IEC 62271-2072023 高压开关设备和控制设备.第207部分额定电压超过1kV的气体绝缘开关设备组件、金属封闭和固体绝缘封闭开关设备的抗震鉴定标准立项发展报告

StandardizationDevelopmentReport:SeismicQualificationforGas-insulatedSwitchgearAssemblies,MetalEnclosedandSolid-insulationEnclosedSwitchgearforRatedVoltagesAbove1kV高压开关设备和控制设备第207部分：额定电压超过1kV的气体绝缘开关设备组件、金属封闭和固体绝缘封闭开关设备的抗震鉴定标准立项发展报告摘要随着全球能源基础设施建设的持续推进，高压开关设备作为电力系统中断路与隔离的核心装备，其抗震性能直接关系到电网在极端地震工况下的安全稳定运行。现有国际标准在高电压等级气体绝缘开关设备（GIS）、金属封闭开关设备及固体绝缘封闭开关设备的抗震鉴定方面存在技术条款分散、试验方法要求不统一等问题，难以满足新一代高可靠性电力装备的设计与验收需求。本报告基于IEC62271-207:2023标准的正式发布文本，系统梳理了该标准的立项背景、技术框架、修订核心与国际应用价值。报告指出，该标准首次将气体绝缘开关设备组件、金属封闭和固体绝缘封闭开关设备的抗震鉴定要求整合于同一技术框架，在原有IEC62271-207:2012基础上，新增了高震级区设备的分级鉴定方法、时程分析法的应用导则以及构件级试验的细化要求，并与GB/T11022、GB50260等中国国家标准形成了良好的技术衔接。该标准的发布对于提升我国电网设备抗震设计水平、推动高压开关设备标准体系与国际接轨具有重要的指导意义和参考价值。关键词：高压开关设备；气体绝缘开关设备；抗震鉴定；IEC62271-207；金属封闭开关设备；固体绝缘封闭开关设备；国际标准AbstractWiththecontinuousadvancementofglobalenergyinfrastructureconstruction,theseismicperformanceofhigh-voltageswitchgear—servingasthecoreapparatusforcircuitinterruptionandisolationinpowersystems—directlydeterminesthesafeandstableoperationofpowergridsunderextremeearthquakeconditions.Existinginternationalstandardsexhibitfragmentedtechnicalprovisionsandinconsistenttestingmethodologyrequirementsfortheseismicqualificationofgas-insulatedswitchgear(GIS),metal-enclosedswitchgear,andsolid-insulationenclosedswitchgearathighvoltageratings.BasedontheofficialpublicationofIEC62271-207:2023,thisreportsystematicallyreviewsthebackground,technicalframework,keyrevisions,andinternationalapplicationvalueofthestandard.Thereporthighlightsthatthisstandard,forthefirsttime,integratestheseismicqualificationrequirementsforgas-insulatedswitchgearassemblies,metal-enclosedandsolid-insulationenclosedswitchgearintoaunifiedtechnicalframework.BuildinguponIEC62271-207:2012,itintroducesgradedqualificationmethodsforequipmentinhigh-seismicityzones,applicationguidelinesfortime-historyanalysis,andrefinedrequirementsforcomponent-leveltesting.ThestandarddemonstratessoundtechnicalalignmentwithChinesenationalstandardsincludingGB/T11022andGB50260.ThereleaseofthisstandardholdssignificantguidingimportanceandreferencevalueforenhancingtheseismicdesignlevelofpowergridequipmentinChinaandpromotingtheharmonizationofChina'shigh-voltageswitchgearstandardsystemwithinternationalpractices.Keywords:High-voltageswitchgear;Gas-insulatedswitchgear;Seismicqualification;IEC62271-207;Metal-enclosedswitchgear;Solid-insulationenclosedswitchgear;Internationalstandard一、引言1.1立项背景地震是电力基础设施面临的重大自然灾害之一。全球范围内，环太平洋地震带、地中海-喜马拉雅地震带等主要地震活动带覆盖了众多人口密集、工业发达的区域，这些区域内的电力设施在地震中遭受破坏的案例屡见不鲜。1994年美国北岭地震、1999年土耳其伊兹米特地震、2008年中国汶川地震、2011年日本东北地方太平洋近海地震等多次强震事件中，变电站内高压开关设备的破坏直接导致了区域供电中断，进而引发次生灾害和经济损失，这充分暴露出电力设备抗震性能不足的严重问题。高压开关设备作为变电站内的核心一次设备，承担着正常运行条件下电路的通断控制以及故障条件下短路电流的切断隔离功能。在地震作用下，开关设备的绝缘支柱、套管、操作机构、连接导体等部件因振动响应而承受较大的动力荷载，一旦发生破坏，不仅会导致设备本身的功能丧失，还可能引发绝缘击穿、电弧短路等连锁故障，严重影响电力系统的安全运行。1.2标准修订的必要性国际电工委员会（IEC）于2012年首次发布了IEC62271-207:2012《高压开关设备和控制设备第207部分：额定电压超过1kV的气体绝缘开关设备组件、金属封闭和固体绝缘封闭开关设备的抗震鉴定》。该标准的发布为全球范围内高压开关设备的抗震鉴定提供了统一的技术依据。然而，随着近年来全球范围内高烈度地震的频发、特高压输变电工程的快速推进、开关设备技术水平的持续提升以及抗震设计理论和试验技术的不断进步，2012版标准中的部分技术条款已难以完全满足当前工程实践的需要。具体而言，2012版标准在以下方面存在不足：其一，对于高震级区（地震动峰值加速度超过0.5g）设备的抗震鉴定方法规定不够细化；其二，未充分纳入时程分析法在开关设备抗震分析中的最新应用成果；其三，对构件级试验的操作细则和验收准则缺乏明确规定；其四，对于固体绝缘封闭开关设备这一新技术形态的适用范围界定不够精准。此外，IEC62271系列标准的整体架构调整以及与其他相关标准（如IEC60068-3-3抗震试验方法标准）的协调统一也需要通过修订予以落实。在上述背景下，IECSC17C（高压开关设备和控制设备分技术委员会）于2018年正式启动了IEC62271-207的修订工作。经过多轮国际研讨、草案征求意见和严格的技术审查，IEC62271-207:2023于2023年11月9日正式发布，取代了2012版标准。二、标准技术框架与主要内容2.1标准范围与适用对象IEC62271-207:2023规定了额定电压超过1kV的气体绝缘开关设备组件、金属封闭开关设备和固体绝缘封闭开关设备及其支撑结构的抗震鉴定要求和方法。该标准适用于安装于变电站内的户内及户外高压开关设备，包括气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）、复合电器（H-GIS）、金属封闭开关设备和控制设备以及固体绝缘封闭开关设备等。