IEC 601522021 用小时数表示三相交流系统的相位差标准立项发展报告

用小时数表示三相交流系统的相位差标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:DesignationofPhaseDifferencesbyHourNumbersinThree-phaseACSystems摘要三相交流系统是电力工业的核心基础，其相位关系的准确标识对于系统设计、设备选型、运行维护及国际技术交流具有至关重要的意义。用小时数表示相位差的方法，将时钟表盘上1至12的小时数字与相位角360°建立对应关系，以直观、简洁的方式表征三相系统中电压或电流之间的相位关系，长期以来是国际电工领域通用的技术语言。随着全球能源互联网建设加速推进，特高压交直流混联电网、新能源大规模接入以及电力电子化电力系统等新业态不断涌现，对相位标识方法的规范性、统一性和精确性提出了更高要求。IEC60152:2021《用小时数表示三相交流系统的相位差》由国际电工委员会（IEC）发布，是现行有效的国际标准。该标准系统规定了小时数表示法的适用范围、基本定义、标识方法及工程应用规则，为全球范围内三相交流系统相位关系的统一标识提供了权威技术依据。本报告对该标准的立项背景、技术内容、修订历程及应用价值进行系统分析，重点阐述其主要参与单位的技术贡献，并对该标准在新型电力系统建设背景下的深化应用与未来发展方向进行展望。关键词：三相交流系统；相位差；小时数表示法；国际电工委员会；IEC60152；电力系统标准化Keywords:Three-phaseACsystem;Phasedifference;Hournumberdesignation;IEC;IEC60152;Powersystemstandardization1引言1.1研究背景在现代电力工业中，三相交流系统凭借其经济性、可靠性和高效性，成为发电、输电、配电和用电各环节的基本构成形式。三相系统中各相电压（或电流）之间的相位关系——即所谓的“相序”和“相位差”——是描述系统运行状态的关键参数，直接影响变压器联结组别的选择、并列运行条件的判断、保护装置的整定以及电能质量的评估等核心技术问题。长时期以来，如何在一张接线图或一块设备铭牌上简洁而准确地标示出复杂的相位关系，是电气工程领域的一项基础性技术需求。时钟小时数表示法应运而生——它将一个圆周等分为12个刻度，对应12个小时数位置，每个小时数对应30°的相位角。例如，标识“1”表示相位差为30°，“6”表示相位差为180°，“11”表示相位差为330°（或−30°）。这种表示方法将抽象的电气角度转化为人们日常生活中熟悉的时钟形象，大大降低了技术沟通的认知门槛，尤其便于跨国、跨语言环境下的工程技术交流。1.2标准基本信息IEC60152:2021是国际电工委员会发布的关于三相交流系统相位差小时数表示法的现行有效标准。该标准属于IEC/TC8（系统方面）技术委员会管辖范围。其前身可追溯至IEC60152:1965年首版发布，历经多次修订，现行版本为2021年7月9日发布的第四版。该标准以英语和法语两种官方语言出版，在全球范围内获得广泛应用和认可，是国际电工领域的基础性标准文件之一。1.3目的与意义本报告旨在全面梳理IEC60152:2021标准的技术内涵和发展脉络，分析其在推动全球电力行业技术规范化方面的重要作用，为国内相关标准化工作者、电气工程设计人员及科研人员提供系统性的参考，同时也为我国的标准化工作与国际接轨提供有益借鉴。2标准技术内容解析2.1范围与适用领域IEC60152:2021规定了在三相交流系统中用小时数（1至12）表示相位差的方法。该标准适用于50Hz和60Hz的电力系统，涵盖发电、输电、配电和用电各电压等级。具体适用范围包括：-变压器绕组联结组别的标识；-旋转电机的端子标识和相关相位关系的确定；-电力系统中各节点电压相位关系的描述；-电气设备铭牌与工程图纸上的相位关系标注；-继电保护装置的相位配合与整定计算。该标准不涉及具体的电气安全要求，亦不对电压等级、频率范围等系统参数作限定性约束，而仅聚焦于相位差标识方法的统一与规范化。2.2核心技术内容2.2.1基本定义标准中给出如下核心定义：-相位差（PhaseDifference）：两个同频正弦交流量在相角上的差值，以电角度或对应的小时数表示；-小时数（HourNumber）：将时钟表盘上1至12的数字用于表示相位差的标度值，1个小时数对应30°电角度；-正序（PositiveSequence）：三相电压（电流）按A—B—C顺序相继达到正最大值的相序。