IEC TR 61850-90-212025 电力设施自动化通信网络和系统 第90-21部分行波故障定位标准立项发展报告

StandardizationDevelopmentReport:TravellingWaveFaultLocationTechnologyforPowerUtilityAutomation电力设施自动化通信网络和系统第90-21部分：行波故障定位标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:CommunicationNetworksandSystemsforPowerUtilityAutomation-Part90-21:TravellingWaveFaultLocation(IECTR61850-90-21:2025)摘要随着现代电力系统规模的持续扩大和复杂度的不断提升，输电线路的精确故障定位对于保障电网安全稳定运行、缩短停电时间、降低运维成本具有重要意义。传统基于阻抗法的故障定位技术受过渡电阻、线路结构不对称及运行方式变化等因素影响，定位精度难以满足日益严苛的运维需求。行波故障定位技术因其不受过渡电阻影响、定位精度高、响应速度快等显著优势，逐渐成为超高压/特高压输电线路故障定位的主流技术方向。然而，行波故障定位装置的工程应用涉及数据采集同步、通信协议互操作、信息模型标准化等关键问题，亟需统一的国际标准加以规范。IECTR61850-90-21:2025《电力设施自动化通信网络和系统第90-21部分：行波故障定位》作为IEC61850系列标准的重要组成部分，系统定义了行波故障定位功能的技术架构、信息模型、通信服务及工程配置要求，填补了该领域国际标准的空白。本报告详细介绍了该标准的立项背景、研制过程、核心技术内容及其对电力行业标准化发展的重要影响，并对标准实施前景进行了展望。关键词：行波故障定位；IEC61850；电力设施自动化；通信网络；信息模型；国际标准；智能电网Keywords:TravellingWaveFaultLocation;IEC61850;PowerUtilityAutomation;CommunicationNetworks;InformationModel;InternationalStandard;SmartGrid一、引言1.1研究背景电力系统是国民经济和社会发展的重要基础设施，其安全稳定运行直接关系到国家能源安全和经济社会发展大局。近年来，随着特高压交直流混联电网的加快建设、新能源的大规模并网以及电力市场化改革的深入推进，电网的拓扑结构和运行特性日趋复杂，对继电保护及故障信息系统的性能提出了更高要求。输电线路作为电力系统的重要组成部分，分布范围广、运行环境复杂、故障率高发。故障发生后，快速准确地确定故障点位置对于缩短故障巡查时间、尽快恢复供电、减少停电损失具有至关重要的作用。据统计，传统阻抗法故障定位的平均误差约为线路全长的2%~5%，在超高压长距离输电线路中，这一误差可能意味着数十公里的巡查范围，严重影响了故障抢修效率。行波故障定位技术基于故障产生的行波信号在输电线路上的传播特性实现故障点定位，其定位精度可达数百米以内（误差通常小于500米），且完全不受过渡电阻、系统阻抗、负荷电流等因素的影响，具有传统方法不可比拟的技术优势。1.2标准立项的必要性尽管行波故障定位技术在理论研究和工程应用方面已取得长足进展，但在实际推广过程中仍面临诸多标准化瓶颈。首先，不同厂商生产的行波故障定位装置在数据格式、通信协议、信息模型等方面缺乏统一规范，导致设备互操作性差，难以实现系统级集成。其次，行波故障定位装置所依赖的高精度时间同步、高速数据采集及海量波形数据传输等技术要求，需要与IEC61850标准体系的既有框架进行有效衔接。此外，行波故障定位装置与变电站自动化系统、调度主站系统之间的信息交互缺乏统一的功能建模和数据语义规范。