NB_T 10437-2020 风力发电机组 变流系统用机侧滤波器技术规范.docx

NB/T 104372020目次1 范围 . 32 规范性引用文件 . 33 术语和定义 . 44 使用条件 . 55 技术要求和参数指标 . 66 试验方法 . 97 检验规则 . 158 标志、包装、贮存和运输 . 161NB/T 104372020风力发电机组变流系统用 机侧滤波器技术规范1范围本标准规定了风力发电机组变流系统用机侧滤波器的术语和定义、技术要求、试验方法、检验规则及其产品的相关信息等。本标准适用于连接风力发电机绕组和机侧变流器之间用于滤波功能的组件。包含独立滤波器（外置），和附属于变流器的滤波器（内置）。典型应用范围如下图1和图2所示：图1 双馈机组机侧滤波器范围图2 全功率机组机侧滤波器范围2规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。GB/T 191 包装储运图示标志GB/T 2423.1 电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法 试验A：低温GB/T 2423.2 电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法 试验B：高温GB/T 2423.3 电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法 试验Cab：恒定湿热试验XX/T XXXXXXXXXGB/T 2423.4 电工电子产品基本环境试验规程 第2部分：试验方法 试验Db：交变湿热（12h12h循环）GB/T 2900.15-1997电工术语 变压器、互感器、调压器和电抗器GB/T 2900.33 电工术语 电力电子技术GB/T 2900.53 电工术语 风力发电机组GB/T 37972016 电气控制设备GB/T 3859.12013 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/T 4208 外壳防护等级（IP代码）GB/T 12668.22002 调速电气传动系统 第2部分：一般要求低压交流变频电气传动系统额定值的规定GB/T 12668.32012 调速电气传动系统 第3部分：产品的电磁兼容性标准及其特定的试验方法GB/T 13384-2008 电机产品包装通用技术要求GB/T 14048.1 低压开关设备和控制设备 第1部分：总则GB/T 25387.1风力发电机组 全功率变流器 第1部分：技术条件GB/T 25388.1风力发电机组双馈式变流器 第1部分：技术条件GB/T 25389.1-2018风力发电机组永磁同步发电机 第1部分 技术条件NB/T 31015-2018 永磁风力发电机变流器技术规范3术语和定义GB/T 3859.12013、GB/T 2900.33和GB/T 2900.53界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1风力发电机组变流系统wind turbine convertor system由风力发电机组机侧滤波器，变流器和其他必要组件共同组成的风力发电组件。3.2机侧滤波器generator filter由共模电压抑制环节、差模电压抑制环节和du/dt抑制环节组成、接在变流器和发电机之间，用于降低电机端的电压值，并抑制由于长电缆反射波叠加引起的发电机端过电压问题（如共模电压过高，差模电压过高等问题）的滤波器。3.3总谐波畸变率total harmonic distortion；THD总谐波畸变率与所考虑量的基波分量相关。总谐波畸变率（THD）定义为：THD =Q2  Q12 .(1)Q12式中：Q1 ：基波有效值；Q ：总有效值，可代表电流或电压。注：上述定义中包含有间谐波，当间谐波存在时，波形不再是周期性的，间谐波所产生的影响可能要比谐波产生的影响更复杂。