IEC TS 62271-3162024 EXV 高压开关设备和控制设备 第316部分直流旁路开关和并联开关标准立项发展报告

高压开关设备和控制设备第316部分：直流旁路开关和并联开关标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:High-voltageswitchgearandcontrolgear-Part316:Directcurrentby-passswitchesandparallelingswitches摘要随着全球能源转型战略的深入推进，直流输电与直流配电技术在电网建设中的比重持续提升，高压直流开关设备作为保障直流系统安全稳定运行的关键装备，其标准化需求日益迫切。本报告围绕国际电工委员会（IEC）于2024年11月21日发布的技术规范IECTS62271-316:2024EXV《高压开关设备和控制设备第316部分：直流旁路开关和并联开关》展开系统论述。报告首先分析了该标准立项的行业背景与技术动因，指出柔性直流输电、直流电网及可再生能源并网等应用场景对直流旁路开关和并联开关性能和试验方法提出的新要求；其次，全面解析了标准的主要内容框架，包括术语定义、额定值、设计与结构要求、型式试验项目及检验规则等核心技术要素；再次，报告介绍了主导编制单位在标准制定中的技术贡献与组织协调作用；最后，对该标准发布实施的行业影响与未来发展趋势进行了展望。本报告旨在为高压开关设备制造企业、电力设计院所、检验检测机构及标准化工作者提供全面的参考与指导。关键词：高压开关设备；直流旁路开关；直流并联开关；IEC标准；直流输电；型式试验Keywords:High-voltageswitchgear;DCby-passswitch;DCparallelingswitch;IECstandard;DCtransmission;Typetest一、引言1.1标准立项背景在全球应对气候变化、推动能源结构转型的宏观背景下，以风电、光伏为代表的可再生能源装机容量持续快速增长，直流输电技术凭借其在长距离大容量输电、新能源友好接入及电网互联等方面的显著优势，已成为电网建设的重要技术方向。截至2024年，我国已建成投运多条特高压直流输电工程，柔性直流输电技术也已在多个工程中实现商业化应用，直流电网技术正逐步由试验验证阶段向工程实用化阶段过渡。在直流系统中，旁路开关和并联开关是保障系统灵活运行与故障隔离的关键设备。直流旁路开关主要用于换流器阀组旁路、故障电流转移等场景，要求具备快速合闸、可靠关合及一定程度的开断能力；直流并联开关则用于多端直流系统和直流电网中实现多换流站的并联运行，对均流特性、同步合闸精度及短路耐受能力提出了严格的技术要求。然而，由于直流电流不存在自然过零点，直流开关设备的电流开断机理与交流开关设备存在本质差异，传统的IEC62271系列交流开关设备标准无法直接适用于直流开关设备的设计、试验与验收。1.2标准立项意义IECTS62271-316:2024EXV的发布填补了国际范围内直流旁路开关和并联开关专用标准的空白，为直流开关设备的设计制造、试验检测和工程应用提供了统一的技术依据。该标准的实施将有效规范直流开关设备市场，促进产品质量提升和技术进步，降低工程建设和运维成本，为直流输电和直流电网的大规模发展提供坚实的标准化支撑。二、标准编制背景分析2.1直流输电技术发展现状直流输电技术历经数十年发展，已形成常规直流输电（LCC-HVDC）、柔性直流输电（VSC-HVDC）和直流电网三大技术形态。常规直流输电技术成熟，应用于远距离大容量输电场景；柔性直流输电具备独立调节有功无功、无换相失败风险等技术优势，适用于新能源并网、海岛供电及城市电网增容等应用场景；直流电网则通过多端互联实现可再生能源的大规模消纳和电力资源的优化配置。在直流开关设备方面，高压直流断路器（HVDCcircuitbreaker）技术近年来取得重大突破，国内多家企业和科研机构已研制出±500kV及更高电压等级的直流断路器样机并通过型式试验。相比之下，直流旁路开关和并联开关作为系统中数量更多、操作更频繁的设备，其标准化进程相对滞后，制约了工程应用的规范化发展。2.2直流旁路开关和并联开关的技术特点直流旁路开关在系统正常运行时处于分闸位置，当换流器阀组发生故障或需要检修时，旁路开关快速合闸，将故障阀组短接退出运行。