在此背景下，国际电工委员会（IEC）技术委员会TC57（电力系统管理及信息交换）在IEC61850系列标准"电力设施自动化通信网络和系统"框架下设立第90-21部分，专门针对行波故障定位技术的标准化需求制定技术报告，为行波故障定位技术的大规模工程应用提供标准支撑。二、标准基本信息2.1标准概况IECTR61850-90-21:2025《电力设施自动化通信网络和系统第90-21部分：行波故障定位》（Communicationnetworksandsystemsforpowerutilityautomation–Part90-21:TravellingWaveFaultLocation）由国际电工委员会（InternationalElectrotechnicalCommission,IEC）第57技术委员会（TC57）负责制定，于2025年2月12日正式发布。该标准属于IEC61850系列标准的技术报告（TechnicalReport,TR）类型文件，其分类号为遥控、遥测（ICS33.200），使用语言为英语，目前为现行有效标准。该标准的发布标志着行波故障定位技术在国际标准化层面取得了突破性进展。2.2标准定位作为IEC61850系列的第90部分技术报告，该标准聚焦于行波故障定位技术的标准化需求，旨在：-定义行波故障定位功能在IEC61850体系中的信息模型和逻辑节点；-规范行波故障定位装置与变电站自动化系统及调度主站之间的数据交换方式；-明确行波故障定位系统的通信架构和工程实施指南；-为行波故障定位技术与其他IEC61850应用的集成提供技术指引。三、标准研制背景与工作过程3.1国际标准化需求分析IECTC57负责制定电力系统管理及信息交换相关的国际标准，其下设的WG10工作组承担IEC61850系列标准的维护和扩展工作。随着IEC61850标准从变电站内部通信向整个电力系统自动化领域扩展，TC57陆续制定了多个技术报告（IECTR61850-90系列），涵盖分布式能源接入、通信网络安全、状态监测等专项应用领域。行波故障定位技术的研究在国际上已有数十年的历史，但受限于早期技术条件和成本因素，主要停留在离线分析和小规模试点应用阶段。近年来，得益于以下技术发展趋势，行波故障定位技术的规模化应用条件日趋成熟：（1）高精度时间同步技术：基于北斗/GPS卫星授时和IEEE1588精密时间协议（PTP）的时间同步技术日臻成熟，使得分布在不同变电站的行波采集装置能够实现微秒级甚至亚微秒级的时间同步，这是实现双端行波定位的基本前提。（2）高速数据采集与处理技术：现代数字信号处理芯片（DSP）和现场可编程门阵列（FPGA）的运算能力大幅提升，支持高频（1MHz以上）行波数据的实时采集和处理。（3）广域通信网络建设：电力专用通信网络的覆盖范围和传输带宽持续提升，为行波数据的实时传输提供了可靠通道。3.2标准制定历程IECTR61850-90-21的制定工作由TC57/WG10工作组主导推进。该标准的立项和编制过程充分吸收了全球主要电力设备制造商、科研机构和电力公司的技术经验，经历了多轮技术讨论和意见征集，最终形成共识并正式发布。在标准编制过程中，主要解决了以下核心技术问题：-行波故障定位功能建模：如何将行波故障定位功能映射到IEC61850标准化的信息模型框架中，定义合适的逻辑节点和数据对象。-时间同步精度要求：根据行波定位的测距精度需求，确定对时间同步精度的量化指标要求。-数据通信方式：针对行波数据量大、实时性要求高的特点，设计合理的数据传输机制。-与既有标准的协调：确保与IEC61850-5（通信要求）、IEC61850-7（基本信息和通信结构）、IEC61850-8-1（特定通信服务映射）等已有标准的一致性。四、标准主要技术内容4.1标准化目标IECTR61850-90-21:2025的主要技术目标包括以下方面：（1）互操作性：通过统一的信息模型和通信接口定义，实现不同厂商行波故障定位装置的互操作，降低系统集成复杂度和成本。