NB∕T 31042-2019 海上永磁风力发电机变流器技术规范(能源).pdf
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1、NB NB ICS 29.120.01 K 46 备案号:-20 中华人民共和国能源行业标准 NB / T 31042 2019 代替 DL / T 31042 2012 海上永磁风力发电机变流器技术规范 Technical Specification for converter of offshore permanent magnet wind turbine generator 2019-06-04发布 2019-10-01实施 国家能源局 发 布 NB / T 31042 2019 I 目 次 前言 . II 1 范围 . 1 2 规范性引用文件 . 1 3 术语和定义 . 2 4 技术
2、要求 . 2 5 试验方法 . 8 6 检验规则 . 15 7 标志、包装、贮存和运输 . 16 NB / T 31042 2019 II 前 言 本标准按照 GB/T 1.12009 给出的规则起草。 本标准代替 NB/T-31042-2012海上永磁风力发电机变流器 。本标准与 NB/T31042-2012 相比,主要变化如下: 修改了标准名称,原海上永磁风力发电机变流器更名为海上永磁风力发电机变流器技术规范 ; 增加了第三章“术语和定义”中的电网侧功率因数、差模电压、du/dt 值; 增加了第四章技术要求中的共模电压、差模电压及 du/dt 值的有关规定; 修改了 4.1.1 常温及低温
3、变流器机型的环境温度下限,常温型-10 ,低温型-20; 修改了 4.1.2 实验环境条件温度范围:-5 40;相对湿度条件90(20); 修改了 4.2.1 产品型式进行了细分,按环境温度和功率模块冷却方式分类; 修改了 4.2.2 产品参数中电网侧电压等级 KV:0.38(0.4) 、0.6(0.62) 、0.66(0.69) 、1(1.05) 、1.14(1.2) 、2.3(2.4) 、3(3.15) 、6(6.3) ,删除了配套机组额定容量; 修改了 4.3.5 绝缘要求相关内容描述,试验电压选取表内容细化; 增加了 4.3.7 变流器电网侧功率因数调节指标0.95; 修改了 4.3.
4、11 电网适应性,删除低电压穿越相关内容,引用标准改为 GB/T19963; 增加 4.3.22 故障穿越能力要求,涵盖了高/低电压穿越能力,引用标准 NB/T 31051-2014、NB/T 31111-2017; 修改了 4.3.12 变流器效率应不低于 97%; 增加了 4.3.13 温升试验中铜铝复合母线极限温升要求; 增加了 4.3.15 保护功能中的电网断电、 电网电流不平衡保护, 防雷保护的标称放电电流修改为20KA; 增加了 4.3.18 和 4.3.19 高低温性能规定了上下限温度持续运行时间为 2h; 增加了 4.3.20 耐交变湿热性能中湿热试验后绝缘电阻应不小于 0.5
5、 MW,介质强度应不低于介质强度试验电压值的 75。 增加了 4.3.24 噪声要求中 A 声级的规定; 增加了 4.3.25 通信要求中 CDT、Modbus 两种协议; 修改了 5.3.7 绝缘要求相关参考标准为 GB/T 3859.12013; 增加了 5.3.10 保护功能试验中的电网断电保护、电网电流不平衡保护的试验方法; 修改了 5.3.10.15 防雷保护试验次数为 10 次,试验电流为 20KA; 修改了 5.2.23 电网适应能力试验方法参考标准为 NB/T 31054-2014; 增加了 5.3.15 共模电压、5.3.16 差模电压、5.3.17du/dt 值、5.3.2
6、4 故障穿越能力、5.3.33 贮存等试验方法。 增加了 7.2.2 产品包装中对防水、防潮、防锈、防霉、防震、防磕碰、防磨的要求。 本标准由中国电器工业协会提出。 本标准由能源行业风电标准化技术委员会风电电器设备分技术委员会(NEA/TC1/SC6)归口。 本标准主要起草单位:上海电气输配电集团有限公司、机械工业北京电工技术经济研究所、北京金风科技电气设备有限公司、上海电气风电集团有限公司、明阳智慧能源集团股份公司、中国船级社质量 NB / T 31042 2019 III 认证公司、浙江海得新能源有限公司、天津瑞能电气有限公司、许昌开普检测研究院股份有限公司、天津天传电控设备检测有限公司、
7、国家电控配电设备质量监督检验中心。 本标准参加起草单位: 中国电力科学研究院有限公司、 北方工业大学、 浙江运达风电股份有限公司、北京天诚同创电气有限公司、苏州电器科学研究院股份有限公司、中国质量认证中心、深圳市禾望电气股份有限公司、北京鉴衡认证中心有限公司、江苏金风科技有限公司。 本标准起草人:孙今英、果岩、李宁、侯坤、杨才建、王瑞明、张利、苑国锋、荆亚楠、郭亮、张新强、林周泉、俞庆、李二海、王建全、王鹏、王艳华、张敏、赵玉、周党生、周新亮。 本标准所代替标准的历次版本发布情况为: NB/T 31042-2012 NB / T 31042 2019 1 海上永磁风力发电机变流器技术规范 1
