的電抗值；

RDx——等效分支阻抗的電阻值，可按圖4查?。?/p>

XDx——等效分支阻抗的電抗值，可按圖4查取。

6

T/CPSS1007－2018

Xg

Xg

iDRg

iDxRg

ib2Xzh

ib1

XDx

zh（近似）

zh

ERzh

E

RDx

(a)(b)

圖3確定等效分支阻抗ZDx的的等值電路

1.4

RDx/Rzh

1.2

1.0

0.8

0.6ZDx/Zzh

LDx/Lzh

0.4

0246810

ωLzh/Rzh

圖4等效阻抗ZDx系數(shù)曲線

3)確定支路兩端電壓Ezh，按式（5）計算：

E（）

E=a?+RX22··························5

zh22DxDx

(RRg+Dx)++(XgXDx)

4)確定不計暫態(tài)分量時橋臂電流的周期分量（正弦全波波形）的振幅值IbDm、和半波平均值

IbDP，按式（6）計算：

22EE

I=zh=zh

bDmZ22（）

zhRXzh+zh··························6

IbDm2Ezh

IbDP==

ππZzh

5)確定計入暫態(tài)分量后橋臂支路電流的穩(wěn)態(tài)平均值IbDP′，按式（7）計算：

′··························（7）

IIbDP=KPZ?bDP

6)確定直流側(cè)短路電流的穩(wěn)態(tài)值。

由可以看出，當兼有公共阻抗和分支阻抗時，直流短路電流穩(wěn)態(tài)平均值仍為三個橋臂電

流穩(wěn)態(tài)平均值之和，可按式（8）計算直流側(cè)短路電流的穩(wěn)態(tài)值為IdDP：

7

T/CPSS1007－2018

′（）

IdDP=×=×?33IbDPKIPZbDP··························8

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。

7)計算直流側(cè)短路電流的沖擊峰值。

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Ezh歸算。

4.2.2.2雙反星形帶平衡電抗器接線直流側(cè)短路

從短路回路中阻抗配置的不同情況來區(qū)分，雙反星形帶平衡電抗器接線的直流側(cè)短路可分為三種情

況：

a)僅有公共阻抗Zg的直流側(cè)短路

當整流變壓器閥側(cè)同名相繞組完全交錯排列（相互間無漏抗），而陽極回路其它電抗又可以

忽略時，其支路阻抗為零，則只有公共阻抗Zg。發(fā)生直流側(cè)短路時，其三相等值電路與圖1所

示的三相橋式接線等值電路一樣。因此對于直流側(cè)短路電流計算，可參照4.2.2.1所述的方法處

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）計算：

662E

a平均值

IIdDP=6bDP=IDm=()

ππZg

23II

或dNdN平均值··························（9）

IdDP=?=1.1()

πZZg*g*

π22E

I=II=2=a(峰值)

dDmdDPDm

3Zg

式中：

Zg——是公共阻抗，對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。

當只有公共阻抗時，直流側(cè)短路與變壓器二次側(cè)交流三相短路一樣，故短路電流的沖擊峰值idch

按式（10）計算（假定匝比為1）：

22Ea························（10）

idch=??KIchdDm=Kch

Zg

式中：

Kch——沖擊值暫態(tài)系數(shù)，可按圖2查取。

b)僅有分支阻抗Zzh的直流側(cè)短路

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

次繞組與兩個同名二次繞組間漏抗之和等于兩二次繞組間的漏抗時，按三繞組變壓器阻抗歸

算方式計算后，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）計算：

8

T/CPSS1007－2018

2E

a························（11）

IIKdDP=6bDP=6PZ?

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），從圖5可直接查出短路電流峰值的倍數(shù)，及峰值出現(xiàn)的時間（電角度）。

051015202530354045idch/IDN

020406080100idch/√2I2N

1213119876Xzh%

ψRzh%

10

8

zh6

/R

zh

X

4

2

0

190230270(電角度)(?)

