IEC 60143-42023 电力系统用串联电容器.第4部分晶闸管控制的串联电容器标准立项发展报告

电力系统用串联电容器第4部分：晶闸管控制的串联电容器标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:SeriesCapacitorsforPowerSystems-Part4:ThyristorControlledSeriesCapacitors摘要随着全球电力系统向着高电压、大容量、远距离输电方向迅速发展，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手段，在现代电网建设中扮演着日益重要的角色。其中，晶闸管控制的串联电容器（ThyristorControlledSeriesCapacitor，TCSC）凭借其快速的阻抗调节能力和灵活的功率潮流控制功能，已成为灵活交流输电系统（FACTS）家族中的核心设备之一。国际电工委员会（IEC）于2023年12月14日正式发布IEC60143-4:2023《电力系统用串联电容器第4部分：晶闸管控制的串联电容器》，该标准取代了此前的IEC60143-4:2004版本，系统规定了TCSC装置的技术要求、试验方法、过载能力及保护要求等内容。本报告对该标准的立项背景、技术内容、修订要点及行业影响进行系统梳理与分析，旨在为电力电容器制造企业、电力设计院、电网运营单位及相关科研机构提供权威的技术参考和标准化工作指引。报告指出，该标准的发布进一步完善了串联电容器国际标准体系，对促进TCSC技术的规范化应用和国际贸易便利化具有重要意义。关键词：串联电容器；晶闸管控制；IEC标准；电力系统；柔性交流输电；无功补偿；标准化Keywords:SeriesCapacitors;ThyristorControlled;IECStandard;PowerSystems;FACTS;ReactivePowerCompensation;Standardization一、引言1.1研究背景在全球能源转型和新型电力系统建设的背景下，电力系统正面临前所未有的挑战与变革。一方面，大规模可再生能源的并网使得电力系统的运行方式日趋复杂，对电网的灵活调节能力提出了更高的要求；另一方面，跨区域、远距离电力输送的需求不断增长，迫切需要提升现有输电走廊的输送能力。串联电容器补偿技术通过在输电线路中串入电容器，有效补偿线路感抗，缩短电气距离，从而显著提高输电线路的输送能力和电力系统的稳定性。在传统的固定串联电容器（FSC）基础上发展而来的晶闸管控制串联电容器（TCSC），通过在电容器组旁并联晶闸管控制的电抗器支路，实现了阻抗的连续、快速调节。这一技术突破使串联补偿从"固定补偿"迈入"动态补偿"的新阶段，为电力系统的潮流控制、阻尼振荡抑制、次同步谐振治理等提供了强有力的技术手段。自20世纪90年代在美国、瑞典、巴西等国得到工程应用以来，TCSC技术在全球范围内逐步推广，我国也在南方电网、国家电网的部分超高压和特高压输电工程中成功应用了TCSC装置。然而，技术的高速发展与标准制定的相对滞后形成了鲜明对比。2004年版IEC60143-4标准已难以完全覆盖近年来TCSC技术的新发展、新应用和新要求，亟需修订更新。1.2标准立项的必要性TCSC设备涉及高压一次设备、电力电子器件、控制保护系统等多个技术领域，其设计、制造、试验和运行维护均需要统一的技术规范加以约束。IEC60143-4:2004标准自发布以来，在指导TCSC设备的设计制造和工程应用方面发挥了重要作用，但经过近二十年的技术演进，该标准在以下方面暴露出不足：技术层面，现代TCSC装置在晶闸管阀的容量等级、冷却方式、控制策略等方面均取得了显著进步，2004年版标准的某些技术参数和试验要求已不能完全适应新技术的发展水平。