IEC TS 62271-3162024 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

直流旁路开关和并联开关标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:DirectCurrentBy-passSwitchesandParallelingSwitchesforHigh-voltageSwitchgearandControlgear摘要随着全球能源结构加速向低碳化转型，直流输电技术因其在大容量、远距离输电及新能源并网方面的显著优势，已成为新型电力系统建设的核心支撑。直流旁路开关和并联开关作为直流输电系统中不可或缺的关键设备，承担着故障电流旁路、换流器投退、系统运行方式灵活切换等重要功能，其技术性能直接关系到直流输电工程的安全稳定运行。当前，国际电工委员会（IEC）于2024年11月正式发布IECTS62271-316:2024《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》，填补了该领域国际标准的空白，为直流开关设备的规范化设计、试验验证和工程应用提供了统一的技术依据。本报告系统梳理了该标准的技术框架、核心内容与创新要点，分析了标准对直流输电装备产业发展的推动作用，阐述了主要起草单位的技术贡献，并对标准未来的修订方向与应用前景进行了展望。该标准的发布实施将有力促进直流开关设备的技术进步和国际经贸合作，为全球能源转型和直流电网建设提供坚实的标准化支撑。关键词：高压开关设备；直流旁路开关；并联开关；国际电工委员会；技术规范；直流输电；IECTS62271-316Keywords:High-voltageswitchgear;DCby-passswitch;Parallelingswitch;IEC;Technicalspecification;HVDCtransmission;IECTS62271-3161引言在全球应对气候变化、推动能源绿色低碳转型的大背景下，以风电、光伏为代表的可再生能源装机容量持续快速增长，电力系统的运行特性正发生深刻变化。直流输电技术凭借其在长距离大容量输电、海底电缆送电、异步电网互联以及新能源友好接入等方面的独特优势，在世界范围内得到日益广泛的应用。中国已建成世界上规模最大、电压等级最高的直流输电工程网络，±800kV特高压直流输电工程和柔性直流输电工程的建设运行水平居世界前列；欧洲、北美等地区也在积极推进远距离直流互联和海上风电直流送出工程建设。随着直流输电技术的持续发展，直流开关设备作为系统中承担控制、保护与隔离功能的关键装备，其性能优劣直接决定了直流工程的整体可靠性。然而，长期以来，直流旁路开关和并联开关在术语定义、技术要求、试验方法等方面缺乏统一的国际标准，各制造企业依据交流开关设备标准或自行制定的企业标准进行设计和试验，导致不同厂家产品的技术指标和接口要求存在较大差异，给工程的设备选型、运行维护和备件管理带来了诸多困难，也制约了直流开关设备在国际市场上的贸易流通。在此背景下，国际电工委员会高压开关设备和控制设备技术委员会（IECSC17A）于2017年启动直流旁路开关和并联开关国际标准制定项目，经过多年反复研讨与论证，最终于2024年11月正式发布IECTS62271-316:2024。本报告旨在对该标准的立项背景、技术内容、创新特点及产业影响进行全面分析和系统阐述，以期为相关领域的技术人员、标准工作者和行业管理者提供有价值的参考。2标准立项背景与必要性分析2.1直流输电技术快速发展催生标准化需求近年来，直流输电技术在全球范围内呈现加速发展态势。据国际能源署（IEA）统计，截至2024年底，全球已投运和在建的直流输电工程总装机容量已突破200GW，其中基于电压源换流器（VSC）的柔性直流输电技术因其具备向无源网络供电、独立调节有功和无功功率等独特优势，市场份额逐年提升。在中国，白鹤滩—江苏±800kV特高压直流工程、乌东德—广东广西特高压多端柔性直流示范工程等重大项目相继建成投运，标志着直流输电技术已进入大规模、高电压、多端化的发展新阶段。