IEC TS 63042-1022021 特高压交流输电系统第102部分一般系统设计标准立项发展报告

特高压交流输电系统第102部分：一般系统设计标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:UHVACTransmissionSystems-Part102:GeneralSystemDesign摘要特高压交流输电技术作为解决远距离、大容量电力输送问题的战略性技术手段，在全球能源转型与新型电力系统建设中发挥着日益重要的作用。IECTS63042-102:2021《特高压交流输电系统第102部分：一般系统设计》由国际电工委员会（IEC）发布，是特高压交流输电领域系统设计层面的核心技术标准。本报告系统梳理了该标准的立项背景、编制历程、核心技术内容及其在特高压交流输电标准体系中的定位与作用，深入分析了标准所涵盖的系统设计原则、设计流程、关键参数选择、绝缘配合、过电压抑制、电磁环境控制及设备选型等关键技术要求。报告同时介绍了标准主要参编单位的技术贡献，并结合我国特高压工程建设实践，探讨了该标准对推动全球特高压输电技术规范化发展、促进国际产能合作与装备输出所具有的重要指导价值。最后，报告对该技术领域未来标准的发展趋势进行了展望，提出了进一步完善标准体系的建议。关键词：特高压交流输电；系统设计；IEC标准；绝缘配合；过电压；电磁环境；标准化Keywords:UHVACtransmission;Systemdesign;IECstandard;Insulationcoordination;Overvoltage;Electromagneticenvironment;Standardization1引言1.1研究背景随着全球能源需求的持续增长和可再生能源的大规模开发，电力系统正面临着前所未有的输电能力提升需求。特高压交流输电技术凭借其输电容量大（可达1000万千瓦级）、输电距离远（可达2000公里以上）、损耗低（约为500kV输电损耗的1/3至1/2）、占地省（单位容量占地仅为500kV线路的1/3）等显著优势，已成为跨区域、跨国界电力传输的关键技术路径。我国自2004年启动特高压输电技术研究以来，已建成多条1000kV特高压交流输电工程，形成了较为完整的技术体系和工程实践经验。在此背景下，制定国际统一的特高压交流输电系统设计标准，对于规范全球特高压工程建设、促进技术交流与合作、推动装备制造国际化具有重要的现实意义。1.2标准立项的必要性特高压交流输电系统设计涉及电气、结构、电磁环境、绝缘配合等多个技术领域，其复杂度远超常规超高压输电系统。在IECTS63042-102:2021发布之前，国际范围内尚缺乏专门针对特高压交流系统整体设计的统一技术标准，各国主要依据本国经验或参照超高压标准进行设计，这导致了技术方案差异大、设备接口不统一、工程经验难以互认等问题。因此，制定一项系统性的特高压交流输电系统设计标准成为国际电工委员会的紧迫任务。2标准概况2.1标准基本信息|项目|内容||------|------||标准编号|IECTS63042-102:2021||标准名称|特高压交流输电系统第102部分：一般系统设计||英文名称|UHVACtransmissionsystems-Part102:Generalsystemdesign||标准状态|现行||发布机构|国际电工委员会（IEC）||发布日期|2021年8月24日||标准性质|技术规范（TechnicalSpecification,TS）||分类号|变电站、电涌放电器||国别|国际组织||语言|英语|2.2标准体系定位IECTS63042系列标准是国际电工委员会下设的特高压交流输电系统技术委员会（TC122）负责制定的特高压交流输电系统系列标准。