IEC 60143-22012AMD12021 修改件1.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

IED60143-2:2012/AMD1:2021《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》修改件1标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Amendment1-SeriesCapacitorsforPowerSystems-Part2:ProtectiveEquipmentforSeriesCapacitorBanks摘要串联电容器作为电力系统输变电环节中提升输电能力、改善电压质量与增强系统稳定性的关键设备，其保护设备的可靠性直接关系到串联补偿装置乃至整个电力系统的安全运行。国际电工委员会于2012年发布IEC60143-2标准，系统规定了串联电容器组保护设备的性能要求与试验方法。2021年9月2日，IEC正式发布该标准的第1号修改件（IEC60143-2:2012/AMD1:2021），针对近年来串联电容器组技术演进、运行经验反馈及电力电子保护元件工程应用中的新需求，对标准条款进行了针对性修订与补充。本报告系统梳理了该修改件的立项背景、修订历程与关键技术内容，重点分析了包括金属氧化物变阻器（MOV）性能参数、触发间隙动作特性、阻尼电路设计要求、旁路开关操作能力及保护控制系统功能逻辑等核心修订方向，并结合当前全球超/特高压输电工程快速发展及高比例可再生能源接入的行业趋势，阐述了该标准修改件的实施对串联电容器组设备设计制造、工程应用及电网安全稳定运行的深远影响。报告指出，该修改件的发布进一步完善了串联电容器组保护设备的国际标准体系，对于统一各国技术规范、促进国际贸易与技术交流合作具有重要的推动作用，也为我国串联电容器相关国家标准和行业标准的修订提供了参考依据。关键词：串联电容器；保护设备；IEC标准；标准修改件；电力系统；金属氧化物变阻器；触发间隙；旁路开关Keywords:SeriesCapacitors;ProtectiveEquipment;IECStandard;StandardAmendment;PowerSystems;MetalOxideVaristor;TriggeredGap;BypassSwitch1立项背景1.1串联电容器在电力系统中的重要地位串联电容器补偿技术作为提高交流输电线路输电能力、改善系统电压调节特性、增强电力系统静态稳定和暂态稳定水平的有效技术手段，已在世界范围内的超高压、特高压输电工程中得到广泛应用。我国自20世纪80年代引入串联电容补偿技术以来，先后在华北、东北、西北、华东等区域电网建设了数十套串补装置，特别是在酒泉—湖南、锡盟—山东等特高压交直流混联电网工程中，串联电容器补偿装置已成为提升通道送电能力、保障电网安全稳定运行不可或缺的核心装备。1.2保护设备在串联电容器组中的关键作用串联电容器组在运行过程中，当电力系统发生短路故障时，流过串联电容器组的故障电流可达正常运行电流的数倍甚至十余倍。过电流将在电容器两端产生远高于其额定耐受水平的过电压，若不能及时有效地加以限制和保护，将导致电容器介质击穿、电容器单元损坏，进而引发串补装置退出运行或造成设备损毁等严重后果。因此，串联电容器组必须配置完善可靠的保护设备，包括金属氧化物变阻器（MOV）、触发间隙、旁路开关、阻尼电路以及相应的保护控制系统。这些保护设备在故障期间协同工作，实现电容器过电压限制、快速旁路和故障电流阻尼等关键功能，其性能优劣直接决定了串联电容器装置的安全可靠性和系统可用率。1.3IEC60143-2标准的发展沿革国际电工委员会第33技术委员会（IECTC33——电力电容器）负责电力电容器及其附属设备的国际标准化工作。IEC60143-2《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》作为串联电容器标准体系（IEC60143系列）的重要组成部分，其首版于2004年发布，替代了原IEC60143:1994中关于保护设备的相关条款。2012年，IECTC33根据串联电容器技术的发展和工程应用实践，对该标准进行了系统修订，发布了第二版IEC60143-2:2012。