220kV及以下20Hz电磁式电压互感器技术规范 标准立项发展报告

220kV及以下20Hz电磁式电压互感器技术规范标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:TechnicalSpecificationfor20HzElectromagneticVoltageTransformersupto220kV摘要随着“碳达峰、碳中和”战略目标的深入推进，以海上风电送出、偏远地区新能源汇集及城市电网柔性互联为代表的应用场景对输电技术提出了更高要求。柔性低频输电技术因其可有效降低线路阻抗、提升输送能力、延长经济输电距离，成为新型电力系统建设的重要技术路径之一。20Hz作为该技术路线的核心频率，其相关装备的标准化工作亟待完善。电压互感器作为电网计量、保护与测控的关键设备，在低频工况下的励磁特性、误差特性、绝缘配合及铁磁谐振抑制等方面均与传统工频产品存在显著差异。然而，国内外尚无针对20Hz电磁式电压互感器的专项技术标准，导致产品设计、制造、试验及工程应用缺乏统一依据。为填补这一标准空白，国家能源局批准立项能源行业标准《220kV及以下20Hz电磁式电压互感器技术规范》（计划编号：能源20250485）。本报告全面阐述了该标准的立项背景、编制原则、主要技术内容、关键指标确定依据及预期效益。标准规定了20Hz电磁式电压互感器的使用条件、技术要求、试验方法、标志包装等内容，重点解决了低频下准确度等级、额定电压因数、绝缘水平及谐振抑制等技术难题。该标准的制定将有力支撑低频输电工程的安全稳定运行，促进相关装备产业链的规范化发展，完善我国新型电力系统技术标准体系。关键词柔性低频输电；20Hz；电磁式电压互感器；技术规范；标准化；新型电力系统；低频计量；电力装备KeywordsFlexibleLow-frequencyTransmission;20Hz;ElectromagneticVoltageTransformer;TechnicalSpecification;Standardization;NewPowerSystem;Low-frequencyMetering;PowerEquipment一、引言在“双碳”目标引领下，我国新能源装机容量持续攀升，预计2030年风电和太阳能发电总装机容量将达到12亿千瓦以上。大规模新能源的并网与消纳，对电网的输送能力、灵活性和安全稳定性提出了更高要求。柔性低频输电技术作为一项新兴的输电解决方案，通过将工频50Hz变换为20Hz左右的低频进行传输，可显著减小线路电气距离，将架空线路的输电容量提升至原有水平的1.5倍以上，有效功率传输距离提升至原有的4倍左右，特别适用于中远距离海上风电送出、陆上新能源汇集以及城市电网柔性互联等场景。2022年，国家发展改革委、国家能源局印发《“十四五”现代能源体系规划》，明确提出要加快新型电力技术研发应用，推动柔性输电等先进技术示范。同年，浙江台州柔性低频输电示范工程成功投运，构建了世界首个35kV柔性低频输电系统，验证了20Hz频率下变压器、换流器等装备的技术可行性。2024年，浙江嵊泗中远距离海上风电低频送出示范工程继续推进，将低频输电技术延伸至海缆送出领域。然而，在示范工程建设过程中，电压互感器等关键一次设备的选型与试验曾面临“无标可依”的困境。IEC61869系列互感器标准及我国GB/T20840系列国家标准均仅针对50Hz或60Hz电力系统，20Hz低频下的电磁式电压互感器在铁心设计、绕组匝数、误差特性、绝缘耐受及谐振特性等方面均需要重新论证与规范。为满足低频输电技术规模化发展的迫切需要，国家能源局于2025年下达了能源行业标准制修订计划，批准立项《220kV及以下20Hz电磁式电压互感器技术规范》（标准编号为NB/T12067-2026）。该标准由电力行业相关标准化技术委员会归口管理，计划于2026年12月26日正式实施。本标准的制定发布，将填补我国20Hz低频输电装备标准体系的空白，为低频电压互感器的设计、制造、试验、验收及运行维护提供全面的技术依据，对保障低频输电工程安全运行、推动相关产业高质量发展具有重要而深远的意义。