IEC 60092-3032023 船舶电气装置.第303部分设备.电力变压器和电抗器标准立项发展报告

船舶电气装置第303部分：设备电力变压器和电抗器标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:ElectricalInstallationsinShips-Part303:Equipment-Powertransformersandreactors摘要随着全球航运业绿色化、智能化转型的加速推进，船舶电力系统正经历从低压小容量向中高压大容量方向的深刻变革，电力变压器和电抗器作为船舶电力系统中电能变换、电压调节、谐波治理与故障限流的核心装备，其标准化工作的重要性日益凸显。本报告以国际电工委员会（IEC）发布的IEC60092-303:2023《船舶电气装置第303部分：设备电力变压器和电抗器》标准为研究对象，系统梳理了该标准的立项背景、修订历程、主要技术内容及其适用的船舶电气装备范围，重点分析了标准在绝缘耐压等级提升、环保型材料应用、振动与短路耐受能力强化以及能效要求升级等方面的关键技术变化。报告指出，新标准的发布实施有效回应了船舶中压直流电力系统、岸电接入以及新能源混合动力推进系统对变压器和电抗器装备的差异化需求，对于推动我国船舶电气设备制造业的技术升级、提升国际竞争力具有重要的指导意义。同时，本报告对标准的主要起草单位——国际电工委员会船舶电气装置技术委员会（IEC/TC18）的组织架构、工作机制及标准制定流程进行了详细介绍，并在此基础上提出了我国船舶电气设备行业应对新标准要求的具体建议与未来标准化工作的展望。关键词：船舶电气装置；电力变压器；电抗器；IEC60092-303；国际标准；船舶标准化；中压电力系统Keywords:Electricalinstallationsinships;Powertransformers;Reactors;IEC60092-303;Internationalstandards;Marinestandardization;Medium-voltagepowersystems1引言1.1研究背景船舶作为海上运输、海洋工程和国防安全的重要载体，其电气系统的可靠性与安全性直接关系到船舶运行效能与人员财产安全。近年来，随着国际海事组织（IMO）温室气体减排战略的持续推进，船舶电力推进系统凭借其能效高、排放低、噪音小、布置灵活等显著优势，已在豪华邮轮、大型客滚船、破冰船、科学考察船及各类海洋工程船舶中得到广泛应用。与此同时，船舶岸电技术的推广普及和船舶中压直流（MVDC）配电系统的工程化应用，使得船舶电力系统的电压等级由传统的低压400V逐步向中压6.6kV、10kV乃至更高等级跨越，系统容量也由兆瓦级向数十兆瓦级迈进。在此背景下，电力变压器和电抗器的工作环境日趋复杂，对其电气性能、结构强度、绝缘裕度、散热能力及环保特性均提出了更高要求。船舶用电力变压器和电抗器长期服役于高盐雾、高湿度、强振动、倾斜摇摆等严酷环境条件下，其设计制造与陆用设备存在显著差异。国际电工委员会早在1969年即发布了IEC60092-303第一版，用以规范船舶用变压器的基本技术要求。此后，该标准历经多次修订，逐步扩展至电抗器领域。然而，随着近年来电力电子变流设备在船舶电网中的大规模应用，谐波污染、电压暂降等电能质量问题日益突出；同时，国际上对绝缘油中多氯联苯（PCB）等有害物质的管控日趋严格，以天然酯类（植物油）为代表的环保型绝缘液体在船用变压器中的应用需求持续增长。上述行业变革对IEC60092-303标准的适用性和前瞻性提出了新的挑战，推动IEC/TC18启动了新一轮的标准修订工作。1.2标准基本信息本标准编号为IEC60092-303:2023，由国际电工委员会船舶电气装置技术委员会（IEC/TC18）归口管理，于2023年8月23日正式发布。