（2）系统集成：将行波故障定位功能无缝集成到基于IEC61850的变电站自动化系统和调度自动化系统中，实现故障信息的统一管理和综合分析。（3）可扩展性：支持行波故障定位系统从单条线路到网络化应用的灵活扩展，适应不同规模电网的应用需求。（4）规范化实施：为行波故障定位系统的设计、配置、调试和运维提供规范化指导。4.2标准框架与关键内容该技术报告的主要内容包括：（1）范围与引用文件：明确标准的适用范围为基于IEC61850体系的行波故障定位功能和系统，并引用了IEC61850系列标准的相关文件。（2）术语与定义：统一了行波故障定位领域的专业术语，包括行波、行波速度、波头到达时间、故障距离等概念的定义。（3）行波故障定位技术概述：简述了行波故障定位的基本原理、主要实现方式（单端法、双端法）以及技术优势。（4）IEC61850建模：定义了行波故障定位所需的逻辑节点和数据对象，描述了装置信息模型的结构和内容。（5）通信服务映射：规定了行波数据（包括波形数据、定位结果、装置状态等）在IEC61850通信体系下的传输方式和协议映射。（6）配置与工程实施：描述了行波故障定位装置的工程配置流程、参数设置及与系统集成的相关要求。（7）应用场景分析：分析了行波故障定位在输电线路故障测距、故障原因分析、雷电定位等领域中的应用场景和实现方式。4.3关键技术要点该标准在技术层面着重解决了以下核心问题：-逻辑节点定义：给出了行波故障定位功能相关的逻辑节点类定义，如行波测量节点、行波定位节点、行波波形记录节点等，建立了标准化的功能数据模型。-数据对象建模：对行波故障定位装置产生的数据类型进行了规范化定义，包括行波波头到达时间、行波幅值、极性、故障距离估计值、定位精度评估等，为不同设备间的数据互通奠定了基础。-通信性能要求：针对行波数据高实时性传输需求，明确了通信延迟、带宽占用的性能等级要求，为通信系统设计提供了参考依据。-时间同步要求：根据定位精度需求，合理确定了各应用场景下对时间同步精度的要求等级，并给出了时间同步实现方式建议。五、主要参与单位介绍5.1国际电工委员会TC57技术委员会国际电工委员会（IEC）是全球最权威的国际电工标准化机构，成立于1906年，其宗旨是促进电工电子领域国际标准的制定和协调。IECTC57"Powersystemsmanagementandassociatedinformationexchange"（电力系统管理及其信息交换）技术委员会是IEC下设的最为活跃的技术委员会之一，负责制定涉及电网运行、电力系统自动化及信息交换方面的国际标准。TC57的工作范围涵盖电力系统控制与相关通信（含SCADA、EMS/DMS系统）、配电自动化、变电站自动化（IEC61850系列）、电力市场通信（IEC62325系列）以及智能电网协调等领域。TC57下设多个工作组（WG），其中WG10负责IEC61850系列标准的开发和维护工作。TC57拥有来自全球30多个国家的标准制定专家参与，与IEEEPES、CIGREB5等国际组织保持密切合作，其制定的标准在全球范围内被广泛采用。5.2WG10工作组及主要贡献企业IECTC57/WG10工作组是IEC61850系列标准的直接维护机构，汇集了来自世界各地的电力行业专家。在IECTR61850-90-21:2025的制定过程中，以下各类机构做出了重要贡献：-中国电力科学研究院有限公司：作为中国电力行业科研的核心力量，在行波故障定位技术研究领域积累了丰富的理论成果和工程经验，主导了行波故障定位技术方案的核心内容编制工作。该院在行波测距理论、行波信号处理算法及广域行波定位系统等方面拥有多项核心自主知识产权，相关研究成果已成功应用于多条特高压交直流输电线路的行波故障定位系统建设中。-国家电网有限公司：在行波故障定位系统的大规模工程应用方面提供了大量实测数据和实践经验，为标准的适用性验证和参数确定提供了重要依据。