IEC TS 60255-216-12025 测量继电器和保护设备 第216-1部分数字接口 使用数字通信作为输入和输出的保护功能的一般要求和试验标准立项发展报告

测量继电器和保护设备第216-1部分：数字接口使用数字通信作为输入和输出的保护功能的一般要求和试验标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:MeasuringRelaysandProtectionEquipment–Part216-1:DigitalInterface–GeneralRequirementsandTestsforProtectionFunctionsUsingDigitalCommunicationasInputandOutput摘要随着智能电网建设的深入推进和数字化变电站技术的规模化应用，传统基于模拟电气量输入的继电保护装置正加速向数字化、网络化方向演进。IECTS60255-216-1:2025《测量继电器和保护设备第216-1部分：数字接口使用数字通信作为输入和输出的保护功能的一般要求和试验》由国际电工委员会（IEC）正式发布，为采用数字通信接口实现采样值输入和跳合闸输出的保护功能提供了统一的技术规范和试验方法。该标准填补了IEC60255系列在数字接口保护功能领域的标准空白，首次系统性地规定了基于数字通信的保护功能的一般要求、性能指标、试验条件与判定准则，对促进继电保护设备互操作性、保障数字化变电站安全可靠运行具有重要意义。本报告从标准立项背景、国内外技术现状、标准主要技术内容、参与单位与实施建议等维度进行系统阐述，为行业理解和实施该标准提供参考。关键词：继电保护；数字接口；IEC60255；变电站自动化；采样值传输；互操作性；保护功能测试Keywords:ProtectionRelay;DigitalInterface;IEC60255;SubstationAutomation;SampledValueTransmission;Interoperability;ProtectionFunctionTesting一、引言1.1立项背景全球能源转型与新型电力系统建设对继电保护技术提出了更高要求。以IEC61850标准体系为技术基础的数字化变电站已在全球范围内大规模推广应用，过程层网络采用采样值（SampledValue,SV）和面向通用对象的变电站事件（GenericObjectOrientedSubstationEvent,GOOSE）通信机制，实现了电气量采集、传输和保护决策的全面数字化。在这一技术架构下，继电保护装置的输入不再是传统的模拟电流、电压信号，而是通过数字通信接口接收合并单元（MergingUnit,MU）发送的采样值报文；保护动作出口也通过GOOSE报文驱动智能终端完成断路器分合闸操作。然而，IEC60255作为测量继电器和保护设备的基础标准系列，长期以来主要针对模拟量输入的继电保护装置制定技术要求，对于采用数字通信接口的保护功能缺乏系统性的技术规范和试验方法。这一标准空白导致各制造商的数字接口保护装置在性能指标、测试方法、判定准则等方面存在差异，影响了不同厂家设备之间的互操作性和保护系统的整体可靠性。1.2标准立项的意义IECTS60255-216-1:2025的发布填补了这一关键技术空白，其意义主要体现在以下几个方面：第一，首次在IEC60255框架下系统定义了基于数字通信的保护功能通用要求，为制造商研发设计提供了明确的技术导向，为电力用户选型采购和运行维护提供了技术依据。第二，明确了数字接口保护功能的试验方法和性能判定准则，解决了此前数字化保护装置测试无据可依、不同实验室测试结果难以横向比较的问题，为第三方检测认证提供了统一标尺。第三，该标准对采样值传输中断、数据异常、通信延时等数字接口特有故障场景提出了专项要求，对保障数字化变电站继电保护的可靠性具有直接指导意义。1.3国际电工委员会与IEC60255系列标准概况国际电工委员会（InternationalElectrotechnicalCommission,IEC）成立于1906年，是制定电气和电子领域国际标准的全球性组织，拥有超过170个成员国，其标准体系覆盖电力、电子、通信等广泛领域。