假若间谐波忽略不计，则式（2）也可表达为：4NB/T 104372020QTHD =nh =2Q122h. (2)式中：h ：谐波次数；Qh ： h 次谐波分量的有效值。注：偶次含量（次数h仅为偶数）称为偶次谐波畸变率，奇次含量（次数h仅为奇数）称为奇次谐波畸变率。3.4共模电压common-mode voltage在每一导体和所规定的参照点之间（往往是大地或机架）出现的相量电压的平均值。或者说同时加在电压表两测量端和规定公共端之间的那部分输入电压的三分之一，即(Va+Vb+Vc)/3。3.5差模电压differential mode voltage相与相之间的电位差。3.6du/dt 值du/dt valuedu/dt通常定义为电压随时间的导数：du/dt=Ui/ti=(U90%-U10%)/(t90%-t10%)。 . (3)式中：du/dt：电压随时间的导数；Ui：电压变化值；ti：时间变化值；U10%：10%电压值；t10%: 10%电压值对应的时间值U90%：90%电压值；t90%: 90%电压值对应的时间值。3.7共模电流common-mode current在任意（或全部）载流导线和参考地之间的无用电位差所形成的电流。3.8无源滤波器passive filter由电阻、电容和电感等器件构成的滤波器。3.9有源滤波器active filter由电阻、电容和有源器件（通常为运算放大器或DSP等）构成的滤波器。4使用条件4.1工作环境条件应在规定的空冷或液冷的环境条件下工作：a）工作环境温度常温型：20 45 ；5XX/T XXXXXXXXX低温型：40 45 。b）相对湿度：95（20 以下）；c） 海拔高度：2 000 m。4.2试验环境条件主要包括使用气候条件，应在如下大气环境下进行试验：a）环境温度：5 40 ；b）相对湿度： 90（20 以下）；c） 大气压力：86 kPa106 kPa。d） 海拔高度：2 000 m。4.3贮存、运输时的环境温度滤波器在贮存和运输期间环境空气的极限温度范围为：40 70 。4.4电气条件4.4.1发电机频率变化范围发电机频率变化范围：直驱：020Hz、双馈：030Hz、半直驱 0150 Hz；当频率变化范围超出上述范围，由用户与制造商协商。4.4.2机侧滤波器电压波动范围机侧滤波器在发电机端口电压工作运行范围内波动时，应能正常运行。当电机端口电压超出上述范围，由用户与制造商协商。5技术要求5.1结构及外观要求壳体、外观、表面应无划伤、无变形，按照GB/T 3797-2016中7.2的规定。5.2电气连接要求应保证各个电气连接的正确性，电抗器、电容器、电阻器，磁性材料应在装配前检验合格；电子元器件等辅助器件应在装配前筛选、测试并确认其具备正常功能；电缆截面积和电缆头的压接、焊接应满足滤波器最大导通电流能力，按照GB/T 3797-2016中6.7的规定。5.3绝缘5.3.1绝缘电阻在4.2规定的正常试验大气条件下，滤波器各独立电路与外露的可导电部分之间，以及与各独立电路之间，用直流兆欧表，测量其绝缘电阻，应不小于1 M。试验电压按照表1的规定进行。表1绝缘电阻试验电压等级额定绝缘电压UV试验电压V6额定电压UkV试验电压kVU0.060.50.06U0.12510.125U0.251.50.25U0.520.5U1.112U1.1U3.63U3.6U3841.8U额定绝缘电压UV试验电压VU 6025060 U 250500250 U 100010001000 U 10 0002500NB/T 1043720205.3.2介质强度在4.2规定的正常试验大气条件下，滤波器应能承受频率为50 Hz，历时1 分钟的工频耐压试验而无击穿、闪络及元件损坏现象；工频交流试验电压值按表2规定进行选择，也可以采用直流试验电压，其值应为规定的工频交流试验电压值的 2 倍；试验过程中，任一被试电路施加电压时，其余电路等电位互联接地。