IEC 60143-22012+AMD12021 CSV 电力系统用串联电容器第2部分串联电容器组的保护设备标准立项发展报告

电力系统用串联电容器第2部分：串联电容器组的保护设备标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:SeriesCapacitorsforPowerSystems-Part2:ProtectiveEquipmentforSeriesCapacitorBanks摘要随着我国电力工业的快速发展和特高压输电工程的持续推进，串联电容器补偿技术作为提升输电线路输送能力、改善系统稳定性的关键技术手段，在电力系统中的应用日益广泛。串联电容器组的保护设备作为保障串补装置安全可靠运行的核心环节，其标准化工作对促进行业发展、保障电网安全具有重要意义。本报告以国际电工委员会（IEC）发布的IEC60143-2:2012+AMD1:2021CSV《电力系统用串联电容器第2部分：串联电容器组的保护设备》标准为研究对象，系统梳理了该标准的立项背景、编制过程、核心技术内容和修订要点。该标准作为IEC60143系列标准的重要组成部分，对串联电容器组保护设备的性能要求、试验方法、过电压保护、旁路开关配合等方面作出了全面规定，为世界各国串联电容补偿装置的设计、制造、运行和维护提供了统一的技术依据。本报告详细分析了标准的主要技术内容及其与国内相关标准的协调关系，并对标准的实施应用前景进行了展望，以期为我国串联电容器保护设备的设计制造和标准化工作提供参考和借鉴。关键词：串联电容器；保护设备；标准立项；IEC60143；过电压保护；旁路开关；电力系统Keywords:SeriesCapacitors;ProtectiveEquipment;StandardDevelopment;IEC60143;OvervoltageProtection;BypassSwitch;PowerSystems1引言1.1研究背景随着全球能源结构的深刻变革和电力需求的持续增长，远距离、大容量输电已成为现代电力系统发展的必然趋势。串联电容器补偿技术通过在输电线路中串入电容器组，有效缩短线路电气距离，显著提升线路输送能力和系统静态/暂态稳定性，被世界各国广泛应用于超高压和特高压输电工程中。近年来，我国在晋东南—南阳—荆门1000千伏特高压交流试验示范工程、向家坝—上海±800千伏特高压直流输电工程等重大项目中均采用了串联电容补偿装置，取得了显著的工程效益。然而，串联电容器组在运行中面临故障电流冲击、过电压应力、系统振荡等多种严酷工况，其保护设备的性能直接关系到串补装置乃至整个电力系统的安全稳定运行。保护设备的技术要求涉及金属氧化物变阻器（MOV）、触发式放电间隙、旁路开关、阻尼装置、控制保护系统等多个组成部分，技术复杂、专业性强，亟需制定统一完善的国际标准加以规范和引导。1.2标准立项意义IEC60143-2作为国际电工委员会颁布的串联电容器保护设备专项标准，为全球范围内串联电容器组的保护设计提供了统一的技术准则和试验依据。该标准的制定和修订不仅是国际电工标准化工作的重要成果，更是各国电力设备制造企业和电网运营机构开展串补工程建设和设备选型的重要技术支撑。对该标准进行深入的立项发展研究，有助于我国相关企业和科研机构全面把握国际先进技术要求，推动国内标准与国际标准接轨，提升我国串补设备的技术水平和国际竞争力。1.3标准基本信息本报告研究对象为国际电工委员会（IEC）发布的IEC60143-2:2012+AMD1:2021CSV标准，全称为《电力系统用串联电容器第2部分：串联电容器组的保护设备》（Seriescapacitorsforpowersystems-Part2:Protectiveequipmentforseriescapacitorbanks）。该标准为IEC60143系列标准的第2部分，由IEC第33技术委员会（电力电容器）归口管理，于2021年9月2日发布合并版CSV文件。