T/DIPA 16-2023 柔性直流换流阀功率模块可靠性试验

ICS 29.200
CCS K 46
团体标准
T/DIPA 16-2023
柔性直流换流阀功率模块可靠性试验
Reliability testing for voltage source converter power module
2023 - 12 - 29 发布2024 - 03 - 30 实施
珠海市直流输电及电力电子产业促进会发布

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
3.1 功率半导体术语................................................................. 1
3.2 VSC 结构术语....................................................................2
3.3 可靠性术语..................................................................... 2
4 总则................................................................................. 3
4.1 概述........................................................................... 3
4.2 可靠性试验执行................................................................. 3
4.3 可靠性试验验收................................................................. 4
5 可靠性试验项目....................................................................... 5
6 最大连续运行负荷试验................................................................. 6
6.1 试验目的....................................................................... 6
6.2 试验对象....................................................................... 6
6.3 试验要求....................................................................... 6
7 故障旁路试验......................................................................... 7
7.1 旁路开关正常合闸试验........................................................... 7
7.2 旁路开关误合闸试验............................................................. 8
8 环境试验............................................................................. 8
8.1 低温试验....................................................................... 8
8.2 高温试验....................................................................... 9
8.3 温度交变试验.................................................................. 10
8.4 交变湿热试验.................................................................. 11
8.5 振动试验...................................................................... 12
8.6 冲击试验...................................................................... 13
9 电磁兼容试验........................................................................ 14
9.1 试验目的...................................................................... 14
9.2 试验对象...................................................................... 14
9.3 试验要求...................................................................... 14
9.4 试验方法...................................................................... 14
10 过压短路试验....................................................................... 15
10.1 试验目的..................................................................... 16
10.2 试验对象..................................................................... 16
10.3 试验要求..................................................................... 16
