IEC TS 62271-3132025 EXV 高压开关设备和控制设备 第313部分直流断路器标准立项发展报告

高压开关设备和控制设备第313部分：直流断路器标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:High-voltageSwitchgearandControlgear-Part313:DirectCurrentCircuit-breakers(IECTS62271-313:2025EXV)摘要关键词：直流断路器；高压开关设备；IEC标准；技术规范；型式试验；直流输电；故障电流开断Keywords:DirectCurrentCircuit-breaker;High-voltageSwitchgear;IECStandard;TechnicalSpecification;TypeTest;HVDCTransmission;FaultCurrentInterruption1引言1.1研究背景在全球应对气候变化、推动能源绿色低碳转型的大背景下，直流输电与直流配电技术以其在远距离大容量输电、新能源接入、城市配电网升级改造等方面的显著优势，正成为构建新型电力系统的关键技术路径。根据国际能源署（IEA）发布的《全球能源部门2050净零排放路线图》，到2050年全球直流输电线路总长度将较2020年增长3倍以上，直流断路器作为直流系统中实现故障电流快速开断与隔离的核心保护设备，其市场需求将持续快速增长。然而，与交流断路器成熟的标准体系相比，直流断路器在技术标准层面长期存在空白和分散化问题。直流故障电流具有上升速度快、无自然过零点、能量释放集中等显著区别于交流故障电流的特征，导致直流断路器的设计原理、开断方式、试验方法均与交流断路器存在本质差异。传统上，直流断路器的相关技术要求分散于IEC62539系列标准（基于IEEEStdC37.14的直流断路器标准）及各国国家标准中，缺乏统一、完整且面向高压直流应用场景的专用国际标准，这在一定程度上制约了直流断路器产品的规范化设计、性能验证和国际互认。1.2标准立项的必要性随着直流断路器技术路线的多元化发展——包括机械式直流断路器、固态直流断路器、混合式直流断路器等多种技术方案并行推进——行业迫切需要一份能够覆盖不同类型直流断路器、统一性能要求和试验方法的国际标准。同时，柔性直流输电工程的规模化建设（如中国张北柔直工程、乌东德柳北柔直工程等）对直流断路器提出了额定电压高（±500kV及以上）、开断电流大（数十千安）、动作速度快（毫秒级）等更为严苛的技术要求，亟需通过标准化手段对产品性能进行系统规范。在此背景下，IEC于2021年正式启动IECTS62271-313的编制工作，历经四年的多轮讨论与技术论证，于2025年3月正式发布。该标准的出台填补了高压直流断路器国际标准领域的空白，为全球直流断路器行业提供了统一的技术依据和试验准则。2标准概况2.1标准基本信息|项目|内容||------|------||标准编号|IECTS62271-313:2025EXV||标准名称|高压开关设备和控制设备第313部分：直流断路器||英文名称|High-voltageswitchgearandcontrolgear-Part313:Directcurrentcircuit-breakers||标准状态|现行||发布机构|国际电工委员会（IEC）||分类号|高压开关装置和控制器||发布日期|2025年3月31日||国别|国际组织||语言|英语||版本说明|电子版加密PDF格式||售价|6543.0元|2.2标准体系定位IECTS62271-313是IEC62271《高压开关设备和控制设备》系列标准的重要组成部分。该系列标准是高压开关设备领域最具权威性和影响力的国际标准体系，涵盖了从通用技术要求（IEC62271-1）、断路器（IEC62271-100）、隔离开关（IEC62271-102）到直流开关设备（IEC62271-313）等各类高压开关设备的技术规范和试验方法。本标准的发布使得IEC62271系列标准首次拥有了专门针对直流断路器的完整技术规范，填补了该系列标准在直流装备领域的重要空白。值得特别说明的是，本标准为技术规范（TechnicalSpecification，TS）类型，而非国际标准（InternationalStandard，IS）。根据IEC导则的相关规定，技术规范适用于以下情形：当项目尚处于技术发展过程中，或当各方尚不能就国际标准达成一致时，可发布技术规范以提供技术指导。直流断路器技术正处于快速发展和多元路线并行的阶段，部分试验方法和性能指标仍需在实践中不断验证和完善，因此IEC选择以技术规范的形式发布该标准，既满足了当前行业的迫切需求，也为后续技术成熟后升级为正式国际标准预留了空间。2.3标准主要内容概述IECTS62271-313:2025EXV系统地规定了高压直流断路器在设计、制造、试验和运行维护等方面的技术要求，主要内容涵盖以下方面：（1）适用范围与术语定义：明确了标准的适用范围，涵盖用于直流电力系统的断路器设备，并对直流断路器特有的技术术语进行了统一定义，包括额定直流电压、额定直流电流、固有开断时间、直流开断能力等。