标准同时适用于设备的支撑构架、连接母线槽及其他与设备抗震性能密切相关的附属部件。超出上述范围的设备并非排除在外，而是应在供需双方协商的基础上参照本标准的相关原则进行抗震鉴定。这一灵活性条款的设计兼顾了标准的普适性与针对性。2.2术语与定义标准对与抗震鉴定相关的核心术语进行了明确定义，包括但不限于：-抗震鉴定（Seismicqualification）：通过试验、分析或两者的结合，验证设备在规定的抗震设防要求下能够完成其预定功能的过程；-安全停运地震（SafeShutdownEarthquake,SSE）：设备在发生该等级地震后仍应能够安全停机或维持安全状态的地震水平；-运行基准地震（OperatingBasisEarthquake,OBE）：设备在发生该等级地震后仍应能够继续正常运行的地震水平；-加速度反应谱（AccelerationResponseSpectrum）：在给定阻尼比条件下，单自由度体系对地震激励的最大加速度响应随自振周期变化的曲线；-时程分析法（Time-historyAnalysis）：以地震加速度时程作为输入，通过数值积分求解结构动力响应的方法。与2012版相比，2023版新增了对"固体绝缘封闭开关设备"抗震鉴定范围的明确界定，并引入了与地震输入相关的若干新术语，使标准的适用范围和技术语言更加精确。2.3抗震鉴定程序标准规定了一套完整的多级抗震鉴定流程，主要包括以下阶段：第一阶段——设备分类与抗震等级确定：根据设备的重要性等级、安装场地的地震环境（地震动峰值加速度、场地类别等）以及供需双方的约定，确定设备的抗震鉴定等级和相应的地震输入参数。第二阶段——抗震鉴定方法选择：根据设备的复杂程度、既有经验数据和试验条件等因素，从以下方法中选择合适的鉴定途径：(a)试验法；(b)分析法；(c)试验与分析的结合法。对于结构形式复杂、阻尼特性难以通过分析可靠确定的设备，应以试验法为主要鉴定手段。第三阶段——实施鉴定：按照所选定的方法，参照标准规定的试验参数和分析要求开展具体的抗震鉴定工作。第四阶段——评定与文件化：根据试验和分析结果，依据标准给定的验收准则对设备的抗震性能进行评定，并编制完整的抗震鉴定报告。2.4地震输入要求标准对地震输入的定义包括地震动峰值加速度（PGA）、加速度反应谱和地震加速度时程三个层面。在反应谱方面，标准给出了标准加速度反应谱曲线族，以场地类别和阻尼比为参数变量，覆盖了从低震级到高震级的广泛适用范围。在时程方面，标准要求输入的地震时程应当与目标反应谱在关心的频率范围内具有良好的匹配度。2023版标准在2012版的基础上，对高震级区（峰值加速度大于0.5g）的地震输入做出了更为明确和严格的规定，增加了对竖向地震分量取值的要求，并对阻尼比取值给出了更细致的指导意见。2.5抗震试验方法在试验方法方面，标准详细规定了以下内容：-试验设备：振动台类型（单轴、双轴或三轴）、承载能力、频率范围等技术参数要求；-试验安装：设备在振动台上的安装方式应能真实反映实际工况，包括支撑构架的模拟、相邻设备连接的影响等；-试验输入：规定了扫频试验、共振驻留试验和时程试验三种基本试验类型的实施方法；-试验测量：测点布置原则、传感器安装方式、数据采集与处理方法；-试验顺序：应先进行低幅扫频以确定设备的动力特性，再进行规定水平的时程试验，最后可进行共振驻留试验以检验设备的疲劳耐受能力。2023版增加了对构件级试验的细化要求，允许在整机试验条件受限的情况下，对关键构件（如绝缘子、套管、操动机构等）单独开展抗震试验，并明确了构件级试验与整机试验之间的等效性判定原则，增强了标准的工程可操作性。2.6抗震分析方法2023版标准进一步完善了抗震分析方法的条款。标准明确允许采用以下分析方法：-等效静力法：适用于结构简单、刚度较大的设备；-反应谱法：包括单点反应谱法和多点反应谱法，多点反应谱法适用于支撑结构跨度较大、各支撑点地震响应差异显著的场合；-时程分析法：包括线性时程分析和非线性时程分析，适用于复杂结构或需要考虑非线性行为的场合。2023版标准新增了时程分析法应用导则，对地震波的选取原则、数量要求、时间步长、阻尼模型、积分方法等关键技术环节给出了规范性指导，为工程技术人员在采用时程分析法进行设备抗震评估时提供了明确的技术路径。