| 标准编号 | NB/T 31041-2019 (NB/T31041-2019) | | 中文名称 | 海上双馈风力发电机变流器技术规范 | | 英文名称 | Technical specification for converter of offshore doubly-fed wind turbine generator | | 行业 | 能源行业标准 (推荐) | | 中标分类 | K46 | | 国际标准分类 | 29.120.01 | | 字数估计 | 28,231 | | 发布日期 | 2019 | | 实施日期 | 2019-10-01 | | 发布机构 | 国家能源局 | NB/T 31041-2019
NB
ICS 29.120.01
K 46
中华人民共和国能源行业标准
代替 NB/T 31041-2012
海上双馈风力发电机变流器技术规范
2019-06-04发布
2019-10-01实施
国家能源局 发 布
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 技术要求...3
5 试验方法...9
6 检验规则...18
7 标志、包装、贮存和运输...20
前言
本标准按照 GB/T 1.1-2009 给出的规则起草。
本标准代替 NB/T 31041-2012《海上双馈风力发电机变流器》。本标准与 NB/T -31041-2012 相比，主
要变化如下：
--修改了标准名称，原《海上双馈风力发电机变流器》更名为《海上双馈风力发电机变流器技术
规范》；
--修改了第 1 章范围，本标准适用于海上双馈风力发电机组中的交直交电压源型低压变流器。海
上双馈风力发电机组中的中压变流器可参照本标准执行；
--删除了第 2 章规范性引用文件中以下标准：
GB 14048-2006 低压开关设备和控制设备第 1 部分；
GB 18451.1-2001 风力发电机组安全要求；
GB/T 5226.1-2008 机械电气安全机械电气设备第 1 部分：通用技术条件；
--增加了第 2 章规范性引用文件中以下标准：
NB/T 31054-2014风电机组电网适应性测试规程
NB/T 31111-2017 风电机组高电压穿越测试规程；
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 7350-1999 防水包装；
GB/T 8166-2011 缓冲包装设计；
NBT/T 31094-2016 风力发电设备海上特殊环境条件与技术要求；
--增加了术语和定义中的电网侧功率因数、共模电压、差模电压、du/dt值(见第3章)；
--增加了 4.1.1 产品型式按功率模块冷却方式分类的混合冷却型
--删除了配套机组额定容量(MW)；
--修改了 4.3.1 中 c）柜体内部宜装设除湿装置；
--删除了4.3.1结构及外观要求的柜体顶部需加装吊环；
--增加了4.3.3电气连接要求的c）和d）条款；
--修改了4.3.7过载能力需要在额定运行条件下；
--增加了 4.3.8 中过/欠频保护、电网断电保护、电网电流不平衡保护、功率器件硬件保护；
--修改了4.3.9温升应在标称电流运行条件下；
--增加了表3中铜铝复合排的温升标准；
--删除了表 3 中浪涌保护器与主电路的电阻元件的温升要求；
--增加了4.3.13共模电压、4.3.14差模电压、4.3.15du/dt值要求；
--修改了 4.3.16 效率不低于 97%；
--修改了 4.3.21 电网适应能力应符合 GB/T 19963 的要求，超过此条件应与制造商协商；
--增加了 4.3.22 故障穿越能力要求；
--修改了 4.3.29 变流器所发出的噪声声压级应不大于 80 dB（A）；
--修改了 5.3.8 条中图 2 双馈发电机转速与功率曲线；
--增加了 5.3.15 共模电压测试、5.3.16 差模电压测试、5.3.17du/dt 值测试、5.3.24 故障穿越能力
试验、5.3.33 贮存试验等试验方法；
--修改了5.3.23电网适应能力试验为按照BB/T 31054-2014的有关要求，在机组主控制系统的配
合下，由制造商与用户共同配合;
--修改了 5.3.27 交变湿热试验，严酷程度为：高温为 45℃；
--增加了 6.2.1 一般要求；
--增加了 6.2.2 接地要求；
--修改了表 6 负载控制功能试验为型式试验；
--增加了 7.2.2 产品包装;
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：北京金风科技电气设备有限公司、机械工业北京电工技术经济研究所、上海
电气输配电集团有限公司、上海电气风电集团有限公司、明阳智慧能源集团股份公司、国电联合动力技
术有限公司、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、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、远景能源（江苏）有限公司、
华锐风电科技（集团）股份有限公司、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：马忠宝、果岩、孙今英、陈昆明、王瑞明、张利、苑国锋、褚景春、郭亮、张新强、
刘鹏、汪锋、杨才建、项峰、俞庆、任高全、王姜骅、王连杰、王艳华、杨支峰、赵玉、周党生、李浩
然、白小岗、刘志。
本标准所代替标准的历次版本发布情况为：
海上双馈风力发电机变流器技术规范
1 范围
本标准规定了海上双馈风力发电机变流器（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。
本标准适用于海上双馈风力发电机组中的交直交电压源型低压变流器。海上双馈风力发电机组中的
中压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（12h＋12h
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 3783-2008 船用低压电器基本要求
GB/T 3797-2016 电气控制设备
GB/T 3859.1-2013 半导体变流器基本要求的规定
GB/T 4208外壳防护等级（IP代码）
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 5169.5 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 5169.11 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 5169.21 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 7094船用电气设备振动（正弦）试验方法
GB/T 7350-1999 防水包装
GB/T 8166-2011 缓冲包装设计
GB/T 12668.2-2002 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 12668.3-2012 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 机电产品包装通用技术条件
GB/T 13422-2013 半导体电力变流器电气试验方法
GB/T 15543-2008 电能质量 三相电压不平衡