应用层面，TCSC的应用场景已从传统的超高压输电扩展至特高压输电、新能源送出等新领域，对设备的可靠性和可用率提出了更高要求。国际协调层面，随着TCSC设备国际贸易的增长，国际社会对统一、完善的技术标准需求日益迫切。在此背景下，IECTC33（电力电容器技术委员会）启动了IEC60143-4标准的系统修订工作，历经多年讨论和完善，最终形成了IEC60143-4:2023新版标准。二、标准编制单位与国际工作组织2.1国际电工委员会第33技术委员会（IECTC33）IEC60143-4:2023标准由国际电工委员会第33技术委员会（IECTC33）归口管理并组织编制。IECTC33是国际电工委员会下设的专门负责电力电容器及相关装置标准化工作的技术委员会，其秘书处长期由意大利承担。TC33的工作范围涵盖电力系统用各类电容器——包括并联电容器、串联电容器、耦合电容器、直流滤波电容器等——及其附属设备的技术要求、试验方法、额定值和运行导则等标准的制修订工作。TC33委员会汇聚了来自全球各主要工业国家的标准化专家，包括来自中国、美国、德国、日本、意大利、法国、瑞典、巴西等国的行业精英。委员会下设多个工作组（WorkingGroup）和项目组（ProjectTeam），分别负责不同子领域的标准制修订工作。IEC60143-4标准的修订工作由TC33下设的WG工作组具体负责，来自各国的技术专家共同参与草案起草、技术讨论和意见处理等各环节工作。2.2中国参与情况及主要参编单位作为IEC的正式成员国，中国始终深度参与IECTC33的各项标准化活动。中国国家标准化管理委员会（SAC）指派全国电力电容器标准化技术委员会（SAC/TC45）作为对口单位，组织国内专家参与IECTC33的相关工作。在IEC60143-4:2023标准的修订过程中，来自中国的多位专家积极参与了技术讨论和意见反馈工作，为推动该标准的技术完善和科学合理作出了重要贡献。西安高压电器研究院股份有限公司（以下简称"西高院"）是我国参与IECTC33标准化活动的核心支撑单位之一。作为国内领先的输变电设备研究检测机构，西高院长期承担电力电容器及无功补偿装置领域的技术研究和试验检测工作，积累了丰富的技术经验和试验数据，在IEC60143-4标准的技术方案讨论中提出了多项具有工程实践价值的技术建议。此外，中国电力科学研究院有限公司在TCSC的电磁暂态仿真、控制保护策略及系统稳定性研究方面具有深厚的技术积累，为标准中相关技术条款的制定提供了理论支撑；南方电网科学研究院有限责任公司依托其在TCSC实际工程中积累的运行经验和故障分析数据，为标准的工程适用性提供了翔实的实践依据；桂林电力电容器有限责任公司作为国内主要的电力电容器制造企业，在TCSC阀组设计和制造工艺方面具有丰富的生产经验，为标准中制造和试验相关条款的完善提供了重要的行业视角。国内参编单位的多元化构成，确保了标准制定工作既有理论高度又有实践深度。三、标准主要内容与适用范围3.1标准的定位与适用范围IEC60143-4:2023是IEC60143《电力系统用串联电容器》系列标准的第4部分。该系列标准的整体结构如下：-IEC60143-1：串联电容器组的一般性能、试验和额定值要求——系统概览的基础标准；-IEC60143-2：串联电容器组保护设备——规定串联电容器过电压保护用金属氧化物限压器和旁路装置的要求；-IEC60143-3：内部控制熔断器——规定串联电容器内部故障保护用熔断器的要求；-IEC60143-4：晶闸管控制的串联电容器（本部分）；-IEC60143-5：串联电容器的安全性要求。IEC60143-4:2023标准的适用范围涵盖了用于电力系统输电线路的TCSC装置，包括其主电路设备、晶闸管阀、控制保护系统以及相关的辅助设备。该标准适用于设计和应用在交流输电系统中的TCSC装置，也涵盖了用于次同步谐振抑制目的的晶闸管控制串联电容器装置。