表2介质强度试验电压等级5.3.3电气间隙和爬电距离滤波器各带电电路之间以及带电部件、导电部件、接地部件之间的电气间隙和爬电距离应符合GB14048.1规定。5.4过载能力滤波器的过载能力，应与变流器过载能力相匹配。可在变流器110的标称电流下，持续运行时间应不少于1 min。5.5总谐波畸变系数（THD）按照GB/T25389.1-2018中5.15关于空载线电压波形畸变率的规定。5.6温升在标称电流运行条件下，待各元件热稳定后，滤波器各部位的极限温升见表3。表3滤波器各部位的极限温升部件和部位极限温升K7主电路电抗器外壳温升和结温由产品技术条件或分类标准规定电容由产品技术条件或分类标准规定母线（非连接处）铜：35，铝：25, 铜铝复合：30电阻由产品技术条件或分类标准规定XX/T XXXXXXXXX5.7过温保护功能产品应具有过温保护功能。注：其他保护功能，由产品技术条件或由用户与厂家协商制定。5.8电磁兼容性机侧滤波器为有源滤波器时，按照GB/T 12668.32012 调速电气传动系统 第3部分：产品的电磁兼容性标准及其特定的试验方法中规定的参数进行。5.9低温性能在试验温度为工作温度下限且稳定后，产品通电启动运行，持续运行时间为2 h。注：产品通电到启动运行时间一般不超过2h，如用户有特殊要求，由制造商与用户协商确定。5.10高温性能在试验温度为工作温度上限且稳定后，产品通电启动运行，持续运行时间为2 h。注：产品通电到启动运行时间一般不超过2h，如用户有特殊要求，由制造商与用户协商确定。5.11耐湿热性能根据试验条件和使用环境，在以下5.12和5.13两种方法中选择其中一种。5.12交变湿热按GB/T 2423.4进行试验后，试验电压按照表1的规定进行，测量其绝缘电阻，应不小于0.5 M。介质强度应不低于5.3.2规定的介质强度试验电压值的75。5.13恒定湿热按GB/T 2423.3进行试验后，试验电压按照表1的规定进行，测量其绝缘电阻，应不小于0.5 M。介质强度应不低于5.3.2规定的介质强度试验电压值的75。5.14防护等级a) 空冷、混合冷却型：不低于 IP20；b) 液冷：不低于 IP54。注：如用户有特殊要求，由制造商与用户协商确定。5.15噪声额定运行条件下，滤波器所发出的噪声声压级应不大于80dB(A)。5.16稳定性运行时间滤波器满载连续运行时间应不小于72 h。8项    目测试要求状    态不通电条件下振动型式正弦振动幅值和加速度：10 Hz  f  57 Hz57 Hz  f  150 Hz幅值0.075 mm2加速度9.8 m/s (1 g)振动持续时间X、Y、Z三个轴向10个扫描周期NB/T 1043720205.17共模电压要求匹配电机端共模电压耐受水平。5.18差模电压要求匹配电机端差模电压耐受水平。5.19du/dt 值要求匹配电机端对du/dt值的耐受水平。5.20共模电流值要求匹配电机端对共模电流值的耐受水平。具体参数值由产品技术条件或客户与厂家协商制定。5.21振动滤波器应满足表4所示的振动试验要求（符合IEC 62477-1-2012的5.2.6.4）。表4振动试验要求注：当有特殊要术,振动幅值和加速度可供需双方自行商定，合格判断依据不变。6试验方法6.1试验平台滤波器试验应在与实际工作等效的电气条件下进行，例如，可采用如图3所示的试验平台（以全功率机组为例）。试验系统可由并网控制柜（可包含在变流器中）、永磁同步发电机、转矩测量仪（扭矩较大无法安装时除外）、速度传感器（无速度传感器除外）以及能够改变转速的拖动电机及其控制系统和被测变流器、辅助控制上位机等组成。在试验过程中，由拖动电机来模拟风力机械拖动永磁发电机变速运行，在上位机的辅助控制下完成被测滤波器的一系列试验。XX/T XXXXXXXXX1电网侧并网柜，单独设备，连接变流器和电网。2机侧滤波器和变流器，可单独存在，也可安装在变流器内。