孫鳴 史豐碩 李阿獅 張帥

摘 要：本文主要對GB/T 1984—2014與IEC 62271-100：2021的差異進行分析，主要針對文本差異和基本技術(shù)參量差異兩個方面，其中文本差異主要分析了適用范圍和規(guī)范性引用文件、使用條件以及術(shù)語和定義；基本技術(shù)參量差異主要分析了額定絕緣水平、溫升限值、TRV參數(shù)以及試驗參量的容差。通過以上幾個方面的分析，加深對標(biāo)準(zhǔn)理解和規(guī)范檢測認(rèn)證。

關(guān)鍵詞：高壓交流斷路器，適用范圍，規(guī)范性引用文件，術(shù)語和定義，額定絕緣水平，溫升限值，TRV參數(shù)，試驗參量的容差

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.09.026

0 引 言

近年來，隨著我國經(jīng)濟發(fā)展水平穩(wěn)中向好的趨勢，對電力系統(tǒng)裝機容量和電能質(zhì)量也逐漸提出了全新要求。針對裝機容量和電能質(zhì)量提出了柔性輸電網(wǎng)絡(luò)、小微電網(wǎng)、1100 kV特高壓輸電等新的研究領(lǐng)域。高壓斷路器等高壓開關(guān)設(shè)備是輸配電網(wǎng)絡(luò)中的重要組成部分，可快速隔離電網(wǎng)故障部分、投切電網(wǎng)，對電網(wǎng)的安全、可靠、穩(wěn)定運行有著重要意義[1]。標(biāo)準(zhǔn)的更新對于規(guī)范高壓開關(guān)設(shè)備行業(yè)，推進國際高壓開關(guān)設(shè)備認(rèn)證，以及提高產(chǎn)品質(zhì)量具有重要意義。隨著對繼電保護、觸頭材料、絕緣材質(zhì)等領(lǐng)域的深入研究，為適應(yīng)新的技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品發(fā)展趨勢，確保高壓交流斷路器安全可靠的運行，從而保障電能質(zhì)量和電網(wǎng)安全，高壓交流斷路器的產(chǎn)品檢測標(biāo)準(zhǔn)也在逐步完善[2]。

目前我國現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1984—2014《高壓交流斷路器》為IEC 62271-100：2008修改采用版本，于2014年6月24日發(fā)布，2015年1月22日實施，而IEC（International Electrotechnical Commission）發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)IEC 62271-100：2021于2021年7月發(fā)布，與現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)差異較大。為更好地適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)變化，實施檢驗檢測認(rèn)證工作，本文將主要差異分為標(biāo)準(zhǔn)文本差異和標(biāo)準(zhǔn)基本技術(shù)參數(shù)差異兩個方面進行差異化分析。

1 標(biāo)準(zhǔn)文本差異

由于地區(qū)化差異以及GB/T 1984—2014和IEC62271-10 0：2021兩標(biāo)準(zhǔn)頒布時間相隔較長，同時GB/T 1984—2014為IEC標(biāo)準(zhǔn)的修改采用版本，因此在兩項標(biāo)準(zhǔn)文本上存在部分差異，主要體現(xiàn)在適用范圍和規(guī)范性引用文件、正常和特殊使用條件、術(shù)語和定義以及型式試驗中的文本差異。

1.1 適用范圍和規(guī)范性引用文件

由于國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)為修改采用，GB/T 1984—2014針對我國國情對IEC標(biāo)準(zhǔn)進行了適當(dāng)修改，主要體現(xiàn)在GB/T 1984—2014適用的頻率為50 Hz，電壓3000 V以上系統(tǒng)中的交流斷路器，而IEC 62271-100：2021則適用于頻率為50 Hz和/或60 Hz，電壓1000 V以上系統(tǒng)中的交流斷路器[3-4]。另外，國家標(biāo)準(zhǔn)和IEC標(biāo)準(zhǔn)在引用文件上也存在差異，這是由于國家標(biāo)準(zhǔn)和IEC標(biāo)準(zhǔn)的術(shù)語和定義和額定值存在一定的差異，因此兩項標(biāo)準(zhǔn)在引用文件上也有所不同。規(guī)范性引用文件差異見表1。

