T∕CPSS 1003-2020 固态切换开关现场验收试验技术规范.pdf

ICS 号 01.040.29中国标准文献分类号 K46 团 体 标 准 T/CPSS 10032020 固态切换开关现场验收试验技术规范 Technical specification for solid state transfer switch site acceptance test 2020-08-25发布 2020-09-01实施 中国电源学会 发布T/CPSS 10032020 I 目 次 前言 . III 1 范围 . 1 2 规范性引用文件 . 1 3 术语和定义 . 1 4 现场验收试验前准备 . 4 5 现场验收试验电路及要求 . 5 6 现场验收试验内容及方法 . 6 附录 A（规范性附录） 固态切换开关拓扑结构 . 11 附录 B（资料性附录） 试验记录 . 14 图 1 切换时间定义 . 3 图 2 试验电路 . 5 图 A.1 主备式混合型固态切换开关拓扑结构 . 11 图 A.2 分裂母线式混合型固态切换开关拓扑结构 . 12 表 1 试验项目 . 6 表 2 装置额定电压 1 kV 及以下的电气间隙与爬电距离 . 7 表 3 装置工频耐受电压 . 9 表 B.1 外观和结构检查试验记录表 . 14 表 B.2 电气间隙和爬电距离试验记录表 . 14 表 B.3 绝缘电阻试验记录表 . 14 表 B.4 绝缘强度试验记录表 . 14 表 B.5 核相试验记录表 . 15 表 B.6 显示功能试验记录 . 15 表 B.7 传动试验记录表 . 15 表 B.8 最小切换时间试验记录表 . 15 表 B.9 切换时间间隔试验记录表 . 17 表 B.10 旁路试验记录表 . 17 表 B.11 冲击性负荷试验记录表 . 18 表 B.12 通讯试验记录表 . 18 T/CPSS 10032020 II 前 言 本标准按照GB/T 1.12009给出的规则起草。 本标准由中国电源学会提出并解释。 本标准起草单位：国网北京市电力公司电力科学研究院、西安爱科赛博电气股份有限公司、国网湖北省电力有限公司电力科学研究院、 山东鲁能智能技术有限公司、 国网重庆市电力公司电力科学研究院、北京京电网能科技有限公司、西安交通大学、福州大学电气工程与自动化学院、云南电网有限责任公司电力科学研究院、国网福建省电力有限公司电力科学研究院、亚洲电能质量产业联盟、安徽大学绿色产业创新研究院、国网山西省电力公司电力科学研究院。 本标准主要起草人：汪伟、白士贤、于希娟、丁凯、王瑞琪、杨爽、周作春、易皓、张逸、覃日升、林焱、王语洁、焦亚东、王金浩。 T/CPSS 10032020 1 固态切换开关现场验收试验技术规范 1 范围 本标准规定了固态切换开关装置（简称装置）现场验收试验的相关术语和定义、现场验收试验前准备、现场验收试验电路及要求、试验内容及方法等方面的内容。 本标准适用于标称电压为1 000 V及以下，标称频率为50 Hz的三相交流低压配电系统，用户配电用固态切换开关以及主要元件和辅助设备。其它具有类似功能的装置也可参照执行。 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 155432008 电能质量 三相不平衡 GB/T 145491993 电能质量 公用电网谐波 GB/T 311.1 绝缘配合 第1部分：定义、原则和规则 GB/T 17626.342012 电磁兼容 试验和测量技术 主电源每相电流大于16 A的设备的电压暂降、短时中断和电压变化抗扰度试验 DL/T 12262013 固态切换开关技术规范 3 术语和定义 下列定义和术语适用于本标准。 3.1 半控型电力电子器件 semi-controlled electrical power device 通过控制信号可以控制其导通而无法控制其关断的电力电子器件。 