与交流系统不同，直流系统因其缺乏自然过零点，电弧熄灭机理复杂，对开关设备提出了更高的技术要求。直流旁路开关和并联开关作为换流站和直流电网中的关键设备，其应用场景不断拓展——既包括传统换流站中旁路换流器或故障元件的旁路开关，也包括多端直流电网和直流组网中用于实现潮流灵活调配的并联开关。技术应用的深化迫切需要统一的国际标准来规范和引领。2.2现有标准体系存在空白在国际电工委员会标准体系中，IEC62271系列标准覆盖了高压开关设备和控制设备的通用要求、交流开关设备、隔离开关、接地开关、负荷开关等各类产品，构成了较为完善的交流开关设备标准体系。然而，该系列标准中专门针对直流开关设备的标准长期处于空白状态，仅有IEC62271-1通用条款中对直流设备的部分基础性规定可参考，涉及直流旁路开关和并联开关的设计要求、试验方法和额定参数等内容则完全没有涉及。从国内来看，中国虽已先后制定了GB/T38316-2019《高压直流旁路开关》等国家标准，为国内直流旁路开关的生产制造和使用提供了基本依据，但在国际层面尚缺乏统一的规范性文件，不利于中外技术交流和产品互认。随着直流输电工程在全球范围内的大规模建设，各国制造商、电力公司和工程承包商都亟需一份能够在国际层面统一技术要求和试验方法的规范性文件，以解决产品设计、试验认证和工程验收中面临的标准缺失问题。2.3产业发展与国际合作需要统一技术规范直流开关设备属于技术密集型产品，涉及高压绝缘、电弧物理、机械设计、材料科学、电力电子等多个学科领域，技术门槛较高。目前全球范围内具备直流旁路开关和并联开关研发制造能力的企业主要集中在欧洲和中国，包括西门子能源、GEGridSolutions、ABB、平高集团、中国西电、新东北电气等。由于缺乏统一的国际标准，各企业在产品型式试验项目、试验回路参数和判据等方面存在显著差异，导致产品在不同国家和地区的市场准入面临重复试验和认证的问题，增加了制造成本和贸易壁垒。制定统一的IEC标准，有助于建立公平、透明、可预期国际市场技术规则，降低贸易壁垒，促进直流开关设备在更广泛范围内的推广应用。同时，统一的术语定义和技术要求也为高校、科研机构和制造企业的技术交流和成果转化搭建了共同的沟通平台。3标准编制历程与主要工作3.1标准制定组织与工作程序IECTS62271-316:2024由国际电工委员会高压开关设备和控制设备技术委员会（IECTC17）下设的SC17A（高压开关设备和控制设备）分技术委员会归口管理。SC17A成立于1954年，主要负责交流和直流高压开关设备和控制设备标准的制修订工作，秘书处由荷兰承担。根据IEC的标准化工作程序，该标准的制定过程严格遵循了NP（NewWorkItemProposal，新工作项目提案）、WD（WorkingDraft，工作组草案）、CD（CommitteeDraft，委员会草案）、DIS（DraftInternationalStandard，国际标准草案）等阶段的管理要求。IECTS（TechnicalSpecification，技术规范）作为一种新型标准文件，介于国际标准（IS）和公开可获取规范（PAS）之间，适用于技术尚处于快速发展阶段、尚不完全成熟的新兴技术领域，该定位选择充分考虑了直流旁路开关和并联开关技术仍在持续演进的实际状况。3.2编制过程中的主要技术议题该标准自2017年启动至2024年发布，历时7年，先后经历了多轮技术研讨、草案修改和意见征询。在标准编制过程中，各成员国专家围绕以下关键技术议题展开了深入讨论：-直流电弧开断特性的试验模拟方法：如何在试验室条件下真实模拟直流系统中故障电流的上升特性、稳态电流水平和电弧电压特性，是该标准编制中争议最大的议题之一。不同专家提出了基于LC振荡回路、基于功率放大器和基于实际直流系统三种主要方案，最终标准采用了一种兼顾可行性和等效性的混合方案，允许根据被试设备的额定参数和应用场景选择合适的试验回路。-试验回路的等效性评估：直流旁路开关和并联开关具有通流能力强、额定电压等级高的特点，试验回路的等效性直接关系到型式试验结果的科学性和可信度。