IEC TS 60871-32015AMD12023 修改件1.额定电压超过1000V的交流电力系统用并联电容器.第3部分并联电容器和并联电容器组的保护标准立项发展报告

修改件1.额定电压超过1000V的交流电力系统用并联电容器第3部分：并联电容器和并联电容器组的保护标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Amendment1-ShuntCapacitorsforACPowerSystemsHavingaRatedVoltageAbove1000V-Part3:ProtectionofShuntCapacitorsandShuntCapacitorBanks摘要随着全球电力系统向特高压、大容量方向加速演进，并联电容器作为无功补偿的核心设备，其安全可靠运行直接关系到电网的稳定性与供电质量。国际电工委员会于2023年8月正式发布IECTS60871-3:2015/AMD1:2023《修改件1.额定电压超过1000V的交流电力系统用并联电容器第3部分：并联电容器和并联电容器组的保护》，该修改件在2015年版技术规范的基础上，针对近年来电力电容器保护领域出现的新技术、新问题和新需求进行了系统性修订。本报告全面梳理了该标准的立项背景、修订历程及技术内容变化，重点分析了修改件在保护配置原则、继电保护整定方法、不平衡保护判据以及智能电网适应性等方面的技术更新。报告指出，该修改件的发布及时回应了柔性直流输电、新能源并网等新型应用场景下并联电容器保护面临的挑战，进一步完善了IEC60871系列标准体系，对提升电力电容器设备的运行安全性和电网整体可靠性具有重要的指导意义。本报告可为电力电容器制造企业、电网运维单位及标准化工作者提供有价值的参考。关键词：并联电容器；电容器组保护；IEC标准；技术规范；电力系统；无功补偿；继电保护Keywords:ShuntCapacitors;CapacitorBankProtection;IECStandard;TechnicalSpecification;PowerSystem;ReactivePowerCompensation;RelayProtection1.引言1.1研究背景并联电容器是交流电力系统中应用最为广泛的无功补偿装置，其通过提供容性无功功率来改善功率因数、降低线路损耗、提高电压质量。在额定电压超过1000V的中高压电力系统中，并联电容器通常以电容器组的形式集中安装于变电站或换流站，单组容量可达数十兆乏乃至上百兆乏。作为电网中数量庞大、投切频繁的高价值设备，并联电容器及其配套保护装置的安全可靠运行对于保障电力系统稳定至关重要。国际电工委员会（IEC）第33技术委员会（TC33）负责电力电容器及其附属设备的标准化工作，其制定的IEC60871系列标准是全球范围内电力电容器设计、试验、安装和运行的核心技术依据。其中，IECTS60871-3作为技术规范（TechnicalSpecification），专门针对额定电压超过1000V的并联电容器和电容器组的保护问题作出规定，是该系列标准中与运行安全直接相关的关键组成部分。1.2标准修订的必要性自IECTS60871-3:2015正式发布以来，全球电力工业格局和技术环境发生了显著变化，主要体现在以下几个方面：第一，电网形态的深刻变革。以风电、光伏为代表的新能源装机容量持续快速增长，电力电子变换器在电网中的渗透率不断提高，导致电网谐波畸变水平上升、电压波动加剧，对并联电容器及其保护的适应性提出了更高要求。第二，新型输电技术的推广应用。柔性直流输电（VSC-HVDC）、静止同步补偿器（STATCOM）等新型无功补偿装置的大量应用，使得传统并联电容器的运行环境更加复杂多变，电容器组面临的过电压、过电流应力特征发生了明显改变。第三，保护技术的进步。微机继电保护装置的性能大幅提升，基于数字信号处理（DSP）的新型保护算法不断成熟，为电容器组实现更加精准、灵敏的保护提供了技术可能。