注：半控型电力电子器件主要为晶闸管等。 3.2 全控型电力电子器件 full-controlled electrical power device 通过控制信号既可以控制其导通又可以控制器关断的电力电子器件。 注：全控型电力电子器件包括：IGBT、IGCT、MOSFET等。 3.3 电力电子阀 semiconductor valve 由电力电子器件及其附件组成的电气和机械组件， 通过控制系统能够完成主电路电流通断控制的功率单元。 DL/T 12262013，定义3.1 T/CPSS 10032020 2 3.4 快速开关 high-speed switch 并联于电力电子阀组两端的具有快速分断能力的机械开关，与电力电子阀配合完成电流的转移。 DL/T 12262013，定义3.2 3.5 切换单元 switch unit 固态切换开关的基本组成单元，一般由电力电子阀、快速开关等单独或组合构成，完成分断或接通功能，分为纯固态切换单元和混合固态切换单元两种类型。 DL/T 12262013，定义3.3 3.6 固态切换开关 solid state transfer switch (SSTS) 一种由切换单元、控制保护单元以及辅件构成的切换装置，主要为保证负荷不间断供电而设计，可快速完成负荷在双路（或多路）独立交流供电电源之间的切换。 DL/T 12262013，定义3.4 注：固态切换开关的拓扑结构见附录A。 3.7 半控型固态切换开关 semi-controlled solid state switch 一种切换单元电力电子阀，由半控型电力电子器件构成的固态切换开关。 3.8 全控型固态切换开关 full-controlled solid state switch 一种切换单元电力电子阀，由全控型电力电子器件构成的固态切换开关。 3.9 电源电压异常 supply voltage abnormality 电源出现电压暂升、暂降、中断、电压波动等超出负荷允许范围的状态。 DL/T 12262013，定义3.5 3.10 检测时间 detection time 从电源电压发生异常至装置控制系统检测到该异常的时间。 DL/T 12262013，定义3.6 3.11 整定时间 setting time 根据负荷电压异常允许能力和系统运行要求设定的时间， 即从装置控制系统检测到电压异常到发出切换命令之间的时间。 DL/T 12262013，定义3.7 T/CPSS 10032020 3 3.12 转移时间 transfer time 从装置控制系统发出切换命令到负荷转移到备用电源所用的时间。 DL/T 12262013，定义3.8 3.13 切换时间 action time 从电源电压发生异常到负荷转移到备用电源的时间，即检测时间、整定时间和转移时间之和（见图1）。整定时间为零时的切换时间为最小切换时间。 检测时间整定时间转移时间切换时间 图1 切换时间定义 DL/T 12262013，定义3.9 3.14 主电源 preferred source 在正常情况下，向负荷持续供电的电源。 DL/T 12262013，定义3.11 3.15 备用电源 alternate source 当主电源异常时替代主电源向负荷供电的电源。 DL/T 12262013，定义3.12 3.16 切换时间间隔 time interval of action 本次切换过程完成到允许下一次切换过程开始之间的时间间隔。 装置可承受的连续切换的最短切换时间间隔称为最小切换时间间隔。 DL/T 12262013，定义3.15 3.17 额定值 rated value 用于规范目的的量值，为部件、器件、装置、设备或系统规定的运行条件而建立。 GB/T 2900.832008,定义151-16-08 注1：量可描述电、热、机械的或环境的性能。 