标准全称为《Electricalinstallationsinships-Part303:Equipment-Powertransformersandreactors》（船舶电气装置第303部分：设备电力变压器和电抗器），分类号为“船舶和海上构筑物用电气设备”，标准状态为现行有效，正式语言为英语。该标准取代了此前发布的IEC60092-303:1980及其修订版，是现行有效的第三版技术规范。2标准立项背景与修订历程2.1制定机构概况国际电工委员会（InternationalElectrotechnicalCommission，简称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，负责电工电子领域的国际标准化工作，总部设在瑞士日内瓦。IEC的宗旨是促进电工电子领域标准化问题的国际合作，通过制定和发布国际标准，协调各国标准化工作，消除国际贸易中的技术壁垒。截至目前，IEC已发布国际标准及导则等文件超过一万份，其标准体系覆盖电力系统、电子设备、通信技术、可再生能源等广泛领域。IEC/TC18（船舶电气装置技术委员会）是IEC下设的负责船舶和海上构筑物电气装置标准化工作的专业技术委员会，其秘书处由挪威标准局（StandardNorge）承担。TC18的工作范围涵盖船舶电气装置的设计、安装、检验和维护，涉及发电、配电、电力推进、照明、通信、导航、自动化等各类电气系统和设备。TC18下设多个工作组（WorkingGroup）和项目组（ProjectTeam），分别负责不同子领域标准的制定和维护。其中，SC18A（船舶及海上构筑物的电缆和电气装置分技术委员会）与本标准涉及的变压器和电抗器设备关系密切。TC18的成员包括来自全球各主要航运国家、电气设备制造企业、船级社、科研机构及海事管理部门的专家，其制定的标准体系被国际海事组织（IMO）及世界各国广泛引用，在保障船舶电气安全、促进船舶电气设备国际贸易方面发挥着不可替代的作用。2.2标准的历史演变IEC60092系列标准是船舶电气装置领域的纲领性、基础性标准族，自20世纪50年代起由IEC/TC18陆续制定发布。其中，IEC60092-303作为该系列标准的组成部分，首次发布于1969年，当时的标准名称为《船舶电气装置第303部分：变压器》，主要适用于船舶低压配电系统中使用的干式变压器和油浸式变压器。1980年，IEC对60092-303进行了第一次全面修订，形成了第二版。该版本将适用范围进一步明确化，增加了对变压器绝缘等级、温升限值、短路耐受能力等性能指标的详细规定，并首次引入了变压器例行试验和型式试验的规范性要求。此后数十年间，该标准虽经多次小的修订和技术勘误，但其整体技术框架基本保持稳定。然而，进入21世纪后，船舶电力系统技术形态发生了根本性的变化。一方面，船舶电力推进系统的广泛应用使得中压电力系统成为大型船舶的标配，原来的低压标准已无法覆盖中压变压器的特殊要求；另一方面，电抗器在船舶电力系统中作为限流、滤波、无功补偿的重要设备得到大量应用，而原标准对此类设备并未涉及。为此，IEC/TC18于2016年正式启动了对IEC60092-303的全面修订计划，经过工作组多次起草会议、征求意见和投票程序，新版本于2023年8月正式发布。2.3修订的必要性和迫切性-适应电压等级提升的技术需求：随着船舶中压电力系统的推广，6.6kV、10kV乃至更高电压等级的船用变压器和电抗器需求激增。原有标准主要基于低压（1kV以下）设备编制，其绝缘配合、局部放电水平、雷电冲击耐受电压等技术指标已无法满足中压设备的设计和试验要求。-填补电抗器标准空白：原版标准仅涉及变压器，而对电抗器这一在船舶电力系统中日益重要的设备缺乏系统性的技术规范。