3.2标准的主要技术内容IEC60143-4:2023标准对TCSC装置提出了全面的技术要求，主要内容涵盖以下几个方面：（1）定义与术语。标准系统定义了与TCSC相关的术语和定义，包括晶闸管阀、触发角、旁路模式、晶闸管旁路开关等关键术语，为统一理解标准条款提供了基础。（2）使用条件。明确了TCSC装置的标准环境使用条件，包括海拔、环境温度、污秽等级、风速、地震烈度等外部因素的技术要求，同时列出了特殊使用条件下的附加考虑因素。（3）额定值。规定了TCSC装置的额定电压、额定电流、额定容量、额定触发角范围、短时过载能力等关键额定参数的选择和确定方法。（4）设计与结构要求。对TCSC的主电路拓扑、电容器组设计、晶闸管阀设计、冷却系统、绝缘配合、抗震设计等方面提出了详细的技术要求。（5）型式试验。规定了TCSC装置须进行的型式试验项目、试验方法、试验电路和验收判据，包括绝缘试验、运行性能试验、温升试验、晶闸管阀的电气试验、冷却系统试验以及控制保护系统的性能试验等。（6）出厂试验。规定了每台TCSC设备在出厂前须进行的例行试验项目和检验标准。（7）现场试验。规定了TCSC装置在现场安装完成后的交接试验和投运试验项目及技术要求。（8）运行性能导则。提供了TCSC装置在运行中的性能指标、可靠性要求、维护策略等方面的指导性建议。四、标准修订要点分析与2004年版IEC60143-4相比，2023年版标准在以下方面进行了重要的技术修订和完善：4.1反映技术进步，更新技术指标新版标准充分反映了近二十年来TCSC领域的技术进步。在晶闸管阀技术方面，标准更新了对大功率晶闸管（如直径5英寸、6英寸晶闸管）的技术要求，补充了对直接光触发晶闸管（LTT）和电触发晶闸管（ETT）两种技术路线在控制保护接口方面的差异化要求。在冷却技术方面，增加了对蒸发冷却等新型冷却方式的技术考量。在控制保护系统方面，纳入了现代数字化控制保护平台的技术特征要求。4.2细化试验要求，增强可操作性针对原标准在试验方法方面存在的模糊之处，新版标准细化了各项试验的具体方法和验收判据。例如，在TCSC装置运行性能试验方面，标准补充完善了晶闸管触发角度阶跃响应试验、阻抗阶跃调节试验等动态性能试验的具体方法和指标要求；在绝缘试验方面，明确了TCSC不同设备部位对应的试验电压水平及施加位置，增强了试验的可操作性。4.3新增技术内容，扩展标准覆盖范围新版标准涉及了一些原标准未涵盖的技术领域。例如，增加TCSC装置在弱系统条件下的运行性能要求，增加了对TCSC参与系统次同步振荡抑制功能的附加技术要求，补充了TCSC与线路保护、系统安全自动装置的接口配合要求等。4.4强化与系统层面的协调新版标准更加重视TCSC设备与电力系统其他部分之间的协调配合，完善了TCSC装置的过电压保护配合要求，明确了TCSC与串联电容器组保护设备的技术接口，补充了TCSC控制保护系统与变电站自动化系统之间的通信协议和信息交换要求。五、标准实施的行业影响与应用指导5.1对设备制造业的影响IEC60143-4:2023的发布实施，为全球TCSC设备制造企业提供了统一的技术规范和验收依据。对于制造企业而言，须密切关注新版标准中的技术变化，及时调整产品设计、生产工艺和试验方案，确保产品符合新版标准的要求。同时，新版标准对试验方法和验收判据的细化，也有助于减少供需双方在设备验收环节的争议，促进国际贸易的顺利进行。5.2对电力工程设计的影响对于电力设计院和工程咨询单位而言，IEC60143-4:2023为TCSC工程的前期论证、设备选型、技术规范书编制和工程验收提供了权威的技术依据。工程设计人员须深入理解新版标准中关于使用条件、额定值选择、绝缘配合等方面的技术规定，在工程设计中合理确定TCSC装置的技术参数和配置方案。5.3对电网运营单位的影响对于电网运营单位而言，TCSC是实现电网弹性调节和动态无功支撑的重要技术手段。新版标准中的运行性能导则和可靠性要求，为运行单位制定TCSC的运行规程和维护策略提供了技术参考。