该系列标准覆盖了特高压交流输电系统的各个技术层面，其中：-IECTS63042-101：系统研究与管理-IECTS63042-102：一般系统设计（本报告对象）-IECTS63042-201：变电站设计-IECTS63042-301：线路设计-IECTS63042-302：线路施工与验收本部分（102）作为系统设计层面的核心标准，处于系列标准的顶层设计位置，为后续变电站设计（201）、线路设计（301）等专项标准提供了系统层面的设计原则和基础参数。2.3标准适用范围IECTS63042-102:2021适用于标称电压为1000kV及以上的交流输电系统的规划、设计和建设。该标准主要针对交流特高压输电系统的一般性设计问题，涵盖系统设计的基本要求、设计流程、技术参数选择原则和方法，适用于新建特高压交流输电工程，也可为现有工程的扩建和改造提供技术参考。3标准主要技术内容3.1系统设计基本原则标准确立了特高压交流输电系统设计应遵循的基本原则体系。首先是安全性原则，要求系统设计须确保在各种运行工况及故障条件下，设备和人身安全得到充分保障。其次是可靠性原则，系统设计方案应满足规定的供电可靠性指标，在N-1甚至N-2故障条件下仍能保持系统稳定运行。第三是经济性原则，在满足技术和可靠性要求的前提下，应通过方案比选优化投资成本，实现全生命周期成本最低。第四是环保性原则，系统设计须将电磁环境影响控制在可接受的限值范围内，满足相关环保标准要求。最后是扩展性原则，系统设计应为远景发展留有余地，便于未来的扩建和升级改造。3.2系统设计流程标准给出了特高压交流输电系统设计的完整流程框架，主要包括以下阶段：（1）前期研究阶段：收集基础资料，包括负荷预测、电源规划、电网现状分析等，明确工程的功能定位和建设必要性。（2）系统方案设计阶段：确定输电容量、电压等级、输电距离等核心参数，进行多方案技术经济比较，推荐最优系统方案。（3）专题研究阶段：针对过电压与绝缘配合、无功补偿与电压控制、潜供电流与单相重合闸、次同步谐振、电磁环境等专题开展深入研究。（4）设备选型与参数确定阶段：根据系统研究成果确定变压器、断路器、避雷器、并联电抗器等主要设备的技术参数和要求。（5）设计文件编制阶段：编制完整的系统设计说明书、计算书、图纸等技术文件，为后续工程设计和设备招标提供依据。3.3关键设计参数与技术要点3.3.1绝缘配合与过电压抑制绝缘配合是特高压交流输电系统设计的核心环节之一。标准规定了特高压系统绝缘配合的基本方法和要求，包括：-系统最高运行电压的确定：对于1000kV系统，最高运行电压通常取1100kV；-代表性过电压的分类与取值：包括暂时过电压（TOV）、操作过电压（SOV）、雷电过电压（LIV）等各类过电压的代表水平；-绝缘水平的确定方法：基于过电压幅值和绝缘裕度，通过统计法或确定性方法确定设备绝缘水平；-避雷器配置与参数选择：规定了避雷器的额定电压、持续运行电压、残压等关键参数的选取原则，以及避雷器在变电站内的布置方案。标准对操作过电压的限制提出了明确要求。对于1000kV系统，相对地统计操作过电压通常限制在1.6~1.7p.u.以内，相间统计操作过电压限制在2.6~2.8p.u.以内。为实现这一目标，通常需要采用合闸电阻、控制断路器分合闸相位、安装避雷器及线路末端并联电抗器等多种措施综合应用。3.3.2电磁环境控制特高压交流输电线路的电磁环境参数是影响线路设计和技术经济指标的重要因素。标准规定了以下电磁环境指标的控制限值：-工频电场强度：居民区地面工频电场强度限值一般不超过4kV/m，线路跨越农田等非居民区时可适当放宽至10kV/m；-工频磁感应强度：公众曝露限值一般不超过100μT；-可听噪声：在好天气条件下，线路走廊边缘的可听噪声一般不超过45~50dB(A)；-无线电干扰：线路走廊边缘的无线电干扰场强在0.5MHz频率下一般不超过53~58dB(μV/m)。