注2：对于半导体变流器额定值通常是指半导体阀器件、阀器件组件或变流器，用以规范其运行的量值。 注3：系统的标称值（例如“标称电压”，见 GB/T 2900.502008,定义 601-01-21）通常等于设备中对应的额定值。二者的值都在量的允差带内。 T/CPSS 10032020 4 注4：半导体器件与许多其他电气部件不同，即使超过其最大额定值时间极短，也可能不可恢复地损坏。 注5：应规定额定值的变化范围，该范围边界值为限值。限值可是最大值或最小值。 4 现场验收试验前准备 4.1 验收试验人员要求 试验人员应具有电气设备试验测试从业资格， 熟悉固态切换开关相关技术标准规范以及试验操作方法。 4.2 验收试验环境要求与安全防护 4.2.1 试验场地要求 试验场地应满足下述要求： 试验场地应该干净、宽敞； 试验场地的温度、湿度、海拔应符合测试装置运行环境对温湿度以及海拔的要求； 试验场地应无损坏绝缘及腐蚀金属的有害气体及蒸汽； 试验场地应无导电性及爆炸性尘埃； 试验场地应有遮挡，避免雨、雪、风暴等对试验场地的影响。 4.2.2 试验安全标识要求 试验安全标示应满足下述要求： 试验场地应有安全警示标识，禁止非试验人员进入场地； 试验设备对外输入/输出带电接线端，应有防护安全标识。 4.2.3 试验安全防护要求 试验安全防护要求如下： 应对试验测试设备进行围挡防护，并且应配置安全警示报警； 试验人员应穿戴用于安全防护的绝缘鞋、绝缘手套； 在试验操作区域地面应铺设绝缘垫； 所用绝缘防护设备应满足试验测试要求的安规绝缘等级； 试验场地应配置灭火装置或灭火系统； 被测试设备应可靠接地； 被测试设备对外输入/输出带电接线端，不应直接裸露，应用绝缘安全防护，避免测试人员身体触碰。 4.3 验收试验操作规程 4.3.1 条件准备 应做好如下准备工作： 验收试验所需测试仪器仪表，确保在计量有效期内； 验收试验过程所需的数据记录表格、文件、以及需要数据存储的存储介质； 测试设备就绪、场地就绪、安全防护准备就绪。 T/CPSS 10032020 5 4.3.2 试验操作流程 宜采用如下试验操作流程： 结构外观测试项目； 安规保护试验项目； 通讯及无需主电测试项目； 功率运行条件下的测试项目。 4.3.3 试验后整理 试验后做好如下整理工作： 试验仪器仪表整理； 试验场地整理、恢复； 试验数据整理，编制验收试验报告。 5 现场验收试验电路及要求 5.1 试验电路 装置现场试验宜采用图2所示的试验电路， 对其进行试验测试。 图2中标识了试验电路中监测点以及监测信号，作为有关性能指标判断依据。 被测试SSTS负载电压暂降发生器交流备用电源交流主电源监测点1 电压监测点2 电压监测点3 电压、电流开关1 开关2 注：开关1、开关2为具有分断保护作用的开关器件（空气开关、负荷开关等）。 图2 试验电路 5.2 电源要求 现场试验电源应满足： a) 测试交流主备用电源功率大于待测试装置的额定功率。电压不平衡度应满足 GB/T 155432008 中 4.1 条的规定；谐波畸变率应满足 GB/T 145491993 中第 4 节的限值要求。 注：该装置不适用于主电源或备用电源为孤网运行的微电网的工况。 b) 电压暂降发生器： 电压暂降发生器用以产生满足各类电源特性的测试电压， 其性能和特征应满足 GB/T 17626.342012 中第 6 章对测试设备的要求。 T/CPSS 10032020 6 用于三相设备电压测试时，电压暂降发生器还应满足以下要求： 具有星型和三角形两种接线方式； 满足附录 A 各类三相电压暂降类型的测试要求。 5.3 测量仪器要求 所有测量仪器、仪表应符合规定的检验周期，其测试精度应满足： 仪器、仪表的数据采集应满足不大于 100 s 的时间分辨率。 仪器应具有手动/自动录波功能，且具备不少于 300 个工频波形录波数量。 