1.4修改件立项的必要性与紧迫性自IEC60143-2:2012发布以来，世界范围内串联电容器技术领域呈现出若干新的发展趋势：第一，随着特高压交直流输电技术的快速发展，串联电容器组的电压等级和容量等级持续提升，保护设备需要适应更高的工作电压、更大的故障电流和更严酷的暂态过程；第二，电力电子技术的进步推动了晶闸管控制串联电容器（TCSC）等可控串补装置的工程化应用，其运行方式对保护设备的响应速度、动作特性和配合逻辑提出了更高要求；第三，高比例可再生能源接入带来的系统运行方式变化，使得串联电容器组面临的过负荷工况和故障特征更加复杂多样；第四，各国运行经验的不断积累，使得部分原有技术条款在工程实践中暴露出需要澄清、完善或修订的问题，特别是在试验方法、验收准则和型式试验要求等方面。基于上述背景，IECTC33于2018年前后启动了IEC60143-2:2012修改件的制定工作。经过多轮国际标准草案（CD）和国际标准最终草案（FDIS）的征求意见和投票，最终于2021年9月2日正式发布IEC60143-2:2012/AMD1:2021修改件，对原标准内容进行了系统性的技术更新和完善。2标准主要内容与技术要点2.1标准范围与结构概述IEC60143-2:2012规定了串联电容器组保护设备的技术要求、试验方法及验收准则，适用于交流电力系统中串联电容器组配置的保护设备，包括金属氧化物变阻器（MOV）、触发间隙（包括自触发间隙和强制触发间隙）、旁路开关、阻尼电路以及相关的保护触发和控制设备。本次修改件在保持原有标准框架的基础上，对多个关键技术条款进行了修订与补充。2.2金属氧化物变阻器的技术要求修订金属氧化物变阻器作为串联电容器组过电压保护的核心元件，其能量吸收能力、过电压限制水平和长期运行可靠性是标准关注的核心内容。修改件对MOV的技术要求进行了以下方面的修订：（1）能量吸收能力的确定方法。修改件进一步明确了MOV能量吸收能力的计算条件和分析方法，包括系统故障电流的计算假设、故障持续时间的选择、重合闸循环的考虑以及环境温度对MOV能量耐受能力的影响修正。这些修订有助于更加准确地确定MOV的额定能量需求，避免因能量裕度不足导致的MOV损坏或因裕度过大造成的投资浪费。（2）MOV单元并联配置的均匀性要求。随着串补装置容量的增大，MOV通常采用多柱并联的配置方式。修改件对并联MOV柱之间的电流分配不均匀度提出了更加明确的限制要求，并给出了验证并联MOV配置均匀性的试验方法和判据。（3）MOV密封结构和泄漏电流要求。修改件对MOV元件的密封性能、在长期运行电压下的泄漏电流水平及其随时间和温度的变化特性提出了更为严格的要求，以确保MOV在户外长期运行条件下的性能稳定性和使用寿命。2.3触发间隙的修订内容触发间隙是串联电容器组保护系统中的重要组成设备，其功能是在MOV能量吸收能力接近极限时快速投入，实现电容器组的旁路保护。修改件对触发间隙的修订主要体现在：（1）触发间隙响应时间的要求。明确了从保护控制系统发出触发命令到间隙完成击穿导通的总响应时间限值，并根据不同电压等级和系统要求给出了分级规定。这一修订反映了工程实践中对间隙快速性的更高要求。（2）间隙自触发特性的规范。修改件对间隙在过电压作用下的自触发电压水平及其分散性提出了量化要求，并对间隙动作后承受故障电流的能力和灭弧性能进行了补充规定。（3）间隙触发可靠性的验证方法。增加了间隙触发可靠性的试验验证方法和接受准则，包括重复触发能力、触发能量要求以及间隙在恶劣气象条件下的触发性能等。2.4阻尼电路与旁路开关的修订阻尼电路用于限制电容器组旁路放电电流的幅值和频率，保护电容器和旁路开关免受过高放电电流的冲击。旁路开关则是串联电容器组保护动作的最终执行元件。修改件对这两部分内容进行了以下补充和修订：-针对阻尼电路的电感值和电阻值选择，增加了考虑放电电流衰减特性和电容器放电能量耗散的推荐计算方法；-对阻尼电路元件（电抗器和电阻器）在重复放电工况下的热稳定性和机械稳定性提出了明确要求；-对旁路开关的分合闸操作顺序、操作时间配合以及与触发间隙和保护控制系统的联锁逻辑进行了补充规定；-增加了旁路开关在串补平台对地绝缘水平下的操作能力要求和验证方法。2.5保护控制系统的修订保护控制系统是串联电容器组保护设备协调动作的“大脑”，包括测量回路、保护逻辑、触发输出和故障录波等子系统。修改件对保护控制系统的修订内容包括：明确了各种保护功能（包括电容器过负荷保护、MOV能量保护、间隙异常保护、旁路开关失灵保护等）的动作判据和时间配合要求，增加了对保护控制系统在电磁干扰环境下工作性能的考核要求，补充了保护控制系统的自诊断功能和冗余配置要求，以及模拟量和开关量输入输出的精度要求和试验方法。3主要参与单位与组织3.1IECTC33技术委员会IEC60143-2:2012/AMD1:2021修改件的制定工作由IECTC33（电力电容器技术委员会）负责组织。