二、标准编制背景与立项必要性（一）低频输电技术发展呼唤装备标准化柔性低频输电系统通常由换频站、低频变压器、低频开关设备、低频电缆/架空线路及二次保护测控装置等组成。电压互感器作为连接一次高压系统与二次测量保护设备的关键接口，其性能直接关系到低频系统的电压测量准确性、保护动作可靠性以及电能计量的公平公正。在20Hz频率下，电磁式电压互感器的铁心磁通密度将增大至50Hz工况下的2.5倍（相同电压和匝数条件下），若不重新设计磁路，极易出现铁心饱和、励磁电流剧增、温升超标等问题。同时，20Hz系统的谐波特性、暂态响应时间常数、铁磁谐振条件与工频不同，需重新评估电压互感器的暂态特性和谐振抑制能力。（二）现有标准体系的空白与局限目前，我国针对电压互感器的标准主要包括GB/T20840.3《互感器第3部分：电磁式电压互感器的补充技术要求》、GB/T20840.5《互感器第5部分：电容式电压互感器的补充技术要求》，以及DL/T726等电力行业标准。上述标准均以50Hz系统为基础，其准确度试验频率为50Hz，额定电压因数、温升限值、绝缘试验方法等参数均不适用于20Hz工况。国际电工委员会IEC61869系列标准也未涵盖低频（非工频）应用场景。在浙江台州35kV示范工程中，参考了欧洲铁路20Hz/16.7Hz牵引供电系统的部分经验，但铁路系统电压等级低（通常为15kV/25kV）、结构相对简单，无法直接指导220kV高电压等级产品的设计与考核。因此，制定专项技术规范，明确20Hz电压互感器的性能指标和试验方法是推动低频输电产业化、规模化发展的必要前提。（三）标准立项的政策依据与行业需求2024年，国家能源局发布《关于加快推进能源行业标准制修订工作的通知》，要求围绕新型电力系统建设急需领域加大标准供给。同年，国家标准化管理委员会等十一部门联合印发《关于印发〈新产业标准化领航工程实施方案〉的通知》，明确提出要开展新型电力系统装备标准研制，提升标准对新技术新业态的适配性。此外，中国电机工程学会、中国电工技术学会等行业组织也多次举办低频输电技术专题研讨，相关设备制造企业、电网公司、科研院所普遍反映缺乏统一的低频互感器技术规范，导致产品研发目标不明确、型式试验无法开展、工程招标无据可依。在此背景下，NB/T12067-2026标准的编制工作被提上日程，并得到行业内各相关方的高度关注和积极参与。三、标准编制工作简况与主要原则（一）编制工作组织本标准由全国互感器标准化技术委员会（SAC/TC222）指导，能源行业特定区域电网标准化技术委员会归口管理，由国网浙江省电力有限公司电力科学研究院牵头起草。编制组由来自电网公司、科研院所、互感器制造企业、检测机构等十余名专家组成，涵盖了低频输电技术研发、互感器设计制造、高压试验、继电保护等专业领域。编制过程历时约18个月，经历了前期调研、草案编制、征求意见、专家审查、报批等阶段。编制组先后收集整理了国内外低频输电及互感器相关标准文献60余份，调研了台州35kV低频示范工程、嵊泗低频送出工程等实际运行数据，开展了20Hz下电压互感器误差特性、温升特性及谐振特性的专题试验研究，为标准技术指标的科学确定提供了充分依据。（二）标准编制的主要原则1.协调一致原则。标准内容与国家法律法规及相关标准协调一致，在技术框架上尽可能与GB/T20840系列标准保持衔接，针对20Hz工况的特殊性，在通用的结构要求、绝缘要求基础上增加或调整相应条款。2.安全可靠原则。以保障人身、电网和设备安全为第一要务，对绝缘水平、温升限值、机械强度等安全性能指标从严规定，确保产品在低频系统中长期安全运行。3.技术先进原则。充分吸收国内外低频输电领域最新科研成果和工程实践经验，合理引入先进的设计理念和试验方法，体现标准的引导性和前瞻性。4.经济合理性原则。在满足技术性能和安全要求的前提下，兼顾产品制造成本和运维便利性，避免过度设计和不必要的试验项目，促进标准实施的可行性。四、标准主要技术内容解析本标准共分为范围、规范性引用文件、术语和定义、使用条件、技术要求、试验方法、标志、包装、运输与储存以及附录等章节。以下对各部分的核心技术内容进行解析。