5.4 测试负载 5.4.1 标准负载 负载最大功率应不小于待测试装置额定功率，且负载功率可调节，负载功率因数应在0.8范围内。 5.4.2 冲击性负载 负载冲击功率不宜大于待测试设备5倍额定功率。 6 现场验收试验内容及方法 6.1 试验内容 试验项目见表1。 表1 试验项目 序号 试验项目 试验方法 必做项目 选做项目 1 外观和结构检查 6.2.1 2 绝缘电阻检查 6.2.2 3 绝缘强度试验 6.2.3 4 核相试验 6.2.4 5 保护试验 6.2.5 6 传动试验 6.2.6 7 最小切换时间试验 6.2.7 8 最小切换时间间隔试验 6.2.8 9 旁路试验 6.2.9 10 冲击性负荷启动 6.2.10 11 通讯试验（检测上传） 6.2.11 6.2 试验方法 6.2.1 外观和结构检查 6.2.1.1 外观检查 用目测和仪器测量的方法进行，装置外观应符合DL/T 12262013及下列规定： 装置的壳体外表面，一般应喷涂无炫目反光的覆盖层，表面不得有起泡、裂纹或流痕等缺陷； 装置所选用的指示灯、按钮、导线及母线的相位标志应符合相关标准的要求； 装置应能承受一定的机械、电和热的应力，其构件应有良好的防腐蚀性能； 外形尺寸、端子等应符合产品图样要求，铭牌参数标志清晰，数据正确； T/CPSS 10032020 7 柜门和外壳应有良好接地。 6.2.1.2 结构电气间隙和爬电距离检查 电气间隙和爬电距离应满足DL/T 12262013的要求： 装置内裸露带电导体之间以及它们与外壳之间的电气间隙和爬电距离应不小于表 2 的规定。 正常使用条件下， 装置裸露带电导体相间及它们与外壳之间的最小电气间隙与爬电距离应符合表 2 的规定。 表2 装置额定电压 1 kV 及以下的电气间隙与爬电距离 额定电压 V 最小电气间隙 mm 最小爬电距离 mm 60Ui660 10 12 660Ui1 000 12 20 6.2.2 绝缘电阻检查 绝缘检查应符合DL/T 12262013的要求，绝缘电阻大于1 000 /V（标称电压），则此项试验通过。 绝缘检查应使用电压至少为500 V的绝缘电阻表（兆欧表）进行绝缘电阻测量，测量部位如下： 相导体之间； 相导体与裸露导电部件之间。 6.2.3 绝缘强度试验 试验方法参照GB/T 311.1的规定，成套装置输入、输出分别对地工频耐受电压试验，结果应符合本标准6.3.5的要求。 6.2.4 核相试验 利用相序分析仪表对两路电源分别进行相序测量，确定其接入设备相序关系。 6.2.5 保护试验 6.2.5.1 过流试验 在主电路上施加电流信号， 从额定电流逐渐增大至装置过流保护阈值， 或在二次回路上施加等效电流信号进行试验测试，过流保护阈值不宜小于额定电流的2.5倍，在整定范围内装置保护部分应能正常保护。 6.2.5.2 过载试验 在主电路上施加电流信号， 从额定电流逐渐增大至装置过载保护阈值， 或在二次回路上施加等效电流信号进行试验测试，过载告警阈值不宜小于额定电流的110%，在整定范围内装置保护告警部分应能正常动作。 6.2.5.3 过压试验 在主电路上施加工频电压信号， 从额定电压逐渐增大至装置过压保护阈值， 或在二次回路上施加等效电压信号进行试验测试， 过压保护阈值不宜小于额定电压的115%， 在整定范围内装置保护部分应能正常保护。 T/CPSS 10032020 8 注：过电压的原因和过电压保护的方法参见GB/T 3859.12013中6.6.6。 6.2.6 传动试验 设定装置投入、退出、手动切换、自动切换、自动回切，等控制操作方式，装置应显示、动作正常、录波数据正常。 6.2.7 最小切换时间试验 试验电路如图2所示， 用电压暂降发生器分别产生单相、 两相、 三相电压暂降， 电压暂降深度为90%10%，每10%为1档，在各种试验下测得切换时间均应符合6.3.1的要求。 