（2）额定参数体系：规定了直流断路器的额定电压等级系列、额定电流系列、额定短时耐受电流、额定峰值耐受电流、额定开断电流、额定时间参数（包括分闸时间、开断时间、合-分时间等）等参数体系，并给出了各参数之间的配合关系。（4）型式试验：规定了直流断路器须进行的全部型式试验项目，包括绝缘试验、温升试验、直流开断试验、机械操作试验、关合试验、EMC试验等，并对各项试验的试验回路、试验方法、判定准则给出了详细规定。其中，直流开断试验是直流断路器型式试验的核心内容，标准详细规定了试验回路的拓扑结构、试验程序以及等效性验证方法。（5）例行试验与现场试验：规定了每台产品出厂前须进行的例行试验项目（包括主回路电阻测量、机械操作试验、密封试验、控制回路功能验证等），以及设备现场安装后的交接试验项目和判据。（6）高压直流断路器特有技术要素：针对直流断路器区别于交流断路器的重要特征，标准重点规定了人工过零开断、故障电流限流与开断的配合要求、能量吸收系统（如氧化锌避雷器组件）的技术要求和试验方法、直流断路器与直流系统的相互影响等关键技术内容。3标准编制历程与主要参与单位3.1编制历程IECTS62271-313:2025EXV标准的编制工作经历了较为充分的酝酿和论证阶段。早在2018年，IECSC17A（高压开关设备和控制设备分技术委员会）便成立了专门的工作组（WG63），负责直流断路器标准的预研工作。2021年，该工作组正式向IECSC17A提交了标准编制建议书（NP文件），经各成员国投票表决后正式立项。在标准编制过程中，工作组先后召开了十余次国际工作会议和数十次网络技术讨论会，参与专家来自中国、德国、日本、瑞士、瑞典、美国、韩国、法国等主要直流设备研发和应用国家。各方围绕直流断路器关键技术参数、试验回路等效性、不同技术路线的适用性等核心议题展开了深入讨论，最终于2024年底形成了最终草案（FDTS），经IEC中央办公室审核后于2025年3月31日正式发布。3.2主要起草单位介绍——中国电力科学研究院有限公司在IECTS62271-313:2025EXV的编制过程中，来自中国的技术专家发挥了重要作用。其中，中国电力科学研究院有限公司（以下简称"中国电科院"）作为IECSC17A的国内归口技术支撑单位和主要起草单位之一，为该标准的编制做出了突出贡献。单位概况中国电科院成立于1958年，是国家电网有限公司直属的科研机构，也是中国电力行业多学科、综合性的科研机构。作为中国高压开关设备标准化技术委员会（SAC/TC65）的秘书处挂靠单位，中国电科院长期承担高压开关设备领域国家标准和行业标准的制修订工作，具有丰富的标准化工作经验。在直流输电与直流开关设备领域，中国电科院建有国家电网公司高压开关设备实验室、直流输电技术国家重点实验室等高水平试验研究平台，具备开展±1100kV及以下电压等级直流开关设备试验研究的能力。近年来，该院先后承担了±500kV柔性直流电网用直流断路器的关键技术研究与试验验证工作，支撑了世界首个柔性直流电网工程——张北±500kV柔性直流电网示范工程的建设和运行。在标准编制中的主要贡献中国电科院专家在IECTS62271-313:2025EXV的编制中主要负责以下工作：（1）主导提出了直流断路器试验回路等效性验证的技术方案。基于中国电科院在张北柔直工程中积累的大量直流断路器运行数据和试验数据，中国电科院专家提出了基于故障电流上升率（di/dt）和峰值电流等效的试验回路设计原则，该原则已被纳入标准的型式试验部分，成为直流断路器开断试验的核心技术依据。（2）牵头起草了能量吸收系统（金属氧化物避雷器组件）的试验方法和判定准则。中国电科院团队在直流断路器能量吸收系统的应力分析和试验验证方面开展了大量研究工作，提出的能量吸收系统热稳定试验方法和高能量冲击试验程序被标准采用。（3）参与了机械式直流断路器人工过零开断回路的参数设计和验证方法的讨论与起草工作。结合中国在机械式直流断路器方面的工程实践经验，中国电科院专家对标准中人工过零回路的拓扑选择、参数配合及试验验证方法提出了多项建设性意见并被采纳。（4）组织中国专家团队对标准草案进行系统研究和意见反馈。在中国电科院的组织协调下，来自清华大学、西安交通大学、西安高压电器研究院、平高集团、南瑞继保等高校和企业的专家对标准各阶段草案开展了深入的研讨和反馈，形成了大量有价值的修改意见，多个关键建议最终被国际工作组采纳。4标准技术内容分析4.1直流断路器开断原理与标准技术框架的适配直流断路器实现故障电流开断的核心难点在于直流电流不存在自然过零点，必须通过人工方式创造电流过零条件或直接抑制电流至零。目前主流技术路线包括三种：一是机械式直流断路器，通过并联人工换流回路（通常由预充电电容器和快速机械开关组成）产生反向电流以形成人工过零；二是固态直流断路器，基于全控型电力电子器件（如IGBT、IGCT）直接关断故障电流；三是混合式直流断路器，结合机械开关的优良导通性能和电力电子器件的快速开断能力。