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摘要随着全球能源转型的深入推进和新型电力系统建设的加速，变电站数字化、智能化水平持续提升，传统基于硬接线回路的继电保护技术正经历深刻的变革性重构。在此背景下，国际电工委员会（IEC）于2025年8月正式发布了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》。该标准作为IEC60255系列标准家族的最新重要成员，首次系统性地规定了保护功能直接采用数字通信作为输入和输出信号时的通用技术要求与试验方法，填补了国际标准体系中数字式继电保护专项规范的空白。本标准涵盖数字接口架构、数据交互逻辑、功能性能要求、试验条件与方法、一致性验证等多个关键技术维度，为智能变电站中过程层采样值（SV）和站控层面向通用对象的变电站事件（GOOSE）等数字信号直接接入保护装置的设计、制造、测试和运行维护提供了统一的技术依据。本报告对该标准的立项背景、技术内容、关键创新点及产业影响进行全面阐述，旨在为国内相关企事业单位和标准化工作者提供系统性的参考与借鉴。关键词：测量继电器；保护设备；数字接口；IEC60255；标准化；智能变电站；继电保护Keywords:MeasuringRelays;ProtectionEquipment;DigitalInterface;IEC60255;Standardization;SmartSubstation;RelayProtection一、引言1.1标准化背景继电保护作为电力系统安全稳定运行的第一道防线，其技术演进始终与电力系统整体发展水平紧密相连。自20世纪初诞生以来，继电保护技术经历了电磁型、晶体管型、集成电路型、微机型四个主要发展阶段，每一阶段的技术跃迁都伴随着相应标准体系的更新与完善。IEC60255系列标准作为测量继电器和保护设备领域的纲领性国际标准，自20世纪60年代首次发布以来，已形成覆盖基本量度继电器、保护装置功能要求、电气试验、环境试验、电磁兼容等全方位多层次的标准体系，为全球范围内的继电保护设备研发、制造和应用提供了统一的技术语言和评价准则。近年来，随着数字化采样技术和网络通信技术在电力系统中的深度应用，智能变电站建设在全球范围内加速推进。IEC61850标准的颁布实施为变电站自动化系统提供了统一的通信协议和信息模型框架，但针对保护装置自身在数字化输入输出条件下的功能性要求，尚缺乏专门的标准规范。现有IEC60255系列标准中的多数试验方法和性能指标基于传统模拟量输入/开关量输出的硬件架构设计，难以全面覆盖数字接口条件下保护功能呈现的新特征和新要求。1.2标准立项必要性传统基于硬接线的保护装置中，电流电压信号经由电磁式互感器通过电缆接入保护装置模拟量输入回路，跳合闸命令通过硬接点输出至断路器操作回路。而在数字化变电站中，电子式互感器或合并单元通过光纤以太网以SV报文形式传输采样值，智能终端通过GOOSE报文接收跳合闸命令并驱动断路器动作。这一信号传输方式的根本性变革，使得保护装置的输入输出接口形态、信号处理流程、时延特性、同步机制等均发生了质的变化。具体而言，数字化接口条件下保护装置面临以下新技术问题：其一，采样值经由网络传输后，保护算法需适应数据报文到达的离散性和可能的丢包、错序问题；其二，保护功能性能不仅取决于保护算法本身，还在很大程度上受通信网络服务质量（时延、抖动、带宽）的影响；其三，数字接口条件下的功能试验方法需要重新设计，传统模拟量注入和接点开闭检测方式无法直接适用；其四，保护装置与合并单元、智能终端之间的互动关系需明确的责任边界和接口规范。上述问题的解决亟需一部专门的国际标准予以系统回应。因此，IEC在充分调研产业需求的基础上，决定立项制定IECTS60255-216-1标准，以技术规范（TechnicalSpecification）的形式发布，为数字接口保护功能提供统一的要求和试验方法。二、标准概述2.1标准基本信息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》由国际电工委员会测量继电器和保护设备技术委员会（IEC/TC95）制定，于2025年8月11日正式发布。标准采用英语编写，以电子版加密PDF格式发布，当前状态为现行有效。