6.2.8 最小切换时间间隔试验 试验电路如图2所示，在额定负载情况下，进行电压暂降自动切换试验，操作次数5次，每次时间间隔符合6.3.2的要求。 6.2.9 旁路试验 试验电路如图2所示，进行手动旁路切换或自动旁路切换试验，操作次数5次，每次均可靠有效实现旁路切换，则满足要求。 6.2.10 冲击性负荷启动 装置在投入状态下，启动冲击性负荷，装置应处于投入运行状态或切换旁路运行模式，操作次数5次，装置不出现故障，则满足要求。 注：电压暂降发生器若不具备冲击性负荷启动，宜在备用侧电源运行工况下测试。 6.2.11 通讯试验 将装置的通讯接口与通讯终端连接，通过通讯终端下发启动、停机、切换等操作指令，装置依据指令能正确动作执行，同时能对装置运行状态、运行数据读取，则满足要求。 6.3 试验结果评估 6.3.1 切换时间 最小切换时间应符合DL/T 12262013第6.5条的指标要求。 6.3.2 切换时间间隔 最小切换时间间隔应符合DL/T 12262013第6.6条的指标要求。 6.3.3 显示功能 装置以下显示功能正确有效，则合格： 装置的工作状态和供电电源工作状态； 各路独立电源的电压、电流； 负荷侧的电压、电流； 主要部件如控制器、电力电子阀、快速开关、冷却系统（如果有）等的工作状态； 主要通信口的通信状态； 事件记录。 T/CPSS 10032020 9 6.3.4 控制及保护功能 6.3.4.1 控制功能 控制功能如下： 装置应具备手动切换和自动切换两种控制方式； 当主供电电源从故障状态恢复正常后，应能够实现自动回切，自动回切功能可由用户设定； 装置应具备就地控制和远方控制； 装置应具备防止在切换过程中电源间出现环流； 装置故障，动作保护后，能事故报警，电力电子阀单元退出，但装置不应中断负荷供电。 6.3.4.2 固态开关单元保护功能 异常保护功能如下： 控制器异常保护； 电力电子阀体异常保护； 快速开关异常保护（如果有）； 冷却系统异常保护（如果有）。 6.3.4.3 系统异常保护 系统异常保护如下： 过电流保护； 过载告警； 过压保护。 6.3.5 绝缘强度 装置工频耐受电压应符合表3的要求。 表3 装置工频耐受电压 额定电压 V 工频耐受电压（有效值） V 60U300 2 000 300U690 2 500 690U800 3 000 800U1 000 3 500 6.3.6 旁路试验 装置带载运行中，进行手动或者自动旁路试验，均能有效切换旁路，则试验满足要求。 6.3.7 冲击性负荷试验 装置运行过程中，投入冲击性负荷，装置持续运行（电力电子阀运行或者切换到旁路运行），则试验满足要求。 T/CPSS 10032020 10 6.3.8 通讯操作功能 通讯操作功能如下： 对装置面板各功能操作，能有效实现对装置的运行控制操作； 将装置通讯端口与通讯终端连接，能有效实现对装置的运行控制、状态数据读取等操作。 6.4 试验记录 试验结果记录参见附录B。 T/CPSS 10032020 11 附 录 A （规范性附录） 固态切换开关拓扑结构 A.1 主备式混合型固态切换开关拓扑结构 主备式混合型固态切换开关拓扑结构如图A.1所示。 主电源负荷备用电源SU1SU2HS1HS2VS1VS2 a） 半控型固态切换开关拓扑结构 主电源负荷备用电源SU1SU2HS1HS2VS1VS2 b） 全控型固态切换开关拓扑结构 说明： HS 快速开关 SU 切换单位 VS 阀体 T/CPSS 10032020 12 VS1/VS2 全控/半控型电力电子器件 图A.1 主备式混合型固态切换开关拓扑结构 A.2 分裂母线式混合型固态切换开关拓扑结构 分裂母线式混合型固态切换开关拓扑结构如图A.2所示。 