标准现行有效，分类号为电力电容器，语言为英语和法语。2标准立项背景与编制过程2.1标准体系概况IEC60143标准体系涵盖了电力系统用串联电容器的各个专业方向，包括：-IEC60143-1：串联电容器总则，定义基本术语、额定值、运行条件和通用试验要求；-IEC60143-2：串联电容器组的保护设备（本报告研究对象）；-IEC60143-3：内部控制电容器组；-IEC60143-4：晶闸管控制的串联电容器（TCSC）；-IEC60143-5：串联电容器的熔断器保护；-IEC60143-6：串联电容器的内部熔断器和外部熔断器。上述标准共同构成了串联电容器领域完整的国际标准框架。其中，IEC60143-2专注于保护设备的性能要求和试验方法，是整个系列中技术内容最为复杂、涉及设备种类最多的部分之一，与IEC60143-1（总则）、IEC60143-5（熔断器保护）等标准密切相关、互为补充。2.2标准编制历程与修订情况IEC60143-2标准的编制历程可追溯至20世纪90年代。随着串联电容补偿技术在全球范围内的推广普及，IEC于1994年首次发布IEC60143-2:1994版本，对保护设备的基本术语、运行条件、设计和试验要求作出了系统规定。此后十余年间，串联电容技术取得了长足进步，特别是在金属氧化物变阻器技术、触发间隙控制技术等方面涌现了大量新成果和新经验。在此背景下，IECSC33（电力电容器分技术委员会）适时启动了该标准的修订工作。2004年发布了第1版修订，对保护设备的性能要求进行了补充完善。2012年，IEC正式发布IEC60143-2:2012版本，该版本在总结多年工程实践的基础上，对标准结构和技术内容进行了全面修订，新增了多个关键技术条款，使标准更加适应现代电力系统的发展需求。2018年前后，IECSC33根据IEC标准定期复审制度，启动了针对IEC60143-2:2012的系统复审和修订工作。经过多轮工作组会议讨论和技术论证，最终形成了Amendment1（修订1），并于2021年9月2日以合并版CSV格式正式发布。该修订主要纳入了近年来在串补保护技术领域取得的最新研究成果和工程实践经验。2.3标准制定工作组与主要参与单位IEC60143-2:2012+AMD1:2021CSV标准的制修订工作由IEC第33技术委员会（电力电容器）下设的工作组具体承担。该项工作由国际电工委员会第33技术委员会（IECTC33）归口管理，其技术委员会成员来自中国、德国、美国、英国、法国、日本、瑞士、瑞典、意大利、印度、巴西、俄罗斯等全球主要工业国家的国家委员会。在IECTC33的框架下，本标准的制定得到了多家全球知名电力设备制造企业、电力科研机构和电网运营企业的积极参与。其中，ABB集团（现日立能源）作为全球领先的串联电容补偿技术供应商，为主要起草单位之一，长期参与该标准的制定工作。此外，西门子能源、GEGridSolutions、意大利的Terna电网公司、瑞典的SvenskaKraftnät等企业也在标准制定过程中提供了大量的工程应用数据和技术建议。值得特别指出的是，中国作为IECSC33的积极成员，深度参与了IEC60143-2的制修订工作。我国电力行业相关专家在2012版和2021版修订过程中，结合我国特高压串补工程的建设运行经验，提出了多项具有建设性的技术提案，为标准的完善作出了积极贡献。3标准主要技术内容分析3.1标准适用范围与规范性引用文件IEC60143-2:2012+AMD1:2021CSV规定了串联电容器组保护设备的功能要求、性能指标和试验方法，适用于安装在串联电容器组中的保护设备，包括金属氧化物变阻器、触发式放电间隙、旁路开关、旁路间隙、阻尼装置及其相关控制保护设备。该标准覆盖了电压等级从配电系统到特高压输电系统的广泛范围。