IEC 61936-22023 1kV AC和1.5kV DC以上的电力装置.第2部分DC标准立项发展报告

标准立项发展报告：IEC61936-2:2023《1kVAC和1.5kVDC以上的电力装置第2部分：DC》StandardizationDevelopmentReport:Powerinstallationsexceeding1kVACand1,5kVDC-Part2:DC摘要随着全球能源转型战略的深入推进，高压直流（HVDC）输电技术因其在大容量、远距离输电及可再生能源并网方面的显著优势，已成为电力行业发展的核心方向之一。然而，长期以来直流电力装置的设计、安装与运行缺乏统一的国际安全标准，制约了直流输电工程的规范化发展。在此背景下，国际电工委员会（IEC）于2023年9月26日正式发布了IEC61936-2:2023《1kVAC和1.5kVDC以上的电力装置第2部分：DC》，这是全球首个专门针对高压直流电力装置安全的综合性国际标准，填补了该领域的标准空白。本报告对该标准的立项背景、适用范围、核心技术内容进行了系统阐述，分析了其在直流系统过电压保护、绝缘配合、电气安全距离、设备选型及接地系统等关键技术环节的规范性要求，并深度剖析了标准制定的主要参与机构及其技术贡献。报告认为，IEC61936-2:2023的发布将有力推动全球直流输电技术的标准化发展，为高压直流工程的设计、建设和运维提供权威的技术依据，对促进能源绿色低碳转型具有重要的战略意义。关键词：高压直流；电力装置；IEC61936-2；安全标准；绝缘配合；过电压保护Keywords:HVDC;PowerInstallations;IEC61936-2;SafetyStandard;InsulationCoordination;OvervoltageProtection一、引言1.1研究背景在全球应对气候变化、推动能源结构转型的时代背景下，直流输电技术正经历前所未有的发展机遇。相较于传统的交流输电，高压直流输电在大容量、长距离输电场景中展现出显著的技术经济优势，同时其作为可再生能源并网、城市电网互联及海上风电送出等应用场景的关键技术手段，已成为国际电力工程建设的重要方向。根据国际能源署（IEA）的预测，到2030年全球高压直流输电工程累计投资将超过数千亿美元，直流输电将占据新增输电容量中越来越大的比重。然而，与交流电力装置拥有较为成熟的IEC61936-1等国际安全标准不同，直流电力装置的设计、安装和安全运行长期以来缺乏专门的国际标准约束。直流系统在故障特性、电弧行为、绝缘老化机理、接地方式等方面与交流系统存在本质差异，不能简单套用交流标准进行设计与评估。这种标准供给的滞后，给直流输电工程的安全运行带来了不容忽视的隐患。1.2标准立项的必要性直流电力装置与交流装置在技术特性上存在根本性差异，主要体现在以下几个方面：直流电弧一旦形成便无自然过零点，电弧熄灭难度大，对开关设备提出了更高的技术要求；直流电场下的绝缘材料空间电荷积聚效应明显，绝缘老化机理与交流工况有显著不同；直流系统的故障电流上升速率快、峰值高，对保护装置的动作速度要求更加严格；直流接地方式多样（如单极接地、双极接地、金属回线等），不同接地方式下的安全防护策略各异。上述技术特性决定了必须制定专门针对直流电力装置的国际标准，以保障工程安全。在此背景下，IEC第99技术委员会（IEC/TC99）自2018年起启动该标准的编制工作，历经五年努力，最终于2023年9月26日正式发布IEC61936-2:2023。二、标准概述2.1标准基本信息IEC61936-2:2023《1kVAC和1.5kVDC以上的电力装置第2部分：DC》是国际电工委员会发布的现行有效标准。该标准以英语和法语为官方语言，由IEC/TC99（系统接地及电气装置安全技术委员会）归口管理，其系统架构定位为IEC61936系列标准的第2部分。2.2适用范围该标准适用于额定电压超过1.5kV直流的电力装置，涵盖以下主要应用领域：（1）高压直流输电系统：包括±100kV及以上的远距离大容量直流输电工程、背靠背直流换流站等；（2）柔性直流输电系统：基于电压源换流器（VSC）技术的柔性直流输电工程，包括海上风电送出、城市电网互联等应用场景；（3）中压直流配电系统：应用于工业直流微网、数据中心直流供电、船舶直流配电等领域的中压直流系统；（4）新能源直流汇集系统：光伏电站、风电场内部的直流汇集与升压系统。