從短路開始至峰值出現(xiàn)時的電角度

圖5直流側(cè)短路峰值電流與阻抗的關(guān)系

c)兼有公共阻抗Zg和分支阻抗Zzh的直流側(cè)短路

當整流臂總阻抗較大，網(wǎng)側(cè)阻抗也不可忽略時，應(yīng)作為兼有公共阻抗和分支阻抗來處理。

當兼有公共阻抗和分支阻抗時，雙反星形帶平衡電抗器接線整流裝置直流側(cè)短路的等值電路變

換過程如圖6所示。直流側(cè)短路時，六個整流臂都向短路點饋入電流，因此可按式（12）計算

直流側(cè)短路電流的穩(wěn)態(tài)平均值IdDP：

2Ezh························（12）

IIKdDP=6bDP=6PZ?

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

路電動勢Ezh，進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。

9

T/CPSS1007－2018

0

閥側(cè)Ⅰ閥側(cè)Ⅰ

b

網(wǎng)側(cè)網(wǎng)側(cè)

0平衡電抗器

閥側(cè)Ⅱ閥側(cè)Ⅱ

a

分離為兩個獨立換相回路

(a)直流側(cè)短路電路0(b)

公共阻抗Zg

3×

(近似)

分支阻抗Zzh

轉(zhuǎn)換為三相橋式直流側(cè)短路三個獨立的等值回路

(c)(d)

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程（兼有公共阻抗和分支阻抗時）

4.2.2.3確定公共阻抗和分支阻抗

計算直流側(cè)短路電流時，網(wǎng)側(cè)供電系統(tǒng)阻抗，屬于公共阻抗Zg。

對于三相橋式接線，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。

對于雙反星形帶平衡電抗器接線，除陽極線路阻抗屬于分支阻抗外，應(yīng)區(qū)分整流變壓器的公共阻抗

和分支阻抗，可通過兩個試驗獲得這種接線整流變壓器的公共阻抗和分支阻抗數(shù)值：

——短接閥側(cè)一個星形繞組，網(wǎng)側(cè)在額定電流下進行試驗，所得結(jié)果為公共阻抗與分支阻抗之和，

即Zg+Zzh；

——將兩個反星形繞組全部短接，網(wǎng)側(cè)在額定電流下進行試驗，所得結(jié)果為公共阻抗與一半支路阻

1

抗之和，即Zg+Zzh；

2

——聯(lián)立兩個試驗結(jié)果，可確定整流變壓器的公共阻抗Zg和分支阻抗Zzh。

4.2.3直流側(cè)經(jīng)電抗器后短路的故障電流

對于三相橋式變流器，當變流器輸出接直流電抗器，且短路發(fā)生在直流電抗器之后，在分析直流側(cè)

短路電流時，可將變流器等效成帶內(nèi)阻的直流電源，其等效電路模型如圖7所示。直流側(cè)突發(fā)短路時，

短路電流idf按式（13）計算：

U?+(RR)tL/

=d?Srr························（13）

idf(1e)

RRSr+

式中：

10

T/CPSS1007－2018

Ud——三相橋式變流器直流輸出電壓的平均值；

3X

Rs——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R=B；

Sπ

Rr——直流電抗器的電阻；

Lr——直流電抗器的電感；

T——短路持續(xù)的時間。

RSLrRr

+

idf

Ud

-

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

對于大功率的三相橋式變流器，發(fā)生短路時，變流器以3個橋臂和4各橋臂輪流導(dǎo)通的運行方式。從

交流側(cè)看，相當于交流兩相和三相短路交替轉(zhuǎn)換的過程。此種情況下，可由式（14）計算變流器的直流

輸出電壓的平均值Ud：

9ωL

S························（14）

UUd=3d0cos(αp?30°?)id

π

式中：

αp——強制觸發(fā)角；

LS——交流系統(tǒng)每相等值電感；

ω——系統(tǒng)基波角頻率；

Ud0——不計換相且觸發(fā)角為零時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。

短路故障導(dǎo)致高壓開關(guān)動作后，變流器僅起到續(xù)流作用，此時電路為一階零輸入響應(yīng)，其等效的電

路模型如圖8所示。短路電流idf按式（15）計算：

??U?+(RRt)/L

iI=?=eRtrr//Ld1e?eSr0r?RtrrL························（15）

dfdf(tt=0)()