10.4 试验方法..................................................................... 16
11 长期老化试验....................................................................... 16
11.1 试验目的..................................................................... 16
11.2 试验对象..................................................................... 16
11.3 试验要求..................................................................... 16
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II
11.4 试验方法..................................................................... 17
12 可靠性试验结果的表述............................................................... 18
T/DIPA 16—2023
III
前 言
本文件按照GB/T 1.1—2020《标准化工作导则第1 部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定
起草。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。
本文件由国家标准创新基地（直流输电及电力电子）筹建和珠海市直流输电及电力电子产业促进会
标准化管理中心提出和归口。
本文件起草单位：南方电网科学研究院有限责任公司、广州南网科研技术有限责任公司、南方电网
公司输配电部、广东电网直流配用电研究中心、广东电网有限责任公司广州供电局、西安高压电器研究
院股份有限公司、工业和信息化部电子第五研究所、许昌开普检测研究院股份有限公司、珠海开普检测
技术有限公司、荣信汇科电气股份有限公司、西安西电电力系统有限公司、许继电气股份有限公司、特
变电工西安柔性输配电有限公司、南京南瑞继保电气有限公司、中电普瑞电力工程有限公司、上海交通
大学、海南电力产业发展有限责任公司。
本文件主要起草人：姬煜轲、李岩、袁智勇、廖一帆、邹常跃、侯婷、李凌飞、熊岩、周月宾、罗
炜、陈俊、杨柳、徐义良、简淦杨、吴宏远、裴星宇、周会高、黄超、罗琴、陈光华、杨兴超、郭冠生、
余琼、周见豪、孙小平、陈荷、韩坤、夏克鹏、盛俊毅、蔺广科、朱铭炼、周亮、王克峰、马柯、邓大
帆、卢挺进。
本文件在执行过程中的意见或建议可反馈至珠海市直流输电及电力电子产业促进会（地址：广东省
珠海市香洲区乐园路46号，519000）。

T/DIPA 16—2023
1
柔性直流换流阀功率模块可靠性试验
1 范围
本文件规定了柔性直流换流阀功率模块可靠性试验相关的试验目的、试验对象、试验要求、试验方
法和验收总则，可用于指导柔性直流换流阀功率模块可靠性试验。
本文件适用于基于绝缘栅双极晶体管（IGBT）的电压源换流器（VSC）柔性直流换流阀功率模块或
子单元，基于通过控制动作开通和关断的其他类型半导体器件的电压源换流器（VSC）也可参考本文件。
2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，
仅该日期对应的版本适用于本文件；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 2423.1—2008 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—2008 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—2008 电工电子产品环境试验第2 部分：试验方法试验Db 交变湿热（12h＋
12h 循环）
GB/T 2423.5—2019 环境试验第2 部分：试验方法试验Ea 和导则：冲击
GB/T 2423.22—2002 电工电子产品环境试验第2 部分：试验方法试验N：温度变化
GB/T 13498—2017 高压直流输电术语
GB/T 16927.1—2011 高电压实验技术第1 部分：一般定义及试验要求
GB/T 16927.2—2013 高电压实验技术第2 部分：测量系统
GB/T 16927.3—2010 高电压实验技术第3 部分：现场试验的定义及要求
GB/T 17626.2—2018 电磁兼容试验和测量技术静电放电抗扰度试验
GB/T 17626.3—2016 电磁兼容试验和测量技术射频电磁场辐射抗扰度试验
GB/T 17626.4—2018 电磁兼容试验和测量技术电快速瞬变脉冲群抗扰度试验
GB/T 17626.5—2019 电磁兼容试验和测量技术浪涌(冲击)抗扰度试验
GB/T 17626.6—2017 电磁兼容试验和测量技术射频场感应的传导骚扰抗扰度
GB/T 17626.8—2006 电磁兼容试验和测量技术工频磁场抗扰度试验
GB/T 17626.9—2011 电磁兼容试验和测量技术脉冲磁场抗扰度试验
GB/T 17626.10—2017 电磁兼容试验和测量技术阻尼振荡磁场抗扰度试验
GB/T 17626.18—2016 电磁兼容试验和测量技术阻尼振荡波抗扰度试验
GB/T 33348—2016 高压直流输电用电压源换流器阀—电气试验
GB/T 34118—2017 高压直流系统用电压源换流器术语
3 术语和定义
GB/T 13498和GB/T 34118界定的术语和定义适用于本文件。
3.1 功率半导体术语power semiconductor terms
3.1.1
可关断半导体器件turn-off semiconductor device
能通过控制信号进行开通和关断的可控半导体器件，如IGBT。
注：有多种可关断半导体器件可用于高压直流输电VSC换流器。为方便起见，本文件所用术语IGBT指代主要的可关
断半导体器件。然而，本文件同样适用于其他可关断半导体器件。
[来源：GB/T 34118—2017，7.1]
3.1.2