标准规定了试验回路参数偏差的允许范围，并引入了等效性评估的判据。-恢复电压的模拟：直流系统中开关开断后的恢复电压形态与交流系统存在本质差异，需要根据直流系统的拓扑结构和运行方式确定合理的恢复电压波形参数。标准对旁路开关和并联开关的恢复电压要求做了差异化规定。-额定参数系列的确定：为满足不同电压等级和输送容量的直流工程需要，标准规定了优先选用的额定电压、额定电流和额定短时耐受电流等参数系列。3.3与其他标准文件的协调在编制过程中，标准工作组密切跟踪和参考了IEC62271-1（通用要求）、IEC62271-100（交流断路器）、IEC62271-102（交流和直流隔离开关及接地开关）等IEC62271系列标准的现行版本，确保该标准与系列内其他标准的协调一致性。同时，工作组也关注了中国GB/T38316-2019《高压直流旁路开关》、IEEE1509等区域性标准或指南的技术内容，力求在新的IEC标准中充分吸纳各国已有技术成果和工程实践经验。4标准主要内容与技术要点4.1标准适用范围IECTS62271-316:2024适用于设计用于直流输电系统和直流配电系统中的直流旁路开关和并联开关设备，涵盖了额定电压1kV以上的户内和户外安装设备。标准明确了其适用范围既包括传统电网换相换流器（LCC）型直流输电系统中的旁路开关设备，也包括电压源换流器（VSC）型柔性直流输电系统以及多端直流电网中的相关开关设备。标准规定了直流旁路开关和并联开关的正常使用条件、额定参数、设计和结构要求、型式试验和出厂试验项目、以及随产品提供的资料文件要求。标准的发布填补了IEC标准体系中直流开关设备标准的空白。4.2关键技术要求（1）额定参数体系。标准规定了直流旁路开关和并联开关的额定电压（U_r）、额定电流（I_r）、额定短时耐受电流（I_k）、额定峰值耐受电流（I_p）、额定时间常数（τ_r）等主要额定参数系列及其优先值。其中，额定电压覆盖了从10kV到±800kV的典型直流输电电压等级，额定电流覆盖了从数百安培到数千安培的工程应用范围，充分考虑了不同类型直流工程对开关设备参数的需求。（2）设计与结构要求。标准对设备的主回路绝缘水平、外绝缘特性、温升限值、机械操作性能、密封性能、防腐蚀性能等方面提出了明确的技术要求。特别地，针对直流系统运行中可能出现的持续直流电压作用下的离子迁移和空间电荷积累效应，标准对绝缘材料和绝缘结构提出了专门要求。（3）型式试验项目。标准规定了包括绝缘试验、温升试验、机械操作试验、主回路电阻测量、短时耐受电流和峰值耐受电流试验、直流开断试验、直流旁路电流转换试验等在内的一系列型式试验项目，并明确了各项试验的试验回路、试验参数和合格判据。其中，直流开断试验和直流旁路电流转换试验是该标准最具特色的核心试验项目，规定了试验回路的拓扑结构、能量注入方式、电弧电压和电流的测量方法以及试验后的设备状态评估要求。（4）出厂试验。标准规定的出厂试验项目包括主回路耐压试验、辅助和控制回路的绝缘试验、机械操作试验、气体密封性试验（适用于气体绝缘设备）等，以确保每台出厂产品符合设计要求和型式试验合格产品的质量水平。4.3标准的主要创新点IECTS62271-316:2024的重要创新主要体现在以下方面：-首次建立直流开关设备的系统化试验方法体系，包括直流短路开断试验回路的设计原则和验证方法；-引入了基于应用场景的分类试验要求，将直流旁路开关和并联开关的试验要求和验收判据与其在直流系统中的具体功能定位相关联，体现了基于性能的标准化理念；-纳入了直流开断过程中电弧能量和过电压的综合评估要求，这是该标准的技术亮点之一，电弧能量决定了开关设备的电磨损寿命，而开断过电压则关系到系统中其他设备的绝缘配合，标准将两者作为直流开断试验的核心评价指标。4.4标准的技术指标要求标准在直流开断能力方面要求被试开关在规定试验回路中完成规定次数的开断操作后，设备应能继续承载额定电流且不出现影响设备继续运行的损坏。在绝缘水平方面规定了适用于不同额定电压等级设备的雷电冲击耐受电压和操作冲击耐受电压水平，须依据直流系统的绝缘配合要求确定。