该设备最关键的技术指标包括合闸时间、合闸同期性及短路关合能力。由于直流系统故障电流上升速度快、峰值高，旁路开关须具备在数十毫秒内完成合闸动作的能力。直流并联开关用于将多个换流站或换流器并联接入直流母线，其核心技术难点在于合闸涌流抑制、直流均流分配及并联运行稳定性。当多个换流器并联运行时，各支路电流分配的均匀性直接影响系统运行效率和设备寿命，对开关设备的接触电阻一致性及操作机构同步性提出了较高要求。2.3标准缺失带来的问题在IECTS62271-316发布之前，直流旁路开关和并联开关的设计、试验和验收主要参照交流高压开关设备标准（IEC62271-100、IEC62271-102等）并结合工程实践经验进行。这种做法存在以下突出问题：1.试验方法不适用：交流标准的开断试验基于工频电流过零点原理，而直流开断试验需要模拟直流电流的特定上升速率和峰值特性，二者试验回路和判定准则差异显著；2.技术要求针对性不足：交流开关设备的技术参数体系（如额定短时耐受电流、额定峰值耐受电流等）无法全面覆盖直流开关设备的特殊技术要求（如直流时间常数、故障电流上升率等）；3.验收标准不统一：各工程项目根据自身需要制定技术规范，导致同类设备在不同工程中的技术要求和试验标准存在较大差异，不利于设备的系列化生产和行业整体技术水平的提升。三、标准主要技术内容3.1标准范围与适用对象IECTS62271-316:2024EXV适用于额定电压3.6kV及以上、用于直流输电系统和直流配电系统的旁路开关和并联开关设备。标准涵盖了户内和户外安装、空气绝缘和气体绝缘等不同型式的高压直流开关设备，为这些设备的设计、制造、试验和运行维护提供了全面的技术规范。3.2术语与定义标准对直流旁路开关、直流并联开关及相关技术术语进行了明确定义，包括：-直流旁路开关（DCby-passswitch）：用于将直流系统中某一支路（如换流器阀组）短接退出运行的机械开关设备；-直流并联开关（DCparallelingswitch）：用于将两个及以上直流支路并联连接运行的机械开关设备；-直流时间常数（DCtimeconstant）：表征直流回路电流上升特性的时间参数；-额定直流电压（ratedDCvoltage）：开关设备设计所依据的最高直流工作电压。标准在术语方面充分吸收了IEC60050（国际电工词汇）的相关定义，并结合直流开关设备的特殊技术要求进行了补充和完善，为行业提供了统一的交流语言。3.3额定值与技术要求在额定参数方面，标准规定了直流旁路开关和并联开关的额定电压、额定电流、额定短时耐受电流、额定峰值耐受电流、额定直流时间常数等关键参数系列。在技术要求方面，标准对开关设备的温升限值、绝缘水平、机械操作性能、环境适应性等方面提出了明确要求。其中，针对直流开关设备的核心技术特点，标准特别强调了以下关键要求：1.合闸时间与同期性要求：旁路开关的合闸时间应满足系统故障切除的时限要求，多断口开关的各断口合闸同期性偏差应在规定范围内；2.直流电流开断能力：对于具备开断功能的开关设备，应验证其在特定直流时间常数和故障电流上升率条件下的开断能力；3.关合能力：开关设备应具备在直流系统故障状态下关合额定短路电流的能力。3.4型式试验项目标准规定的型式试验项目主要包括：-绝缘试验：包括雷电冲击耐压试验、操作冲击耐压试验、工频耐压试验及直流耐压试验等，以验证设备在直流电压作用下的绝缘性能；-温升试验：在额定电流和规定环境条件下进行温升试验，验证开关设备的载流能力及温升限值；-机械操作试验：验证开关设备在规定操作次数内的机械可靠性，包括合闸时间、分闸时间及操作力等参数的稳定性；-关合和开断试验：在模拟直流系统故障条件下进行关合和开断试验，考核设备的故障电流处理能力；-短时耐受电流和峰值耐受电流试验：验证设备在规定时间内承受短路电流的热效应和电动力的能力；-环境适应性试验：包括高低温试验、湿度试验、防尘防水试验等。标准对每项试验的试验回路、试验参数、试验程序及合格判据均给出了详细规定，确保试验结果的可重复性和可比较性。3.5标志与使用导则标准规定设备应清晰地标注额定参数、制造厂商信息及安全警示标识。同时，标准提供了设备选用、安装、运行和维护的指导性建议，帮助使用单位正确选用和操作直流旁路开关和并联开关。