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2
绝缘栅双极晶体管insulated gate bipolar transistor;IGBT
具有三个端子的可关断半导体器件:一个栅极端子(G)和两个负荷端子,即发射极(E)和集电极(C)。
注：通过在栅极和发射极之间施加适当的电压可控制负载电流，即开通和关断。
[来源：GB/T 33348—2016，3.2.2]
3.1.3
续流二极管free-wheeling diode;FWD
具有二极管特性的功率半导体器件。
注1：每个续流二极管有两个端子:一个阳极(A)和一个阴极(K)。
注2：续流二极管中的电流方向和与其反并联的IGBT中的电流方向相反。
[来源：GB/T 34118—2017，7.3]
3.1.4
IGBT-二极管对IGBT-diode pair
IGBT和与其反并联的续流二极管的组合。
[来源：GB/T 34118—2017，7.4]
3.1.5
开关单元switch position
功能相当于一个独立、不可分割的开关半导体器件。
注：一个开关单元可由单个的IGBT-二极管对组成，或者在级联两电平换流器下，串联多个IGBT-二极管对。
[来源：GB/T 34118—2017，7.12]
3.2 VSC 结构术语VSC construction terms
3.2.1
模块化多电平换流器modular multi-level converter;MMC
每个电压源换流器阀由若干模块化多电平换流器标准组件串联组成的多电平换流器。
[来源：GB/T 34118—2017，6.4]
3.2.2
级联两电平换流器cascaded two-level converter;CTLC
每个开关单元由一个以上IGBT-二极管对串联组成的模块化多电平换流器。
[来源：GB/T 34118—2017，6.5]
3.2.3
模块化多电平换流器标准组件MMC building block
由带有两个端子的独立可控电压源以及直流电容器和直属辅助设备组成的组件，构成模块化多电平
换流器的一部分。
[来源：GB/T 34118—2017，7.11]
3.2.4
功率模块power module
模块化多电平换流器标准组件，其中每个开关单元仅由一个IGBT-二极管对组成。
[来源：GB/T 34118—2017，7.13，有修改]
3.2.5
子单元cell
模块化多电平换流器标准组件，其中每个开关单元由一个以上IGBT-二极管对串联组成。
[来源：GB/T 33348—2016，3.4.8]
3.3 可靠性术语reliability terms
3.3.1
非关联故障no-relevant failure
已经证实是未按规定的条件使用而引起的故障；或已经证实仅属某项将不采用的设计所引起的故障。
否则视为关联故障。
3.3.2
非责任故障no-chargeable failure
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非关联故障或事先已经规定不属于某个特定组织提供的产品的关联故障。否则为责任故障。
4 总则
4.1 概述
本文件从连续运行能力、故障旁路能力、环境适应能力、电磁兼容能力、过压短路能力以及长期老
化能力六个方面提出了柔性直流换流阀功率模块的可靠性试验方法，并对试验目的、试验对象、试验要
求和验收准则做出规范和说明。
4.2 可靠性试验执行
4.2.1 替代证明
功率模块的每一种设计都应以本文件规定的可靠性试验为依据。同时满足以下情况，可提供产品可
靠性试验采信报告，供买方评估与采信：
a) 试验样品的技术状态无变化；
b) 可靠性试验技术条件完全覆盖；
c) 具有完整的可靠性试验采信报告，报告中应详述产品技术状态、试验技术条件的对比分析，
充分论证可靠性试验的可替代性。
4.2.2 试验类别
根据可靠性试验项目对试验样品是否造成不可逆损伤将其进行如下分类：
a) 1 类试验项目，该类试验对试验样品不会造成不可逆损伤，包括：最大连续运行负荷试验、电
磁兼容试验、长期老化试验；
b) 2 类试验项目，该类试验对试验样品会造成不可逆损伤，包括：故障旁路试验、环境试验、过
压短路试验。
4.2.3 试验样品
试验样品原则上为完整的功率模块，但对于环境试验中的部分项目（低温、高温、温度交变、交变
湿热）可为除电容器以外的功率模块整体，或仅针对功率模块取能电源和控制板卡开展。
在可靠性试验开始之前,试验样品均应通过例行试验和型式试验，确保制造是正确的。
当功率模块的拓扑结构不同，或采用的可控功率器件型号不同时，应针对每种类型的功率模块分别
选取试验样品进行验证。
4.2.4 样品数量
试验样品最小数量取决于单个阀的功率模块总数和所开展可靠性试验项目的要求。
a) 1 类试验项目，应采用抽样试验的方式开展，每类试验样品数量不应小于单个阀功率模块总数
的1%；
b) 2 类试验项目，应采用抽样试验的方式开展，每类试品抽样数量一般为1 个功率模块。
通常,1类试验项目应在同一试验样品上进行,2类试验项目可在不同的试验样品上进行。
4.2.5 试验顺序
试验顺序应遵循前一试验不影响后一试验效果为原则，必要时，试验顺序可根据实际情况进行适当
调整。
4.2.6 试验程序
试验应按照GB/T 16927.1—2011、GB/T 16927.2—2013、GB/T 16927.3—2010 进行。环境试验应
按GB/T 2423.1—2008、GB/T 2423.2—2008、GB/T 2423.22—2002、GB/T 2423.4—2008、GB/T 2423.5
—2019 的规定进行。电磁兼容试验应按GB/T 17626.2—2018、GB/T 17626.3—2016、GB/T 17626.4—
2018、GB/T 17626.5—2019、GB/T 17626.6—2017、GB/T 17626.8—2006、GB/T 17626.9—2011、GB/T
17626.10—2017、GB/T 17626.18—2016 的规定进行。
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4.2.7 试验要求
完成试验程序后，功率模块应经历一系列检查试验，至少应包括如下几项：
a) 通过功率模块端间耐压试验检查功率模块的电压耐受能力，施加的试验电压可为直流试验电
压或交流-直流叠加试验电压，试验电压的最大值应不低于功率模块闭锁状态下的耐受电压水
平，时间不少于10s；