8、范围 本标准规定了海上永磁风力发电机变流器(以下简称“变流器”)的术语和定义、技术要求、试验方法、检验规则等。 本标准适用于安装在海上风场连接永磁风力发电机定子绕组的电压源型变流器。 鼠笼型风力发电机、电励磁风力发电机,中/高速海上永磁风力发电机用变流器可参照本标准执行。 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, 仅所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/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
9、子产品环境试验第2部分:试验方法试验B:高温 GB/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 2423.16电工电子产品环境试验第2部分:试验方法试验J和导则:长霉 GB/T 2423.18环境试验第2部分:试验方法试验Kb:盐雾,交变(氯化钠溶液) 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 37832008 船用低压电气基本要求 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
10、本要求规范 GB/T 4208外壳防护等级(IP代码):总则 GB/T 4768-2008 防霉包装 GB/T 4879-2016 防锈包装 GB/T 5048-2017 防潮包装 GB/T 5169.52016电工电子产品着火危险试验第5部分:试验火焰针焰试验方法装置、确认试验方法和导则 GB/T 5169.112017电工电子产品着火危险试验第11部分:灼热丝/热丝基本试验方法成品的灼热丝可燃性试验方法 GB/T 5169.212017电工电子产品着火危险试验第21部分:非正常热球压试验 GB/T 70942016船用电气设备振动(正弦)试验方法 GB/T 7350-1999 防水包装 G
11、B/T 8166-2011 缓冲包装设计 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机电产品包装通用技术条件 NB / T 31042 2019 2 GB/T 134222013 半导体电力变流器电气试验方法 GB 14048.12012 低压开关设备和控制设备第1部分:总则 GB/T 155432008 三相电压不平衡 GB 18451.1风力发电机组设计要求 GB/T19963风电场接入电力系统技
12、术规定 GB/T 21714.1 雷电防护第1部分:总则 GB/T 21714.4 雷电防护第4部分:建筑物内电气和电子系统 GB/T 203202013 风力发电机组电能质量测量和评估方法 JB/T 5777.22002 电力系统二次电路用控制及继电保护屏(柜、台)通用技术条件 NB/T 310152018永磁风力发电机变流器技术规范 NB/T 31051-2014 风电机组低电压穿越能力测试规程 NB/T 31054-2014风电机组电网适应性测试规程 NB/T31094-2016 风力发电设备海上特殊环境条件与技术要求 NB/T 31111-2017风力发电机组高电压穿越测试规程 3 术
13、语和定义 GB/T 3859.12013、GB/T 2900.33、GB/T 2900.53、GB/T19963及NB/T 310152018界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 3.1 变流器控制单元converter control unit(CCU) 变流器的控制系统,主要包括核心处理器、协处理器、输入输出接口、通讯接口等,是控制变流器完成各种功能并与相关外设进行数据交互的重要部件。 3.2 冗余 Redundancy 重复配置系统的一些部件,当系统发生故障时,冗余配置的部件介入并承担故障部件的工作,由此减少系统的故障时间。 3.3 电网侧功率因数 line-side converte
14、r power factor 电网侧变流器交流端有功功率与视在功率的比值。 功率因数公式为: %100=SPPF . (1) 式中: PF:功率因数; P:有功功率; S:视在功率。 3.4 NB / T 31042 2019 3 共模电压 commonmode 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。 3.6 du/dt 值 du/dt value du
15、/dt通常定义为电压随时间的导数:90109010ii%du / dtU /t(UU) / (tt)= =。 式中: du / dt:电压随时间的导数; iU:电压变化值; it:时间变化值; 90%U:90%电压值; 90%t:90%电压值对应的时间值; 10%U:10%电压值; 10%t:10%电压值对应的时间值; 4 技术要求 4.1 产品型式和主要参数 4.1.1 产品型式 产品的型式分为: a) 按环境温度分为低温型和常温型; b) 按功率模块的冷却方式分为空冷型、液冷型、混合冷却型等,宜采用液冷型。 4.1.2 电网侧电压等级(kV) 变流器的电网侧电压等级优先采用以下系列: 0.