RRSr+

式中：

t0——短路故障發(fā)生到高壓開關(guān)斷開時刻所需的時間；

I——高壓開關(guān)斷開時刻所對應(yīng)的短路電流值。

df(tt=0)

r

LRr

idf

圖8高壓開關(guān)斷開后的等效電路模型

11

T/CPSS1007－2018

綜合高壓開關(guān)斷開前后短路電流的表達式，按式（16）計算直流電抗器后短路時變流器直流側(cè)的短

路電流idf：

U?+(RR)tL/

d1?∈eSrrtt[0,]

RR+()0

Sr·······················（16）

idf=

U?+(RRt)/L?

d1?eSr0r?eRtrr/Ltt∈∞[,]

()0

RRSr+

4.3試驗環(huán)境條件

試驗推薦在以下條件下進行：

a)溫度：5℃~35℃；

b)相對濕度：45%~75%（或最高以不出現(xiàn)凝露為準）；

c)氣壓：86kPa~106kPa。

5動穩(wěn)定能力試驗

5.1試驗?zāi)康?/p>

動穩(wěn)定能力試驗用于檢驗變流器的機械結(jié)構(gòu)對短路電動力的承受能力，變流器能否有電氣損傷由使

用方和生產(chǎn)方協(xié)商。

5.2試驗方法

對于允許變流器組件電氣損傷的動穩(wěn)定能力試驗，為方便控制和確保試驗電流達到測試要求，本試

驗可采用器件等效的試驗方法。例如用二極管替代可控的半導(dǎo)體器件；用鋁錠替代快速熔斷器（如果存

在）。

對于大功率變流器，動穩(wěn)定能力試驗可采用圖9所示的測試電路，變流器輸出端直接短路，脈沖變

壓器給被試變流器供電，在脈沖變壓器回路中接入分斷開關(guān)、選相合閘開關(guān)和調(diào)壓阻抗。調(diào)壓阻抗應(yīng)能

調(diào)整到滿足規(guī)定試驗電流的條件，電流傳感器安裝在變流器的輸出端，其測量范圍應(yīng)滿足測試要求。分

斷開關(guān)用于切斷試驗電源，控制試驗電流的耐受時間。

電流

分斷選相合閘調(diào)壓脈沖傳感器

開關(guān)開關(guān)阻抗變壓器

被試

電源變流器

圖9動穩(wěn)定能力試驗的測試電路

在圖9中，變流器的輸入回路也可采用其他連接方式，但測試電路中的電源應(yīng)有足夠容量以保證被

試變流器的動穩(wěn)定性能夠得到驗證。

5.3測試流程

5.3.1計算試驗電流對應(yīng)的調(diào)壓阻抗接入值

12

T/CPSS1007－2018

試驗前應(yīng)計算試驗電流所對應(yīng)的調(diào)壓阻抗值。在X/R>10的感性回路中，計算沖擊電流時回路電阻

R可忽略不計，沖擊電流ich按式（17）計算：

22EEaa························（17）

iKch=ch?≈?Kch

22

XXTZ+

R++(XXTZ)