在继电保护领域，IEC第95技术委员会（TC95）负责测量继电器和保护设备标准的制修订工作。IEC60255系列标准是继电保护领域最具权威性的国际标准体系，涵盖电气继电器的一般要求、量度继电器和保护装置的电气性能、绝缘性能、电磁兼容性、环境条件等各方面技术要求。本标准由IECTC95下属工作组联合制定，是对60255系列在数字化方向的重要扩展。二、国内外技术现状与发展趋势2.1国际标准化进展国际上围绕数字化继电保护的标准制定工作经历了十余年的发展历程。IEC61850《变电站通信网络和系统》系列标准自2003年起陆续发布，为变电站内智能电子设备（IED）之间的信息交互提供了完整的通信协议和信息模型框架。其中IEC61850-9-2规定了采样值传输的服务映射，IEC61850-8-1规定了GOOSE报文传输机制。在此技术基础上，国际电工委员会于2010年前后启动了IEC60255系列标准数字化扩展的可行性研究，经过多轮讨论和草案修订，最终于2025年发布了IECTS60255-216-1技术规范。值得注意的是，本标准采用技术规范（TechnicalSpecification,TS）形式而非国际标准（InternationalStandard,IS）形式发布，反映了IEC在该技术领域持审慎推进的策略——既承认数字化保护技术发展迅速需要及时提供指导性文件，又考虑到技术尚未完全成熟、不宜过早固化为强制性国际标准的现实。IEC计划在TS版本实施经验积累和技术进一步成熟后，适时将其升级为正式国际标准。2.2国内发展现状我国在数字化变电站领域的探索实践一直走在世界前列。自2006年首座数字化变电站示范工程投运以来，国家电网有限公司和中国南方电网有限责任公司持续推进智能变电站建设，已在过程层全面采用SV/GOOSE组网或点对点通信方式。国内企业在数字接口继电保护装置的研发和工程应用方面积累了丰富经验，形成了较为成熟的技术方案。在国内标准化层面，我国已于2016年发布GB/T32901-2016《智能变电站继电保护和安全自动装置通用技术条件》，并于近年相继发布Q/GDW11011-2021等企业标准，规范了数字化保护装置的技术要求和测试方法，为本次国际标准的制定提供了中国实践的输入。国家标准《继电保护和安全自动装置基本试验方法》对数字接口保护功能的相关试验方法也在不断修订完善中。国内产业界对于IECTS60255-216-1:2025的发布高度关注，认为该标准将有助于推动国产保护设备与国际标准的接轨，助力中国继电保护产品走向海外市场。2.3技术发展趋势当前，继电保护技术正朝着以下几个方向快速发展：一是保护功能的软件化与平台化。随着硬件平台计算能力的持续提升，继电保护功能越来越多地以软件模块形式实现，数字接口使得保护装置可以灵活适配不同采样率和通信协议，实现了硬件平台标准化与保护功能软件化。二是网络化保护与广域保护的发展。基于数字通信的保护方案突破了传统单间隔保护的局限，为实现区域后备保护、广域协同控制提供了技术可能。三是人工智能技术的融合应用。数字接口为保护装置提供了更加丰富的数据基础，基于人工智能的故障诊断和自适应保护策略逐步从研究走向工程应用，这对保护装置的标准化提出了更高的灵活性要求。三、标准主要技术内容3.1标准范围与定位3.2一般要求3.2.1功能架构要求标准首先明确了数字接口保护功能的基本架构要求。保护装置的数字接口应能够正确接收来自一个或多个合并单元的采样值数据流，并能够对数据流的完整性、连续性和同步性进行监视。在功能架构上，标准要求保护功能应能在采样值数据中断或异常的情况下按照预定义的策略进行处理，确保保护功能的可靠性。具体而言，标准明确要求保护装置应能检测以下异常情形：采样值报文丢失率超过阈值、采样值时间标签跳变、采样值品质位异常、采样值数据源配置与预期不一致等情况，并能根据异常等级采取相应的处理措施。