16、38(0.4)、0.6(0.62)、0.66(0.69)、1(1.05)、1.14(1.2)、2.3(2.4)、3(3.15)、6(6.3) 注:超出本优选系列,由制造商与用户协商确定。 4.2 使用条件 4.2.1 正常使用环境条件 a) 按照NB/T31094-2016中4.2规定,变流器正常使用环境温度分为: 常温型:1045 ; NB / T 31042 2019 4 低温型:2045 ; b)空气相对湿度:95; c)海拔高度:1000 m; d) 盐雾影响:有 e) 霉菌影响:有 4.2.2 正常试验环境条件 主要包括使用气候条件,变流器应在如下大气环境下进行试验: a)环境温度:
17、-540; b)相对湿度: 90(20以下); c)大气压力:86kPa106kPa。 4.2.3 贮存、运输时的环境温度 变流器在贮存和运输期间环境空气的极限温度范围为:40 70 。 4.2.4 正常使用的电气条件 4.2.4.1 电网频率变化范围 电网频率变化范围:47.5 Hz51.5 Hz。 4.2.4.2 电网电压波动范围 电网电压在额定值的10之内,变流器应能正常运行。 当电网电压超出上述范围,由用户与制造商协商。 4.2.4.3 电网电压不平衡度 按照GB/T 15543-2008中4的规定,电网电压不对称度应不超过2,短时不得超过4%。 4.3 性能要求 4.3.1 结构及外
18、观要求 a) 柜体宜采用钢制防腐设计; b) 柜体设一处公共接地点,柜体各处应保证与公共接地点的良好电气连接,具备电击防范措施,保护接地完整; c) 柜体内部宜装设除湿装置; d) 柜体内部控制单元的供电宜采用带屏蔽的隔离变压器的电源供电; e) 柜体设计应满足塔筒、机舱内的安装维护要求,易于安装,调试和维护; f) 柜体的按钮、开关、显示屏、信号灯与报警装置等的选型及其安装工艺,以及柜体进出线方式应与柜体的防护等级匹配; g) 柜体的结构牢固,应能承受运行环境下电、热、机械强度和振动对设备的影响; h) 操作器件应装在操作者易于操作的位置,紧急停机按钮应置于柜体的最显眼最易操作的位置,且按钮
19、本身装有保护罩; i) 柜体表面平整无凹凸现象,宜采用涂层处理,且漆层颜色应均匀一致,不得有起泡、裂纹和流痕等现象,柜门应能在不小于 90 度的角度内灵活启闭; NB / T 31042 2019 5 j) 柜体结构形式力求简单开敞,易于触及,易腐蚀表面设计应尽可能光滑,任何必要的加强件、接头和管子等应尽可能布置在腐蚀风险低的部位, 难以进行维护的空心部件应焊接牢固。 其他外露于空气中的金属应采用镀层保护,一般宜使用电镀的方法进行; 4.3.2 电气元器件要求 a) 表 1 所列元器件应符合 GB/T 37832008 中 7.1.1.2 的要求; b) 除陶瓷材料外的所有固体绝缘部件都应具有
20、耐热性, 即部件经耐热性试验后, 压痕横跨最大尺寸不大于 2mm; c) 除陶瓷材料外的所有固体绝缘部件都应具有耐燃性,即部件经灼热丝试验(或针焰试验)后不起燃,或即使发生起燃,燃烧及灼热在移开灼热丝(或针焰)后的 30s 内能完全熄灭,且指示绢纸不起燃。同时,所有塑料部件还应具有滞燃性,即经过滞燃试验后,这些部件燃烧或损坏部分的长度不大于 60mm; d) 所有元器件应按照制造厂说明书安装,并符合元器件各自相关标准的要求。 表1 应满足要求的元器件分类 类别 包括类型 低压配电产品 空气断路器、塑壳断路器、微型断路器、漏电开关 低压控制及自动化产品 接触器、继电器、开关电源、电机起动器、按钮