该标准隶属于IEC60255标准框架体系下的第216部分分支，专门针对数字接口技术方向展开规范制定工作。按照IEC技术规范（TechnicalSpecification）类文件的定位，该标准反映了该技术领域当前的发展状态和产业共识，旨在通过先行规范的发布积累应用经验，为后续转化为完整的国际标准（IS）奠定基础。2.2标准适用范围本标准适用于采用数字通信接口作为保护和测量功能输入和/或输出信号的测量继电器和保护设备。其适用范围具体包括：-使用IEC61850-9-2（采样值SV协议）帧格式作为保护功能输入的继电保护装置；-使用IEC61850-8-1（GOOSE协议）报文作为跳合闸命令输出或联闭锁逻辑输入的保护装置；-集成数字接口功能，同时保留传统模拟量接口的混合式保护装置（仅涉及数字接口部分）；-变电站过程层与间隔层间采用全数字化信号传输的保护功能实现方案。标准内容覆盖保护功能在数字信号输入输出条件下的通用要求、性能指标、试验条件与试验方法，以及一致性评价规则等技术内容。三、标准主要内容3.1数字接口架构与功能模型本标准首先对数字接口保护功能的基本架构进行了规范性描述。标准定义了保护装置通过数字接口获取采样值数据、输出跳合闸命令的基本功能模型，明确了保护装置与合并单元、智能终端、过程层网络等外部设备之间的功能边界和接口关系。标准将数字接口保护功能划分为三个逻辑层次：数据接入层、保护决策层、命令输出层。数据接入层负责从过程层网络接收SV采样值报文，完成数据解析、帧同步、品质校验等预处理功能；保护决策层利用解析后的采样数据进行保护算法运算，生成保护判断结果；命令输出层将保护动作结果转换为GOOSE报文发送至智能终端，实现断路器跳合闸控制。这一层次化功能模型的建立，为后续各项性能要求的提出和试验方法的确定提供了清晰的逻辑框架。3.2数据通信要求在数据通信层面，标准对数字接口保护功能所依赖的通信链路提出了系统性技术要求：采样值传输方面，标准要求保护装置应能正确接收和处理符合IEC61850-9-2LE或IEC61850-9-2标准帧格式的SV报文，采样频率支持4000Hz（80点/周波）和12800Hz（256点/周波）两种典型配置。装置应具备采样值报文丢失检测功能，在检测到连续丢包时能够按照预定逻辑进行处理，如闭锁相关保护或采用保持上一采样值等策略。GOOSE报文传输方面，标准规定保护装置输出的跳合闸GOOSE报文应满足IEC61850-8-1规定的传输时间等级要求，在正常网络负荷条件下，从保护判断输出到智能终端收到命令的时间应不大于规定值。装置应支持GOOSE报文的重传机制，确保命令传输的可靠性。时间同步方面，标准强调了IEEE1588精确时间协议（PTP）或IRIG-B等时间同步方式在数字接口保护中的重要性，要求保护装置应能接收和处理时间同步信号，确保采样值数据的时标精度满足保护算法要求。在失去时间同步信号时，装置应能检测同步异常状态并采取相应的安全措施。网络冗余方面，标准要求保护装置的通信接口应支持PRP（并行冗余协议）或HSR（高可用性无缝冗余）等网络冗余协议，确保单一网络故障时保护功能不受影响。装置的网络切换时间应满足保护功能连续运行的需要。3.3保护功能性能要求在数字接口条件下，标准对保护功能的性能指标提出了明确要求。传统保护装置的性能考核指标包括动作时间、动作准确性、灵敏度等，而在数字接口条件下，还需考虑通信因素对上述指标的影响。标准规定，数字接口保护功能在正常通信条件下的动作时间应满足相应的保护原理要求，且需额外计入通信链路引入的固有时延。该时延包括：合并单元采样值打包发送时间、过程层网络传输时间、保护装置报文解析处理时间、GOOSE命令编码发送时间以及智能终端接收处理时间。保护装置的技术文档应明示上述各项时延的典型值和最大值。在保护准确性方面，数字接口条件下的采样值量化误差、传输过程中的位错误、报文丢失等均可能影响保护测量精度。标准要求保护装置的测量误差应在规定的精度等级范围内，且在报文丢失率不超过设定阈值时，保护功能仍能保持规定的性能。3.4试验方法与验证要求试验方法是本标准的核心内容之一。针对数字接口保护功能的技术特点，标准建立了一套完整的试验方法体系。试验环境构建方面，标准要求试验应采用符合IEC61850标准的数字仿真测试平台，能够模拟合并单元发送SV采样值报文、模拟智能终端接收GOOSE报文并反馈执行结果。