第四，工程实践经验的积累。近年来，国内外多起电容器组故障事件暴露出原有保护方案在特定工况下的不足，如电容器内部故障早期的微弱不平衡信号难以被有效识别等问题，亟需在标准层面予以回应和规范。在上述背景下，IECTC33启动了IECTS60871-3:2015的修订工作，历经多轮国际研讨和技术论证，最终形成了本次发布的修改件。2.标准主要内容概述2.1标准基本信息|项目|内容||------|------||标准编号|IECTS60871-3:2015/AMD1:2023||标准名称|修改件1.额定电压超过1000V的交流电力系统用并联电容器第3部分：并联电容器和并联电容器组的保护||英文名称|Amendment1-ShuntcapacitorsforACpowersystemshavingaratedvoltageabove1000V-Part3:Protectionofshuntcapacitorsandshuntcapacitorbanks||标准状态|现行||发布机构|国际电工委员会（IEC）||发布日期|2023年8月22日||国别|国际组织||语言|英语||分类号|电力电容器||ICS分类|29.240.30（电力系统用设备）|2.2标准技术定位IECTS60871-3:2015/AMD1:2023属于IEC60871系列标准的第3部分，该系列标准的结构如下：-IEC60871-1：总则——性能、试验和额定值——安全要求——安装和运行导则-IEC60871-2：老化试验和破坏试验-IEC60871-3：并联电容器和并联电容器组的保护-IEC60871-4：内部熔丝和内部熔丝隔离试验第3部分的核心任务是为额定电压超过1000V的并联电容器和电容器组提供系统性的保护技术规范，涵盖保护目的、保护方案配置、继电器整定、不平衡保护、过电压保护和过电流保护等方面。需要特别指出的是，本部分标准以技术规范（TS）形式发布，而非国际标准（IS），这意味着其在发布时即被认识到可能存在的技术不成熟之处，需通过实践验证后逐步完善修订。2.3修改件的主要技术更新内容（1）保护配置原则的优化修改件对电容器组的保护配置原则进行了更为明确的阐述，强调了保护方案设计应基于风险评估的方法论，综合考虑电容器组的接线方式（单星形、双星形、H形桥式等）、中性点接地方式、安装环境以及系统故障电流水平等因素。修改件还特别增加了对高压并联电容器组中串联电抗器（通常为6%或12%电抗率）与电容器之间配合保护要求的补充说明，明确了电抗器故障与电容器故障不同保护区域之间的协调原则。（2）不平衡保护判据的完善电容器组内部故障（如个别电容器元件击穿或熔丝熔断）通常表现为电容器组三相参数的不平衡，因此不平衡保护是电容器组最基本的保护方式之一。修改件对各种不平衡保护方式的工作原理、适用范围和整定原则进行了系统梳理和补充，重点包括：-中性点不平衡电压保护：适用于单星形或双星形接线电容器组，修改件对电压互感器（TV）的精度等级、二次回路接线方式以及整定值计算方法给出了更为明确的规定。-中性点不平衡电流保护：适用于双星形接线电容器组，修改件增加了对电流互感器（TA）变比选择、不平衡电流定值校验等内容的补充说明。-桥式差动保护：适用于H形桥式接线的电容器组，修改件就桥臂平衡条件的校验和动作灵敏度的验证提供了更详细的技术指导。（3）过电压保护的细化过电压是导致电容器损坏的主要原因之一。修改件对电容器组的过电压保护进行了更为细致的分类和规定，包括：-工频过电压保护：明确了不同持续时间下允许的过电压倍数，与IEC60871-1中规定的电容器容许过电压能力相衔接。-操作过电压保护：针对断路器投切电容器组时产生的操作过电压，修改件进一步明确了氧化锌避雷器（MOA）的配置原则和参数选择方法。-瞬态过电压保护：增加了对雷电过电压和陡波前过电压防护要求的说明。