标准规范性引用文件主要包括：IEC60071（绝缘配合）、IEC60099-4（金属氧化物避雷器）、IEC60143-1（串联电容器总则）、IEC60270（局部放电测量）、IEC60507（人工污秽试验）、IEC61869（互感器）等国际标准，以及部分特定试验方法标准。3.2术语定义与分类体系标准对串联电容器组保护设备相关术语进行了规范定义，涵盖以下主要类别：-设备类术语：金属氧化物变阻器（MOV）、触发式放电间隙（TriggeredSparkGap）、旁路开关（BypassSwitch）、旁路间隙（BypassGap）、阻尼装置（DampingDevice）等；-功能类术语：保护起动（ProtectionInitiation）、自动重投（AutomaticReinsertion）、强制触发（ForcedTriggering）、延迟触发（DelayedTriggering）等；-工况类术语：暂态过电压、稳态过电压、故障电流、平台对地放电等；-参数类术语：持续运行电压（ContinuousOperatingVoltage）、保护水平（ProtectionLevel）、能量吸收能力（EnergyAbsorptionCapability）等。3.3标准核心技术与关键内容3.3.1金属氧化物变阻器（MOV）技术要求MOV作为串联电容器组过电压保护的核心设备，其技术要求在标准中占据了重要篇幅。标准对MOV的以下关键技术参数作出了明确规定：-额定电压和持续运行电压：规定了MOV的额定电压选择原则、持续运行电压限值以及短时工频过电压耐受能力；-能量吸收能力：规定了MOV在不同故障工况下（单相接地、两相短路、三相短路等）所需具备的能量吸收能力，以及相应的验证试验方法；-电流耐受特性：包括大电流冲击耐受、长持续时间电流耐受和多次冲击累积效应等内容；-保护特性：规定了MOV的参考电压、压比特性、泄漏电流限值等参数要求。3.3.2触发式放电间隙技术要求标准对触发式放电间隙的自触发和强制触发两种工作模式分别作出了规定，核心内容涵盖：自触发电压（Spark-overVoltage）的公差范围，强制触发的响应时间和触发可靠性，放电间隙的灭弧能力和重燃抑制能力，以及电极烧蚀限值和预期寿命等技术指标。3.3.3旁路开关和旁路间隙技术要求旁路开关是将故障串联电容器组安全旁路的关键设备。标准规定了旁路开关的合闸时间、合闸同期性、额定短路关合电流、额定短时耐受电流和峰值耐受电流，以及操作寿命和检修周期等技术要求。同时，标准还针对旁路间隙的工频续流遮断能力、重击穿特性等提出了相应技术要求。3.3.4阻尼装置和平台设备要求标准对阻尼装置（阻尼电抗器和阻尼电阻）的限流特性、阻尼效果和热容量也作出了具体规定，并对安装于绝缘平台上的电流互感器、电压互感器、控制保护设备等二次设备的绝缘水平和电磁兼容性提出了要求。3.3.5控制保护系统要求标准强调控制保护系统应具备完善的监测功能、保护功能和通信接口，并对控制保护系统在电磁干扰环境下的可靠性、故障自诊断能力和冗余配置方案提出了原则性要求。3.4试验方法与检验规则IEC60143-2:2012+AMD1:2021CSV标准系统规定了保护设备的型式试验、出厂试验和现场试验要求，具体包括但不限于以下内容：-型式试验：所有保护设备在投入批量生产前须完成型式试验，涵盖MOV操作冲击试验、MOV能量耐受试验、触发间隙动作试验、旁路开关关合和开断试验、阻尼装置限流特性试验、绝缘试验和电磁兼容试验等；-出厂试验：每台出厂设备须通过外观检查、回路绝缘试验、机械操作试验、密封性试验和功能校验等例行出厂试验项目；-现场试验：设备安装完成后须进行现场交接试验，验证保护设备安装正确性和整组动作逻辑的完好性，并对平台设备进行绝缘验证、保护联动试验和通信检查，确保系统安全投入运行。