主电源负荷1SU1HS1VS1SU2HS2VS2SU3HS3VS3备用电源负荷2 a） 半控型固态切换开关拓扑结构 主电源负荷1SU1HS1VS1SU2HS2VS2SU3HS3VS3备用电源负荷2 b） 全控型固态切换开关拓扑结构 T/CPSS 10032020 13 说明： HS 快速开关 SU 切换单位 VS 阀体 VS1/VS2 全控/半控型电力电子器件 图A.2 分裂母线式混合型固态切换开关拓扑结构 T/CPSS 10032020 14 附 录 B （资料性附录） 试验记录 B.1 外观和结构检查试验记录 外观和结构检查试验记录，可参考表B.1填写。 表B.1 外观和结构检查试验记录表 项目 合格 不合格 外观 结构 B.2 电气间隙和爬电距离试验记录 电气间隙和爬电距离试验记录，可参考表B.2填写。 表B.2 电气间隙和爬电距离试验记录表 项目 测试数据 ms 合格 不合格 爬电距离 电气间隙 B.3 绝缘电阻试验记录 绝缘电阻试验记录，可参考表B.3填写。 表B.3 绝缘电阻试验记录表 项目 测试数据 M 合格 不合格 绝缘电阻 B.4 绝缘强度试验记录 绝缘强度试验记录，可参考表B.4填写。 表B.4 绝缘强度试验记录表 项目 测试数据 V 合格 不合格 工频耐受电压 B.5 核相试验记录 核相试验记录，可参考表B.5填写。 T/CPSS 10032020 15 表B.5 核相试验记录表 项目 一致 不一致 检查输入相序与装置标识相序是否一致 B.6 显示功能试验记录 显示功能试验记录，可参考表B.6填写。 表B.6 显示功能试验记录表 项目 合格 不合格 显示功能检查 B.7 传动试验记录 传动试验记录，可参考表B.7填写。 表B.7 传动试验记录表 项目 显示/录波 正确 显示/录波 不正确 投入 退出 手动切换 自动切换 自动回切 B.8 最小切换时间试验记录 最小切换时间试验记录，可参考表B.8填写。 表B.8 最小切换时间试验记录表 负载属性 暂降程度 切换时间 ms 阻性负载 10% 单相 两相 三相 20% 单相 两相 三相 30% 单相 两相 三相 40% 单相 两相 三相 50% 单相 两相 三相 T/CPSS 10032020 16 表 B.8（续） 负载属性 暂降程度 切换时间 ms 阻性负载 60% 单相 两相 三相 70% 单相 两相 三相 80% 单相 两相 三相 90% 单相 两相 三相 感性负载 10% 单相 两相 三相 20% 单相 两相 三相 30% 单相 两相 三相 40% 单相 两相 三相 50% 单相 两相 三相 60% 单相 两相 三相 70% 单相 两相 三相 80% 单相 两相 三相 90% 单相 两相 三相 容性负载 10% 单相 两相 三相 20% 单相 两相 三相 30% 单相 两相 三相 40% 单相 两相 三相 T/CPSS 10032020 17 表 B.8（续） 负载属性 暂降程度 切换时间 ms 容性负载 50% 单相 两相 三相 60% 单相 两相 三相 70% 单相 两相 三相 80% 单相 两相 三相 90% 单相 两相 三相 切换时间 注：最小切换时间为所有测试数据中的最大值。 B.9 切换时间间隔试验记录 切换时间间隔试验记录，可参考表B.9填写。 表B.9 切换时间间隔试验记录表 项目 切换间隔时间 ms 试验1 试验2 试验3 试验4 试验5 最小切换时间间隔 注：最小切换时间间隔为所有测试数据中的最小值。 B.10 旁路试验记录 旁路试验记录，可参考表B.10填写。 表B.10 旁路试验记录表 项目 合格 不合格 手动切旁路 自动切旁路 B.11 冲击性负荷试验记录 冲击性负荷试验记录，可参考表B.11填写。 T/CPSS 10032020 18 表B.11 冲击性负荷试验记录表 项目 合格 不合格 冲击性负荷投入， 装置运行应无异常无故障 B.12 通讯试验记录 通讯试验记录，可参考表B.12填写。 表B.12 通讯试验记录表 项目 合格 不合格 控制指令下发 状态读取