b) 通过最大连续运行负荷试验检查门极触发电路；
c) 通过最大连续运行负荷试验检查监测电路；
d) 通过最大连续运行负荷试验、故障旁路试验（旁路开关正常合闸工况）检查功率模块旁路开
关、取能电源、控制板卡各项功能。
每次在下一步试验前，可靠性试验中或试验后发现的故障IGBT/二极管或辅助元件可更换。
4.2.8 试验环境温度
除特别指定说明外,试验应在试验室常规环境温度下进行。
4.3 可靠性试验验收
4.3.1 故障分类
可靠性试验过程中出现的故障可分为责任故障和非责任故障。只有责任故障才适用于可靠性试验
统计的故障。
4.3.1.1 非责任故障
下列为非责任故障：
a) 误操作引起的受试产品故障；
b) 试验设施及测试仪表故障引起的受试产品故障；
c) 超出设备工作极限的环境条件和工作条件引起的受试产品故障；
d) 修复过程中引入的故障；
e) 将有寿件超期使用，使得该器件产生故障及其引发的从属故障（需事先说明不更换的原因）。
4.3.1.2 责任故障
除可判定为非责任的故障外，其他所有故障均判定为责任故障，如：
a) 由于设计缺陷或制造工艺不良而造成的故障；
b) 由于元器件或部件潜在缺陷致使其失效而造成的故障；
c) 由于软件引起的故障；
d) 间歇故障；
e) 超出规范正常范围的调整；
f) 试验期间所有非从属性故障原因引起的故障征兆（未超出性能极限）而引起的更换；
g) 无法证实原因的异常。
4.3.2 故障统计
试验过程中，只有责任故障才适用于可靠性试验统计的故障，统计原则如下：
a) 可证实是由于同一原因引起的间歇故障只计为一次故障；
b) 当可证实多种故障模式由同一原因引起时，整个事件计为一次故障；
c) 对于电子类附件，有多个元器件在试验过程中同时失效时，当不能证明是一个元器件失效引
起了另一失效时，每个元器件的失效计为一次独立的故障；若可证明是一个元器件的失效引
起的另一些失效时，则所有元器件的失效合计为一次故障；
d) 已经报告过的由同一原因引起的故障，由于未能真正排除而再次出现时，应和原来报告过的
故障合计为一次故障；
e) 多次发生在相同部位、相同性质、相同原因的故障，若经分析确认采取纠正措施经验证有效
后将不再发生，则多次故障合计为一次故障；
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f) 在故障检测和修理期间，若发现被试产品中还存在其他故障而不能确定为由原来故障引起的，
则应将其视为单独的责任故障进行统计。
4.3.3 1 类试验项目故障处置策略
针对1 类试验项目，故障处置策略如下：
a) 试验过程中若未出现责任故障，则终止试验；
b) 试验过程中若出现1 个责任故障，且未超过1%的试验样品出现责任故障，则修复故障并重复
该项可靠性试验；
c) 试验过程中若出现2 个及以上责任故障，或超过1%的试验样品出现责任故障，则按照1%比例
重新进行抽样，进行二次试验；
d) 在所有可靠性试验期间，若责任故障的试验样品数量累计大于受试样品的3%，则终止试验。
4.3.4 2 类试验项目故障处置策略
针对2类试验项目，故障处置策略如下：
a) 试验过程中若未出现责任故障，则终止试验；
b) 试验过程中若出现2 个以下责任故障，则重新进行抽样试验，数量不少于2 个，进行二次试
验；
c) 试验过程中若出现3 个及以上责任故障，则终止试验。
4.3.5 1 类试验验收准则
对于1类试验中的某项可靠性试验,有一个以上的阀级(若更多,且超过受试阀级的1%)发生短路或开
路,则认为该阀未通过可靠性试验。
当使用百分比准则来决定允许的短路或开路阀级最大数目和允许的未导致短路或开路的故障阀级
最大数目时，通常是向上取整，如表1所示。
表1 可靠性试验中允许出现的责任故障数量
受试的功率模块数量在任一单项可靠性试验中允许出现的责任故障数量在全部可靠性试验中允许出现的责任故障数量
33 及以下1 1
34～67 1 2
68～100 1 3
其他1% 3%
4.3.6 2 类试验验收准则
全部2类试验完成前，出现3个及以上责任故障，则可靠性试验不通过。
5 可靠性试验项目
表2列出了第6章至第11章给出的可靠性试验项目。
表2 功率模块可靠性试验项目
试验类型章条款试验对象
最大连续运行负荷试验6 功率模块
故障旁路试验7 功率模块
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6
表2 功率模块可靠性试验项目（续）
试验类型章条款试验对象
环境试验
8.1 功率模块（电容可外置）
8.2 功率模块（电容可外置）
8.3 取能电源、控制板卡
8.4 取能电源、控制板卡
8.5 功率模块
8.6 功率模块
电磁兼容（抗干扰）试验9 功率模块
过压短路试验10 功率模块
长期老化试验11 功率器件
6 最大连续运行负荷试验
6.1 试验目的
最大连续运行负荷试验的目的是：
a) 验证功率模块在最严重重复应力下开通、关断以及导通时，在耐受电流、电压和温度应力情
况下具有足够的可靠性水平；
b) 验证功率模块的电子电路和开关单元之间配合正确，具备充分的可靠性；
c) 作为4.2.7 条规定的b)、c)、d)项的一种验证手段，表明试品在完成其他可靠性试验后没有
损伤，此时试验的持续时间可适当缩短。
6.2 试验对象
试验应在完整的功率模块或者是功率模块组成的阀组件上进行。主要根据阀的设计和试验场地的容
许来选择。本条款中规定的试验对于含有5个或更多功率模块串联连接的阀组件是有效的。如果对少于5
个功率模块的阀组件进行试验，应就额外的试验安全系数达成一致意见。
受试的功率模块或者是功率模块组成的阀组件应与所有的辅助元件组装在一起。需要时,应包括相
应比例的阀避雷器。避雷器应和受试的串联连接阀级数成比例，提供至少与实际应用的避雷器最大特性
相一致的保护水平。
冷却液应处于典型的运行工况。特别是流量和温度，应设置成试验所考虑的最不利值，这样相应元
件的温度等于实际工作中的温度。
6.3 试验要求
试验需要在换流阀最严酷的运行条件下重现下列参数。重现所有参数最大值可能需要不止一项试验。
——IGBT 最大持续结温；
——续流二极管最大持续结温；
——阻尼元件最大持续温度；
——连续开通和关断最大电压和电流。
试验电流中的直流分量、工频分量、100Hz分量均不小于设计值，并考虑1.05倍的试验安全系数。
试验电压应在功率模块最大连续直流电压的基础上，考虑1.05倍的安全系数，试验开关频率应基于最大
连续开关频率。