标准要求设计阶段应综合考虑导线型式（包括分裂导线根数、子导线截面、分裂间距等）、相导线布置方式（水平、三角或垂直排列）、对地高度、相间距离等参数，通过优化设计在满足电磁环境限值的前提下，兼顾线路的投资成本。3.3.3设备选型关键要求标准对特高压交流系统主要设备的基本选型原则和技术要求作出了规定：特高压变压器：单相变压器额定容量通常为1000~1500MVA，调压方式以无励磁调压为主；应具备良好的过励磁能力和抗短路能力；变压器的绝缘水平应与系统绝缘配合方案协调一致。断路器：额定开断电流应满足系统短路电流水平要求（通常为63kA），应具备合闸电阻以限制合闸操作过电压；断路器的首相开断系数、恢复电压上升率等参数应满足系统要求。避雷器：额定电压通常为828~840kV（针对1100kV系统），应具有优异的能量吸收能力和保护特性；避雷器的持续运行电压应不低于系统最高运行相电压。并联电抗器：用于补偿线路容性无功、限制工频过电压和潜供电流；标准规定了电抗器容量选择原则、中性点小电抗的配置要求及二次控制保护要求。3.3.4系统稳定性与无功平衡标准要求特高压交流输电系统设计应进行全面的稳定性分析，包括静态稳定性、暂态稳定性和动态稳定性分析。对于特高压线路，需特别关注以下问题：-线路充电功率大，需合理配置高、低压并联电抗器以实现无功分层平衡；-输电距离长，须校核系统功角稳定性，必要时配置可控高压并联电抗器或静止无功补偿装置等灵活无功调节设备；-对于送端和受端系统联系较弱的情况，应研究是否需要配置安全稳定装置。3.4标准的主要技术特点与常规超高压交流输电系统设计标准相比，IECTS63042-102:2021具有以下显著技术特点：（1）系统性强。该标准从系统层面统筹考虑发、输、变、用各个环节的协调配合，强调系统整体性能的最优化，而非个别设备的参数设计。（2）针对性强。针对特高压交流输电系统特有的技术问题（如高潜供电流、长线路电容效应、大容量无功平衡、特殊过电压问题等）提出了具有针对性的设计要求和解决方法。（3）经验集成度高。标准编制过程中充分吸纳了我国晋东南—南阳—荆门1000kV特高压交流试验示范工程、淮南—南京—上海1000kV交流输变电工程等重大工程的建设运行经验，以及日本、俄罗斯等国家的特高压研究成果，技术内容经过工程实践验证。（4）采用性能化规定方式。标准在多数条款中采用规定性能要求和目标值的方式，而非简单的构造性规定，这为不同技术路线和设计方案的实施提供了灵活性。4主要参编单位及技术贡献4.1标准编制组织架构IECTS63042-102:2021由IECTC122（特高压交流输电系统技术委员会）负责制定。TC122成立于2013年，秘书处由中国国家委员会承担。来自中国、日本、德国、美国、俄罗斯、韩国、瑞士等国家的专家参与了本标准的编制工作。4.2主要参编单位介绍——国家电网有限公司国家电网有限公司（StateGridCorporationofChina,SGCC）是本标准编制的核心单位，也是IECTC122的国内技术对口单位。作为全球最大的公用事业企业之一，国家电网有限公司在特高压交流输电领域积累了全球最丰富的工程实践经验和技术成果。单位概况：国家电网有限公司成立于2002年，以投资建设和运营电网为核心业务，经营区域覆盖我国26个省（自治区、直辖市），供电人口超过11亿人。截至2023年底，国家电网已建成投运“15交13直”特高压输电工程，累计输电能力超过2亿千瓦，其中特高压交流工程包括晋东南—南阳—荆门、淮南—南京—上海、锡盟—山东、蒙西—天津南、榆横—潍坊、苏通GIL综合管廊等标志性工程。