2.2.2表示方法标准规定，用小时数表示相位差时应遵循以下规则：1.基准选择：以某一参考相的过零点或正峰值点作为时钟的“12时”位置，逆时针旋转方向为相位滞后的方向；2.对应关系：相位差角θ与小时数N之间满足N=θ/30°的关系。当计算结果不为整数时，可按就近取整原则选取最接近的小时数，精度不足时需辅以度数标注；3.极性标注：相位差为正值表示滞后，负值表示超前，在需精确区分时应在小时数后附加“滞后”或“超前”的文字说明；4.组合标识：对于复杂联结方式，可采用“小时数＋联结组别字母”的复合标识方式。2.2.3典型应用场景标准中给出了变压器联结组别的典型小时数标识示例：-Yyn0联结（高压侧星形中性点引出，低压侧星形中性点引出）：相位差为0°，标识为“0”；-Yd11联结（高压侧星形，低压侧三角形）：相位差为330°，标识为“11”；-Dy5联结（高压侧三角形，低压侧星形）：相位差为150°，标识为“5”；-Yz1联结（高压侧星形，低压侧曲折形）：相位差为30°，标识为“1”。这些标识已广泛用于变压器铭牌、出厂试验报告和系统接线图，有效避免了因联结组别标识混乱而引发的并列运行事故。2.3与相关标准的关系IEC60152:2021在国际标准体系中处于基础性地位，与以下标准存在紧密的技术关联：-IEC60076-1《电力变压器第1部分：总则》：涉及变压器联结组别的标识方法，引用IEC60152的小时数表示体系；-IEC60034-8《旋转电机第8部分：端子标志和旋转方向》：规定了旋转电机的端子标识方法，与IEC60152的相位标识方法共同构成完整的标识体系；-GB/T6451（中国国家标准）等各国变压器标准：均在不同程度上采用了小时数表示法的基本框架。3标准立项与发展历程3.1标准立项背景20世纪初至中叶，随着电力系统规模的扩大和国际电力设备贸易的日益频繁，各国在三相系统相位标识上的不统一逐渐成为技术交流的障碍。不同的国家采用不同的标识习惯，有的直接用度数表示相位差，有的用时钟法，有的用字母组合方式，导致跨国项目中频繁出现理解偏差甚至工程事故。在此背景下，国际电工委员会于20世纪60年代初启动了统一相位差标识方法的标准化工作。3.2历史沿革IEC60152标准的演进历程体现了国际电力工业技术的发展和标准化工作不断深化的过程：|版本|发布年份|主要内容与特征||:---:|:---:|:---||第一版|1965年|首次统一了用小时数表示三相系统相位差的基本规则，明确了1~12小时数对应的角度；||第二版|1980年|扩展了适用范围，细化了变压器联结组别的表示规则，补充了图示示例；||第三版|2005年|适应当代电力系统的发展，增加了对电子设备标识的补充说明，完善了与相邻标准的技术衔接；||第四版|2021年|全面修订，适应当前新型电力系统发展的需要，完善了术语定义，拓展了应用指导。|3.32021年版主要修订内容与前一版本相比，IEC60152:2021主要进行了以下技术修订：2.增加了对高压直流（HVDC）和柔性交流输电系统（FACTS）等电力电子设备相位标识的说明性内容；3.补充了对含分布式电源、微电网等新型系统结构的相位关系描述指南；4.完善了小时数表示法与度数表示法之间的换算精度处理规则；5.增加了术语定义，明确了小时数表示法的适用边界和限制条件。4主要参与单位介绍4.1国际电工委员会（IEC）IEC60152:2021由国际电工委员会（InternationalElectrotechnicalCommission，IEC）制定并发布。IEC成立于1906年，总部位于瑞士日内瓦，是世界上成立最早的国际性电工标准化机构，负责电气工程和电子工程领域国际标准化工作。IEC的成员覆盖全球170多个国家和地区，其制定的国际标准被广泛采纳为国家标准或区域标准，是国际贸易中技术壁垒消除的重要工具。IEC的组织架构中，与IEC60152直接相关的技术机构是IEC/TC8（Systemaspectsofelectricalenergysupply，电力供应系统方面技术委员会）。TC8的职责范围涵盖电力供应系统的架构、运行、可靠性及标准化接口等方面，负责从系统层面协调各专业领域的技术标准，确保电力系统的整体协调性和互操作性。4.2标准制定过程中的技术支撑在IEC60152:2021的修订过程中，来自多个国家的技术专家参与了标准草案的起草、讨论和评审工作。