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冷却液入口温度由相关方协商确定。在冷却液出口温度达到稳定后，作为1类试验时，试验的持续
时间应不少于24h；作为4.2.7条规定的验证手段时，试验的持续时间应不少于2h。
6.3.1 试验方法
本试验可采用功率模块组成的阀组件对拖运行的方式进行。本文件给出一种典型的柔性直流换流阀
阀组件对拖试验回路示意图，如图1所示，其中阀组1、阀组2为被试阀组件，电源1、电源2分别通过辅
助功率模块1、辅助功率模块2对相应阀组件进行补能，电源3对阀组件进行预充电。
图1 典型柔性直流换流阀阀组件对拖试验回路示意
试验程序如下：
a) 试验前启动水冷系统运行，进水温度、流量、电导率等满足试验要求；
b) 各直流电源升至运行电压；
c) 启动功率运行状态，使得稳定运行至预定工况（功率模块电压、电流达到预设值），待进出
水温度稳定，达到热平衡状态；
d) 达到热平衡状态后的持续运行时间按6.3 中的规定进行，试验中需监测阀组件中所有功率模
块的故障状态、电压，以及关键部件的温度、运行回路电流、阀组件端间电压、进出水温度
等。
7 故障旁路试验
7.1 旁路开关正常合闸试验
7.1.1 试验目的
验证在功率模块故障发生到功率模块被旁路期间，功率模块的旁路开关能否及时可靠触发，且该过
程中各功率器件上电气应力满足设计要求。
7.1.2 试验对象
试验应在完整的功率模块或者是功率模块组成的阀组件上进行。
7.1.3 试验要求
模拟功率模块故障，旁路开关应可靠动作，主要包括：
a) 旁路触发信号发出到模块可靠旁路所需时间应满足设计值，其中主触点响应时间和辅助触点
响应时间均应达到设计要值；
b) 主触头合闸弹跳应符合设计预期；
c) 模块旁路过程中对外部电压电流的影响应符合设计预期；
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d) 若功率模块内部带放电回路，旁路开关与放电回路开关的动作保护逻辑配合应符合设计预期。
e) 该试验适用于可重复闭合和打开的旁路开关，对于其他类型买方和卖方协商决定。
7.1.4 试验方法
具体试验方法如下：
a) 使被试功率模块处于第6 章规定的条件下达到热平衡；
b) 模拟被试功率模块发生故障，触发旁路开关合闸，观察功率模块的旁路开关是否及时有效触
发，记录主触头响应时间和辅助触点响应时间、主触头的合闸弹跳时间、旁路过程中外部电
压电流的变化情况；
c) 试验后，应满足4.2.7 的要求。
7.2 旁路开关误合闸试验
7.2.1 试验目的
验证运行过程中旁路开关主触头误闭合时功率模块保护措施，确保功率模块处于短路状态。
7.2.2 试验对象
试验应在完整的功率模块或者是功率模块组成的阀组件上进行。
7.2.3 试验要求
具体试验要求如下：
a) 试验应在旁路开关误闭合、且误闭合发生时上管IGBT 处于开通状态工况开展试验，触发上管
IGBT 开通，对电流流经上管IGBT 和续流二极管两种工况分别开展试验。
b) 对于功率模块IGBT/续流二极管对保护失效情况，则IGBT/二极管对应呈现可靠短路状态。参
与试验的功率模块呈现可靠短路状态，并且试验过程中不应出现固体飞溅、水管破裂等破坏
性现象。
c) 对于功率模块IGBT/二极管对失效被安全保护情况，应退出功率模块驱动的短路保护功能，重
复本试验（可不考虑电流方向），试验后功率模块应呈现可靠短路状态。
d) 该试验适用于所采取的功率模块有该保护特性，当功率模块不具备该保护特性时，具体要求
由买方和卖方商议。
7.2.4 试验方法
具体试验方法如下：
a) 使被试功率模块处于第6 章规定的条件下达到热平衡；
b) 触发旁路开关合闸模拟功率模块旁路开关误合工况，在开关主触头合闸前触发上管IGBT 开通，
触发上管IGBT 开通时，对电流流经上管二极管和上管IGBT 两种工况分别开展试验；
c) 试验后检查功率模块中IGBT/二极管对是否失效，如IGBT/二极管对失效，试验后功率模块应
呈现可靠短路状态。如无IGBT/二极管对失效被安全保护，则退出功率模块驱动的短路保护功
能，重复上述试验（可不考虑电流方向），试验后功率模块应呈现可靠短路状态；
d) 试品功率模块呈现短路状态后，应按第6 章规定的条件对其进行通流试验，通流试验期间应
监测功率模块阻抗或通流回路温度变化趋势，功率模块通流能力试验正常则试验通过。
8 环境试验
8.1 低温试验
8.1.1 试验目的
验证功率模块在低温环境下可靠运行的能力。
8.1.2 试验对象
原则上，低温试验应对单个完整的功率模块二次元器件开展，直流电容可外置。
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8.1.3 试验要求
应模拟低温环境，以检查功率模块运行时的耐低温能力，并确定由于低温引起的功率模块性能上的
任何变化，考核功率模块能够正常通讯，接收触发脉冲并实现开通关断。
运行过程中，可实时通过上位机监测功率模块运行状态，验证功率模块可靠运行。
8.1.4 试验方法
具体试验要求见表3。
表3 低温运行试验
项目试验条件
试验标准依照GB/T 2423.1—2008 的5.3 试验Ad。
预处理依照制造商的产品文件。
初始检测在正常试验条件下进行功能检验，模块应能正常通讯，接收触发脉冲并实现开通关断。
条件在制造商规定的额定负载/额定电流下运行
a
。
运行温度
推荐-10℃，或按照制造商规定的最低运行温度，温度值宜从GB/T 2423.1—2008 第
6.6.1 选择。
温度到达预设值后，在5min 时间内，温度的最大变化率为1℃/min。
温度准确度±2℃（见GB/T 2423.1—2008 的6.2）。
湿度不作要求。
试验持续时间至少72h。
检测和/或负载
在额定负载/电流下，进行功能检验，模块应能正常通讯，接收触发脉冲并实现开通
关断。
恢复过程：
----时间
----气候条件
----电源
（见GB/T 2423.1—2008 的6.12）
至少1h 但不超过2h，所有试验在这一时间结束前完成；
正常的试验基准条件；
电源断开。
最后检测试验后，应能满足4.2.7 的要求。
a ：制造商宜声明试验过程中最大承载的额定电流。
8.2 高温试验
8.2.1 试验目的
验证功率模块在高温环境下可靠运行的能力。
8.2.2 试验对象
原则上，高温试验应对单个完整的功率模块二次元器件开展，直流电容可外置。
8.2.3 试验要求
应模拟高温环境，以检查功率模块运行时的耐高温能力，并确定由于高温引起的功率模块性能上的