标准还针对直流旁路开关特有的"旁路电流转换"操作工况，规定了热转换和冷转换两种试验程序的合格判据，要求在转换操作过程中开关设备不得发生重击穿或明显的操作过电压。5标准发布意义与产业影响分析5.1对直流输电工程建设的推动作用IECTS62271-316:2024的发布，使得全球范围内的直流输电工程在旁路开关和并联开关的设备选型和技术规范方面首次有了统一的国际依据。对于工程建设方而言，该标准提供了设备技术参数的统一基准，有利于在多个制造厂商之间进行公平的技术比选和性能比较，从而优化采购决策；对于设计单位而言，标准规定的试验方法和合格判据为工程验收和交接试验提供了权威依据，有助于提升工程质量和管理水平。5.2对装备制造产业升级的引领作用标准的发布必将促进直流开关设备制造业的技术升级和产业整合。一方面，统一的技术要求将促使制造企业加大研发投入，提升产品的技术水平和质量可靠性，淘汰技术落后、品质低劣的低端产能；另一方面，标准的实施也将为优秀企业开拓国际市场创造更加公平的竞争环境。对于已经拥有成熟产品和技术积累的企业而言，先行开展符合IEC标准的产品型式试验和认证，将有助于其在全球市场竞争中抢占先机，获得更多的国际订单。5.3对新能源发展和电网转型的支撑作用当前全球范围内的能源转型正在加速推进，风电、光伏等新能源的大规模开发和远距离输送需求持续增长。直流输电工程作为新能源电力的关键输送通道，其建设规模和速度直接影响能源转型进程。IECTS62271-316:2024的发布，为直流输电工程关键设备提供了可靠的技术保障，有助于缩短工程建设和调试周期，提高直流系统的可用率，进而有力支撑新能源的规模化开发利用和新型电力系统建设。5.4对中国标准国际化战略的积极意义中国在直流输电领域经过数十年的持续创新和工程实践，已积累了丰富的技术经验和运行数据，是世界上直流输电工程数量最多、电压等级最高的国家。IECTS62271-316:2024在制定过程中充分吸纳了中国直流工程的建设运行经验和相关标准成果，体现了中国在直流开关设备领域的技术实力和标准话语权的提升，对推动中国标准与国际标准的深度融合、促进中国装备制造业更深层次参与国际分工具有重要的战略意义。6主要起草单位介绍本标准的制定汇集了来自全球主要直流开关设备制造企业、电力公司和检测认证机构的技术专家。其中，作为该标准核心起草团队的重要成员，平高集团有限公司（以下简称"平高集团"）在标准编制过程中发挥了突出的技术支撑作用，为标准的制定贡献了大量源自工程实践的技术数据和试验验证成果。平高集团始建于1970年，总部位于河南省平顶山市，是中国电气装备集团（原国家电网公司直属装备制造企业）下属的核心骨干企业，也是我国高压开关设备行业规模最大、技术实力最强的研发制造基地之一。经过50余年的发展，平高集团已形成涵盖中压、高压、超高压和特高压全系列开关设备研发制造能力，产品覆盖气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）、罐式断路器、敞开式断路器、隔离开关、接地开关、旁路开关等全系列产品线，是国内外高压开关领域公认的行业领军企业。在直流开关设备领域，平高集团自2005年起就开展了直流输电系统用开关设备的国产化研制工作，先后成功研制了±800kV特高压直流隔离开关、直流旁路开关、直流转换开关等系列产品，产品广泛应用于向家坝—上海、锦屏—苏南、哈密南—郑州、酒泉—湖南等国家特高压直流输电工程。在柔性直流输电领域，平高集团研制的直流断路器、直流隔离开关等产品也已在张北柔性直流电网试验示范工程、乌东德—广东广西特高压多端柔性直流示范工程等重大工程中得到工程应用。在IECTS62271-316:2024的编制过程中，平高集团先后派出多名具有丰富直流开关设备研发和试验经验的技术专家深度参与标准的各阶段工作，承担了直流旁路开关操作特性研究、直流开断试验回路方案设计、标准草案技术条款编写等重要任务。平高集团依托其国家级企业技术中心和高压开关设备试验验证平台，结合多年直流工程建设运行积累的实测数据，为标准中关于直流电流开断试验方法、旁路电流转换试验程序、绝缘水平验证等关键技术条款提供了大量