在数据流监视方面，标准引入了“数据有效性状态机”的概念，要求保护装置对每个采样值输入通道维护一个状态机，跟踪数据流的实时状态，包括正常运行状态、短暂数据异常状态和持续性数据失效状态，并定义了不同状态之间的转换条件。这一机制为保护功能在通信异常情况下保持确定性的行为提供了基础。3.2.2时间同步要求数字接口保护功能的正确运行依赖于高精度的时间同步。标准要求保护装置支持IEC61850-9-3或IEEE1588精确时间协议（PTP），并对时间同步精度、同步丢失后的保持能力提出了明确指标。标准特别关注了保护功能在失去外部时间同步信号后的行为要求，要求装置在失去同步后的规定时间内仍能维持采样值处理和保护计算的正确性。标准将保护功能的同步性能划分为两个等级：T级（要求采样值同步误差不超过±1微秒，适用于对同步精度要求极高的差动类保护）和M级（要求采样值同步误差不超过±4微秒，适用于一般的测量和后备保护功能）。制造商需在技术说明书中明确其产品所属的同步性能等级。3.2.3网络安全要求鉴于数字接口保护装置接入变电站通信网络，其网络安全防护能力直接关系到电力系统的安全稳定运行。标准要求保护装置应具备必要的网络安全功能，包括访问控制、通信报文完整性校验、安全日志记录等，防止未经授权的访问和恶意攻击对保护功能造成干扰。同时，标准强调网络安全措施不应影响保护功能在故障情况下的快速响应性能。3.3性能要求3.3.1动作性能要求标准规定，基于数字输入的保护功能在故障电气量特征相同的前提下，其动作性能（包括动作速度、灵敏度、选择性配合特性等）应与采用传统模拟量输入时保持一致。对于采样值传输中断后恢复的场景，标准要求保护功能应能快速恢复正常监视状态，并对数据中断期间可能产生的保护行为给出了明确约束。具体指标方面，标准要求保护装置在额定采样率下，从接收到最后一个有效采样值到保护启动的响应时间不应超过特定保护原理规定的限值。对于线路保护，其差动保护动作时间不应超过制造商声明值的1.2倍。3.3.2采样值处理性能标准对保护装置接收和处理采样值数据的能力提出了两方面要求：一是采样值数据率的适应性，保护装置应能适应不同采样率（如IEC61850-9-2中规定的每秒4000帧或每秒12800帧）的采样值数据流；二是采样值传输延时的不对称性和抖动，要求保护算法应具备对采样值到达时间不确定性的补偿能力，确保保护计算的精度不因通信链路的时延特性受到影响。在采样值延时补偿方面，标准特别引入了“延时补偿精度”指标，要求保护装置在通信链路往返延时不对称度不超过10微秒的条件下，因延时补偿误差导致的保护测量误差不应超过额定精度的5%。3.3.3数字接口互操作要求标准强调了不同制造商设备之间的互操作性要求。保护装置应能正确解析符合IEC61850-9-2LE或IEC61850-9-2的采样值报文，应能通过IEC61850-8-1的GOOSE机制发送和接收跳合闸、闭锁、启动等保护逻辑信号，并应能正确映射IEC61850数据模型中的品质位、测试标志位等信息要素。标准还规定了保护装置应支持IEC61850的配置文件（SCD/ICD文件）导入功能，确保保护功能能够根据SCD文件中的虚端子配置自动建立采样值订阅关系和GOOSE发布/订阅关系，降低了工程配置的复杂度。3.4试验方法与判定准则3.4.1试验条件标准的试验部分规定了数字接口保护功能测试的基准条件，包括：标准的IEC61850-9-2采样值报文格式和帧速率、标准化的网络交换设备参数配置、时间同步信号的精度要求以及试验用合并单元或仿真装置的精度等级等。对于需要模拟采样值异常的场景（如报文丢帧、品质位变化、同步丢失等），标准提供了详细的故障注入方法和对应的试验流程设计建议。3.4.2功能试验功能试验涵盖保护启动、动作逻辑、出口矩阵、重合闸逻辑等功能模块的验证。对于数字接口特有的功能——采样值接收异常处理功能、GOOSE接收异常处理功能、时间同步异常处理功能——标准设计了专门的试验用例，验证保护装置在各类异常场景下的行为是否满足要求。3.4.3性能试验性能试验重点考核保护装置在数字输入条件下的动作时间、测量精度、同步性能等指标。标准规定应通过专用的数字测试设备（如数字继电保护测试仪）向保护装置施加标准化的采样值序列和GOOSE报文，通过报文时标记录保护装置的响应时间，并通过统计分析评估其性能指标是否满足规定的限值要求。