任何变化，考核功率模块能够正常通讯，接收触发脉冲实现开通关断。
运行过程中，可实时通过上位机监测功率模块运行状态，验证功率模块可靠运行。
8.2.4 试验方法
具体试验要求见表4。
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表4 高温运行试验
项目试验条件
试验标准依照GB/T 2423.2—2008 的5.3。
预处理依照制造商的产品文件。
初始检测在正常试验条件下进行功能检验，模块应能正常通讯，接收触发脉冲并实现开通关断。
条件在制造商规定的额定负载/额定电流下运行
a
。
运行温度
+65℃（此温度应与厂家沟通后确定）或按照制造商规定的最高运行温度，温度值宜
从GB/T 2423.2—2008 第6.5.2 选择。
温度到达预设值后，在5min 时间内，温度的最大变化率为1℃/min。
温度准确度±2℃（见GB/T 2423.2—2008 第6.2）。
湿度依照GB/T 2423.2—2008 第6.8.2。
试验持续时间至少72h。
检测和/或负载
在额定负载/电流下，进行功能检验，模块应能正常通讯，接收触发脉冲并实现开通
关断。
恢复过程：
----时间
----气候条件
----电源
（见GB/T 2423.2—2008 第6.11）。
至少1h 但不超过2h，所有试验在这一时间结束前完成。
正常的试验基准条件。
电源断开，功率模块不带电。
最后检测试验后，应能满足4.2.7 的要求。
a ：制造商宜声明试验过程中最大承载的额定电流。
8.3 温度交变试验
8.3.1 试验目的
验证功率模块取能电源、控制板卡在温度交替变化情况下正常运行的可靠性。
8.3.2 试验对象
试验应在完整的功率模块或者是功率模块组成的阀组件上进行。
8.3.3 试验要求
应模拟温度交变环境，检查功率模块运行时对温度快速变化的耐受能力，并确定由于温度快速变化
引起的功率模块性能上的任何变化，考核功率模块能够正常通讯，接收触发脉冲实现开通关断。
运行过程中，实时通过上位机监测功率模块运行状态，验证功率模块可靠运行。
8.3.4 温度变化试验方法
具体试验要求见表5。
表5 温度变化试验
项目试验条件
试验标准GB/T 2423.22—2012 第8 章试验Nb。
预处理在温度（20±2）℃的试验箱中稳定1h。
初始检测
在正常试验条件下进行功能检验，模块应能正常通讯，接收触发脉冲并实现开通关
断。
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表5 温度变化试验（续）
项目试验条件
条件试验期间功率模块应保持在工作状态，将任一影响量设定为基准条件。
运行温度
低温按照-10℃或制造商规定的最低运行温度，温度值宜从GB/T 2423.1—2008 第
6.6.1 选择。
高温按照+65℃或制造商规定的最高运行温度,温度值宜从GB/T 2423.2—2008 第
6.5.2 选择。
试验周期,包括依照GB/T2423.22—2012 中图2 的渐升和渐降,温度变化率为1℃土
0.2℃/min，暴露在最高温度和最低温度的时间为3h。
试验持续时间不低于5 次循环。
检测和/或负载
在额定负载/电流下，进行功能检验，模块应能正常通讯，接收触发脉冲并实现开通
关断。
恢复过程：
----时间
----气候条件
----电源
（见GB/T 2423.22—2012 第7.3）。
至少1h 但不超过2h，所有试验在这一时间结束前完成。
正常的试验基准条件。
电源接通。
最后检测试验后，应能满足4.2.7 的要求。
8.4 交变湿热试验
8.4.1 试验目的
验证功率模块取能电源、控制板卡在高湿环境中温度交替变化情况下正常运行的可靠性。
8.4.2 试验对象
交变湿热试验应在功率模块的取能电源、控制板卡装置上进行。
8.4.3 试验要求
应模拟交变湿热环境，检查功率模块暴露在高湿凝露大气中的承受能力，并确定由于高湿环境下温
度快速变化引起的功率模块性能上的任何变化，考核功率模块能够正常通讯，接收触发脉冲实现开通关
断。
运行过程中，可实时通过上位机监测功率模块运行状态，验证功率模块可靠运行。
8.4.4 试验方法
具体试验要求见表6。
表6 交变湿热试验
项目试验条件
试验标准GB/T 2423.4—2008
预处理a)在温度25℃±3℃、相对湿度60%±10%的试验箱中达到稳定；
b)稳定后，在1h 之内应将相对湿度升到不小于95%，同时温度保持不变。
初始检测在正常试验条件下进行功能检验。
条件试验期间功率模块应保持在工作状态，将任一影响量设定为基准条件。
温度
低温周期:25℃±3℃；
高温周期:55℃±2℃；
试验周期为按照GB/T 2423.4—2008 图2a 或2b 的渐升和渐降。
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表6 交变湿热试验（续）
项目试验条件
湿度
在较低温度时97%+3%
−2%
；
在较高温度时93%±3%；
试验循环为依照GB/T 2423.4—2008 图2a 或2b 的渐升和渐降。
试验持续时间24h（12h+12h）循环，6 次。
恢复过程：
----时间
----气候条件
----电源
（见GB/T 2423.4—2008 第9 章）；
至少1h 但不超过2h，所有试验在这一时间结束前完成；
正常的试验基准条件；
电源断开。
最后检测试验后，应能满足4.2.7 的要求。
8.5 振动试验
8.5.1 试验目的
验证功率模块或阀组件在运输、储存、安装过程中经历过环境振动后依然具备可靠性运行的能力。
8.5.2 试验对象
试验应在完整的功率模块或者是功率模块组成的阀组件上进行，试验对象应包含包装。
8.5.3 试验要求
应模拟振动环境，检查功率模块对振动的承受能力，并确定由于振动引起的功率模块性能上的任何
变化，考核功率模块能够正常通讯，接收触发脉冲实现开通关断，验证功率模块可靠运行。
8.5.4 试验方法
具体试验方法如下：
a) 将功率模块处于下电状态，使其置于能提供振动条件的装置或平台上，试验模拟高速公路的
卡车振动环境，振动暴露量级可参照图2 高速公路卡车振动环境曲线图，曲线拐点可参照表7
高速公路卡车振动环境加速度谱密度表。
b) 试验持续时间：每个轴向4h，共12h。
c) 振动完成后，检查功率模块外观是否存在连接部位的松动、脱落，重新对功率模块进行最大
连续运行负荷试验，性能应能满足4.2.7 的要求。