（4）与智能电网和新型输电技术的衔接为适应新型电力系统的发展需求，修改件在以下方面增加了与智能电网相关的内容：-增加了对电容器组状态监测（在线监测）系统的推荐性要求，包括介质损耗因数（tanδ）、电容量、局部放电等关键参数的在线监测方法。-补充了与变电站自动化系统（SAS）信息交互的接口要求，使电容器保护装置能够实现与站控层的互联互通。-对在柔性直流输电系统中使用的并联电容器组的特殊保护需求进行了补充说明，提出了针对直流偏磁、谐波交互等特殊工况的保护配置建议。3.标准修订过程及参与单位3.1标准修订历程IECTS60871-3的修订工作遵循IEC标准制定的标准程序，主要经历了以下阶段：1.提案阶段（NP）：IECTC33在2018年前后启动了对第3部分技术规范的修订讨论，各国家委员会（NC）提交修订提案和建议。2.工作组起草阶段：TC33成立了专门的维护工作组（MaintenanceTeam），负责对现有文本进行逐条审查，收集各国家委员会的反馈意见，形成修订草案（CD）。3.征求意见阶段：修订草案在IEC各国家委员会中分发征求意见，各成员国在规定的时限内提交评论意见。工作组对各国家委员会的评论逐条进行处理，形成最终国际标准草案（FDTS）。4.投票表决阶段：IEC中央办公室组织各国家委员会对最终草案进行投票表决，草案获得通过。5.正式发布：2023年8月22日，IEC正式发布IECTS60871-3:2015/AMD1:2023。3.2参与的主要标准化组织IECTC33（电力电容器技术委员会）是本标准修订的核心技术机构。TC33成立于20世纪50年代，秘书处设在意大利，其工作范围涵盖额定电压超过1000V的交流电力系统用电力电容器及相关设备的标准化，包括：-并联电容器和串联电容器-交流滤波电容器-直流滤波电容器-电力电容器附属设备（放电电阻、熔断器等）TC33下设多个工作组（WG），其中与本标准直接相关的是负责并联电容器标准维护的工作组。参与该工作组工作的专家来自全球主要电力电容器制造商、电力公司、检测机构和科研院所，具有广泛的行业代表性和技术权威性。中国参与情况：中国是IECTC33的积极成员（P-member），中国国家委员会（通过中国电器工业协会归口管理）长期深度参与TC33的各项标准化工作。中国的电力电容器制造企业和研究机构在并联电容器保护技术领域积累了丰富的工程经验和科研成果，在本次修改件的修订过程中，中国代表团提出了多项有价值的修改意见和技术提案，其中关于不平衡保护整定方法、在线监测技术要求等方面的一些建议被采纳或部分采纳。3.3主要参与单位介绍：西安高压电器研究院股份有限公司西安高压电器研究院股份有限公司（简称"西高院"）是我国电力电容器标准化工作的核心骨干单位，也是IECTC33国内技术对口单位的主要支撑机构。单位概况：西安高压电器研究院股份有限公司始建于1958年，是我国最早从事高压电器和电力电容器试验研究工作的专业科研机构之一。作为国家重点科研院所转制企业，西高院集标准制定、试验检测、技术研发、咨询服务为一体，在高压交直流输变电设备试验技术和标准化领域具有深厚的积累。标准化工作：西高院长期承担全国电力电容器标准化技术委员会（SAC/TC45）秘书处工作，负责组织和协调我国电力电容器领域国家标准、行业标准的制修订工作。在国际标准化方面，西高院作为IECTC33国内技术对口单位的主要支撑机构，负责组织中国专家参与IEC电力电容器领域国际标准的制修订，包括本标准在内的多项IEC标准均为西高院组织国内专家深度参与的结果。技术实力：西高院拥有国家高压电器质量监督检验中心等国家级试验检测平台，具备完善的电力电容器试验验证能力。在并联电容器保护技术领域，西高院开展了大量基础研究和试验验证工作，建立了电容器内部故障仿真分析平台，为IEC标准的制定和修改提供了有力的技术数据支持。在此次IECTS60871-3修改件的工作中，西高院组织国内电容器制造企业、电网公司和高校专家共同研究形成了中国的立场文件和修改提案，在确保中国意见建议得到充分表达方面发挥了关键的桥梁作用。