图 3滤波器试验平台（全功率机组为例）6.2仪器设备试验中使用的测量仪器、仪表、传感器的准确度等级应不低于0.5级（兆欧表除外），电流传感器的准确度不应低于0.2级，电量变送器的准确度应在0.5以内，转速表的准确度应在0.1以内，或者误差在±1r/min以内，温度计的误差不应大于±1 ，测量仪器仪表应符合相关标准的规定。6.3检查和试验6.3.1结构外观检查按照GB/T 3797-2016中5.1的要求进行检查。6.3.2电气连接检查使用万用表或绞线器对各个电路的连接情况进行检查，是否存在不正确的连接等，应符合5.2要求。6.3.3绝缘试验试验应在4.2规定的正常试验大气条件下进行。6.3.3.1绝缘电阻试验方法按GB/T 3859.12013中7.2.3.1的规定，在主电路与地（外壳）之间试验时，根据变流器额定电压按表1选取兆欧表的电压等级，测得的绝缘电阻应符合5.3.1的要求。6.3.3.2介质强度试验方法按GB/T 3859.12013中7.2的规定进行，在主电路与地（外壳）之间试验，所用耐压测试仪的试验电压等级根据变流器额定电压按表2选取，试验电压为50 Hz正弦波，持续时间1 min，无击穿闪络及元件损坏现象。注：当因电磁滤波元件的存在而无法施加交流试验电压时，也可以采用等效的直流试验电压，其值按表2试验电压的 2 倍选取。10额定线电压UkV电气间隙mm爬电距离mm0.38（0.4）8140.6（0.62）12220.66（0.69）12221（1.05）16321.14（1.2）18352.3（2.4）28553（3.15）36756（6.3）100125NB/T 1043720206.3.3.3电气间隙和爬电距离测量主电路的各个导电部件之间及主电路与地（外壳）之间的电气间隙和爬电距离（IGBT器件若有除外），应符合5.3.3.3的规定，其允许值见表5。表5电气间隙和爬电距离允许值6.3.4过载能力试验本试验是指过电流能力的试验，试验方法按照GB/T 134222013中5.1.13的规定。试验分别在机侧和电网侧进行，并施加110的标称电流，历时1 分钟，时间间隔不大于10 分钟，试验循环次数为3次，滤波器应无损坏并能正常工作。注：本标准仅仅规定了最低过载能力的限值，如不能满足要求可由制造商与用户协商确定。6.3.5总谐波畸变系数（THD）试验试验可结合6.3.4同时进行，并按照GB/T 134222013中5.3.8的规定，并按着图3所示，在各个典型转速点及相应功率下，测定滤波器电机端电流畸变系数，符合本标准5.5章节中的规定。6.3.6温升试验试验可按照GB/T 3859.12013中7.4.2的规定进行，测温元件可以使用温度计、热电偶、热敏元件、红外测温计或其它有效的方法。在标称电流运行条件下，各元件热稳定后，按表3测量温升，其温升在器件各自规定的范围之内。6.3.7保护功能试验过温保护试验时，可以通过模拟过温信号（即：将温度检测元件加热至预期的保护动作点），检验滤波器的过温保护功能。注：过温保护设定值由制造商确定，当用户需修改时应征求制造商的意见。6.3.8电磁兼容试验抗电磁干扰性试验按GB12668.3-2012中5的规定进行。电磁发射试验按GB12668.3中6的规定进行。11XX/T XXXXXXXXX6.3.9低温性能试验试验方法按GB/T 2423.1中“试验A”进行。产品无包装，在试验温度为20 ±3 （常温型）或者40 ±3 （低温型）下稳定后，产品通电启动运行，持续运行时间为2 h。试验结束后再恢复至常温2 h后，滤波器仍能正常工作。6.3.10高温性能试验试验方法按GB/T 2423.2中“试验B”进行。产品无包装，在试验温度为45 ±2 情况下稳定后，产品通电启动运行，持续运行时间为2 h。试验结束后再恢复至常温2 h后，滤波器仍能正常工作。6.3.11耐湿热性能试验6.3.11.1交变湿热应能承受GB/T 2423.4规定的交变湿热试验。试验温度为低温：25 ±3 ，高温：40±2 ，相对湿度为（93±3），试验持续时间为两周期（48 h）的条件下。