1.2 正常和特殊使用條件

世界各地地形和氣候條件復(fù)雜多樣，對各種標(biāo)準(zhǔn)的制定和實施帶來了挑戰(zhàn)。為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，新舊標(biāo)準(zhǔn)的頒布時間跨度長，以便充分研究和考慮不同地區(qū)的實際情況和需求。就我國而言，東西方向地形高度坡差較大，從平原到平均海拔3000 m的高原地帶，南北方向維度覆蓋范圍廣，從熱帶氣候到寒帶氣候。并且隨著經(jīng)濟不斷發(fā)展，對裝機量的需求日益提高，輸配電網(wǎng)絡(luò)不斷向著人煙稀少的西部和海上孤立的島嶼覆蓋。因而，為了應(yīng)對更加極端的環(huán)境條件，亟需對高壓交流斷路器的使用條件提出新的要求。

對于正常使用條件而言，IEC 62271-100：2021中引用的標(biāo)準(zhǔn)IEC 62271-1：2017將最低空氣溫度的優(yōu)選值改為了戶內(nèi)使用條件最低空氣溫度不低于-5℃、戶外使用條件最低空氣溫度不低于-25℃。對于特殊使用條件而言，引用標(biāo)準(zhǔn)中將溫度和濕度中優(yōu)選最低和最高溫度范圍的規(guī)定進行了細化，來應(yīng)對不同炎熱或寒冷的使用條件。更加細化的使用條件可以讓生產(chǎn)企業(yè)針對不同用戶提出的使用條件生產(chǎn)特殊產(chǎn)品，以滿足特殊用戶的使用需求。

1.3 術(shù)語和定義

由于規(guī)范性引用文件有差異，且標(biāo)準(zhǔn)實施年代久遠，可能有些產(chǎn)品類型不再適用，或由于國家差異和我國電網(wǎng)實際情況有所不同，術(shù)語和定義主要區(qū)別在通用術(shù)語、開關(guān)裝置、斷路器部件三個方面，其他術(shù)語和定義同樣存在少量差異。

其中通用術(shù)語中，IEC 62271-100：2021中添加了例如有效性接地系統(tǒng)、非有效性接地系統(tǒng)、帶電絕緣電纜、分相屏蔽電纜以及徑向電場電纜等定義。開關(guān)裝置中，國標(biāo)針對不同型式試驗項目，例如，對電壽命試驗、機械操作試驗和容性開合試驗不同實驗級別的高壓交流斷路器進行分類，同時也針對電纜和線路不同的使用場景進行了分類。斷路器部件中，國標(biāo)與IEC標(biāo)準(zhǔn)差異較大，IEC標(biāo)準(zhǔn)中新增部分輔助和控制回路中的零部件，例如脫扣器、防跳裝置、連鎖裝置和電阻器開關(guān)等。

1.4 型式試驗

GB 1984—2014和IEC 62271-100：2021型式試驗部分差異相對較小，在強制的型式試驗項目區(qū)別不大，其中絕緣試驗、連續(xù)電流試驗（溫升試驗）以及端子故障試驗（短路關(guān)合和開斷試驗）存在前文所述的額定絕緣水平、溫升限值以及TRV參數(shù)等方面的差異，在試驗方法和具體條款內(nèi)容上區(qū)別不大。

在IEC 62271-100：2021型式試驗中，對適用的型式試驗進行了部分調(diào)整，增加了真空斷路器真空滅弧室的X射線試驗，刪除了在戶外斷路器的端子靜負(fù)載試驗。并對部分試驗條款增補了一些新條款，或是對原有條款進行了調(diào)整。例如，在7.101.3高低溫試驗中增加了戶外落地罐式斷路器的附加要求，該條款目的是在低溫試驗過程中，通過給戶外罐式落地斷路器的邊極縱軸方向垂直施加一個風(fēng)速為10 km/h（±20%）的模擬風(fēng)，來驗證為防止低溫環(huán)境中絕緣氣體發(fā)生液化而裝設(shè)的殼體加熱裝置的合理性。