（一）范围标准适用于额定频率20Hz、电压等级为220kV及以下的电磁式电压互感器，包括接入低频输电系统的单相或三相电压互感器。标准规定了此类产品的正常使用条件、特殊使用条件、额定参数、设计与结构要求、型式试验、例行试验和特殊试验等。该范围的设定兼顾了当前已投运及在建的30kV、66kV、110kV、220kV等不同电压等级的低频输电项目需求，同时也为未来更高电压等级的技术延伸预留了接口。（二）关键术语与定义针对低频电压互感器的特殊性，标准新定义了以下关键术语：-额定频率（ratedfrequency）：规定为20Hz，与低频输电系统的标称频率一致。-低频电压互感器（low-frequencyvoltagetransformer）：专门设计用于20Hz频率系统，满足本标准规定的性能要求的电磁式电压互感器。-额定电压因数（ratedvoltagefactor）：与最高运行电压相关的系数，表示互感器在规定时间内能够承受的电压与额定一次电压之比。在20Hz系统中，由于系统电压调节和暂态过电压的特性不同，标准给出了适用于低频系统的电压因数取值规定。（三）使用条件标准对环境条件、海拔、污秽等级等技术要求进行了规定。在环境温度方面，考虑到低频设备可能布置于海上平台、高海拔风电汇集站等特殊场景，标准规定户内设备的环境温度范围为-25℃～+55℃，户外设备为-40℃～+55℃，日平均温度不超过+40℃，并要求考虑阳光辐射的影响。对于海拔超过1000m的高海拔地区，标准规定了绝缘水平和温升修正的相应要求，确保产品在低气压环境下仍能保持足够的绝缘裕度和散热能力。（四）主要技术要求1.额定电压与设备最高电压。标准规定了与系统标称电压相对应的额定一次电压和最高电压值，按照GB/T156《标准电压》并结合低频输电系统的实际运行电压水平确定。例如，对于220kV低频系统，互感器额定一次电压为220/√3kV，设备最高电压252kV。2.准确度与误差限值。这是本标准的核心技术内容之一。编制组通过理论分析和试验验证，确认在铁心材料和绕组结构合理设计的前提下，20Hz电磁式电压互感器能够达到与50Hz产品同等的测量准确度。标准规定了0.2、0.5、1、3P、6P等测量级和保护级准确度，其比差和角差限值与GB/T20840.3保持一致。但标准同时强调，低频下误差试验的供电频率应严格控制在20Hz±0.2Hz范围内，以减少频率偏差对误差测试结果的影响。为保证低频下的准确度，互感器铁心截面通常需增大至工频产品的2～3倍，并在结构设计中充分考虑由此带来的重量增加和安装空间变化。3.额定电压因数。标准对20Hz电压互感器的额定电压因数进行了专项规定：中性点有效接地系统，额定电压因数为1.2，连续运行；中性点非有效接地系统，额定电压因数为1.2，连续运行，1.9倍额定电压运行时间不少于30小时。与50Hz系统相比，由于20Hz系统的单相接地故障特征电流不同、弧光接地自熄能力有所差异，标准对间歇性弧光接地过电压的耐受持续时间进行了适当加严，反映了低频系统中电压互感器承受更长过电压时间的运行特征。4.绝缘要求。标准规定了一次绕组、二次绕组的工频耐压、雷电冲击耐压和操作冲击耐压水平，具体数值参考GB/T311.1《绝缘配合第1部分：定义、原则和规则》中相应电压等级的要求。对于220kV等级的20Hz电压互感器，雷电冲击耐压（峰值）为950kV，操作冲击耐压（峰值）为750kV。同时，加大了二次绕组对地工频耐压试验电压值，以防范低频系统在换流器启停过程中可能产生的暂态过电压对二次系统的冲击。5.温升限值。20Hz下，铁心磁通密度较高，但频率降低使得铁心中的涡流损耗显著下降，而磁滞损耗与频率成正比也相应降低。然而，由于相同容量下低频互感器的铁心体积明显增大，铁心总损耗、绕组铜损以及散热面积的综合平衡成为温升设计的关键。标准规定的温升限值如下：绕组绝缘耐热等级为A级时温升限值60K，E级为75K，B级为85K，F级为100K，H级为125K。同时，标准要求制造厂在型式试验中采用热电偶法或红外热像法对铁心及绕组热点温度进行验证，确保在1.2倍额定电压连续运行条件下温升不超过规定限值。6.铁磁谐振抑制要求。低频系统的电容、电感参数匹配关系与工频系统不同，电磁式电压互感器与线路对地电容可能形成谐振回路，引发持续过电压。