IEC TS 62271-3132025 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摘要关键词：高压直流断路器；IEC标准；标准化；开关设备；直流输电；试验技术Keywords:High-voltageDCcircuit-breaker;IECStandard;Standardization;Switchgear;DCtransmission;Testingtechnology一、引言1.1研究背景在全球应对气候变化、实现碳中和目标的宏观背景下，能源结构正在经历深刻变革。风能、太阳能等可再生能源的大规模开发和远距离输送，促使电力系统从传统的交流主导型向交直流混合型转变。直流输电技术凭借其在远距离、大容量输电场景下损耗低、控制灵活等显著优势，已成为跨区域能源优化配置的关键技术手段。近年来，我国在特高压直流输电领域取得了举世瞩目的成就，多条±800kV及以上电压等级的特高压直流输电工程相继建成投运，柔性直流输电技术也在海上风电送出、城市电网增容等领域得到广泛应用。然而，直流电网的发展始终面临一个核心技术瓶颈——直流故障电流的开断问题。与交流系统不同，直流电流不存在自然过零点，电弧熄灭极为困难，这对直流断路器提出了远比交流断路器更高的技术要求。直流断路器需要在极短的时间内（通常为数毫秒）完成故障电流的开断，并吸收系统中储存的巨大能量。这一技术难题长期制约着直流输电系统向多端化、网络化方向发展。近年来，国内外在直流断路器技术研发方面取得了突破性进展，基于机械式、固态式以及混合式等不同原理的直流断路器产品相继问世，并在张北柔性直流电网示范工程等实际项目中得到应用验证。但与此同时，缺乏统一的国际标准成为制约直流断路器产业规范化发展、阻碍不同厂家产品互操作性的重要瓶颈。在此背景下，IEC启动并发布了IECTS62271-313:2025，为直流断路器的标准化工作奠定了重要基础。1.2标准基本信息IECTS62271-313:2025《高压开关设备和控制设备第313部分：直流断路器》是由国际电工委员会高压开关设备和控制设备技术委员会（IEC/TC17）下设的SC17A分技术委员会负责制定的技术规范。该标准于2025年3月31日正式发布，标准状态为现行有效，技术归口单位为IEC/SC17A（高压开关设备和控制设备分技术委员会）。其分类号为高压开关装置和控制器，标准语言为英语，采用电子版加密PDF格式发行。作为IEC62271系列标准的重要组成部分，该标准与IEC62271-1（通用条款）、IEC62271-100（交流断路器）等标准共同构成了高压开关设备的完整标准体系，但其在开断原理、试验方法、技术要求等方面与交流断路器存在本质性差异，体现了直流开断技术的特殊性。二、标准立项背景与必要性2.1直流输电技术发展的迫切需求直流电网的建设运行对断路器提出了三项核心功能要求：一是正常运行时能承载持续直流电流并具备一定的过载能力；二是故障状态下能在数毫秒内快速开断数十千安培的故障电流；三是能耐受开断过程中产生的暂态过电压和过电流应力。这些技术要求远超出传统交流断路器的能力范畴，亟需专门的标准予以规范。从全球范围来看，中国、欧洲、美国等国家和地区均在积极布局直流电网技术。我国已建成投运的张北柔性直流电网示范工程是世界首个真正意义上的直流电网，包含多个换流站和直流断路器，实现了直流故障的快速隔离与系统自愈。欧洲的超级电网（SuperGrid）计划、美国的东部电网改造计划等也将直流电网列为重要技术方向。这些工程实践和技术规划为直流断路器标准化提出了现实需求。2.2产业发展的标准化需求随着直流断路器从实验室样机向工程应用产品转化，产业界对标准化的需求日益迫切。具体体现在以下几个方面：产品设计制造的规范性需求。各厂家生产的直流断路器在结构型式、技术参数、性能指标等方面存在较大差异，缺乏统一的技术要求和试验方法，导致产品质量参差不齐，用户选型困难。试验检测的权威性需求。直流断路器的型式试验和出厂试验方法亟需标准化，以建立公认的试验回路、试验程序和判定准则，确保试验结果的可靠性和可重复性。工程应用的互操作性需求。多端直流电网中，不同厂家生产的直流断路器需要在同一系统中协同工作，在保护配合、控制策略、通信协议等方面需要统一的标准予以规范。国际贸易的便利性需求。标准是国际贸易的技术语言，统一的国际标准有助于消除技术性贸易壁垒，促进直流断路器产品的国际流通和工程项目的国际合作。2.3标准空白与紧迫性在IECTS62271-313:2025发布之前，国际上尚不存在专门针对高压直流断路器的统一标准。虽然IEC62271系列标准对高压开关设备有较为完善的通用性要求，IEC62539等标准涉及直流系统相关技术，但均未系统性地覆盖直流断路器的特殊要求。这种标准空白状态导致各制造商在直流断路器设计、试验和验收过程中缺乏统一的技术依据，不同项目的技术要求差异性大，增加了设备研制和工程建设的成本与风险。