IEC 62271-1122021 RLV 高压开关设备和控制设备第112部分输电线路二次消弧用交流高速接地开关标准立项发展报告

高压开关设备和控制设备第112部分：输电线路二次消弧用交流高速接地开关标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:AlternatingCurrentHigh-SpeedEarthingSwitchesforSecondaryArcExtinctiononTransmissionLines摘要随着我国特高压交直流混联电网的快速发展，输电线路单相瞬时性故障占比居高不下，而二次电弧的可靠熄灭已成为限制单相自动重合闸成功率的关键技术瓶颈。高速接地开关（High-SpeedEarthingSwitch，简称HSES）通过在故障瞬间于线路两端实施快速接地，能够有效抑制潜供电流、加速二次电弧熄灭，从而显著提升系统重合闸成功率与电网运行稳定性。本报告围绕国际电工委员会发布的IEC62271-112:2021RLV标准，从标准立项背景出发，系统梳理了标准的适用范围、技术指标体系及产品分类要求，重点分析了该标准对于一次设备参数设计、二次控制策略优化以及整定配合原则的关键技术规定，并深入探讨了其在工程实践中的应用场景与实施路径，涵盖超高压/特高压输电线路、同塔双回线路及含高比例新能源外送通道等典型场景。报告指出，该标准的发布填补了国际上对二次消弧用高速接地开关产品性能要求和试验方法系统性规定的空白，对于统一产品技术门槛、规范试验验证手段具有里程碑意义。结合国内标准化工作现状，报告提出了采标建议、标准实施路线图及后续标准修订方向的展望，为行业标准制定、企业产品研发和电网工程应用提供重要参考依据。关键词：高压开关设备；高速接地开关；二次消弧；输电线路；标准立项；IEC62271-112；潜供电流Keywords:High-voltageswitchgear;High-speedearthingswitch;Secondaryarcextinction;Transmissionline;Standarddevelopment;IEC62271-112;Secondaryarccurrent一、引言1.1研究背景输电线路是电力系统的重要组成部分，其运行可靠性直接关系到电网的安全稳定。统计数据表明，在高压及特高压输电线路的全部故障类型中，单相瞬时性接地故障占比高达80%~90%。对于此类故障，目前普遍采用单相自动重合闸技术进行恢复，即以故障相跳闸、短时灭弧后重合的方式实现故障清除与供电恢复。在该过程中，故障点残余电弧——即二次电弧——能否在无电流时间（deadtime）内可靠熄灭，直接决定了重合闸的成功率。二次电弧由故障相跳闸后健全相与故障相之间的静电感应和电磁感应耦合共同维持，其电流称为潜供电流或次级电弧电流。当潜供电流过大、恢复电压上升速度过快时，二次电弧难以自熄，导致重合闸失败，甚至引发相间故障扩大。传统抑制手段包括：线路高抗中性点小电抗接地、快速单相接地开关、以及线路换位优化等。但上述手段在特高压长距离输电场景下均存在一定局限，难以兼顾经济性与可靠性。高速接地开关（HSES）应运而生。其基本工作原理为：在故障相断路器跳闸后，迅速将故障相线路两端经HSES接地，使得故障点残余电荷被快速泄放，故障点电压被强制钳制在接近于零的水平，从而在极短时间内熄灭二次电弧。待电弧可靠熄灭后再断开HSES，完成自动重合。该方案因其原理清晰、实施方便、消弧效果优良，已在世界范围内得到广泛关注与应用。1.2标准立项的必要性尽管高速接地开关在工程中已有实际应用，但长期以来国际范围内缺乏专门针对该类产品的系统性标准。各制造商产品在结构形式、技术参数、试验方法等方面存在较大差异，用户选型、验收和运维缺乏统一依据。有鉴于此，国际电工委员会（IEC）于2021年7月正式发布了IEC62271-112:2021RLV标准，对输电线路二次消弧用交流高速接地开关进行了全面规范。该标准的发布标志着该类设备从"定制化工程产品"走向"标准化通用设备"的关键转型。二、标准概述2.1标准基本信息IEC62271-112:2021RLV（RedlineVersion）标准全称为《高压开关设备和控制设备——第112部分：输电线路二次消弧用交流高速接地开关》（High-voltageswitchgearandcontrolgear—Part112:Alternatingcurrenthigh-speedearthingswitchesforsecondaryarcextinctionontransmissionlines），由国际电工委员会发布，标准状态为现行有效。其发布日期为2021年7月13日，版本为RLV对照版，即同时包含正式版与前一版本的对照标注，便于使用者清晰识别本次修订的全部技术变化。该标准全文为英文版，分类号归属于"其他开关装置和控制器"。