IECTS62271-313:2025EXV在技术框架设计上充分考虑了上述三种技术路线的共存需求，采用"性能导向+方法开放"的编制原则。在试验方法和性能指标方面作出统一规定，同时不限定具体技术方案和实现路径，从而为不同技术路线提供了公平竞争和持续创新的空间。这一编制思路既保证了标准的普适性和长期适用性，又适应当前直流断路器技术多元发展的现实状况。4.2核心试验方法与要求直流开断试验是本标准规定的核心试验项目。由于直流断路器在实际系统中承受的故障电流上升速率和峰值因系统拓扑和参数的不同而存在显著差异，标准规定直流开断试验可采用三种等效试验方法：直接试验法、合成试验法和短路发电机试验法。标准对试验回路的关键参数控制提出了明确要求，包括试验电流的上升率、预期峰值电流、试验电压、开断时刻的控制精度等。同时，针对直流断路器配备的能量吸收系统，标准规定了能量吸收能力验证试验的具体方法，要求在规定的最大开断能量条件下进行试验，并验证避雷器组件的热稳定性能和绝缘恢复性能。标准还特别关注了直流断路器在连续多次开断操作后的性能保持问题。考虑到直流系统中自动重合闸策略的潜在需求，标准规定了额定操作顺序（如分-合-分循环）下的试验要求，确保断路器在规定的操作顺序下具有稳定的开断能力。4.3与相关标准的协调IECTS62271-313:2025EXV在编制过程中高度重视与相关标准的协调一致性。在术语和定义方面，该标准与IEC62271-1（高压开关设备和控制设备第1部分：通用技术要求）保持一致；在绝缘试验方面，参考了IEC62271-1和IEC60071系列标准（绝缘配合）的相关规定；在与直流系统接口方面，与IEC62501（柔性直流输电用电压源换流器）和IEC60633（高压直流输电术语）等标准进行了协调。此外，该标准还考虑了与IEC62539系列标准（基于IEEEStdC37.14的直流断路器应用导则）的关系，将其中的部分技术内容进行了整合和更新。随着本标准的发布，IECTS62271-313将逐步替代IEC62539系列标准中关于直流断路器型式试验和性能要求的内容，形成更为统一和精炼的直流断路器国际标准体系。5标准实施的行业影响与应用前景5.1对直流断路器产业的影响IECTS62271-313:2025EXV的发布将对全球直流断路器产业产生深远影响。首先，该标准为直流断路器的设计、制造和试验提供了统一的技术依据，有利于规范市场秩序，促进公平竞争。其次，标准的发布有助于推动直流断路器产品的系列化和标准化，降低研发和制造成本，提升产品的可靠性和互换性。第三，标准的国际化属性为各国直流断路器产品的国际贸易和技术合作提供了共通的技术语言，有利于促进国际技术交流和产能合作。5.2在新型电力系统建设中的应用价值当前，中国正在加快推进以新能源为主体的新型电力系统建设。直流输电和直流配电作为新能源高效消纳和灵活调配的重要技术手段，将在新型电力系统中扮演越来越重要的角色。IECTS62271-313:2025EXV的发布为中国直流断路器产业的国际化发展提供了重要的标准支撑，有助于中国直流断路器产品更好地走向国际市场。5.3对标准体系建设的推动本标准的发布也为中国国内直流断路器标准体系的完善提供了重要参考。目前，中国已发布GB/T38321-2019《基于组合式直流断路器的直流输电用故障电流开断装置》等直流断路器相关标准，但在覆盖范围和深入程度上仍有待进一步提升。IECTS62271-313的发布为中国国内相关标准的制修订提供了国际层面的最新技术依据，有助于推动中国直流断路器标准与国际标准的进一步协调一致。6结论与展望IECTS62271-313:2025EXV《高压开关设备和控制设备第313部分：直流断路器》的发布是直流开关设备标准化发展历程中的重要里程碑。该标准系统规定了直流断路器在设计、制造、试验和应用等方面的技术要求，填补了国际标准体系中高压直流断路器专用标准长期缺失的空白。标准的发布不仅为全球直流断路器行业提供了统一的技术规范，也为不同技术路线的直流断路器产品建立了公平竞争和持续创新的平台。从技术发展角度看，直流断路器技术仍处于快速发展阶段。未来，随着柔性直流输电电压等级和输送容量的进一步提升，以及直流配电网技术在中低压领域的推广应用，直流断路器将面临更高电压、更大电流、更快开断速度的发展需求。IECTS62271-313作为技术规范，将为后续基于实践验证升级为正式国际标准（IS）奠定基础。同时，围绕直流断路器的可靠性评估方法、智能运维技术、环保型绝缘介质应用等方面，仍有进一步标准化的工作空间。从中国视角看，IECTS62271-313:2025EXV的发布既是中国直流输电技术实力的有力证明，也是中国深度参与国际标准制定的成功范例。中国电科院等国内单位在标准编制中的实质性贡献，提升了中国在高压开关设备国际标准化领域的话语权和影响力。展望未来，中国将继续依托在直流输电领域的工程实践和技术积累，积极参与直流开关设备相关国际标准的制修订工作，推动中国标准与国际标准的相互衔接和共同发展，为全球直流