三、标准修订的核心变化3.1结构体系调整IEC62271-207:2023在标准结构上进行了系统性优化，将条款按照"总则—地震输入—鉴定方法—评定准则—报告要求"的逻辑链条重新编排，使标准的使用者能够更加便捷地检索和应用相应条款。3.2技术要求的更新与提升与2012版相比，2023版核心变化主要体现在以下五个方面：第一，高震级区设备鉴定方法的补充。针对地震动峰值加速度超过0.5g的应用场景，标准新增了分级鉴定方法指南，明确了高震级条件下试验输入、分析方法和验收准则的特殊要求。第二，时程分析导则的引入。标准在分析方法的条款中充实了时程分析法应用的技术导则内容，对地震动的选择、人工波的生成、数值积分方法的选用等关键问题做出了规范。第三，构件级试验细化。标准对构件级试验的试件选取原则、试验方法、验收准则以及与整机试验的等效关系进行了更为详尽的规定，在保证鉴定结果可靠性的前提下降低了试验成本和实施难度。第四，绝缘封闭设备界定的澄清。针对近年来快速发展的固体绝缘开关设备，标准对其抗震鉴定的适用范围和技术要求进行了澄清和细化。第五，与其他标准的协调一致。2023版在技术内容上与IEC60068-2-57（振动试验方法）、IEC60068-3-3（抗震试验方法导则）以及IEC62271-1（高压开关设备通用技术条件）等相关标准进行了同步协调，确保了IEC标准体系的技术一致性。四、主要参与单位介绍4.1起草工作组构成IEC62271-207:2023由IECSC17C下设的维护工作组WG42负责修订。工作组成员来自全球主要电力设备制造商、电力公司、检测认证机构和科研院校，覆盖了欧洲、亚洲、北美等多个地区。4.2中国参与单位——西安高压电器研究院股份有限公司中国方面，西安高压电器研究院股份有限公司（简称"西高院"）作为IECSC17C国内技术对口单位的核心支撑机构，深度参与了本标准的修订工作。西高院是中国高压开关设备领域权威的综合性科研检测机构，具备国家高压电器质量检验检测中心、国家能源开关设备评定中心等资质平台。在IEC62271-207的修订过程中，西高院专家全面参与了标准草案的讨论和评议工作，重点在以下方面贡献了中国技术经验：一是提出了高烈度区开关设备抗震试验的工程数据和实践案例；二是对固体绝缘开关设备的抗震鉴定方法提出了建设性修订意见；三是协调了中国国家标准与IEC标准之间的技术衔接。西高院在抗震试验领域具备雄厚的技术实力，其所属实验室配备了先进的振动台试验系统，具备开展大型高压开关设备整机抗震试验的能力。在参与国际标准修订的同时，西高院积极推动将IEC62271-207的最新成果转化为中国国家标准，为我国高压开关设备行业的技术进步和国际标准化工作做出了积极贡献。五、结论与展望5.1结论IEC62271-207:2023的发布是高压开关设备抗震鉴定领域的一项重要技术成果。该标准在继承2012版框架的基础上，通过系统性的技术修订和内容扩充，构建了更加完善、更加适应现代电力装备发展需求的抗震鉴定技术体系。标准在高震级区设备鉴定、时程分析方法应用、构件级试验等方面取得的突破，代表了当前国际范围内高压开关设备抗震鉴定技术的前沿水平。从技术内容来看，该标准具有以下突出特点：其一，整合性——首次在一项标准中完整覆盖气体绝缘、金属封闭和固体绝缘封闭三类开关设备的抗震鉴定要求；其二，先进性——充分吸收了近年来抗震设计理论和试验技术的最新成果；其三，实用性——通过构件级试验、分级鉴定等灵活安排，提高了标准的工程可操作性。5.2展望随着我国"十四五"电力规划的深入实施和新型电力系统建设的加速推进，高压开关设备在更高电压等级、更复杂地质条件、更高抗震要求下的应用需求将持续增长。我国作为地震多发国家，电力设备的抗震可靠性直接关系到公共安全和国民经济命脉。未来，应当在以下方面持续做好IEC62271-207:2023的推广应用工作：一是加快推动该标准的转化采用，适时修订GB/T11022等配套标准，保持我国高压开关设备标准体系与国际标准的同步发展；二是加强抗震鉴定试验能力建设，完善大型振动台试验设施布局，提升我国开关设备抗震试验的综合能力；三是深化抗震设计方法研究，推动时程分析、非线性分析等方法在工程实践中的规范应用；四是积极参与国际标准制定工作，在国际标准化舞台上贡献更多中国方案和智慧。参考文献[1]IEC6227