2.2标准适用范围IEC62271-112:2021RLV适用于额定电压72.5kV及以上、用于输电线路二次电弧熄灭目的的三相交流高速接地开关设备。该标准涵盖以下内容：-设备的正常使用条件和特殊使用条件；-额定参数（额定电压、额定电流、额定短时耐受电流、额定峰值耐受电流、合闸时间、分闸时间等）的定义与要求；-设计和结构要求；-型式试验项目与方法；-出厂试验项目；-随设备提供的资料文件要求。2.3术语定义标准对高速接地开关（high-speedearthingswitch，HSES）作出了明确定义：一种用于在输电线路故障后快速将线路接地，以加速二次电弧熄灭的机械开关设备。其核心特征包括：-快速动作特性：HSES须具备从收到合闸指令到主触头闭合的全行程时间不超过规定值的快速动作能力；-高频合闸能力：须具备频繁合闸操作的能力，以满足线路单相重合闸循环中多次动作的工况要求；-高可靠性：在系统故障状态下能够可靠合闸，不受系统暂态过程影响。三、标准主要技术内容解析3.1额定参数体系标准的额定参数体系设置了完整的技术指标框架，与通用的IEC62271-1（高压开关设备和控制设备的共用技术要求）保持一致的前提下，增加了针对HSES特殊工况的参数要求：（1）额定电压标准涵盖72.5kV至800kV及以上的电压等级范围，覆盖了从高压到特高压的全部输电电压等级。对于特高压等级（1,100kV），标准预留了相应的参数规定空间。（2）额定短时耐受电流及峰值耐受电流HSES通常安装在输电线路两端或开关站母线侧，须能承受系统短路电流的热效应和动稳定效应。标准规定了额定短时耐受电流（通常为31.5kA、40kA、50kA、63kA等）及对应的额定峰值耐受电流（2.5倍或2.6倍短时耐受电流）的要求。考虑到HSES常在故障状态下合闸，其关合能力须满足在系统最严重工况（可能为合闸于故障）下的动热稳定要求。（3）合闸时间合闸时间是HSES最关键的动态性能指标，直接决定二次电弧熄灭的速度。标准根据不同的电压等级和系统条件，对不同类型HSES的合闸时间给出了分级要求。通常要求合闸时间不大于0.5s（部分快速型产品要求不大于0.25s）。标准同时规定了合闸时间的试验验证方法，包括从发出合闸指令至主回路完全导通的全过程时间测量。（4）机械操作次数考虑到HSES在单相重合闸循环中的高频度操作需求及其与系统故障重合闸策略的配合，标准规定了机械耐久性等级。依据工程实践，通常要求机械寿命不少于1,000次操作循环（合-分一次计为一个循环），部分重要应用场景要求2,000次以上。3.2设计和结构要求（1）灭弧方式HSES的灭弧方式依据产品类型不同而有所区别。标准允许采用以下典型灭弧原理：-真空灭弧方式：利用真空介质优异的绝缘与灭弧性能，适用于中等电压等级。-SF₆气体灭弧方式：利用SF₆气体的强电负性实现快速熄弧，广泛应用于高电压及特高压等级。-空气灭弧或压缩空气灭弧等。（2）操动机构HSES须配备具有快速合闸功能的操动机构，且须具备以下功能特性：-合闸速度可控可调，以满足不同系统条件下的动作时间要求；-可就地/远控操作，具备位置指示与状态监测接口；-具备防跳跃功能，防止合闸指令持续期间出现反复分合闸；-操作能源失压时能可靠合闸（如弹簧储能、液压储能等），确保故障状态下功能可用。（3）绝缘配合HSES的绝缘水平按GB/T311.1/IEC60071-1进行配合，其雷电冲击耐受电压、操作冲击耐受电压和工频耐受电压须与其安装点的绝缘水平相协调。此外，标准特别关注HSES分闸状态下触头间应能承受线路正常运行时产生的运行电压。（4）抗震性能要求考虑到HSES通常安装于户外高压开关站或线路两端，标准参照IEC62271-207对抗震性能提出了分级要求，包括抗震设防烈度、地震反应谱匹配等。3.3试验要求（1）型式试验标准规定的型式试验项目主要包括但不限于：-绝缘试验（雷电冲击、操作冲击、工频电压试验）；-回路电阻测量；-温升试验；-短时耐受电流和峰值耐受电流试验；-合闸时间测量试验；-机械操作试验（含耐久性试验）；-关合试验（关合短路能力验证）；-辅助和控制回路试验；-真空度检测（适用时）；-气体密封试验（适用时）。其中，二次消弧专项功能试验是IEC62271-112区别于通用开关设备标准的特色内容，标准引入等效回路试验验证HSES对二次电弧的熄灭能力。（2）出厂试验出厂试验包括结构检查、机械操作试验、主回路电阻测量、控制回路接线检查、气体密封试验（适用时）、辅助回路耐压试验等，确保每台产品出厂前均满足设计要求。3.4与系统相关的技术配合要求标准的一个重要特点是规定了HSES与继电保护装置、线路重合闸装置以及变电站自动化系统的接口与配合要求：-控制接口：HSES应具备接收变电站控制保护系统合闸命令的接口（通常为硬接线或GOOSE通信接口），命令响应时间须满足系统对消弧快速性的要求。-状态监测：应提供HSES分/合闸位置指示及辅助接点信号，用于系统监视与联锁。