IEC 62927：高压直流输电用电压源换流器阀

IEC 62927于2017年发布（同年发布1号勘误表），规定了用于高压直流输电电压源换流器系统的自换流换流器阀的电气型式试验和出厂试验。由IEC TC 22（电力电子系统和设备）下属SC 22F（输配电用电力电子技术）制定的该标准，填补了VSC-HVDC技术在海上风电集成、多端直流网络和长距离海底输电领域成为主导选择后一个关键的测试框架空白。与电网换相换流器型HVDC系统不同，VSC-HVDC可以独立控制有功和无功功率，在弱交流网络中运行，甚至可为无源负荷供电，使其成为全球现代HVDC项目的首选技术。

试验分类与范围

标准将试验分为三个主要类别：介质试验、运行试验和生产试验。介质试验验证阀绝缘系统承受各种过电压应力的能力，包括交流电压、直流电压、雷电冲击和操作冲击。运行试验验证阀在特定条件下传导和开关电流的能力。生产试验在每个阀或子模块上进行，以验证制造质量，包括局部放电测量、控制和监控系统功能检查以及冷却系统压力试验。

介质试验要求针对每个阀端子（直流端子、交流端子和阀对地）进行规定。试验水平根据阀额定电压使用标准中规定的倍乘系数导出。例如，直流电压耐受试验在1.85倍Uv下进行60分钟，而雷电冲击耐受水平为1.3倍阀保护水平。这些试验水平确保阀绝缘配合与按照IEC 60071-1和IEC 60071-2规定的整体HVDC换流站绝缘设计保持一致。

运行试验与生产试验详解

运行试验旨在验证阀在实际运行条件下的能力。最低直流电压试验验证阀在运行中预期的最低直流电压下能够开通。最大电流关断试验验证阀能在吸收缓冲电路和子模块电容器中的能量的同时，安全关断最大预期运行电流。故障电流试验使阀承受最严重情况的直流侧故障，验证阀能够承受故障电流直到直流断路器或换流器保护动作。现代采用压接式IGBT和全桥子模块MMC拓扑的VSC-HVDC阀可实现超过99.5%的阀效率。

每个子模块的生产试验确保一致的制造质量。局部放电测量尤为重要——每个子模块必须将局部放电水平控制在规定限值以下，以确保长期绝缘可靠性。控制系统功能试验验证子模块控制板、栅极驱动单元和监控传感器在整个电压和温度范围内正确运行。冷却系统在1.5倍额定压力下的压力试验验证冷却系统无泄漏，这对于带走IGBT开关损耗产生的热量至关重要。

VSC阀系统工程设计要点

从系统设计角度，VSC阀的热管理是最关键的工程挑战之一。VSC阀中每个IGBT模块在满负荷运行时耗散1-3 kW的热量，包含数百个子模块的完整阀组件可产生数兆瓦的热功率。冷却系统设计直接影响阀的电流额定值和可靠性。去离子水冷却系统采用不锈钢管道和板式换热器是标准配置，每个IGBT模块的热阻低于0.02 K/W。

电磁兼容性是另一个关键设计考虑因素。VSC阀因IGBT开关转换产生高频电磁发射。阀厅必须设计为法拉第笼，在高达30 MHz的频率下电磁屏蔽效能至少为60 dB。每个阀臂交流侧的阀电抗器必须同时处理基波和开关频率电流。标准建议阀设计包括全面的EMC测试，以验证符合适用的限值并确保与位于同一站内的控制和保护设备的兼容性。