IEC 62271-1122021 高压开关柜和控制装置 - 第112部分交流电源高速接地开关标准立项发展报告

IEC62271-112:2021《高压开关柜和控制装置——第112部分：交流电源高速接地开关》标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:High-voltageSwitchgearandControlgear–Part112:AlternatingCurrentHigh-speedEarthingSwitchesforSecondaryArcExtinctiononTransmissionLines摘要随着特高压输电技术的快速发展和电网规模的持续扩大，输电线路单相接地故障后的潜供电弧熄灭问题已成为制约电网安全稳定运行的关键技术难题。IEC62271-112:2021《高压开关柜和控制装置——第112部分：交流电源高速接地开关》系国际电工委员会（IEC）于2021年7月正式发布的重要标准，专门规定了用于输电线路潜供电弧快速熄灭的交流高速接地开关的性能要求、试验方法与技术规范。本报告系统梳理了该标准的立项背景、编制过程、核心技术内容及其行业意义，重点分析了标准在技术架构上的创新性突破——将高速接地开关从传统的“故障隔离设备”提升为“系统暂态稳定控制装置”，填补了IEC标准体系中关于高速接地开关专用技术规范的空白。报告指出，该标准明确了高速接地开关的额定值体系、开合能力分级、机械寿命要求及试验验证方法，建立了包含型式试验、例行试验和特殊试验在内的三级试验体系，为全球电力设备制造商提供了统一的研发与制造依据，也为电网企业开展潜供电弧治理提供了标准化的技术路径。该标准的发布对推动我国特高压输电装备技术升级、支撑新型电力系统建设及深化国际产能合作具有重要指导价值和深远的行业影响。关键词：高速接地开关；潜供电弧；IEC62271-112；特高压输电；开关设备；标准化；型式试验Keywords:High-speedearthingswitch;Secondaryarc;IEC62271-112;UHVtransmission;Switchgear;Standardization;Typetest1引言1.1标准立项背景输电线路是电力系统的“大动脉”，其安全可靠运行直接关系到电网的供电质量和稳定性。在高压及超高压输电系统中，单相接地故障是最为常见的故障类型，占比可达全部线路故障的80%以上。当线路发生单相接地故障时，继电保护装置动作跳开故障相两侧断路器，由于健全相与故障相之间存在相间电容和互感耦合，故障点仍会流过持续的潜供电流（secondaryarccurrent），导致接地电弧难以自行熄灭。潜供电弧的持续存在不仅延缓了单相重合闸的成功率，更严重威胁系统安全稳定运行。长期以来，工程界采用多种技术手段来加速潜供电弧的熄灭，主要包括：在并联电抗器中性点加装小电抗、优化线路换位等方式。然而，上述方法对潜供电弧的抑制效果受线路参数和运行工况影响显著，难以实现快速可靠熄灭。高速接地开关技术的出现为这一难题提供了全新的解决方案——通过在线路故障瞬间快速合闸，将故障相两端短时接地，使潜供电弧电流转移至接地回路并迅速熄灭，随后在重合闸前断开，从而实现单相快速重合闸。该技术以其原理简洁、效果显著、经济性好的优势，在国际上得到日益广泛的应用。然而，在IEC62271-112:2021发布之前，国际电工委员会（IEC）标准体系中尚无专门针对高速接地开关的技术标准，各制造企业的产品在额定参数、性能指标和试验方法等方面缺乏统一规范，给产品设计、选型和工程应用带来了显著的不确定性与兼容性问题。在此背景下，制定高速接地开关的专项国际标准成为电力行业的迫切需求。1.2标准制定历程IEC62271-112标准的制定工作由IEC/TC17（高压开关设备和控制设备技术委员会）下属的SC17A（高压开关设备）分技术委员会组织开展。该标准自项目启动至正式发布历经多年研讨与反复修订，融合了来自中国、德国、法国、日本、美国等多个国家在高速接地开关领域的实践经验和技术成果。尤其是中国在特高压输电工程中率先大规模应用高速接地开关技术，积累了丰富的运行经验和试验数据，为标准核心条款的制定提供了坚实的技术支撑。2021年7月13日，该标准经IEC正式发布，标准全称为《High-voltageswitchgearandcontrolgear–Part112:Alternatingcurrenthigh-speedearthingswitchesforsecondaryarcextinctionontransmissionlines》，标准编号为IEC62271-112:2021，为现行有效版本。