技术贡献：在IECTS63042-102:2021的编制过程中，国家电网有限公司充分发挥了技术引领作用：（1）牵头起草：国家电网有限公司所属中国电力科学研究院有限公司的专家担任标准项目负责人和主要起草人，主持完成了标准框架设计、条款撰写和意见汇总处理等核心工作。（2）系统设计技术输出：将我国在特高压交流系统设计领域形成的核心技术成果——包括过电压抑制与绝缘配合方案、无功补偿配置方案、潜供电流抑制技术、电磁环境控制技术等——融入标准条款，使标准的整体技术水平体现了中国特高压工程实践的最新成果。（3）工程经验提供：组织编制了多项支撑性技术报告，将晋东南—南阳—荆门工程、淮南—南京—上海工程等重大示范工程在系统设计方面的实测数据和运行经验转化为标准的技术依据。（4）国际协调：积极协调国内各参编单位与国外专家的技术分歧，推动在过电压水平限值、绝缘裕度取值等技术关键点上形成国际共识。此外，中国电力工程顾问集团、中国西电集团、全球能源互联网研究院等单位也深度参与了标准的编制工作，分别在线路设计、设备制造、仿真分析等方面提供了重要的技术支持和数据支撑。5标准实施与应用价值5.1标准对我国特高压工程建设的指导作用IECTS63042-102:2021作为国际电工委员会正式发布的技术规范，虽然其本身属于自愿性标准，但其技术内容对我国特高压交流输电工程的设计和建设具有重要的参考和借鉴价值。我国已发布的国家标准GB/Z24842-2009《1000kV特高压交流输变电工程过电压和绝缘配合》和电力行业标准DL/T5493-2014《特高压交流输电工程系统设计内容深度规定》等技术文件与IECTS63042-102在核心技术上保持了高度一致性，并在某些方面提供了更为细化和严格的规定。5.2标准对国际技术合作与产能输出的推动作用该标准的发布为全球特高压交流输电技术的推广和工程应用提供了统一的技术语言和规范框架。对于推动“一带一路”沿线国家的电网互联互通和特高压工程建设，该标准可作为技术谈判和设备出口的参考依据，有助于降低技术壁垒，促进我国特高压技术、装备和工程服务的国际化输出。5.3标准的经济社会效益从经济效益看，统一的标准有助于在全球范围内形成规模化的设备制造和工程建设市场，降低特高压工程造价。以1000kV特高压交流工程为例，单公里造价约为同等输送能力500kV工程的60%~70%，而线路损耗仅为后者的1/3左右，具有显著的运行经济性。从社会效益看，特高压交流输电技术可有效促进可再生能源的大规模集约化开发和跨区域消纳，对于实现“双碳”目标和保障能源安全具有重要的战略意义。6结论与展望6.1结论IECTS63042-102:2021《特高压交流输电系统第102部分：一般系统设计》是国际电工委员会在特高压交流输电领域发布的首部系统设计类技术规范，具有开创性和里程碑意义。该标准系统总结了全球特高压交流输电技术的研究成果和工程实践，建立了涵盖系统设计原则、设计流程、关键技术要求和设备选型准则的完整技术体系，为全球特高压交流输电工程的规划、设计和建设提供了统一的技术依据。标准所确立的技术内容充分反映了特高压交流输电系统设计的最新科技成果和工程经验，特别是在过电压与绝缘配合、电磁环境控制、无功平衡与电压调节、系统稳定性等方面提出了科学合理的技术要求和设计方法。该标准的实施将对提升全球特高压交流输电工程的设计水平、促进技术交流和产业合作产生深远影响。6.2展望随着全球能源转型的深入推进和新型电力系统建设的加速，特高压交流输电技术面临新的发展机遇和挑战。未来，IECTS63042系列标准体系还需在以下方面持续发展和完善：（1）适应新型电力系统发展需求。随着高比例可再生能源接入和交直流混联电网格局的形成，特高压交流输电系统的设计需要充分考虑新能源出力波动性、电力电子设备交互影响等新问题，标准和规范体系有待进一步完善。（2）数字化与智能化技术的融合。数字孪生