在试验结束前2 h内，用直流兆欧表，试验电压按照表1的规定进行，测量其绝缘电阻，应不小于0.5 M，且介质强度应能耐受不低于5.3.2规定的介质强度试验电压值的75。6.3.11.2恒定湿热应能承受GB/T 2423.3规定的恒定湿热试验。试验温度为40 ±2 ，相对湿度为（93±3），试验持续时间为48 h的条件下。在试验结束前2 h内，用直流兆欧表，试验电压按照表1的规定进行，测量其绝缘电阻，应不小于0.5 M，且介质强度应能耐受不低于5.3.2规定的介质强度试验电压值的75。6.3.12防护等级试验按照GB/T 4208规定的试验方法进行试验，防护等级应满足5.14的规定。6.3.13噪声试验在额定运行条件，距噪音源水平位置1米处，测得滤波器所发出的噪声应满足5.15 规定。6.3.14稳定性运行试验滤波器满载连续运行时间应满足5.16要求。6.3.15贮存试验不包装，不施加激励量，先按GB/T 2423.1的规定，进行40 、16 h的低温贮存试验。在室温下恢复正常状态后，再按GB/T 2423.2的规定，进行70 、16 h的高温贮存试验。在室温下恢复正常状态后，依据6.1的试验平台，装置的性能应符合第5章的规定。注：UPS、电池等部件可不进行低温贮存试验6.3.16共模电压测试测试原理可参见图 4，如图 4 中选取发电机线缆出口处作为测试点， a、b、c 代表选取的测试点，共模电压值取(Va+Vb+Vc)/3。12NB/T 104372020图4共模电压测试原理6.3.17差模电压测试测试原理见图 5，图 5 中选取发电机线缆出口处作为测试点，a、b、c 代表选取的测试点，相间差模电压值取测试点间电压差，差模电压值取三者值（V1，V2，V3）中最大者。图5差模电压测试原理6.3.18du/dt 值测试测试原理见图 6，取差模电压和共模电压测试波形展开，du/dt 值定义为电压随时间的导数：du/dt=Ui/ti=(U90%-U10%)/(t90%-t10%)。13XX/T XXXXXXXXX图6du/dt值测试原理du/dt：电压随时间的导数；Ui：电压变化值；ti：时间变化值；U10%：10%电压值；t10%: 10%电压值对应的时间值U90%：90%电压值；t90%: 90%电压值对应的时间值。6.3.19共模电流测试测试原理见图 7，可采用图 7 中的办法，用电流线圈套住机侧三相电缆，用示波器电流探头读取参数。图7共模电流测试原理14NB/T 1043720206.3.20振动试验试验时，将滤波器按照正常使用的安装方式固定到试验平台，在不通电的情况下，按照表 4 的要求进行测试，振动过程中对样品的加速度数据进行监测和采集，测试完毕，对样品进行外观检查，不能出现电气元件损坏、铜排连接变松、结构件变形等现象，并记录样品响应较大的频率点。7检验规则7.1类型7.1.1型式试验当有下列情况之一时，应进行型式试验：a） 新产品鉴定时；b） 正式生产后，结构、材料、工艺有较大改变，足以影响产品性能时；c） 批量生产的产品，每隔一定时间进行一次抽试，具体期限由分类标准规定，但不得超过 5 年；d） 产品长期停产后恢复生产时；e） 国家质量监督机构提出进行型式试验的要求时。7.1.1.1抽样方法进行型式试验的样品，应在经过出厂试验合格后的一批中抽样，抽样的数量应不少于两台。7.1.1.2判定规则型式试验应符合本标准的技术规定，全部试验项目合格则判定为产品型式试验合格；任有一项不合格，则判定该产品型式试验不合格。产品经型式试验不合格，则该产品应停产，直至查明并消除造成不合格的原因，再次进行型式试验合格后方能恢复生产。7.1.2出厂试验每台产品都应进行出厂试验。试验合格后，填写试验记录并且出具合格证方能出厂。7.2试验实施7.2.1一般要求a） 当用户或其代理人希望目睹工厂试验时，在订单中应予说明；b） 订货前若商定，供货者应提供型式试验和出厂试验合格证书；c） 除非另有协议，试验应在发货前在制造厂进行。