图2 高速公路卡车振动环境曲线图
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表7 高速公路卡车振动环境加速度谱密度表
垂向横向纵向
Hz g2/Hz Hz g2/Hz Hz g2/Hz
10 0.01500 10 0.00013 10 0.00650
40 0.01500 20 0.00065 20 0.00650
500 0.00015 30 0.00065 120 0.00020
1.04grms 78 0.00002 121 0.00300
79 0.00019 200 0.00300
120 0.00019 240 0.00150
500 0.00001 340 0.00003
0.204grms 500 0.00015
0.704grms
8.6 冲击试验
8.6.1 试验目的
验证功率模块或阀组件在运输、储存、安装过程中经历过环境冲击后依然具备可靠性运行的能力。
8.6.2 试验对象
试验应在完整的功率模块或者是功率模块组成的阀组件上进行，试验对象应不包含包装。
8.6.3 试验要求
应模拟冲击环境，检查功率模块对冲击的耐受能力，并确定由于冲击引起的功率模块性能上的任何
变化，考核功率模块能够正常通讯，接收触发脉冲实现开通关断，验证功率模块可靠运行。
8.6.4 试验方法
具体试验方法如下：
a) 将功率模块处于下电状态，使其置于能提供冲击条件的装置或平台上，试验参照GB/T 2423.5
—2019 进行,试验参数依据表8。
表8 冲击试验要求
脉冲波形半正弦波
加速度峰值（g）
严酷等级1：10；
严酷等级2：30
脉冲持续时间（ms） 11
每个方向的脉冲数3a
a 每个方向上3 个脉冲对应于每根轴线上6 个脉冲，共18 个脉冲。
b) 冲击完成后，检查功率模块外观是否存在连接部位的松动、脱落，重新对功率模块进行最大
连续运行负荷试验，性能应能满足4.2.7 的要求。
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9 电磁兼容试验
9.1 试验目的
试验目的如下：
a) 验证功率模块遭受内部电磁骚扰及邻近模块电磁骚扰时的抗扰度水平。
b) 验证功率模块遭受外界电磁骚扰时的抗扰度水平。
9.2 试验对象
试验应在完整的功率模块或者是功率模块组成的阀组件上进行。
9.3 试验要求
模拟功率模块遭受内部电磁骚扰、邻近模块电磁骚扰及外界电磁骚扰，检查功率模块对内部及邻近
骚扰的耐受能力，并确定由于冲击引起的功率模块性能上的任何变化，考核功率模块能够正常通讯，接
收触发脉冲实现开通关断，验证功率模块可靠运行。
9.4 试验方法
9.4.1 通用要求
应对内部及邻近骚扰以及外部骚扰进行验证。
9.4.2 内部及邻近骚扰的验证
骚扰源来自试验对象内部以及相邻模块之间的互相串扰，试验应在以下条件下进行。
——两个及以上的功率模块或子单元以接近实际几何布局条件进行布置。
——被试样品中电子电路应带电，包括与电磁干扰试品进行正确信息交换所必须的那些部分的功
率模块取能电源、二次板卡等电子设备。
——在换流阀最大电流连续、阀冲击试验和功率器件过电流关断等运行状态下进行邻近模块串扰
试验。
9.4.3 外部骚扰的验证
9.4.3.1 工作状态
试验在未施加直流工作电压和施加正常控制电源状态下进行，所有通信状态应正常。
9.4.3.2 静电放电抗扰度
装置应满足GB/T 17626.2—2018中第5章规定的试验等级为4级的静电放电抗扰度试验。试验过程中
及试验结束后，装置的功能及性能应正常。
试验布置及试验程序分别按照GB/T 17626.2—2018中第7章和第8章进行。
——放电电压：接触放电为8kV，空气放电为15kV。
——测试端口：间接耦合板、人手易触碰部位。
9.4.3.3 射频电磁场辐射抗扰度
装置应满足GB/T 17626.3—2016中第5章规定的试验等级为4级的射频电磁场辐射抗扰度试验。试验
过程中及试验结束后，装置的功能及性能应正常。
试验布置及试验程序分别按照GB/T 17626.3—2016中第7章和第8章进行。
——试验场强：30V（未调制）。
——测试频率：80MHz-1GHz，1.4GHz-6GHz。
——测试端口：外壳。
9.4.3.4 电快速瞬变脉冲群抗扰度
装置应满足GB/T 17626.4—2018中第5章规定的试验等级为4级的电快瞬变脉冲群抗扰度试验。试验
过程中及试验结束后，装置的功能及性能应正常。
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试验布置及试验程序分别按照GB/T 17626.4—2018中第7章和第8章进行。
——脉冲电压：4kV。
——脉冲频率：5kHz 和100kHz。
——测试端口：直流电压输入。
9.4.3.5 浪涌（冲击）抗扰度
装置应满足GB/T 17626.5—2019中第5章规定的试验等级为4级的浪涌抗扰度试验。试验过程中及试
验结束后，装置的功能及性能应正常。
试验布置及试验程序分别按照GB/T 17626.5—2019中第7章和第8章进行。
——脉冲电压：线对线为2kV。
——测试端口：直流电压输入。
9.4.3.6 射频场感应的传导骚扰抗扰度
装置应满足GB/T 17626.6—2017中第5章规定的试验等级为3级的射频场感应的传导抗扰度试验。试
验过程中及试验结束后，装置的功能及性能应正常。
试验布置及试验程序分别按照GB/T 17626.6—2017中第7章和第8章进行。
——试验电平：10V（未调制）。
——测试端口：直流电压输入。
9.4.3.7 工频磁场抗扰度
装置应满足GB/T 17626.8—2006中第5章规定的试验等级为5级的工频磁场抗扰度试验。试验过程中
及试验结束后，装置的功能及性能应正常。
试验布置及试验程序分别按照GB/T 17626.8—2006中第7章和第8章进行。
——磁场强度：连续磁场为100A/m，短时磁场为1000A/m。
——测试端口：外壳。
9.4.3.8 脉冲磁场抗扰度
装置应满足GB/T 17626.9—2011中第5章规定的试验等级为5级的脉冲磁场抗扰度试验。试验过程中
及试验结束后，装置的功能及性能应正常。
试验布置及试验程序分别按照GB/T 17626.9—2011中第7章和第8章进行。
——磁场强度：1000A/m。
——测试端口：外壳。
9.4.3.9 阻尼振荡磁场抗扰度
装置应满足GB/T 17626.10—2017中第5章规定的试验等级为5级的阻尼振荡磁场抗扰度试验。试验