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；

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）計算：

Xk?2

L=Z························（18）

Z2πf

式中：

k——脈沖變壓器的變比；

f——交流電的頻率。

5.3.2試驗電路整定

試驗電路整定時采用內(nèi)阻與被試變流器相當?shù)倪B接排代替被試變流器，將脈沖變壓器輸出端短接，

調(diào)整調(diào)壓阻抗的接入值、選相合閘開關(guān)的合閘角以及分斷開關(guān)的分斷延時，以獲得滿足規(guī)定的短路試驗

電流峰值和耐受時間。

在不超過30%短路電流的情況下，進行小電流試驗，校驗測量和采集設(shè)備，校準選相合閘角和分斷

延時。

結(jié)合5.3.1計算的調(diào)壓阻抗值和小電流試驗的情況，確定調(diào)壓阻抗的接入值，并將調(diào)壓阻抗調(diào)整到適

合調(diào)壓阻抗接入值的位置，進行100%短路電流試驗。

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)測試，直至輸出

電流峰值達到規(guī)定的要求。

5.3.3測量絕緣電阻

用絕緣電阻測試儀，測量被試變流器主回路對地的絕緣電阻。

試驗中施加的電壓由委托方提供。

按照－中判斷試品的絕緣電阻值是否滿足絕緣要求。對于電壓UM不超

GB/T3859.120137.2.3.12

過的，絕緣電阻不得小于；電壓UM超過時，絕緣電阻應(yīng)大于。

1000V1MΩ21000V1000Ω/V

若絕緣電阻不滿足其絕緣要求，則不能對其進行過電流能力試驗。

5.3.4記錄試品的初始狀態(tài)

在被試變流器機械結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位（匯流排或支路的連接處等）和支撐的關(guān)鍵位置，做好標記，并

且記錄標記位置的初始形態(tài)。

5.3.5小電流試驗

回路小電流（不超過短路電流的30%）試驗，以檢驗測量和采集設(shè)備、核定試驗電流。

13

T/CPSS1007－2018

5.3.6100%短路電流試驗

調(diào)壓阻抗調(diào)到適合調(diào)壓阻抗接入值的位置，對試品進行A相100%短路電流試驗。

運行結(jié)束后，觀察試品及其關(guān)鍵部位的結(jié)構(gòu)有無變形或損壞。若有非彈性形變或損壞，則試品不合

格，終止試驗；否則試驗繼續(xù)。

至少間隔20min，對試品進行B相100%短路電流試驗。

運行結(jié)束后，觀察被試變流器及其關(guān)鍵部位的結(jié)構(gòu)有無變形或損壞。若有非彈性形變或損壞，則試

品不合格，終止試驗；否則試驗繼續(xù)。

至少間隔20min，對試品進行C相100%短路電流試驗。

運行結(jié)束后，記錄標記位置的最終狀態(tài)。

5.3.7空載試驗

對于不允許電氣組件損壞的變流器，短路電流試驗之后，對被試變流器施加額定電壓，進行空載試

驗，以檢驗被試變流器在耐受規(guī)定的短路電流沖擊之后，其半導(dǎo)體器件是否均仍保持其阻斷特性。

5.4合格判定準則

對于動穩(wěn)定能力試驗，如果試驗結(jié)果滿足以下條件，則試驗合格：

a)測試電流及其耐受時間滿足試驗要求；

b)測量結(jié)果的偏差應(yīng)不超過表1的規(guī)定值；

c)在耐受符合要求的短路電流沖擊之后，變流器的機械結(jié)構(gòu)無非彈性形變或損壞。

6熱穩(wěn)定能力試驗

6.1試驗?zāi)康?/p>

熱穩(wěn)定能力試驗用于檢驗變流器及其組件對短路電流熱效應(yīng)的耐受能力。

6.2試驗方法

6.2.1直接試驗法

直接試驗法可采用圖10（b）所示的測試電路，用變壓器給被試變流器供電，變壓器回路接分斷開

關(guān)和調(diào)壓阻抗，被試變流器的輸出端接電抗器，通過閉合短路開關(guān)形成電抗器后短路。

利用大電阻負載，確保被試變流器各并聯(lián)支路的半導(dǎo)體器件在小電流下全導(dǎo)通，然后閉合短路開關(guān)

實現(xiàn)對被試變流器的短路沖擊；通過分斷開關(guān)控制試驗電流的耐受時間。

在圖10（b）中，變流器的輸入回路也可有其他連接方式，但測試電路中的電源應(yīng)有足夠的容量以

保證被試變流器對電抗器后短路故障抑制能力能夠得到驗證。

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T/CPSS1007－2018

分斷調(diào)壓脈沖電流傳感器

開關(guān)阻抗變壓器短

被試負路

電源變流器載開

控制器關(guān)