2 標(biāo)準(zhǔn)基本技術(shù)參量差異

根據(jù)前文所述，GB/T 1984—2014和IEC 62271-100：2021中同樣存在試驗參量上的差異，主要體現(xiàn)在額定值與附錄B中規(guī)定的試驗中參量的容差。由于電壓等級和頻率適用范圍的區(qū)別，因此額定絕緣水平、溫升限值以及額定短路開斷電流相關(guān)的瞬態(tài)恢復(fù)電壓參量（Transient Recovery Voltage，TRV）有所區(qū)別。本文主要以輸配電網(wǎng)絡(luò)常用的12 kV和24kV等級電壓為例，簡要分析GB/T 1984—2014和IEC62271-100：2021中的基本參量差異。

2.1 額定值

由于國標(biāo)和IEC標(biāo)準(zhǔn)中電壓等級和頻率的適用范圍存在差異，因此兩項標(biāo)準(zhǔn)中部分額定值存在差異，主要差異額定值為額定絕緣水平、溫升限值以及與額定短路開斷電流相關(guān)的TRV不同，其中額定絕緣水平和TRV參量與額定電壓等級相關(guān)，本文中以輸配電網(wǎng)絡(luò)常用的12 kV和24 kV為例，分析國標(biāo)與IEC標(biāo)準(zhǔn)差異。

2.2 額定絕緣水平

GB/T 1984—2014與IEC 62271-100：2021額定值分別引用標(biāo)準(zhǔn)GB/T 11022—22011與IEC 62271-1：2017，GB/T 11022—22011同樣為修改采用版本[5-6]。額定絕緣水平主要包括雷電沖擊電壓（Up）、工頻電壓（Ud）以及操作沖擊電壓（U s），其中操作沖擊電壓僅適用于252 kV（IEC：245kV）以上高壓開關(guān)裝置產(chǎn)品，Ud與Up在隔離斷口和相間、相對的不同作用位置時額定值有所區(qū)別，12 kV和24 kV額定絕緣水平見表2。

由表2可見，在輸配電常用電壓等級12 kV以及24 kV高壓開關(guān)裝置中，IEC標(biāo)準(zhǔn)額定工頻耐受電壓通常低于國標(biāo)要求，12 kV開關(guān)裝置中IEC標(biāo)準(zhǔn)額定雷電沖擊耐受電壓低于國標(biāo)要求，24 kV額定雷電沖擊耐受電壓國標(biāo)與IEC標(biāo)準(zhǔn)電壓等級相同。

2.3 額定連續(xù)電流和溫升限值

額定電流和溫升同樣分別引用GB/T 11022—2011和IEC 62271-1：2017，其中IEC 62271-1：2017將溫升限值部分編制在型式試驗7.5條款中，在這里放在一起進行差異化分析。由于近年來包括我國在內(nèi)，世界各國提高了對環(huán)境保護和溫室氣體的關(guān)注，隨著越來越多環(huán)保氣體以及固體絕緣介質(zhì)的出現(xiàn)，正逐步替代SF6氣體絕緣介質(zhì)，同時研究學(xué)者也在尋找物理特性和SF6相進的絕緣介質(zhì)。所以在IEC62271-1：2017中，將絕緣介質(zhì)修改為氧化性氣體和非氧化性氣體。絕緣介質(zhì)的改變同樣引起了部分部件、材料的溫度和溫升最大值的改變。同時IEC62271-1：2017中對可觸及表面也針對人員使用情況進行了細化，具體差異見表3。其中溫升值為周圍空氣溫度不超過40℃時的最大溫升，其他僅為絕緣介質(zhì)區(qū)別的類別在此不做贅述。