试验平台的通信参数应可配置，以满足不同试验场景的需求。功能试验方面，针对各类保护功能（如电流保护、距离保护、差动保护等），标准规定了在数字信号注入条件下的动作特性试验方法，包括动作值准确度试验、动作时间试验、暂态特性试验等。试验中应通过数字方式注入故障电流/电压波形数据，取代传统的模拟量注入方式。通信异常试验方面，标准规定了报文丢失、通信中断、网络延时变化、时间同步异常等故障场景下的保护功能试验方法，验证保护装置在通信链路异常时能否按照预定设计安全响应。一致性试验方面，标准要求对保护装置的通信协议实现进行一致性验证，确保SV报文解析、GOOSE报文发布/订阅等功能符合IEC61850相关部分的要求。3.5环境与电磁兼容要求数字接口保护装置在保持传统保护设备电磁兼容性能要求的基础上，标准对通信接口相关的电磁兼容性能作了进一步明确。标准要求数字接口保护装置在满足IEC60255-26（电磁兼容要求）规定的基础上，还应验证通信接口在电磁干扰条件下通信功能的正常性和可靠性。此外，标准对环境温度、湿度、振动等环境适应性要求与常规保护装置要求保持一致，确保数字接口保护装置在变电站实际运行环境中的长期可靠性。四、标准技术特点与创新4.1首次构建数字接口保护功能的通用规范体系本标准是IEC60255系列中首个专门针对数字接口保护功能的系统性技术规范。此前，数字接口保护的相关技术要求分散在IEC61850（通信协议）、IEC60255-1（通用要求）等不同标准中，缺乏面向保护功能整体性能的整合性规范。本标准的发布填补了这一标准空白，构建了涵盖架构、性能、试验、评价全链条的技术规范框架。4.2建立通信与保护协同的技术指标关联标准的创新之处在于首次将通信网络服务质量指标与保护功能性能指标进行系统关联。标准明确指出通信时延、丢包率、同步精度等通信指标对保护动作时间、测量精度等功能性能的影响边界，为工程应用中通盘考虑通信系统设计和保护装置配置提供了规范化指引。4.3提出数字化试验方法范式相对于传统基于模拟量注入的试验方式，本标准提出的数字化试验方法论确立了基于报文仿真注入和网络交互模拟的全新试验范式，为后续数字化保护产品的型式试验、出厂检验和现场调试提供了可操作的技术依据。五、主要起草单位介绍5.1制定机构概述本标准的制定以IEC/TC95（测量继电器和保护设备技术委员会）为主导，联合IEC/TC57（电力系统管理及信息交换技术委员会）在通信协议方面提供技术支撑。IEC/TC95的前身可追溯至20世纪初成立的IEC/TC41，2016年经重组更名后承担测量继电器和保护设备领域的国际标准化工作，秘书处由比利时国家委员会承担。TC95下设多个工作组，其中负责本标准的WG4工作组专门从事保护装置功能安全及数字接口相关标准的研究编制工作。5.2中国参与力量中国作为IEC的正式成员，在IEC/TC95中具有重要影响力。中国电机工程学会继电保护专业委员会、中国电力科学研究院有限公司、南京南瑞继保电气有限公司、国电南京自动化股份有限公司等单位长期深度参与IEC/TC95的国际标准制修订工作。在IECTS60255-216-1的研制过程中，中国专家积极参与了数字接口保护功能模型构建、不同技术路线协调、关键试验方法研讨等重要工作，为标准的科学性和可实施性贡献了中国智慧和中国方案。5.3起草单位贡献国家电网有限公司作为全球最大的公用事业企业之一，长期以来高度重视继电保护标准化工作。在数字化变电站领域，国家电网在智能变电站工程实践和标准制定方面积累了丰富经验，主导编制了多项智能变电站继电保护相关的企业标准和行业标准。在本标准的研制过程中，国家电网组织所属中国电力科学研究院、各省市电力公司的继电保护专业技术骨干成立专项工作组，在标准草案讨论、试验验证、术语统一等方面提供了大量技术输入和试验数据支持，有力推动了标准的研制进程。六、标准应用前景与产业影响6.1推动继电保护技术数字化升级IECTS60255-216-1的发布将为全球范围内数字接口继电保护装置的设计、生产、检验和应用提供统一的技术依据。标准明确了数字接口保护的功能要求和试验方法，有助于消除各制造商在产品实现上的技术差异，促进产品互操作性和质量一致性提升。6.2支撑新型电力系统建设当前，全球能源结构加速向清洁低碳方向转型，