4.标准的技术要点分析4.1过电压保护的技术要求修改件对电容器组的过电压保护提出了更为系统化的技术要求。根据电容器绝缘介质的耐压特性，电容器允许的过电压水平与持续时间呈反时限关系。修改件完善了保护继电器的整定原则，要求在电容器组的过电压保护设计中，综合考虑系统最高运行电压、电容器额定电压以及投切暂态过程中的电压升高，确保保护动作特性与电容器容许过电压能力曲线之间留有合理的配合裕度。同时，修改件强化了对过电压保护用电压互感器精度要求的表述，在电压测量回路中应保证在规定的误差范围内反映实际电压水平。4.2过电流保护的协调配合在过电流保护方面，修改件强调了电容器组过电流保护与系统保护之间的配合性要求。电容器组投入时的合闸涌流峰值可能达到额定电流的数倍至十余倍，涌流频率可达数百赫兹到数千赫兹。修改件要求过电流保护的整定应避开正常的合闸涌流和系统暂态电流，同时能够灵敏反映电容器组内部故障引起的过电流。针对高次谐波电流对电容器组的影响，修改件增加了对谐波环境下过电流保护整定值的修正建议。4.3不平衡保护的灵敏度和可靠性电容器组内部故障通常以个别电容器元件击穿或熔丝熔断为初始特征，此时流过故障相的电流变化相对较小，在电容器组总电流中占比很低，容易淹没在负荷波动和谐波背景之中。修改件在不平衡保护的技术内容方面着重强调了不灵敏度与可靠性的平衡设计，对保护启动值的设定给出了更为审慎的指导原则，要求在保护灵敏度和防止正常运行工况下误动之间建立合理的技术平衡。4.4特殊应用场景的保护要求修改件对以下特殊应用场景下电容器组的保护要求作出了专门规定：-串联电抗器与电容器组的联合保护：在并联电容器组中通常串联接入6%或12%电抗率的电抗器，用于抑制合闸涌流和滤除特定次数谐波。修改件明确了电抗器前后发生故障时保护区域的划分及保护配置的区别。-双星形接线电容器组：采用双星形接线且中性点之间连接不平衡电流互感器的电容器组，在内部故障时不平衡电流的分布特征较为复杂，修改件对相应保护整定方法进行了明确。-多组电容器并联运行：同一母线上有多组电容器并联运行时的保护协调问题，修改件提出了选择性配合的配置原则，避免一组电容器故障引起不必要的多组同时切除。5.标准实施的意义与应用前景5.1对行业的技术引领作用IECTS60871-3:2015/AMD1:2023的发布体现了国际电容器保护技术领域在以下几个方面的共识性发展方向：保护智能化：随着智能变电站和数字化继电保护装置的普及，电容器组保护正朝着智能化、自适应方向演进。修改件中增加的在线监测和状态评估相关内容，为未来电容器保护从"被动保护"向"预测性维护"过渡奠定了标准基础。方案差异化：修改件充分考虑了不同接线方式、不同应用场景下电容器组保护需求的差异性，为工程设计人员提供了更加灵活和精细化的保护方案选择依据。标准协同性：修改件与IEC60871系列其他部分以及IEC60255（测量继电器和保护装置）等标准之间的协调性进一步增强，有利于构建内在一致的电力设备保护标准体系。5.2对工程实践的指导价值对于电力电容器制造商而言，本修改件明确了电容器配套保护装置的设计技术导向，为产品开发和出厂试验提供了依据。对于电网规划设计单位，本修改件为电容器组保护方案的制定和继电保护整定计算提供了基准性参考。对于运行维护单位，本修改件关于状态监测的建议有助于建立更加科学的电容器组运维策略，提高设备可用率，降低非计划停运风险。5.3对标准体系完善的推动本修改件的发布进一步完善了IEC60871系列标准对并联电容器保护的技术覆盖范围，缓解了原标准在新型电力系统背景下适用性不足的问题。需要关注的是，IECTS60871-3作为技术规范仍处于持续完善的过程中。随着实际应用经验的不断积累，预期在未来适当时机，该技术规范有望进一步升格为国际标准（IS），从而获得更广泛的国际采标和应用。6.结论IECTS60871-3:2015/AMD1:2023的发布是国际电力电容器标准化工作的一项重要成果。该修改