3.52021年修订（Amendment1）主要变化内容2021年发布的第1号修订（AMD1）在保持2012版标准整体框架的基础上，主要围绕以下方面进行了技术更新：一是完善了MOV能量试验方法，引入了新的试验波形和更精确的试验判据；二是补充了触发间隙在高海拔和严重污秽环境条件下的修正系数要求；三是优化了保护设备的电磁兼容（EMC）试验要求，纳入了智能电网设备电磁环境的新要求；四是增加了对平台电子式互感器和光纤通信接口的性能要求，体现了串补设备智能化发展的趋势。4标准推广应用与国内对应分析4.1国际应用情况IEC60143-2:2012+AMD1:2021CSV作为串联电容器保护设备领域最重要的国际标准，已被全球主要电力设备制造商和电网运营商广泛采用。在欧美等发达国家，该标准被直接或间接转化为国家标准或行业规范，应用于串补工程的设计、采购和设备认证环节。在印度、巴西、沙特阿拉伯等新兴市场国家，该标准同样被广泛应用于串补工程的国际招标和设备验收中。4.2国内标准协调关系我国在串联电容器领域已建立了较为完善的标准体系。目前，与IEC60143-2相对应和协调的国内标准主要包括：-GB/T6115.2《电力系统用串联电容器第2部分：串联电容器组用保护设备》：该标准修改采用IEC60143-2，是我国串联电容器保护设备领域的基础标准；-DL/T1222《串联电容器补偿装置技术规范》：该标准结合我国电网实际，对串补装置的系统设计、设备选型和试验验收提出了更具体的要求；-DL/T1223《串联电容器补偿装置控制保护系统技术规范》：该标准专门针对串补控制保护系统作出规定。从对标情况看，我国标准在核心技术要求方面与国际标准保持了高度一致。同时，针对我国电网的特殊性（如大容量远距离输电、复杂的电网结构等），国内标准在部分技术指标上提出了更为严格或更具针对性的要求。4.3标准实施对行业的影响IEC60143-2标准的实施推动了我国串补保护设备的技术进步和产业升级。在国内主要串补设备制造企业中，标准已成为产品设计、制造和检验的核心技术依据，对提升产品质量和可靠性、促进国产化替代发挥了重要支撑作用。当前，我国已建成多个1000千伏特高压串补工程和±800千伏直流换流站串补工程，本土企业已具备500千伏及以上电压等级串补成套设备的自主研发和制造能力。5标准实施前景与发展趋势5.1标准实施面临的技术挑战随着电力系统向新型电力系统加速转型，IEC60143-2标准的实施面临新的技术挑战：高比例新能源接入导致系统故障特性发生深刻变化，故障电流波形更加复杂，对MOV能量吸收能力和保护配合策略提出了更高要求；柔性交直流输电技术的快速发展使得串补装置运行工况更加多样化；数字化智能化变电站对保护设备的智能化水平、通信能力和数据交互提出了新要求。5.2技术发展趋势与标准演进方向在标准实施过程中，以下技术趋势将受到持续关注，并有望推动标准的进一步修订完善：-高电压大容量方向：特高压串补平台电压等级提高和补偿容量增大，持续对保护设备的绝缘水平、通流能力和能量吸收提出更高要求；-智能化和数字化方向：智能型保护设备将具备自我监测、故障预诊断和自适应保护等功能；-一二次融合方向：保护设备与测量、控制、通信功能深度融合，推动标准内容由单设备向系统集成方向演进；-环保和低碳方向：推动环保型绝缘材料的应用和设备的节能降耗设计。6承担单位介绍6.1国内主要参与单位中国电力科学研究院有限公司（简称“中国电科院”）作为国内电力电容器及串补技术标准化工作的核心骨干单位，深度参与了IEC60143-2标准制修订的相关技术支撑工作和国内对应标准的制定实施。中国电科院成立于1951年，是国家电网公司直属的综合性科研机构，长期承担电力行业关键技术研究和标准制定工作。在串联电容器补偿技术领域，中国电科院建立了完整的试验研究体系，建成了具有国际先进水平的串联电容器组试验平台，具备大容量冲击电流试验、高电压绝缘试验、MOV能量耐受试验等综合试验能力。依托特高压串补关键技术和工程应用等重大科研项目，中国电科院在串补保护设备选型、参数配合、系统集成和现场调试等方面积累了