标准规定，220kV及以下20Hz电磁式电压互感器应配置合适的消谐阻尼装置，或采用具有较好励磁特性的优质硅钢片以减少谐振概率。在型式试验中，增加了在特定回路参数下的铁磁谐振试验项目，要求互感器在模拟最严酷谐振条件下能够依靠自身的阻尼特性在2s内消除谐振过电压，恢复正常运行。7.机械性能要求。针对低频输电工程可能位于地震活跃区或海上平台的实际需求，标准规定了互感器的抗震试验要求：地震烈度8度及以下地区，产品应能承受地面加速度0.3g的正弦波共振试验，试验后无机械损伤且电气性能满足标准要求。同时，规定了接线端子抗拉强度、密封性能等要求。（五）试验方法标准规定的试验类型包括型式试验、例行试验和特殊试验。主要试验项目及方法说明如下：1.误差试验。低频互感器的误差试验采用电压比率法，使用频率可调的精密电压比例标准装置。试验时，施加于一次侧的电压频率应稳定在20Hz±0.2Hz范围内，谐波畸变率不大于2%。标准对试验回路的接地方式、屏蔽措施、负载箱的功率因数及频率特性均进行了详细规定，确保试验结果的准确性和重复性。2.温升试验。温升试验在额定频率20Hz下进行，施加1.2倍额定电压连续运行至热稳定状态，测量绕组、铁心及外壳的温升。由于低频供电电源容量要求较大，标准允许采用等效电流法或内施电压法进行试验，但所采用的等效方法应通过比对验证。3.绝缘试验。工频耐压试验、雷电冲击和操作冲击试验按GB/T16927.1标准执行，但试验电压的频率、波形及持续时间按照本标准的专门规定确定。低频下电容性电流的降低使得试验回路的电压分布与工频存在差异，标准要求试验报告中注明试验频率，并在产品铭牌上标注额定频率，防止运维检修人员使用工频电源进行错误的耐压试验。4.电磁兼容试验。标准增加了低频辐射发射和传导发射的限值要求，确保互感器在低频强电磁环境中不会对周围的通信和控制系统产生干扰，同时规定了抗射频电磁场辐射、电快速瞬变脉冲群、浪涌等抗扰度试验的等级和判据要求。五、标准与现有标准体系的关系本标准的制定坚持系统思维，注重与现有标准体系的协调统一。在通用技术框架方面，全面参照GB/T20840.1《互感器第1部分：通用技术要求》的基本结构；在准确度等级划分方面，与GB/T20840.3保持一致性；在绝缘配合方面，遵循GB/T311.1的规定；在高电压试验技术方面，采用GB/T16927系列标准的试验方法。在此基础上，针对20Hz频率的特殊性，对额定电压因数、频率允许偏差、温升限值、谐振抑制、低频误差试验等条款进行了专项设计和补充。同时，本标准是20Hz低频输电装备系列标准的重要组成部分。近年来，能源行业先后启动了《20Hz柔性低频输电系统第1部分：系统概况》《20Hz柔性低频输电用变压器技术规范》《20Hz柔性低频输电用GIS设备技术规范》等多项标准的编制。本标准的发布将为上述配套标准提供互感器方面的参数基础和接口约束，共同构建较为完整的低频输电标准体系，为后续低频输电工程的设计、设备招标、施工验收和运行维护提供全方位标准化支撑。六、主要编制单位介绍本标准由国网浙江省电力有限公司电力科学研究院（以下简称“国网浙江电科院”）牵头编制。该院位于浙江省杭州市，是国网浙江省电力有限公司的直属科研机构，拥有国家电网公司新型电力系统低频输电技术攻关团队、浙江省电力装备状态评价技术重点实验室等创新平台，建有高电压试验大厅、互感器校验实验室等一批行业领先的试验设施。国网浙江电科院在低频输电技术领域具有深厚的积累。2022年，该院深度参与了世界首台35kV/20Hz柔性低频输电示范工程——台州大陈岛低频输电工程的建设与调试工作，完成了低频变压器的特殊试验方法研究、20Hz保护控制策略验证以及低频计量装置的现场校验。2024年，该院依托嵊泗中远距离海上风电低频送出示范工程，开展了220kV电压等级低频输变电设备选型、试验和运行特性专项研究，为本次标准中220kV电压等级技术指标的确定积累了宝贵的实测数据。该院现有国家注册电气工程师、高级工程师等专业人员数十名，多次牵头或参与制定国家标准、行业标准和企业标准。正是基于扎实的工程实践基础和科研成果积累，该院在标准编制中