2标准主要内容2.1标准适用范围与定位IEC62271-112:2021明确规定了交流高速接地开关的适用范围、正常运行条件和特殊使用条件。该标准适用于额定电压3.6kV及以上、频率50Hz或60Hz的电力系统中，用于输电线路潜供电弧熄灭目的的高速接地开关设备。标准特别明确了其在“设计用于在输电线路单相接地故障后通过快速接地促进故障点潜供电弧熄灭”这一特定功能定位，将其与常规检修用接地开关之间进行了清晰的技术区分。该标准与IEC62271系列其他标准（如IEC62271-1《高压开关设备和控制设备——通用规范》、IEC62271-102《高压交流隔离开关和接地开关》）之间形成了有机衔接。其中，IEC62271-102所涵盖的常规接地开关技术要求同样适用于高速接地开关的一般性条款，而IEC62271-112则补充了针对潜供电弧熄灭功能的特殊性能要求和技术规范。2.2高速接地开关的技术原理高速接地开关的技术核心在于其“快速合闸+短时耐受+快速分闸”的特殊工作循环。在线路发生单相接地故障、故障相断路器跳闸后，高速接地开关在数百毫秒内快速合闸，建立故障相两端（或一端）的金属接地回路。该接地回路与故障点电弧通道形成并联分流关系，通过降低故障点的潜供电流幅值并改变其相位特性，使潜供电弧在极短时间内（通常不超过0.1~0.3秒）完成去游离并熄灭。在确认潜供电弧熄灭之后，高速接地开关随即分闸，恢复线路正常运行状态，为后续单相重合闸创造条件。该工作方式对设备提出了异于常规开关的特殊要求：更高的合闸速度以压缩潜供电弧持续时间；具备可靠关合故障电流的能力，以应对合闸时可能出现的短路电流工况；以及承受短时大电流冲击后的绝缘恢复能力，确保重合闸前设备能够耐受系统电压。2.3标准核心技术要素IEC62271-112:2021在技术内容上构建了涵盖额定值体系、设计与结构要求、型式试验、例行试验以及运输储存等环节的完整标准框架。其核心技术要素可归纳为以下几个方面：（1）额定值体系。标准建立了包括额定电压、额定绝缘水平、额定频率、额定短时耐受电流及持续时间、额定峰值耐受电流、额定短路关合电流、额定有功负载开断电流以及额定潜供电弧熄灭时间等在内的完整参数体系。其中，额定潜供电弧熄灭时间作为核心性能参数，直接表征了高速接地开关在规定条件下促使潜供电弧熄灭的能力。（2）潜供电弧关合与熄灭能力要求。这是该标准最具特色的技术内容。标准明确规定了高速接地开关在合闸时应具备的潜供电弧关合能力、在合闸位置应持续承载的潜供电弧电流幅值，以及预期的潜供电弧熄灭时间范围。标准同时给出了相应的试验回路拓扑、试验参数选取方法和验证程序，为制造企业提供了标准化的试验技术依据。（3）操作机构与控制系统要求。标准对高速接地开关所配备的操作机构提出了明确要求，包括合闸时间、合闸速度、操作次数等关键指标，并对分合闸控制回路的可靠性、辅助触点的配置及信号指示功能等作出了相应规定。（4）试验方法体系。标准系统地建立了包含型式试验、例行试验和特殊试验在内的三级试验体系。型式试验重点涵盖了绝缘试验、温升试验、短时耐受电流和峰值耐受电流试验、潜供电弧关合和熄灭试验、机械操作试验等；例行试验则包括主回路电阻测量、机械操作试验、控制回路和辅助回路接线校验及耐压试验等。2.4标准的技术创新点IEC62271-112:2021作为高速接地开关领域首部国际标准，其创新性体现在以下维度：第一，首次在国际标准层面确立了“潜供电弧熄灭能力”这一独立的性能评价维度，构建了区别于常规接地开关的参数体系和试验方法框架。这一制度创新为行业提供了统一的技术比较基准。第二，标准引入了基于实际输电线路参数等效的试验回路模型，要求在型式试验中模拟单相故障条件下潜供电流的形成机理，并通过标准化参数组（如线路长度、系统电压等级、故障位置等因素的代表值）确保试验结果能够有效映射至工程实际。这一方法创新显著提升了标准的工程适用性。第三，标准充分考虑了与IEC62271-1、IEC62271-102等上位标准和相关标准之间的协调性，在通用要求上引用相关标准条款，仅在特殊功能方面制定差异化技术规定，有效避免了标准之间的冲突和重复。3标准实施意义与应用前景3.1对电力装备制造业的意义IEC62271-112:2021的发布对全球高压开关设备制造业产生了深远影响。在标准发布之前，各制造企业的高速接地开关产品在技术参数、设计结构和试验验证等方面缺乏统一的依据，产品质量参差不齐，用户选型困难。