GB 18802.1低压配电系统的电涌保护器（SPD） 第1部分：性能要求和试验方法
GB/T 19963 风电场接入电力系统技术规定
GB/T 20320-2013 风力发电机组 电能质量测量和评估方法
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 23479.1 风力发电机组 双馈异步发电机 第1部分：技术条件
JB/T 5777.2-2002 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 31014 双馈风力发电机变流器技术规范
NB/T 31051 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/T 31094-2016 风力发电设备海上特殊环境条件与技术要求
NB/T 31111 风电机组高电压穿越测试规程
3 术语和定义
GB/T 3859.1-1993、GB/T 2900.33、GB/T 2900.53、GB 18802.1、GB/T 19963及NB/T 31014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 converter power factor
电网侧变流器交流端有功功率与视在功率的比值。
3.4
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
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） 按环境温度分为常温型和低温型；
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：
注：超出以上优先系列的电压等级，由用户与制造商协商确定。
4.2 使用条件
4.2.1 正常使用环境条件
a） 按照NB/T 31094-2016中4.2规定，变流器正常使用环境温度分为：
常温型：-10 ℃～＋45 ℃。
低温型：-20 ℃～＋45 ℃；
b） 空气相对湿度：≤95％（20 ℃以下时）；
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：-5 ℃～40 ℃；
b）相对湿度：30%～90％（20℃以下）；
c）大气压力：86kPa～106kPa。
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 Hz～51.5 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，电网电压不平衡度应不超过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；
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 3783-2008 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。
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。布
线应按照 GB/T 3797-2016 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
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，用直流兆欧表，测量其绝缘电阻，应不小于1 MΩ。
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50Hz，历时1min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。
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，应与双馈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） 发电机欠/过速保护；
i） 过/欠电压保护；
j） 通信故障告警；
k） 过/欠频保护；
l） 电网断电保护；
m） 电网电流不平衡保护；
n） 功率器件硬件保护；
o） 浪涌过电压保护；
p） 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，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8/20μs）；
--变流器自身能够承受最小的标称放电电流In为20kA（波形8/20μs）。
此外，保护停机应能在保护条件解除后通过远程或就地自复位解除。
4.3.9 温升
在标称电流运行条件下，待各元件热稳定后，变流器各部位的极限温升见表3。
4.3.10 并网切入电流
发电机并网切入电流应不超过定子额定电流峰值。
4.3.11 通信要求
变流器应具有相应的通信接口，并能与机组主控制系统进行通信，通信协议可采用CDT、Modbus、
CANopen或PROFIBUS等。
4.3.12 功率因数
包括变流器的电网侧和机组输出端，变流器应具有一定的功率因数调节能力，变流器电网侧应具有
一定的功率因数调节能力，功率因数在±0.95之间可调节。
4.3.13 共模电压要求
变流器应设计的滤波环节或滤波器，匹配电机端共模电压耐受水平。
4.3.14 差模电压要求
变流器应设计的滤波环节或滤波器，匹配电机端差模电压耐受水平。
4.3.15 du/dt 要求
变流器应设计滤波环节或滤波器，匹配电机端对du/dt的耐受水平。
4.3.16 效率
在额定运行条件下，变流器效率应不低于97％。
4.3.17 冗余性
变流器应具备冗余功能。宜采用冗余的部件：电源、变流器控制单元。
变流器应具备较强的容错运行能力，应采用冗余的方式减少单一故障对整个系统产生的影响。
4.3.18 稳定性运行时间
变流器满载连续运行时间不小于72 h。
4.3.19 电磁兼容性能
4.3.19.1 静电放电抗扰度
变流器应能承受 GB/T 12668.3-2012 第 5 章规定的严酷等级的静电放电抗扰度试验。
4.3.19.2 电快速瞬变脉冲群抗扰度
变流器应能承受 GB/T 12668.3-2012 第 5 章规定的严酷等级的电快速瞬变脉冲群抗扰度试验。
4.3.20 总谐波畸变率(THD)
应符合GB/T 20320-2013中7.4关于谐波的规定。
4.3.21 电网适应能力
应符合GB/T 19963的要求，超过此条件应与制造商协商。
4.3.22 故障穿越能力
当发生低/高电压故障时，变流器在规定的电压幅值和持续时间内，应在机组主控制系统的配合下，
保证机组不脱网运行，应符合NB/T 31051、NB/T 31111的要求。
4.3.23 低温性能
变流器应具有耐低温性能，在试验环境为工作温度下限温度的情况下正常持续运行不少于2h。
注：产品通电到启动运行时间一般不超过2h。
4.3.24 高温性能
变流器应具有耐高温性能，在试验环境为工作温度上限温度的情况下正常持续运行不少于2h。
注：产品通电到启动运行时间一般不超过2h。
4.3.25 耐湿热性能
变流器应具有耐湿热性能。交变湿热试验后变流器应能正常启动运行，且绝缘电阻满足......
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