因此，制定专门的直流断路器标准具有高度的紧迫性。IECTS62271-313:2025的发布填补了这一空白，回应了全球直流输电技术发展与工程应用的时代需求。三、标准主要内容与技术框架3.1标准适用范围与定位IECTS62271-313:2025适用于额定电压高于1000V的直流系统中使用的直流断路器，涵盖了用于输电系统和配电系统的直流断路器设备。该标准作为技术规范（TechnicalSpecification，TS），其标准定位有别于正式国际标准（IS），旨在通过技术规范的先行先试，积累直流断路器运行经验和试验数据，为后续正式标准的制定奠定基础。3.2标准主要技术内容该标准在参考IEC62271-1通用要求的基础上，针对直流断路器的特殊技术要求进行了系统规定。主要内容涵盖以下几个方面：术语与定义。标准对直流断路器的特有术语进行了规范定义，包括直流断路器类型（机械式、固态式、混合式）、额定参数、开断能力、运行方式等，为统一理解标准条款提供基础。额定参数。规定了直流断路器的额定电压、额定电流、额定短路开断电流、额定短时耐受电流、额定峰值耐受电流、额定时间常数等关键参数的定义和选取原则。其中，额定电压等级需与直流系统电压系列匹配，额定短路开断电流与直流系统接地方式密切相关。设计与结构要求。对直流断路器的绝缘水平、温升限值、机械操作特性、辅助设备、接地方式等提出了明确要求。针对直流开断的特殊性，标准还对开断单元的能量吸收能力、均压设计、冷却方式等提出了专门的技术要求。型式试验。这是该标准的核心内容之一。直流断路器的型式试验与交流断路器存在本质性差异，其关键技术难点在于如何建立等效的试验回路来模拟直流系统中的故障开断过程。标准规定的关键试验项目包括：-端间绝缘试验-温升试验-机械操作试验-端子静负载试验-主回路电阻测量-直流短时耐受电流试验-直流峰值耐受电流试验-短路开断试验-异相开断试验-容性电流开合试验-感性电流开合试验-EMC试验（如适用）其中，短路开断试验是最为核心和困难的试验项目。标准规定：当试验室不具备直接进行直流短路开断试验条件时，允许采用合成试验回路进行等效试验。合成试验需经过严格的等效性论证，综合考虑开断电流、恢复电压、电流上升率、能量吸收等关键参数的等效性。标准对合成试验回路的构成方式（电流源注入法、电压源叠加法等）、参数选择原则以及试验结果的等效性判定准则作出了详细规定。出厂试验。规定了每台直流断路器出厂前必须进行的试验项目，包括结构检查、机械操作试验、主回路电阻测量、控制回路和辅助回路接线检查、气密性试验等，以确保产品的一致性和可靠性。3.3技术要点分析从技术角度看，IECTS62271-313:2025与交流断路器标准（IEC62271-100）相比，最为突出的差异体现在以下几个方面：开断机理的差异。交流断路器利用电流自然过零完成开断，而在直流系统中无自然过零，直流断路器必须通过人为方式迫使电流下降至零。标准在技术要求中充分反映了这一特性，对断路器必须配备的换流回路和能量吸收装置提出了系统性要求。试验方法的差异。交流断路器的试验较容易实现直接试验，而直流短路开断试验由于需要大容量直流电源，试验室建设成本和难度极大。因此，该标准对合成试验方法的认可和规范化是标准的突出贡献之一。恢复电压特性的差异。直流断路器开断后的瞬态恢复电压特性与交流系统存在本质不同，直流系统的等值电路特性、储能元件的能量释放过程等均需在标准中予以特殊考虑。四、标准制定过程与参与单位4.1制定过程概述IECTS62271-313:2025的制定工作历时多年，经历了从新工作项目提案（NP）、工作草案（WD）、委员会草案（CD）、国际标准草案（DIS）到最终技术规范发布的全过程。在标准制定过程中，来自全球主要电力设备制造商、电力公司、检测机构和科研院所的专家共同参与了技术讨论和草案完善工作。各国在直流断路器领域的工程实践和研究成果为标准技术内容的形成提供了重要支撑。4.2主要参与单位介绍在IECTS62271-313:2025的制定过程中，多个国际知名企业和机构发挥了重要作用。以下以中国电力科学研究院有限公司为例进行详细介绍。中国电力科学研究院有限公司（以下简称"中国电科院"）是国家电网有限公司直属的科研机构，是中国电力行业多学科、综合性的科研机构，也是我国高压开关设备标准化工作的重要技术支撑单位。长期以来，中国电科院密切跟踪并深度参与IEC/TC17及SC17A的标准化工作，在直流输电技术和高压开关设备领域积累了深厚的技术储备和丰富的工程实践经验。在直流断路器技术研究方面，中国电科院牵头或参与完成了多项国家级重点科研项目，建立了完善的直流断路器试验研究平台，自主研发了具有国际先进水平的高压直流断路器合成试验回路。在张北柔性直流电网示范工程中，中国电科院承担了直流断路器型式试验、工程交接试验和运行状态评估等关键技术工作，为世界首个直流电网工程的成功建设和稳定运行提供了重要的技术保障。