本标准的实施为制造商提供了明确的产品设计导向和性能验证准则，有利于企业在统一的技术框架下开展产品研发、优化设计和质量控制，从而有效降低研发风险与制造成本，提高产品的通用性和互换性。对于正在积极拓展国际市场的中国电力设备制造企业而言，该标准为产品进入国际市场提供了有力的技术背书和贸易便利化支撑。3.2对电网安全运行的支撑作用高速接地开关在提升单相重合闸成功率、保障系统暂态稳定方面发挥着关键作用。在特高压交流输电系统中，线路输送容量大、送电阻离长，潜供电弧问题尤为突出。高速接地开关的应用可显著缩短潜供电弧的自熄灭时间，将单相重合闸的无电流间隔时间控制在合理范围内，大幅提升重合闸成功率。IEC62271-112:2021的技术规范为电网企业科学选型、合理制定运维策略和准确评估设备状态提供了标准化的技术依据，有利于充分发挥高速接地开关对电网安全稳定运行的支撑功能。在我国“双碳”目标下，大规模新能源并网对电网的灵活性、安全性和可靠性提出了更高要求，高速接地开关标准化所带来的装备性能提升，将对保障高比例可再生能源接入条件下的电网安全稳定运行发挥重要作用。3.3国际标准化工作的话语权值得一提的是，中国在IEC62271-112:2021的制定过程中发挥了主导性作用。该标准的项目召集人来自中国，中国专家团队基于特高压输电工程中高速接地开关的成熟应用经验，主导了标准核心条款的起草和技术方案的论证工作。这是中国在高压开关设备国际标准化领域取得的重要突破，体现了中国特高压输电技术的国际领先地位和标准化引领能力。4主要起草单位IEC62271-112:2021的编制汇聚了全球高压开关领域的权威技术力量。作为该标准项目召集人所在单位及核心起草团队所属机构，中国电力科学研究院有限公司（CEPRI）在该标准制定过程中发挥了至关重要的作用。中国电力科学研究院有限公司成立于1951年，是国家电网有限公司直属的综合性科研机构，长期致力于电力系统规划、输变电技术、电气设备检测与标准化等领域的科学研究与技术服务。该院建有国家重点实验室、国家能源特高压直流输电工程研发（试验）中心等多个国家级科研平台，拥有一批国际一流的高压开关设备试验检测设施，包括大容量试验站、特高压试验线段等，具备依据IEC标准开展高压开关设备全套型式试验的技术能力。在IEC62271-112:2021制定过程中，中国电科院专家团队充分发挥了其在特高压输电工程和高速接地开关技术领域的深厚积累。依托我国1000kV晋东南—南阳—荆门特高压交流试验示范工程及后续多条特高压交直流输电线路中高速接地开关的成功应用经验，中国电科院组织开展了系统的理论研究、仿真分析和试验验证工作，为标准中关于潜供电弧熄灭能力要求、试验回路建模以及性能验证方法等核心技术条款提供了翔实的数据支撑和科学依据。此外，中国电科院还积极协调国内制造企业、电网运营单位、高校科研机构参与标准编制工作，有效汇聚了行业共识，提升了标准制定工作的科学性和代表性。通过主导IEC62271-112:2021的编制工作，中国电科院不仅将中国在特高压输电和高速接地开关领域的技术创新成果和实践经验成功转化为国际标准，也为推动全球高压开关设备技术进步贡献了中国智慧和中国方案。5结论与展望IEC62271-112:2021作为全球首部专门规范交流高速接地开关的国际标准，填补了该技术领域国际标准的空白，标志着高速接地开关技术发展进入了规范化、标准化的新阶段。该标准构建了涵盖设备功能定位、额定参数体系、性能要求、试验验证方法等方面的完整技术规范框架，为全球高速接地开关产品的设计制造、试验检测和工程应用提供了统一的依据，具有重要的里程碑意义。当前，全球能源转型加速推进，以新能源为主体的新型电力系统建设对输变电装备的性能和可靠性提出了更高要求。展望未来，随着柔性直流输电、混合直流输电等新技术的快速发展以及电网数字化智能化转型的持续深化，高速接地开关技术将面临新的发展机遇和技术挑战。一方面，更高电压等级、更严酷运行条件对高速接地开关的灭弧性能、操作速度和可靠性提出了更高的要求，需要持续开展技术创新和产品迭代；另一方面，智能化传感、状态监测和数字孪生等新技术的发展，为高速接地开关的智能运维和全寿命周期管理提供了新的技术手段。在这一背景下，IEC62271-112:2021所确立的技术框架也将随着技术发展和应用需求的变化适时修订和完善，持续引领高压开关设备领域的技术进步和标准化发展。参考文献[1]IEC62271-112:2021,High-voltageswitchgearandcontrolgear–Part112:Alternatingcurrenthigh-speedearthingswitchesforsec