IECTC33成立于1954年，秘书处设于日本，其工作范围涵盖电力系统用并联电容器、串联电容器、耦合电容器、滤波电容器、电容器组及其保护设备等各类电力电容器的标准化工作。TC33下设多个工作组和项目组，其中涉及串联电容器的各工作组（如WG13——串联电容器组保护设备工作组等）具体负责本修改件草案的编制和技术讨论。在修改件的制定过程中，来自中国、日本、德国、美国、英国、法国、瑞士、瑞典、巴西、印度等国家的专家积极参与了草案讨论和技术评审工作，充分反映了全球主要串补技术应用国家的技术经验和工程实践。3.2主要参与企事业单位——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”）作为我国电力行业权威的科研机构，长期深度参与IECTC33的标准化工作，是本修改件制定工作中我国重要的技术支撑单位之一。中国电科院始建于1951年，是国家电网有限公司直属科研单位，也是我国电力行业多学科、综合性的科研机构，主要从事电力系统规划、输变电技术、配电技术、新能源发电与并网、电工新材料、电力信息通信等领域的科学研究、技术开发和标准制定工作。在串联电容器技术领域，中国电科院拥有深厚的技术积累和丰富的研究成果，建有国际先进的串补装置研究试验平台，具备开展串补装置及其保护设备型式试验、特殊试验和专项研究试验的综合能力。在IEC60143-2:2012/AMD1:2021修改件的编制过程中，中国电科院的专家代表中国国家委员会（通过中国电器工业协会和中国标准化研究院组织）积极参与了修改件各阶段草案的讨论和意见反馈工作。中国电科院专家结合我国在超/特高压串补工程规划设计、设备研制、建设运行和检修维护等方面积累的丰富实践经验，特别是针对我国在高海拔、重污秽、强地震等特殊环境条件下的串补装置运行经验，就MOV能量需求计算方法、触发间隙动作可靠性验证、保护控制系统抗电磁干扰性能等方面提出了多项建设性修改建议和技术意见，多项建议被IECTC33采纳，充分体现了我国在串联电容器保护技术领域的技术实力和国际话语权。此外，中国电科院还牵头或参与制定了GB/T2900.12《电工术语电力电容器》、GB/Z34931《串联电容器补偿装置技术导则》等多项国家标准和行业标准，有效促进了IEC国际标准在我国的转化实施和同步应用。4标准的实施意义与行业影响4.1对设备制造企业的指导作用IEC60143-2:2012/AMD1:2021修改件的发布实施，为全球串联电容器组保护设备制造商提供了统一、明确且反映当前技术发展水平的技术依据。设备制造企业可以依据该标准开展产品设计、型式试验和质量控制工作，确保产品性能满足国际通用的技术要求。特别是修改件中对试验方法、验收准则和性能保证条款的进一步明确，有利于制造企业准确理解用户需求，减少因技术要求理解不一致导致的合同争议和商务纠纷。4.2对电力工程建设的支撑作用对于电力规划设计单位和电网运营企业而言，该修改件为串联电容器组保护设备的技术规范编制、设备招标采购、工程验收和运行维护提供了权威的技术参考。在特高压交直流混联电网建设加速推进、新能源大规模并网导致系统运行特性复杂化的背景下，实施该标准有助于提高串补装置的设计质量和建设水平，保障电网安全稳定运行。4.3对国际贸易与技术合作的促进作用作为一项具有广泛国际认可度的IEC标准，IEC60143-2:2012/AMD1:2021的实施有助于消除各国在串联电容器组保护设备技术要求上的差异，降低国际贸易中的技术壁垒，促进设备制造商在全球范围内的公平竞争。同时，该标准的实施也为发展中国家引进和应用串联电容补偿技术提供了系统的技术指导，有助于推动先进输电技术在全球范围内的推广和普及。5结论与展望5.1结论IEC60143-2:2012/AMD1:2021修改件的发布，是国际电工委员会TC33在串联电容器组保护设备标准化领域取得的重要阶段性成果。该修改件在系统总结近年来全球串联电容器技术发展成果和工程运行经验的基础上，对金属氧化物变阻器、触发间隙、阻尼电路、旁路开关和保护控制系统等内容进行了有针对性的技术修订和补充完善，有效提升了标准的技术先进性和工程适用性。通过参与该修改件的制定工作，我国在串联电容器保护技术领域的国际影响力和技术话语权得到了进一步增强。5.2展望展望未来，随着以新能源为主体的新型电力系统建设的加快推进，串联电容器补偿技术将在提升输电通道能力、改善系统稳定性方面继续发挥不可替代的作用。与此同时，柔性交流输电技术和电力电子技术的快速发展也对串联电容器组保护设备提