电抗器在结构设计、电磁特性、温升限值和试验方法等方面与变压器存在显著差异，亟需制定专门的技术条款。-对接环境保护和可持续发展要求：国际上对含PCB绝缘油的限制性法规日趋严格，欧盟《关于限制使用多氯联苯和多氯三联苯的指令》及IMO相关环保公约要求船舶设备逐步淘汰矿物油绝缘介质，鼓励采用天然酯等可生物降解的环保绝缘液体。新标准需对此类新型绝缘介质在船用环境下的适用性做出规定。-提升标准与相关文件的技术协调性：船舶电力系统的设计需同时满足IEC60092-101（定义和一般要求）、IEC60092-301（发电设备和推进设备）、IEC60092-302（开关设备和控制设备）等系列标准的要求，原版标准中部分引用文件已过期或更新，需进行系统的协调性修订。3标准主要内容3.1标准适用范围IEC60092-303:2023标准适用于额定电压不超过35kV的船舶及海上构筑物用电力变压器和电力电抗器，包括：-干式变压器（含浇注式、开启式、封闭式等类型）-液浸式变压器（含矿物油、硅油、天然酯及合成酯等绝缘液体）-串联电抗器、并联电抗器、限流电抗器、滤波电抗器等各类电力电抗器-与变压器或电抗器配套安装的附属组件（如分接开关、测温装置、冷却装置、保护装置等）标准明确规定不适用于仅用于仪器仪表或信号传输的小型变压器、变流变压器（由IEC60092-305等标准另行规定）以及成套设备内部配套的专用变压器和电抗器。3.2术语和定义标准对船舶用电力变压器和电抗器领域的关键术语进行了规范统一，包括：额定电压、额定容量、额定频率、短路阻抗、空载损耗、负载损耗、温升限值、绝缘水平、局部放电量、声压级、防护等级（IP代码）、冷却方式等。其中，针对船舶环境的特殊要求，新标准特别明确了“倾斜摇摆条件”“船舶振动等级”“盐雾腐蚀环境”等术语的具体定义及量化指标，为后续技术条款的制定奠定基础。3.3使用条件分类标准将船舶用变压器和电抗器的使用环境条件分为以下类别：-环境温度等级：根据IEC60092-101的规定，船舶电气设备的环境温度等级分为40℃、45℃和50℃三档，标准对变压器和电抗器在不同环境温度等级下的容量修正系数和温升允许值做出了明确规定。-倾斜摇摆条件：标准规定船舶用变压器和电抗器应能够在横倾15°、纵倾5°、横摇22.5°（周期约10秒）的工况下正常运行，并明确了不同安装位置（如船舯、船艏、船艉）的修正要求。-振动条件：标准参照IEC60068-2-6的规定，明确了船用变压器和电抗器应承受的振动试验等级，即在10Hz至150Hz频率范围内、加速度不超过2.0mm/s²的正弦扫频振动条件下，设备不得出现结构损伤、紧固件松动或性能劣化。-外壳防护等级：根据安装位置（机舱内、露天甲板、货舱等）的不同，标准对变压器和电抗器的外壳防护等级提出了最低要求，通常不低于IP23，在露天或潮湿场所应不低于IP56。3.4主要技术性能要求（1）绝缘配合与绝缘水平标准要求变压器和电抗器的绝缘配合应依据IEC60076-3（电力变压器第3部分：绝缘水平、绝缘试验和外绝缘空气间隙）及IEC60071-1（绝缘配合第1部分：定义、原理和规则）进行设计，并针对船舶电网的特殊性增加了以下附加要求：设备应能承受船舶电网可能出现的操作过电压和暂时过电压而不发生绝缘损坏；局部放电水平应符合相应电压等级的标准限值；液浸式变压器应能适应因船舶倾斜摇动引起的绝缘液面波动，防止绝缘失效。（2）温升限值标准对不同绝缘耐热等级（A、E、B、F、H级）的干式变压器和不同绝缘液体的液浸式变压器的温升限值做出了系统规定，同时针对船舶机舱环境温度高、散热条件差的特点，引入了基于年平均环境温度和环境温度24小时平均值的双重校正方法，确保设备在实际运行工况下绝缘热老化寿命满足设计要求。