7.2.2接地要求制造商应说明滤波器可采用的接地系统并进行型式试验，其中可能包括：a） 相线对地；b） 绝缘（不接地）。注：未通过验收的系统应标出：禁止使用，或者改善性能后，应通过型式试验来确定其是否合格。7.3试验项目风力发电机组变流系统用机侧用滤波器试验项目见表6。15试验名称型式试验出厂试验技术要求试验方法结构及外观5.16.3.1电气连接5.26.3.2绝缘5.36.3.3过载能力5.46.3.4总谐波畸变系数（THD）5.56.3.5温升5.66.3.6过温保护功能5.76.3.7电磁兼容性能5.86.3.8低温性能5.96.3.9高温性能5.106.3.10耐湿热性能5.116.3.11防护等级5.146.3.12噪声5.156.3.13稳定性运行5.166.3.14贮存4.36.3.15共模电压5.176.3.16差模电压5.186.3.17du/dt 值5.196.3.18共模电流值5.206.3.19振动5.216.3.20注：为必选项，为免选项。XX/T XXXXXXXXX表6风力发电机变流器系统用机侧滤波器试验项目8标志、包装、贮存和运输8.1标志8.1.1产品标志滤波器的适当位置应有铭牌，内容如下：a） 产品名称；b） 产品型号；产品型号中应包含产品名称代号、产品分类编号和设计序列号信息，其中产品分类编号中应包含：机侧额定电压、配套机组额定容量及产品型式等。c） 技术参数：机组额定容量（MW）；d) 出厂编号；e) 制造日期；f) 制造厂名；g) 执行标准。16NB/T 104372020注：受铭牌尺寸限制，其它项目可在产品手册中给出。8.1.2包装标志滤波器的外包装上有收发标志、包装储运标志和安全警告标志，按GB/T 191的有关规定执行。8.2包装8.2.1随同产品供应的技术文件a） 装箱清单；b） 产品使用维护说明书；c） 安装说明书；d） 产品质量合格证；e） 电气接线图；f） 电气原理图；g） 出厂检验记录；h） 保修卡；i） 用户意见调查表。8.2.2产品包装产品包装应符合GB/T 13384的规定。8.3贮存8.3.1气候条件一般贮存条件：a） 环境温度：40 55 ；b） 相对湿度：95。模块和控制面板应防止凝露。如果某些部件不立即安装，应将其贮存在一个清洁、干燥的地方，并且避免温度变化、高湿度及尘埃。如果可能，应避免温度和湿度的突然变化，如果贮存房间的温度变化程度达到使设备的表面出现凝露或结冰情况，应通过一个安全、可靠的加热系统来保护设备，以使设备温度保持在稍高于贮存房间的温度。如果设备暴露在低温下的时间较长，那么在温度达到房间温度之前，应不打开包装箱，否则将出现凝露。在某些内部部件上出现水分时，可能导致电气故障。8.3.2特定的存放危险特定的贮存条件：a） 水：应避免雨、雪等；b） 海拔：应不存放在高于海平面 3 000 m 以上的场所，若超过此高度应与制造商协商；c） 腐蚀性物质：应防止盐雾、危险性气体、腐蚀性液体等的侵蚀；d） 时间：上述条件适用于发货和存放总时间不超过 6 个月的情况，若存放时间较长，则应作专门的考虑；e） 啮齿动物和霉菌：当存放的设备可能受到啮齿动物入侵或霉菌侵蚀时，在设备的技术条件中应包括保护措施。对于啮齿动物应对设备外部材料及冷却孔和连接孔尺寸加以规定，以防啮齿动物侵入；对于霉菌应规定出适合于存放和工作环境的材料耐霉度。17XX/T XXXXXXXXX8.4运输气候条件、机械条件以及异常气候条件下的运输应符合GB/T 12668.22002中4.3的规定。8.4.1气候条件a） 环境温度：40 70 ；b） 相对湿度：95。注：温度限制指设备周围的环境温度（如集装箱内）。8.4.2异常气候条件在预计运输温度低于25 的场合，应采用加热运输方式或将选用的对低温敏感的器件卸下来。8.4.3包装运输条件产品应当能在4.3规定的环境条件下进行运输。产品在运输中，应有防雨防潮措施；产品（无冷却液）在运输过程中，应没有剧烈振动、撞击和倒置，同时产品不适宜与易燃易爆、腐蚀性、潮湿的物体混运。18