过程中及试验结束后，装置的功能及性能应正常。
试验布置及试验程序分别按照GB/T 17626.10—2017中第7章和第8章进行。
——磁场强度：100A/m。
——磁场频率：100kHz 和1MHz。
——测试端口：外壳。
9.4.3.10 阻尼振荡波抗扰度
装置应满足GB/T 17626.18—2016中第5章规定的试验等级为3级的阻尼振荡波抗扰度试验。试验过
程中及试验结束后，装置的功能及性能应正常。
试验布置及试验程序分别按照GB/T 17626.18—2016中第7章和第8章进行。
——脉冲电压：共模为2.5kV，差模为1kV。
——脉冲频率：100kHz 和1MHz。
——测试端口：直流电压输入。
10 过压短路试验
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10.1 试验目的
验证功率模块所设计的过压短路安全措施有效，能保证功率模块在没有控制的情况下模块过压后形
成长期可靠短路状态。
10.2 试验对象
试验应在完整的功率模块或者是功率模块组成的阀组件上进行。
10.3 试验要求
试验前试品功率模块的旁路开关应设置为“拒动状态”。试验时模拟试品功率模块故障，使得试品
功率模块发出旁路触发命令，旁路开关应始终保持拒动状态，形成试品功率模块持续升压，直至试品功
率模块呈现短路状态。
试品功率模块应位于一个阀段中（非边缘位置），原则上在阀段最大连续运行负荷试验中开展，整
阀段水冷却回路工作正常。
试验条件应分别模拟启动充电和解锁运行两种工况。
参与试验的功率模块呈现可靠短路状态，并且试验过程中不出现固体飞溅、水管破裂等破坏性现象。
10.4 试验方法
10.4.1 通用要求
应模拟启动充电工况下发生过压短路工况及模拟解锁运行工况下发生过压短路工况进行验证。
10.4.2 模拟启动充电工况下发生过压短路工况
模拟启动充电工况，从试品功率模块的交流端口对功率模块电容持续加压，直至功率模块呈现可靠
短路状态。
启动充电工况换流阀仅流过数安培电流，具体试验电流由购买方和供应方协商。
试品功率模块呈现短路状态后，给该功率模块进行168小时通流试验，通流试验期间可适当开展最
大电流连续运行负荷试验，同时监测功率模块阻抗和通流回路温升变化趋势。
10.4.3 模拟解锁运行工况下发生过压短路工况
使被试功率模块处于第6章规定的条件下达到热平衡；模拟被试功率模块发生故障，使得功率模块
发出旁路触发命令，旁路开关应始终保持拒动状态，由阀段运行电流对功率模块电容持续加压，直至被
试功率模块呈现短路状态。
试品功率模块呈现短路状态后，给该功率模块进行168小时通流试验，通流试验期间可适当开展最
大电流连续运行负荷试验，同时监测功率模块阻抗和通流回路温度变化。
11 长期老化试验
11.1 试验目的
验证IGBT换流阀组件（多个功率模块组成的换流阀阀段）在经过长期运行（168小时）之后的可靠
性。
11.2 试验对象
原则上为保证试验样本数量够多，长期老化验针对换流阀组件开展试验，如采用功率模块开展试验，
建议样本数不少于7个。其中，阀组件组成基本单元可以是全桥拓扑功率功率模块或半桥拓扑功率模块
或两者混合布置。
11.3 试验要求
试验应在换流阀额定运行条件下重现下列参数。
——IGBT 最大持续结温；
——续流二极管最大持续结温；
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——功率模块内部电容、板卡、铜排最大持续温度；
——连续开通和关断额定工况电压和电流。
进行该试验时，应至少在额定电流连续运行工况下达到热平衡，且上述参数实测最高值满足设计要
求。
试验电流应是在最高进水温度下的额定电流，其中直流分量、工频分量、100Hz分量均不小于设计
值，并考虑1.05倍的安全系数。试验电压应在功率模块额定直流电压的基础上，考虑电容电压正10%的
波动和1.05倍的安全系数，测试开关频率应基于最大连续开关频率。
试验过程中应考虑功率模块分别工作在整流和逆变模式工况，考核时间不少于168小时。
11.4 试验方法
11.4.1 通用要求
应至少进行阀组件对拖试验及功率模块对拖试验中一项。
11.4.2 阀组件对拖试验
本试验采用阀组件对拖运行的方式进行。如图1所示，其中可选择阀组1为陪试阀组件，阀组2为被
试阀组件，电源1、电源2分别通过功率模块1、功率模块2对相应阀组件进行补能，电源3对阀组件进行
预充电。
试验程序如下：
a) 试验前启动水冷系统运行，进水温度、流量、电导率等满足试验要求；
b) 各直流电源升至运行电压；
c) 启动功率运行状态，使得稳定运行至预定工况（功率模块电压、电流达到预设值），待进出
水温度稳定，达到热平衡状态；
d) 达到热平衡状态后的持续运行时间不少于168 小时，试验过程中需要转换运行模式（整流/逆
变切换）暂定1 次，同时需监测阀组件所有功率模块的故障状态、电压，以及运行回路电流、
阀组件端间电压、进出水温度等。
11.4.3 功率模块对拖试验
本试验采用功率模块对拖运行的方式进行。如图3所示，其中可选择其中1个功率模块为陪试对象，
另一个为被试对象，补能电源通过功率模块共直流母线连接对两者进行补能。
图3 典型柔性直流换流阀功率模块组件对拖试验回路示意
试验程序如下：
a) 试验前启动水冷系统运行，进水温度、流量、电导率等满足试验要求；
b) 各直流电源升至运行电压；
c) 启动功率运行状态，使得稳定运行至预定工况（功率模块电压、电流达到预设值），待进出
水温度稳定，达到热平衡状态；
d) 达到热平衡状态后的持续运行时间不少于168 小时，试验过程中需要转换运行模式（整流/逆
变切换）暂定1 次，同时需监测阀组件所有功率模块的故障状态、电压，以及运行回路电流、
阀组件端间电压、进出水温度等。
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12 可靠性试验结果的表述
试验报告应符合ISO/IEC 17025 中的要求,还应包括下列信息:
——实验室的名称和地址以及进行试验的地点；
——委托方的名称和地址；
——试品的明确标识,包括型号及额定值、序列编号和其他任何决定识别试验对象的信息；
——试验日期；
——试验回路的描述和用于进行试验的试验程序；
——引用的规范性文件，如果与这些文件中的规定程序存在偏差，应描述清楚；
——测量设备的描述和测量不确定度的规定；
——以表格、图、示波图以及适当的照片形式呈现的试验结果；
——设备或元件故障的描述。