21、开关、指示灯、端子 熔断器产品 快熔、慢熔 变压器及电抗器 自耦变压器、隔离变压器、滤波电抗 4.3.3 电气连接要求 a) 应保证各个电气连接的正确性, 电容器、 快速熔断器、 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应满足变流器最大导通电流能力, 按照 GB/T 37972016 中 6.7 的规定; b) 所有裸露部分导体、连接头、端子排、焊接点及电路板均应作防腐、防潮处理; c) 导电部分宜用铜或铜合金制造; d) 当非铝质电气附件与铝制件相连接时,应采取适当的防止电解腐蚀的措施; e) 柜内布线工艺和电气连接应考虑外绝缘的腐蚀和凝露对爬
22、电距离的影响, 以及高湿度对空气绝缘的影响; f) 交流系统使用多芯电缆时不应使用磁性材料屏蔽; g) 单芯电缆需要并联时,并联电缆的型号、长度、线头工艺须相同; h) 固定电缆宜采用永久性防腐的非磁性线夹和支架; i) 屏蔽电缆或处于金属管内的电缆,屏蔽网或金属管应作等电位连接。 4.3.4 防触电措施 保护接地端子应具有适当的防腐蚀措施,其余按照JB/T 5777.2-2002中5.12的规定。 4.3.5 绝缘性能 4.3.5.1 绝缘电阻 NB / T 31042 2019 6 在 4.2.2 规定的正常试验大气条件下,变流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
23、流兆欧表,测量其绝缘电阻,应不小于 1 M。 4.3.5.2 电介质强度 在 4.2.2 规定的正常试验大气条件下,变流器应能承受频率为 50 Hz,历时 1 min 的工频耐压试验 而无击穿闪络及元件损坏现象。 4.3.5.3 电气间隙和爬电距离 变流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表 2的要求。 表 2 电气间隙和爬电距离允许值 额定线电压U kV 电气间隙 mm 爬电距离 mm 0.38(0.4) 8 14 0.6(0.62) 12 22 0.66(0.69) 12 22 1(1.05) 16 32 1.14(1.2) 18 35 2.3(2
24、.4) 28 55 3(3.15) 36 75 6(6.3) 100 125 4.3.6 负载控制功能 在允许的发电机转速范围内和规定的负载等级下, 变流器应能正常控制风力发电机的并网操作和相应功率的输出。 4.3.7 过载能力 变流器的过载能力,包括电机侧和电网侧,应与永磁发电机过载能力相匹配。在变流器额定运行条件下,在 110的标称电流下,持续运行时间应不少于 1 min。 4.3.8 保护功能 变流器应至少具有以下保护功能: a) 过电流保护; b) 缺相保护; c) 相序错误保护; d) 电网电压不平衡保护; e) 接地故障保护; f) 冷却系统故障保护; g) 过温保护; h) 发电
25、机超速保护; i) 过/欠电压保护; j) 通信故障告警; NB / T 31042 2019 7 k) 浪涌过电压保护; l) 电网断电保护; m) 电网电流不平衡保护; n) 防雷保护。 变流器防雷应符合GB/T 21714.4的要求。 变流器应安装于具有雷电电磁脉冲防护系统 (LEMS)的风力发电设备区域内,且满足如下 2 种情形之一: 推荐使用变流器外部加载浪涌保护器(SPD)的方式,抑制感应雷冲击。加载SPD装置的变流器最小能承受标称放电电流In为20kA(波形8/20s); 变流器自身能够承受最小的标称放电电流In为20kA(波形8/20s)。 此外,保护停机应能在保护条件解除后通
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