标准涵盖的电力装置包括换流站、直流开关站、直流电缆线路、直流架空线路、直流配电装置及其附属设备等。在标准的适用边界上，IEC61936-2:2023明确了其不适用于IEC60038所规定的1.5kV及以下直流低压装置，同时也不适用于由其他IEC标准专门覆盖的特殊直流设备（如IEC60633规定的HVDC换流器阀等）。三、标准核心技术内容3.1直流系统的过电压保护标准系统性地规定了直流电力装置的过电压保护要求，将直流系统过电压按起因分为雷电过电压、操作过电压和暂时过电压三类，并针对每类过电压提出了具体的防护策略和限制措施。在雷电过电压防护方面，标准规定了直流架空线路和直流电缆线路的雷电屏蔽设计原则、避雷器配置要求及接地装置的设计标准。鉴于直流输电线路杆塔高度较高、暴露面积大，雷电绕击和反击的概率相对较高，标准对线路的耐雷水平提出了明确指标，要求工程设计中需进行详细的雷电屏蔽分析。在操作过电压防护方面，标准对直流换流站内断路器和隔离开关操作所产生的过电压进行了系统分类，并规定了相应的限制措施，包括配置金属氧化物避雷器（MOA）、控制操作顺序、优化开关设备特性等。标准特别关注了直流系统中特有的换流器闭锁/解锁、直流线路故障清除与重启等暂态过程所产生的过电压特性。3.2绝缘配合直流电力装置的绝缘配合是保证设备安全运行的核心环节。由于直流电场下绝缘介质的击穿特性、空间电荷积累效应、老化规律等与交流存在本质不同，不能简单沿用交流系统的绝缘配合方法。标准建立了直流系统特有的绝缘配合方法框架，包括：确定设备最高电压Um、额定雷电冲击耐受电压和额定操作冲击耐受电压等关键参数；考虑直流电压叠加纹波、谐波分量等因素对绝缘应力的影响；引入海拔修正、污秽等级修正等环境因素修正系数；结合直流电场下绝缘介质的长期老化特性确定安全裕度。标准对不同电压等级直流系统提出了推荐的绝缘水平参考值，为工程设计提供了直接依据。3.3电气安全距离电气安全距离的确定直接关系到运行维护人员的安全和电力装置的合理布局。标准对直流电力装置提出了系统的安全距离要求，包括带电导体对地距离、相间距离、不同回路之间的间距、带电导体与建筑物及构筑物之间的最小距离以及维护通道和操作走廊的尺寸要求等。考虑到直流电场的特殊性，标准引入了直流电场下特有的安全距离附加修正因素，如直流空间电荷对间隙放电特性的影响、直流电弧不灭弧特性对安全距离的需要进一步加大的要求、绝缘子串直流污秽闪络特性对爬电比距的要求等。标准给出了不同电压等级对应的最小安全距离推荐值表，供设计和运行人员直接查询使用。3.4设备选择与安装在设备选择方面，标准对直流电力装置中各类主要设备提出了针对性的技术要求。换流变压器需考虑直流偏磁影响和阀侧绕组特殊的绝缘结构；直流断路器须考虑直流电弧无自然过零点的特殊开断特性，满足高频振荡电流注入或人工过零等灭弧方式的要求；直流隔离开关须具备开合小电流和容性电流的能力；直流避雷器需考虑直流持续运行电压下MOA阀片的荷电率、能量吸收能力及多柱并联时的均流特性；直流电缆需考虑空间电荷效应对绝缘设计的影响以及直流电压叠加冲击电压时的复合绝缘裕度。在安装方面，标准对直流设备的布置、安装工艺、母线和连接方式、设备接地及屏蔽等技术内容进行了规范，特别对直流电场下的金具选型和电晕抑制措施提出了要求。3.5接地系统直流接地系统设计是直流电力装置安全运行的核心环节。标准对直流接地系统的设计原则、接地电阻值要求、接地导体的选择与敷设、接地系统的热稳定性校验及跨步电势和接触电势的控制等方面进行了详细规定。针对直流系统的特殊性，标准特别关注了直流接地极的设计要求（包括接地极的材料选择、布置方式、运行寿命等）、直流偏磁对交流电网和接地变压器的影响及其抑制措施、直流接地系统对地下金属管线和设施的腐蚀影响评估及防护，以及雷电冲击和高频分量对接地阻抗的影响。3.6运行与维护安全标准设置专章规定了直流电力装置的运行与维护安全要求，涵盖安全操作规程、直流专用验电装置的使用要求和作业安全防护措施等。值得特别关注的是，标准明确规定了直流装置停电检修时须对直流电容组件进行充分放电，并应设置可视化接地，以防止残余电荷造成的触电伤害和感应电伤害。四、标准主要参与单位4.1IEC/TC99技术委员会IEC61936-2:2023由国际电工委员会系统接地及电气装置安全技术委员会（IEC/TC99）负责制定。TC99的秘书处由意大利电工委员会（CEI）承担，主席来自德国，委员会汇聚了来自全球30余个国家的标准化专家。TC99的技术范围涵盖电力装置的接地系统设计和电气安全防护，其制定的标准体系为全球电力装置安全提供了重要的技术支撑。