同时，标准中关于控制保护系统技术要求的内容，也为运行单位开展TCSC控制参数整定和系统联调提供了依据。5.4中国标准与国际标准的衔接我国已发布GB/T26216.4—2022《电力系统用串联电容器第4部分：晶闸管控制的串联电容器》国家标准，该标准修改采用IEC60143-4:2004。随着IEC60143-4:2023的发布，我国将适时启动国家标准的相关修订工作，以保持国家标准与国际标准技术内容的一致性。全国电力电容器标准化技术委员会（SAC/TC45）将组织国内相关单位和专家，根据我国国情和技术发展需求，积极推动国家标准与新版IEC标准的同步更新，为TCSC技术在我国电力系统中的规范应用提供坚实的标准化支撑。六、主要参与单位介绍——西安高压电器研究院股份有限公司西安高压电器研究院股份有限公司（以下简称"西高院"）是我国输变电设备行业历史最悠久、综合实力最强的综合性研究与检测机构之一，在IEC60143-4:2023标准的修订工作中发挥了重要的支撑作用。西高院成立于1958年，前身为第一机械工业部西安高压电器研究所，是我国"一五"期间156项重点建设工程之一。经过六十余年的发展，西高院已发展成为集科学研究、试验检测、标准制修订、行业服务于一体的大型综合性研究机构，在高压开关设备、电力电容器、无功补偿装置、互感器、绝缘子等输变电设备领域具有深厚的技术积累和行业影响力。在标准化工作方面，西高院是全国电力电容器标准化技术委员会（SAC/TC45）的秘书处挂靠单位，同时也是IECTC33的国内技术对口单位。多年来，西高院组织国内相关单位深度参与IECTC33的各项国际标准化活动，包括IEC60143系列标准的制修订工作，为推动我国电力电容器领域标准化事业的发展作出了重要贡献。在IEC60143-4:2023的修订过程中，西高院依托全国电力电容器标准化技术委员会的平台优势，广泛征集国内行业意见，组织专家对标准草案进行了逐条深入研讨，累计向IECTC33提交了数十条技术反馈意见。其中，关于TCSC晶闸管阀过电流试验方法、冷却系统技术要求等方面的修改建议被国际同行充分认可和采纳，充分展示了中国在电力电容器领域的技术实力和标准化工作水平。在试验检测能力方面，西高院建有大功率试验站、高压绝缘试验站、抗震试验站、环境试验站等专业试验设施，具备按照IEC标准开展TCSC相关型式试验的能力。其试验检测结果获得国际互认，为国内外TCSC设备制造企业的产品验证提供了有力的技术服务支撑。七、结论与展望IEC60143-4:2023《电力系统用串联电容器第4部分：晶闸管控制的串联电容器》的正式发布，是国际电力电容器标准化工作的一项重要成果，也是TCSC技术发展史上的一个重要里程碑。该标准在系统总结过去近二十年TCSC技术发展和工程应用经验的基础上，全面更新和完善了TCSC设备的技术要求和试验方法，为TCSC技术的规范化应用和持续健康发展提供了坚实的标准保障。展望未来，随着全球能源转型的深入推进和新型电力系统建设的加速，TCSC技术将在提升电网输电能力、增强系统灵活性、支撑可再生能源并网消纳等方面发挥更加重要的作用。在标准化工作方面，以下几个方面值得高度关注：第一，随着TCSC应用场景的不断拓展（如特高压输电、海上风电送出等），现有标准可能需要进一步补充和完善相应的技术条款。第二，数字化、智能化技术的快速发展为TCSC的控制保护系统带来了新的技术手段和发展空间，标准中关于智能运维、在线监测、数字化建模等方面的内容有待进一步丰富。第三，碳达峰碳中和目标对电力设备的环保性能提出了更高要求，TCSC设备的环保设计、全生命周期环境足迹评估等方面的标准化需求将逐步显现。我国作为全球最大的电力系统建设市场和TCSC技术应用大国，应当持续深入地参与IECTC33国际标准化活动，积极贡献中国智慧和中国方案。同时，加快推进国家标准对国