其中，以下方面对标准的完善起到了关键作用：-德国代表团（DKE）：在术语定义和符号规范化方面发挥了主导作用，德国作为IEC的重要成员国，长期在电气工程标准化领域具有较高的话语权和技术影响力；-中国代表团（SAC）：在标准适用范围的拓展和与IEC60076等标准的技术协调方面积极提出建议，反映了中国作为全球最大电力设备制造国和电力系统运营国之一的技术诉求；-法国代表团（UTE）和日本代表团（JISC）：在标准文本的精确性和应用示例的丰富性方面作出了重要贡献。4.3中国采标情况中国高度重视IEC60152标准的转化应用工作。目前，中国已将该标准纳入采标计划，对应的国家标准正在推进中。在国内电力行业标准中，小时数表示法的基本理念和技术规则已广泛渗透到变压器标准（GB/T6451）、高压开关设备标准（GB/T11022）等各类标准文件中，对于实现中国电力装备与国际市场的接轨起到了重要的促进作用。5标准应用价值分析与展望5.1在传统电力系统中的应用价值在传统电力系统中，IEC60152:2021确立的小时数表示法已成为一种全球通用的“技术语言”，其价值体现在：（1）工程设计效率的提升。设计人员可通过小时数快速判断两台变压器能否并列运行——只要联结组别小时数相同且变比、短路阻抗匹配，即可初步判定具备并列条件。这种直观判定方式大大提高了设计审查效率。（2）国际项目沟通的便利化。在“一带一路”沿线国家电力建设项目中，中国企业与当地业主、咨询工程师之间使用统一的小时数标识体系，有效避免了因技术语言差异导致的误解和返工。（3）设备制造与检验的一致性。变压器制造企业按照IEC60152的要求进行联结组别标识，使得出厂试验数据在不同国家和地区的业主、监理之间具有可比性和公信力。5.2在新型电力系统建设背景下的新需求当前，全球电力系统正经历深刻变革，以新能源大规模开发利用为特征的新型电力系统加速构建。这一变革对IEC60152标准的应用提出了新的课题：（1）电力电子化系统的相位标识需求。新能源发电通过电力电子变流器并网，其输出电压/电流的相位关系由控制策略决定，不同于传统旋转电机的固定相位关系。如何在小数表示法的框架内对灵活多变的相位关系进行有效描述，是需要进一步研究的问题。（2）微电网与分布式能源的相位协调。微电网中多个分布式电源之间的相位同步与协调控制，需要更加精确的相位标识方法作为技术基础。（3）数字孪生与智能化运维的标准化需求。随着数字孪生技术在电网中的应用推广，电气设备的三维数字模型需要嵌入准确的相位关系参数，小时数表示法如何与数字化描述方式兼容，也是未来标准化工作需要关注的方向。5.3未来发展展望展望未来，IEC60152标准的发展将在以下方向持续深化：第一，深化与数字化标准的融合。随着IEC61850（变电站通信网络与系统）等数字化标准的广泛应用，相位标识方法需要与数字化信息模型实现无缝对接，形成“物理标识＋数字描述”的双轨体系。第二，加强与其他国际标准的协调。持续加强与IEC60076、IEC60034以及IEEEC57系列标准的协调，避免不同标准之间出现冲突或歧义。第三，推动新技术应用的标准化支撑。针对柔性直流输电、储能系统、虚拟同步机等新技术形态，及时研究制定相应的相位标识规范，为新技术的大规模应用提供标准保障。第四，发挥中国在新一轮修订中的积极作用。随着中国电力工业技术水平的整体跃升，中国在国际电工标准化中的话语权不断增强。中国专家应更加主动地参与IEC60152及相关标准的制修订工作，将中国在特高压、智能电网、新能源并网等领域积累的工程经验转化为国际标准的技术内容。6结论IEC60152:2021《用小时数表示三相交流系统的相位差》作为国际电工领域的基础性标准，自1965年首次发布以来，历经半个多世纪的发展与完善，已形成一套科学严谨、适用广泛、深入人心的相位标识技术体系。该标准将抽象的电气角度转换为直观的时钟小时数，以简洁明了的方式解决了三相交流系统相位关系的统一标识问题，为全球范围内的电力系统设计、设备制造、工程建设和运行维护提供了共同的技术语言。在“双碳”目标和全球能源转型的大背景下，新型电力系统的构建对相位标识方法提出了更高的要求。IEC60152:2021的发布为应对这些新挑战奠定了标准基础，但标准化工作永远在路上。未来，需要国际电工界共同努力，推动该标准与数字化、智能化、绿色化发展需求深度融合，使其在全球能源治理和电力技术交流中持续发挥不可替代的基础性支撑作用。参考文献[1]IEC60152:2021,Designationofphasedifferencesbyhournumbersinthree-phaseACsystems[S].Geneva:Internatio