在IEC61936-2的编制过程中，TC99特别组建了由直流输电系统设计、运行维护、设备制造及学术研究等领域专家组成的工作组（WG5），系统性地推进直流标准编制工作。工作组历时约五年，经过多轮草案研讨、委员会投票及意见处理，最终促成该标准的正式发布。4.2主要贡献单位在该标准编制过程中，来自德国、中国、日本、瑞典、意大利等国的技术专家发挥了重要作用。其中，西门子能源（SiemensEnergy）的专家主导了换流站设备安全要求相关章节的起草，日立能源（HitachiEnergy）的专家在直流断路器技术要求和直流开断安全方面做出了核心贡献，中国电力科学研究院、国家电网公司和南方电网公司的专家在直流接地系统、过电压保护及绝缘配合方面提出了大量具有工程实践价值的技术提案，这些提案充分反映了中国在特高压直流输电工程中积累的丰富经验，其他如法国电力公司（EDF）、意大利国家电力公司（Enel）和瑞典大瀑布电力公司（Vattenfall）的专家也在运行维护和安全管理方面贡献了实践经验。五、标准的意义与影响5.1填补国际标准空白IEC61936-2:2023是全球首个专门针对1.5kV以上直流电力装置安全的综合性国际标准。该标准的发布填补了国际标准体系中直流电力装置安全标准的长期空白，使直流电力装置的设计、建设和运行第一次拥有了可依据的国际通用安全准则。5.2促进直流输电技术全球化发展该标准为各国直流输电工程建设提供了一个统一的技术基准。标准的发布有助于减少因标准差异造成的技术壁垒，促进直流输电设备和工程的国际间合作与交流。对于正在进行直流电网建设的国家和地区，该标准可作为本国或本地区标准的制定基础，有助于快速建立完善的技术标准体系。5.3提升直流电力装置安全水平IEC61936-2:2023在总结当前直流输电工程实践经验的基础上，系统规定了直流电力装置的安全设计要求，充分考虑了直流系统的特殊安全风险。标准的实施将有助于从源头防范直流电力装置的安全事故，切实提升直流输电工程的整体安全水平，为高压直流输电系统的长期稳定运行提供坚实的技术保障。5.4支撑能源转型战略当前全球能源转型正加速推进，以可再生能源为主体的新型电力系统建设亟需大规模直流输电技术作为支撑。IEC61936-2:2023的发布为海上风电直流送出、大型新能源基地直流外送、城市直流配电网等新兴应用场景提供了权威的安全技术标准，有助于加快上述领域的工程化进程，为全球能源绿色低碳转型提供重要的标准化支撑。六、结论与展望IEC61936-2:2023《1kVAC和1.5kVDC以上的电力装置第2部分：DC》的发布是国际直流输电标准化进程中的一个重要里程碑。该标准的出台填补了专门针对直流电力装置安全的国际标准长期缺位的空白，为高压直流电力装置的设计、建设和运行提供了权威的技术依据和安全准则。展望未来，随着直流输电技术的持续发展和应用场景的不断扩展，IEC61936-2标准体系也将随之持续完善。当前柔性直流输电技术向更高电压等级、更大输送容量方向发展的趋势，要求标准及时跟进技术进展并做出相应修订。直流电网技术的兴起也对多端直流系统的安全设计提出了新的标准化需求。与此同时，直流配电系统在数据中心、工业微网等场景中的推广应用，同样需要与之匹配的标准化支撑。此外，建议业界推动IEC61936-2:2023尽快转化为我国国家标准或行业标准，并结合我国特高压直流输电工程的成功经验，制修订相应的配套标准或细化指南，为直流输电工程建设提供更加全面、精细的标准支撑，助力实现碳达峰、碳中和目标。参考文献[1]IEC61936-2:2023,Powerinstallationsexceeding1kVACand1,5kVDC-Part2:DC[S].Geneva:InternationalElectrotechnicalCommission,2023.[2]IEC61936-1:2021,Powerinstallationsexceeding1kVACand1,5kVDC-Part1:AC[S].Geneva:InternationalElectrotechnicalCommission,2021.[3]IEC/TS61936-2:2023,Powerinstallationsexceeding1kVACand1,5kVDC-Part2:DC-GuidancefortheapplicationofIEC61936-2:2023[S].Gen