-南方电网有限责任公司：在行波故障定位装置的运行维护和标准化应用方面积累了丰富经验，为相关技术内容提供了工程反馈和优化建议。-国际主要电力设备制造商：如ABB、SiemensEnergy、GEVernova等跨国企业的专家参与了标准中信息模型和通信服务映射的技术方案讨论，确保标准能够兼容多种技术路线和设备实现方式。六、标准的技术引领与行业意义6.1推动行波故障定位技术的规范化发展IECTR61850-90-21:2025的发布，将行波故障定位技术从各自为政的私有方案实施阶段推进到统一标准的规范化发展阶段。该标准解决了行波故障定位领域长期缺乏统一信息模型和通信接口的瓶颈问题，为不同厂商设备之间的互联互通提供了技术依据，有助于打破技术壁垒，促进行业良性竞争。6.2丰富和拓展IEC61850标准体系该标准进一步丰富和拓展了IEC61850标准体系的应用范围，将IEC61850从传统的变电站自动化领域延伸至输电线路在线监测与故障诊断领域，推动了IEC61850作为电力设施自动化统一信息平台的建设进程，是IEC61850系列标准面向现代智能电网需求持续演进的重要体现。6.3支撑新型电力系统建设在"双碳"目标驱动下，我国正加快构建以新能源为主体的新型电力系统。随着特高压输电工程的大规模建设和跨区电网互联格局的形成，线路故障的精确定位对于保障大电网安全变得愈发重要。该标准为行波故障定位系统提供了一致的互操作框架和通信规范，有助于该技术的推广实施部署，对于提升电网故障感知能力、缩短故障处置时间、降低故障扩大风险具有重要意义，同时对提升电力系统韧性和供电可靠性具有直接的促进作用。6.4促进智能运维与数字化转型行波故障定位数据不仅可以用于故障测距，还可为故障类型识别、线路状态评估、雷电活动监测等应用提供有价值的信息。该标准所定义的标准化数据模型，为上述高级应用的数据共享和融合分析奠定了基础，是推动电力设备运维从传统的计划检修向状态检修和预测性维护模式转变的重要技术支撑。七、结论与展望7.1主要结论IECTR61850-90-21:2025作为国际电工委员会在行波故障定位领域发布的首个技术报告，填补了该领域国际标准的空白。该标准在IEC61850总体框架下，系统地定义了行波故障定位功能的信息模型和通信映射，为不同厂商设备之间的互操作提供了技术依据，同时给出了相应的工程实施指引和架构建议。从技术内容来看，该标准兼顾了对既有IEC61850标准的继承性和对行波故障定位新功能需求的扩展性，做到了继承与创新的有机统一。从行业影响来看，该标准对于推动行波故障定位技术的规范化应用和产业链成熟具有重要的指导意义。7.2发展展望展望未来，随着该标准的发布实施，行波故障定位技术预计将在以下方面持续发展：（1）标准从TR向IS演进：随着技术进步和应用经验的积累，该技术报告预计将在未来条件成熟时转为正式国际标准（InternationalStandard），对相关功能和性能提出更加明确和刚性的要求。（2）行波定位与其他技术深度融合：行波故障定位与人工智能、大数据分析等技术的结合将更加紧密，实现从"故障定位"向"故障诊断"和"态势感知"的功能拓展，形成更加完整的线路智能运维解决方案。（3）在配电网领域的拓展应用：虽然当前标准主要面向输电网应用场景，但随着配电自动化水平的提升和分布式电源的广泛接入，行波技术在中压配电网故障定位领域的应用研究正在兴起，相应的标准化需求也将逐步显现。（4）国内标准化对接与发展：国内相关标准化技术委员会将结合我国电网实际和技术积累，积极推动该国际标准的转化应用，并同步完善电力行业标准和团体标准，形成国际标准与国内标准协调互促的良好局面。（5）标准生态的持续完善：围绕行波故障定位技术，未来还将在检测试验规范、现场验收导则、运维管理要求等方面形成更加完备的标准体系，全方位支撑该技术的工程推广应用。综上所述，IECTR61