在IECTS62271-313:2025的制定过程中，中国电科院的专家作为IECSC17A中国国家委员会的核心成员，积极参加了标准草案的讨论和评审工作，在直流断路器试验方法、合成试验技术、额定参数体系等关键技术条款的制定中提出了多项具有重要影响的技术提案和修改意见。中国电科院在直流断路器试验技术方面的研究成果和实践经验，为标准的科学性和可操作性作出了实质性贡献，充分体现了中国在直流输电装备领域的技术实力和国际话语权的提升。除中国电科院外，全球主要的开关设备制造商如ABB、西门子能源、通用电气、三菱电机、平高集团、西开电气等企业，以及KEMA等国际知名检测认证机构也深度参与了标准的制定工作，从产品设计制造、试验检测和工程应用等不同角度为标准的完善提供了技术支持。五、国内外标准化现状及对比分析5.1国际标准化现状在国际层面，IECTS62271-313:2025是高压直流断路器领域首个系统性的国际标准文件。在此之前，CIGRE（国际大电网会议）在直流开关设备方面发布了若干技术手册和导则（如TB683等），为IEC标准的制定提供了重要的技术参考和预研基础。CIGREWGA3/B4.34等工作组对直流断路器技术要求和试验方法进行了系统研究，为IEC标准的制定奠定了学术和技术基础。在区域性标准层面，欧洲电工标准化委员会（CENELEC）在直流开关设备标准化方面亦有相关动向，但尚未发布与IECTS62271-313:2025对等的正式标准。5.2国内标准化现状在国内层面，我国高度重视直流断路器标准化工作。中国电力企业联合会归口的DL/T系列标准中已有若干直流设备标准，如DL/T2220等涉及直流断路器的技术规范。全国高压开关设备标准化技术委员会（SAC/TC65）也在积极推动直流断路器相关标准的制定工作，已有对应的国家标准和行业标准立项或在研。国内标准在技术内容上充分参考了IECTS62271-313:2025的框架和核心条款，并结合我国直流输电工程的实际经验进行了适应性调整。5.3对比分析与国外先进标准相比，我国直流断路器标准在总体框架和技术指标体系上与IEC标准保持高度一致，但在个别技术细节和试验方法方面体现出我国直流电网工程的特殊需求。例如，在较高电压等级直流断路器的试验方法上，我国标准对合成试验的适用范围和等效性判据作出了更为具体和严格的规定；在机械操作寿命方面，结合我国直流电网的运行要求提出了更高的操作次数要求。六、标准实施的意义与影响6.1对行业发展的推动作用IECTS62271-313:2025的发布实施对直流断路器产业产生了深远影响。该标准首次从国际层面统一了直流断路器的技术要求和试验方法，为产品研发提供了明确的技术目标，降低了制造商在技术路线选择上的不确定性。同时，标准的发布标志着直流断路器从科研定制产品向标准化工业产品的转变，有利于形成规模化、系列化的产品型谱，降低制造成本，提高产品质量一致性。6.2对直流电网建设的支撑作用统一的标准为直流电网的规划设计和设备选型提供了技术基础。直流断路器作为直流电网中的关键保护设备，其性能参数与直流电网的系统参数（如系统电压、短路电流水平、故障清除时间等）密切相关。通过标准的实施，直流电网的规划设计单位可以在统一的参数体系下进行系统计算和设备选型，确保系统与设备的协调配合。6.3对国际合作的促进作用国际标准是国际合作的重要桥梁。IECTS62271-313:2025的发布促进了各国在直流输电领域的经验共享和技术交流。对于我国而言，该标准的发布为中国直流断路器产品走向国际市场创造了有利条件，有助于中国直流输电技术和装备在"一带一路"沿线国家和地区的推广应用。七、主要参与单位7.1中国电力科学研究院有限公司中国电力科学研究院有限公司（简称"中国电科院"）是中国电力行业综合性的科学研究与技术开发机构，成立于1951年，是国家电网公司的核心科研单位。中国电科院在特高压交直流输电、大电网安全稳定运行、新能源并网等关键技术领域具有深厚的研究积累，曾获得包括国家科学技术进步奖特等奖在内的多项国家级奖励。目前已在直流断路器试验检测方面建立了完善的试验平台，具备了从低压参数测试到高压大电流合成试验的完整试验能力。7.2其他重要参与单位在IECTS62271-313:2025制定过程中，以下机构也发挥了重要作用：ABB集团。作为全球领先的电力和自动化技术集团，ABB在直流断路器技术研发方面起步较早，其开发的混合式高压直流断路器已在多个示范工程中得到应用。ABB专家在标准制定中贡献了大量基于产品研发和工程实践的技术经验，特别是在混合式断路器的技术要求和试验方法方面。西门子能源。西门子能源在直流开关设备领域具有悠久的技术传承，其在直流快速断路器、固态开关等方面均有成熟产品。西门子能源的专家参与了标准中机械式直流断路器相关技术条款的起草工作。KEMA实验室。作为国际知名的电力设备检测认证机构，K