(a)不帶直流電抗器的短路

分斷調(diào)壓脈沖電抗器

開關(guān)阻抗變壓器

短

被試負路

電流傳感器

電源變流器載開

控制器關(guān)

直流電抗器后短路

(b)

圖10直接試驗法的測試電路

6.2.2等效試驗法

6.2.2.1等效試驗法方法介紹

對于短路容量可達上百兆伏安的大功率變流器，試驗電源很難直接滿足直流電抗器后短路試驗的要

求，一般采用等效試驗法，即驗證變流器上單個半導(dǎo)體器件和快速熔斷器對最大支路短路電流的耐受能

力。

等效試驗法是將全功率下變流器的直流電抗器后短路試驗分解成動態(tài)均流試驗和額定電壓下單個

半導(dǎo)體器件短路試驗。

6.2.2.2等效試驗法——動態(tài)均流試驗

在動態(tài)均流試驗中，可采用圖10（a）所示的測試電路，施加的試驗電流峰值及其上升時間應(yīng)與被

試變流器實際短路電流一致，且試驗條件應(yīng)能模擬變流器實際運行時的最嚴重情況。

在圖10（a）中，變流器的輸入回路也可采用其他連接方式，但試驗電源應(yīng)有足夠容量以保證被試

變流器的動態(tài)均流特性能夠得以驗證。

試驗后，利用橋臂支路電流和式（19）計算各橋臂的動態(tài)均流系數(shù)KI：

∑

Ii························（19）

KI=

nIpM?

式中：

∑Ii——被測橋臂各并聯(lián)支路電流之和；

IM——被測橋臂中最大的支路電流；

np——被測橋臂的并聯(lián)支路數(shù)。

取最小的動態(tài)均流系數(shù)，進而確定單個半導(dǎo)體器件承受的最大短路電流IMmax，按式（20）計算：

∑I

i························（20）

IMmax=

nKp?Imin

式中：

IMmax——單個半導(dǎo)體器件承受的最大短路電流；

KImin——變流器的最小動態(tài)均流系數(shù)，取自動態(tài)均流試驗結(jié)果或由制造商規(guī)定。

15

T/CPSS1007－2018

6.2.2.3額定電壓下單個半導(dǎo)體器件短路試驗

額定電壓下單個半導(dǎo)體器件短路試驗可采用圖11所示的測試電路，整流變壓器的輸出電壓應(yīng)能夠滿

足變流器額定輸入電壓的要求，電源和負載應(yīng)能夠滿足試驗電流條件，試驗電流的峰值由直流電抗器后

短路的動態(tài)均流試驗獲得，峰值耐受時間由制造商規(guī)定，試驗電流在整個過程中產(chǎn)生的熱累積應(yīng)是實際

短路故障中最大支路電流產(chǎn)生的熱累積的1.0~1.1倍。

分斷整流電流傳感器

電抗器

開關(guān)變壓器

被試開

電源變流器

負載關(guān)

控制器

圖11額定電壓下單個半導(dǎo)體器件短路試驗的測試電路

在試驗中，被試變流器的每個橋臂上僅一個支路的半導(dǎo)體器件被觸發(fā)導(dǎo)通，其余并聯(lián)支路的半導(dǎo)體

器件均處于阻斷狀態(tài)。

6.3測試流程

6.3.1直接試驗法的測試流程

6.3.1.1選擇合適的調(diào)壓阻抗

利用試驗系統(tǒng)參數(shù)、試驗電流參數(shù)以及直流電抗器（如有）參數(shù)，按式（21）計算調(diào)壓阻抗的等效

內(nèi)阻：

1.35U?++(RRR)tL/

=2?SZrdd························（21）

It(1e)

RRS++ZrRd

式中：

It——直流側(cè)試