3.4.4环境与电磁兼容试验对于数字接口保护装置，除常规的电磁兼容试验和环境适应性试验外，标准增加了对通信端口相关的浪涌、快速瞬变脉冲群和射频场感应的传导骚扰抗扰度试验，并对通信端口的屏蔽和接地提出了补充要求，确保保护装置在变电站复杂电磁环境下通信接口的可靠性。四、主要起草单位——国电南京自动化股份有限公司国电南京自动化股份有限公司（简称“国电南自”，NanjingSACAutomationCo.,Ltd.）是中国华电集团旗下专业从事电力自动化设备和系统研发制造的高新技术企业，其前身南京电力自动化设备总厂始建于1940年，是中国电力自动化产业的重要发源地之一，在继电保护与自动化领域深耕八十余年，具有深厚的技术积淀和行业影响力。国电南自在继电保护产品的研发与应用方面具有国内领先的技术实力，主导或参与制定了多项继电保护领域国家标准和行业标准。在数字化保护装置与IEC61850应用领域，国电南自从2005年起就开展了数字化变电站核心技术攻关，是国内最早研制并工程应用数字化继电保护装置的企业之一。公司产品涵盖线路保护、变压器保护、母线保护、断路器保护等全系列数字化保护设备，在全国智能变电站建设中获得了广泛应用，产品出口至多个国家和地区。在IECTS60255-216-1:2025的制定过程中，国电南自作为国内核心起草单位之一，承担了以下主要工作：系统收集和整理国内数字化保护工程应用中的实际经验和典型问题，为标准中技术要求条款的设置提供了丰富的实践依据；组织开展了多轮次的标准草案试验验证工作，对标准中关键指标的合理性进行了验证和反馈，推动了技术内容的持续完善；积极参与国际标准会议，与IECTC95专家组成员深入交流，推动将中国在智能变电站继电保护领域的技术经验和实践成果纳入国际标准体系。国电南自的参与不仅提升了该国际标准的技术完备性和工程适用性，也为中国继电保护技术和产品进一步走向国际市场奠定了标准化基础。五、结论与展望5.1主要结论IECTS60255-216-1:2025的发布是继电保护标准化工作在数字化发展方向的里程碑式成果。该标准首次在IEC60255系列框架下系统建立了数字接口保护功能的技术要求和试验方法体系，填补了该领域的国际标准空白。标准对数字接口保护功能的一般架构、性能指标、互操作要求、网络安全和试验判定准则等核心问题作出了全面规范，为全球继电保护制造商提供了统一的技术遵循，为电力用户的设备选型和验收提供了权威的技术依据，对促进数字化变电站保护系统的安全可靠运行和技术进步具有重要的推动作用。5.2发展展望展望未来，IECTS60255-216-1:2025的实施和后续演进将对继电保护技术的发展产生持续而深远的影响。在标准演进方面，随着数字化保护技术的不断完善和工程应用经验的持续积累，该技术规范有望在未来数年内转化为正式国际标准（IS），并将在采样值数据质量监测指标的定量化、网络安全要求的细化以及数字孪生测试技术的引入等方面进一步完善。在技术发展方面，伴随新一代变电站自动化系统的建设推进，数字接口保护技术将向更高采样率、更低通信延时、更智能化运维的方向持续演进，本标准的实施将为这些新技术方向的健康发展提供坚实的技术基准。在产业协同方面，建议国内相关企业和科研机构结合本标准的技术要求，进一步完善国产数字继电保护装置的产品研发和检测能力建设，加强与国际标准体系的对接，在不断提升产品技术水平和核心竞争力的同时，积极将中国在数字电网领域的创新实践和技术方案融入国际标准体系，增强中国标准在国际市场上的话语权和影响力。参考文献：[1]IECTS60255-216-1:2025,Measuringrelaysandprotectionequipment–Part216-1:Digitalinterface–Generalrequirementsandtestsforprotectionfunctionsusingdigitalcommunicationasinputandoutput.Geneva:IEC,2025.[2]IEC61