-联锁要求：HSES应具备必要的电气与机械联锁，防止带电合闸、接地开关与HSES之间的误操作等问题。四、标准实施与应用前景4.1国际应用现状与趋势高速接地开关已在全球范围内得到广泛研究和应用。中国自21世纪初开始在超高压及特高压输电线路中试点应用该技术，积累了丰富的工程经验。巴西、印度、南非等电网规模较大、输电距离较长的发展中国家也在积极关注该技术的应用。IEC62271-112:2021RLV的发布为各国在该领域的技术交流和产品互认提供了统一的规范和依据。4.2国内采标建议与路线图我国目前尚无专门针对高速接地开关的国家标准或行业标准。建议全国高压开关设备标准化技术委员会（SAC/TC65）适时启动采标工作，将IEC62271-112:2021RLV等同采用为推荐性国家标准（GB/T）或行业标准（DL/T），并结合国内电网实际情况制定配套技术细则。具体实施建议：-近期（1~2年）：完成IEC62271-112:2021RLV的翻译、审查与发布，同步开展标准宣贯培训。-中期（2~3年）：结合国内特高压工程实际应用经验，制定适合国情的补充技术条件。-远期（3~5年）：根据国内应用经验和技术进步，推动IEC相关修订提案工作，提升国际话语权。4.3工程应用效益高速接地开关的应用可以带来显著的经济效益和安全效益：-提升重合闸成功率：应用HSES后，单相重合闸成功率可由传统方案的60%~80%提升至95%以上，显著减少停电次数和停电时间。-增强电网安全稳定性：缩短二次电弧持续时间，降低故障扩大为相间故障的概率，减少对系统稳定性的冲击。-降低工程造价：与线路高抗中性点小电抗方案相比，HSES方案在部分场景下具有更优的经济性，尤其适用于无高抗配置的长距离输电线路。-适应新能源送出需求：新能源大发期间输电通道利用率高，提升重合闸成功率对于保障新能源消纳和电力可靠供应意义重大。五、主要起草及参与单位介绍中国电力科学研究院有限公司中国电力科学研究院有限公司（以下简称"中国电科院"）是中国电力行业多学科、综合性的科研机构，也是国内高压开关设备标准化技术委员会（SAC/TC65）的秘书处挂靠单位之一。近年来，中国电科院深度参与了IEC62271-112的制定与国内转化工作，是该标准在中国落地实施的核心推动力量。中国电科院拥有国家高压电器质量监督检验中心、特高压工程技术国家工程实验室等国家级试验研究平台，具备世界领先的高压开关设备试验验证能力。在高速接地开关领域，中国电科院先后承担了多项国家和国家电网公司科技项目，开展了HSES灭弧机理研究、潜供电流特性仿真、真型试验验证等工作，推动构建了完整的HSES技术体系。2020年，依托中国电科院建设的国家电网公司高压开关设备技术标准创新基地顺利完成智能高压开关设备标准验证平台建设，为IEC62271-112的采用和实施提供了坚实的试验保障和人才储备。此外，中国电科院主导或参与编制了GB/T11022《高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求》、GB/T1984《高压交流断路器》等一系列高压开关领域核心国家标准，在高压开关设备标准化方面具有深厚的技术积累和丰富的标准化工作经验。该院已组建专门的标准工作组，跟踪IEC62271-112国际标准动态，并推动国内对应标准的制定与发布。六、结论与展望IEC62271-112:2021RLV标准的发布，是高压开关设备领域国际标准化工作的一项重要里程碑。该标准首次为输电线路二次消弧用交流高速接地开关提供了系统全面的技术规范和试验方法，填补了该领域国际标准的空白。标准的实施，将有力推动高速接地开关产品的规范化设计制造、科学化选型应用和标准化试验验证，促进其在全球范围内的推广应用。展望未来，高速接地开关技术将在以下方向持续发展：（1）智能化集成将HSES与智能传感器、在线监测装置深度融合，实现触点磨损、机械特性、灭弧室状态的实时感知与寿命预测，从"定期检修"走向"状态检修"。（2）超高电压等级应用拓展随着全球特高压输电技术的持续发展，1,100kV及以上电压等级对高速接地开关提出了更高的绝缘与开合性能要求，相关技术指标和试验方法有待在后续标准修订中不断完善。（3）新型灭弧技术探索环保型灭弧介质（如洁净空气、CO₂、真空灭弧与环保气体组合方案等）在HSES中的应用研究正在推进，未来有望取代SF₆气体，实现低碳环保目标。（4）标准体系的持续完善建议国内标准化主管部门和各相关单位，以IEC62271-112:2021RLV为基础，结合我国电网运行经验和制造企业技术能力，加快制定适应中国国情的配套标准，并积极参与国际标准的后续修订工作，为实现我国高压开关领域技术引领和标准输出作出更大贡献。参考文献[1]IEC62271-112:2021RLV,High-voltageswitchgearandcontrolgear—Part112:Alternatingcurrent