四、主导编制单位介绍4.1国际电工委员会（IEC）概述国际电工委员会（InternationalElectrotechnicalCommission，IEC）成立于1906年，是世界上成立最早的国际性电工标准化机构，负责电气工程和电子工程领域的国际标准化工作。IEC现有技术委员会和分技术委员会200余个，已发布国际标准及技术规范8000余项，其标准体系覆盖发电、输配电、用电、新能源、信息技术等广泛领域。IEC下设的SC17C（高压开关设备和控制设备分技术委员会）是IECTS62271-316:2024EXV的直接归口技术委员会。SC17C负责高压开关设备和控制设备领域国际标准的制修订工作，已发布IEC62271系列标准百余项，涵盖高压交流断路器、隔离开关、接地开关、负荷开关等各类高压开关设备。4.2标准的编制过程与组织机制IECTS62271-316的编制工作由SC17C下属的AdHocGroup（特别工作组）承担。工作组成员来自中国、德国、瑞典、瑞士、日本、韩国等主要直流设备制造和应用国家的专家代表，覆盖了设备制造商、电力公司、检测机构和科研院所等产业链各个环节。值得关注的是，中国专家在该标准的制定过程中发挥了重要的引领作用。我国作为全球直流输电领域工程应用规模最大、技术水平领先的国家，在直流开关设备的研发、制造和运行方面积累了丰富的工程经验和试验数据。国内相关企业和科研院所的专家积极参与了标准草案的讨论与修订，将我国直流工程建设中的实践经验和创新成果融入国际标准，为提升中国在直流设备标准化领域的国际话语权作出了积极贡献。标准编制过程中，工作组充分考虑了不同国家和地区的技术发展水平和工程应用需求，经过多轮工作组会议讨论和意见征集，最终形成了各方广泛认可的技术方案。五、标准实施的意义与影响5.1对设备制造业的影响IECTS62271-316:2024EXV的实施为直流旁路开关和并联开关制造企业提供了统一的产品设计和试验验证依据。制造企业可依据标准开展系列化产品的设计和开发，降低因不同工程要求不同而导致的重复设计和试验成本。同时，标准的实施将提高行业准入门槛，有利于淘汰技术落后、质量不达标的产能，促进产业集中度和整体技术水平的提升。5.2对电力工程建设的推动作用该标准的发布为直流输电和直流电网工程中旁路开关和并联开关的选型、招标、验收和运维提供了明确的技术依据，有助于缩短工程建设周期、降低建设和运维成本。标准的实施还将促进直流开关设备的国产化和产业化进程，减少对进口设备的依赖，提升我国直流输电装备的整体自主可控能力。5.3对标准体系完善的意义作为IEC62271系列标准中首部专门针对直流开关设备的技术规范，IECTS62271-316:2024EXV填补了IEC标准体系中直流开关设备标准的空白，为后续直流断路器、直流隔离开关等相关标准的制修订提供了参考和借鉴。它的发布标志着高压开关设备国际标准体系正在从以交流设备为主导向交流直流设备并重转型，适应了全球能源转型和新型电力系统建设的技术需求。六、未来发展与展望6.1标准体系的持续完善随着直流输电技术向更高电压等级、更大容量和更复杂拓扑结构方向发展，直流开关设备的标准需求将不断增加，预计未来将在以下方向持续推进标准化工作：-更高电压等级（±800kV及以上）直流开关设备技术规范的制定；-直流断路器专用标准的编制与发布；-直流开关设备在线监测与状态评估技术标准的制定；-直流开关设备环保化（如无SF₆化）相关标准的推进。6.2技术发展趋势未来直流开关设备将向高电压、大容量、快速化、智能化等方向发展。碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）等宽禁带半导体器件的应用将推动直流开关设备的性能提升；传感器技术、物联网技术和人工智能技术的融合应用将促进直流开关设备向智能化和预维护方向发展；环保绝缘材料和灭弧介质的研究应用将使直流开关设备更加绿色环保。6.3标准化与产业协同发展七、结论参考文献[1]IECTS62271-316:2024EXV,High-voltageswitchgearandcontrolgear-Part316:Directcurrentby-passswitchesandparallelingswitches,2024.[2]IEC62271-1:2017,High-voltageswitchgearandcontrolgear-Part1:Commonspecifications,2017.[3]IEC62271-100:20