（3）短路耐受能力标准对变压器和电抗器的短路耐受能力提出了明确的试验要求和判定准则。变压器应能承受输出端三相短路持续2s而不发生结构损坏、绕组变形或绝缘击穿；电抗器应能承受与额定容量对应的短路电流冲击而不发生匝间短路或铁芯损伤。同时，标准引入了短路动态稳定性和热稳定性的概念，要求制造商提供相应的计算书和试验验证报告。（4）声压级限值考虑到船舶居住舱室和公共处所的噪声控制要求，标准对变压器和电抗器的声压级做出了限制性规定。在额定电压和额定频率下，设备的声压级不应超过制造商声明的数值，且声明值不应超过标准规定的上限值。标准还引入了声压级测量的标准试验方法和条件，以保障不同制造商之间声学参数的可比性。（5）能效要求为响应全球能效提升和碳排放管控的趋势，标准推荐变压器和电抗器的空载损耗和负载损耗应满足或优于ISO/IEC效能等级（如IE1、IE2、IE3等级）的相应限值。对于非晶合金铁芯等高效率材料的应用，标准给予了肯定和鼓励性规定。3.5试验要求（1）例行试验每台变压器和电抗器出厂前均须通过例行试验，主要包括：绕组电阻测量、电压比及联结组标号验证、空载损耗和空载电流测量、负载损耗和短路阻抗测量、绝缘电阻测量、绝缘耐压试验、感应耐压试验（如需）、局部放电测量（如需）、密封性能试验（液浸式变压器）以及外观和尺寸检查。（2）型式试验产品定型时须进行型式试验，除包括全部例行试验项目外，还应包括：雷电冲击耐压试验、温升试验、短路耐受能力试验、声压级测量、防护等级验证试验、倾斜摇摆试验、振动试验、盐雾试验以及外壳机械强度试验等。标准对各项试验的试验条件、试验程序、测量仪器精度和合格判据均做了详细规定。（3）特殊试验根据用户要求和实际应用需要，标准还规定了一些可选的特殊试验项目，包括：介质损耗因数测量、绝缘液体特性分析（含水量、击穿电压、酸值等）、绕组频响分析（用于检测绕组变形）、局部放电起始和熄灭电压测量以及温度场分布测试等。3.6标识、铭牌与随行文件标准对变压器和电抗器的铭牌内容、标识符号和随机文件做出了详细规定。铭牌应至少包含以下信息：设备名称和型号、额定容量（kVA或kvar）、额定电压及分接范围、额定频率、相数、联结组标号、短路阻抗百分数、绝缘耐热等级或绝缘液体类型、总质量、制造标准编号以及制造日期和出厂编号等。随机文件应包括产品合格证、安装使用说明书、维护保养手册、试验报告（例行试验和型式试验摘要）以及推荐备件清单。4主要起草单位介绍4.1IEC/TC18组织机构与成员构成IEC/TC18（船舶电气装置技术委员会）是IEC最古老的技术委员会之一，自20世纪30年代即开始船舶电气标准化工作。TC18的主席和秘书由挪威国家委员会提名、IEC理事会任命，任期通常为六年。目前，TC18共有正式成员（P成员）20余个，包括中国、英国、德国、法国、美国、日本、韩国、挪威、丹麦、芬兰、荷兰、意大利、波兰、俄罗斯等主要航运和造船国家；此外还有若干观察成员（O成员）参与标准制修订的跟踪和评议工作。4.2中国参与单位及贡献中国是IEC/TC18的积极成员，全国船舶电气标准化技术委员会组织国内科研院所和骨干企业代表参加了本标准修订的核心工作。在本标准修订过程中，中国专家重点在以下几个方面发挥了建设性作用：-提出并推动了将天然酯绝缘液在船用变压器中的应用条款纳入标准，为中国环保型植物油变压器进入国际市场创造了标准条件；-在振动试验水平和倾斜摇摆工况的量化指标方面，提供了基于国内船舶实际运行数据的技术支撑；-在电抗器温升限值界定方面，提出了适用于船用环境条件的修正建议并被标准采纳。4.3主要起草单位介绍——中国船舶及海洋工程设计研究院中国船舶及海洋工程设计研究院（MarineDesign&ResearchInstituteofChina，简称MARIC），