2.4 額定瞬態(tài)恢復(fù)電壓參量

本文以12 kV和24 kV電壓等級電纜系統(tǒng)中的斷路器的關(guān)合和開斷試驗為例，對GB/T 1984—2014和IEC 62271-100：2021中TRV參數(shù)中存在差異進行簡要分析。

通常在126 kV以下（IEC 62271-100：2021中為10 0 kV）電纜系統(tǒng)中斷路器采取兩參數(shù)參考線法（見圖1），首開極系數(shù)kpp通常取kpp =1.5，振幅系數(shù)kaf 對于試驗方式T100取1.4，試驗方式T60取1. 5，試驗方式T30取1.5（IEC62271：2021取1.6），試驗方式T10取1.5（IEC 62271：2021取1.7）。代入式（1）可得TRV峰值uc。

試驗方式T 1 0 0 時間t 3取自表4 ，試驗方式T60、T30和T10分別為0.44t 3、0.22t 3和0.22t 3，時延td =1.5t 3，電壓u?=uc / 3，時間t?=td +t 3/ 3。由次可見影響TRV參數(shù)的主要影響因素分別為首開極系數(shù)kpp，振幅系數(shù)k af，額定電壓Ur 以及時間t 3。詳細參數(shù)差異見表4。

2.5 附錄

附錄部分主要是對標(biāo)準(zhǔn)正文內(nèi)容的補充或解釋說明，分為規(guī)范性附錄和資料性附錄。I E C62271-100：2021中附錄部分修改內(nèi)容較多，本文主要針對重要修改內(nèi)容加以解釋說明。

附錄B型式試驗中試驗參量的容差，在I E C62271-100：2021中對試驗參量的容差提出了新的要求，并且根據(jù)型式試驗中新增的內(nèi)容相應(yīng)增加了高低溫試驗中垂直風(fēng)速和燃弧時間說明參量的容差。具體差異見表5。

3 結(jié) 語

通過本文上述差異分析，可得出以下結(jié)論：

（1）通過標(biāo)準(zhǔn)文本差異分析，適用范圍主要體現(xiàn)在我國電壓等級規(guī)定不同和電網(wǎng)頻率不同；規(guī)范性引用文件主要差異為IEC 62271-100：2021中引用文件為新版IEC標(biāo)準(zhǔn)，而GB/T 1984—2014中引用文件則為IEC舊版標(biāo)準(zhǔn)的修改采用版本；使用條件中IEC 62271-100：2021也有了新的要求；術(shù)語和定義中提出了新的結(jié)構(gòu)和組成部件的術(shù)語；型式試驗中提出了新的罐式斷路器試驗方法，并對型式試驗項目有所改動。

（2）通過標(biāo)準(zhǔn)基本參數(shù)差異分析，在額定絕緣水平中，GB/T 1984—2014，提出了更高的要求；溫升限值中，由于對絕緣介質(zhì)和滅弧介質(zhì)有了環(huán)保方面的需求，IEC 62271-100：2021提出了新的要求；TRC參數(shù)作為電力系統(tǒng)暫態(tài)分析中重要的一環(huán)，IEC62271-100：2021修訂了TRV參量，在試驗過程中結(jié)合斷路器實際運行工況，提出對開斷瞬間電壓波形曲線的擬合更加準(zhǔn)確的需求；附錄B中型式試驗中試驗參量容差主要差異體現(xiàn)在短路試驗中的試驗參量容差。

綜上所述，IEC 62271-100：2021在斷路器結(jié)構(gòu)和部分試驗參量以及容差提出了新的要求，對生產(chǎn)企業(yè)提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高可靠性和安全性，加深檢驗檢測行業(yè)相關(guān)技術(shù)人員理解國際標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范檢驗檢測認(rèn)證活動有著重要意義。

參考文獻

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作者簡介

孫鳴，碩士，研究方向為先進控制技術(shù)與系統(tǒng)。

（責(zé)任編輯：袁文靜）