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(jìn)行分析，主要針對文本差異和基本技術(shù)參量差異兩個(gè)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(yàn)參量的容差。通過以上幾個(gè)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(yàn)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(jì)發(fā)展水平穩(wěn)中向好的趨勢，對電力系統(tǒng)裝機(jī)容量和電能質(zhì)量也逐漸提出了全新要求。針對裝機(jī)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(yùn)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(jìn)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(hù)、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(yùn)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(shí)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(shí)施檢驗(yàn)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(gè)方面進(jìn)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(shí)間相隔較長，同時(shí)GB/T 1984—2014為IEC標(biāo)準(zhǔn)的修改采用版本，因此在兩項(xiàng)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(yàn)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(jìn)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(xiàng)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(shí)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(shí)間跨度長，以便充分研究和考慮不同地區(qū)的實(shí)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(jì)不斷發(fā)展，對裝機(jī)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(jìn)行了細(xì)化，來應(yīng)對不同炎熱或寒冷的使用條件。更加細(xì)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(shí)施年代久遠(yuǎn)，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(shí)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(gè)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(yàn)項(xiàng)目，例如，對電壽命試驗(yàn)、機(jī)械操作試驗(yàn)和容性開合試驗(yàn)不同實(shí)驗(yàn)級(jí)別的高壓交流斷路器進(jìn)行分類，同時(shí)也針對電纜和線路不同的使用場景進(jìn)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(yàn)

GB 1984—2014和IEC 62271-100：2021型式試驗(yàn)部分差異相對較小，在強(qiáng)制的型式試驗(yàn)項(xiàng)目區(qū)別不大，其中絕緣試驗(yàn)、連續(xù)電流試驗(yàn)（溫升試驗(yàn)）以及端子故障試驗(yàn)（短路關(guān)合和開斷試驗(yàn)）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(yàn)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(yàn)中，對適用的型式試驗(yàn)進(jìn)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(yàn)，刪除了在戶外斷路器的端子靜負(fù)載試驗(yàn)。并對部分試驗(yàn)條款增補(bǔ)了一些新條款，或是對原有條款進(jìn)行了調(diào)整。例如，在7.101.3高低溫試驗(yàn)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(yàn)過程中，通過給戶外罐式落地?cái)嗦菲鞯倪厴O縱軸方向垂直施加一個(gè)風(fēng)速為10 km/h（±20%）的模擬風(fēng)，來驗(yàn)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(yàn)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(yàn)中參量的容差。由于電壓等級(jí)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(jí)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(jí)和頻率的適用范圍存在差異，因此兩項(xiàng)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(jí)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(shí)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(jí)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(jí)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(yàn)7.5條款中，在這里放在一起進(jìn)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(hù)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(shí)研究學(xué)者也在尋找物理特性和SF6相進(jìn)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(shí)IEC62271-1：2017中對可觸及表面也針對人員使用情況進(jìn)行了細(xì)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(shí)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(jí)電纜系統(tǒng)中的斷路器的關(guān)合和開斷試驗(yàn)為例，對GB/T 1984—2014和IEC 62271-100：2021中TRV參數(shù)中存在差異進(jìn)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(yàn)方式T100取1.4，試驗(yàn)方式T60取1. 5，試驗(yàn)方式T30取1.5（IEC62271：2021取1.6），試驗(yàn)方式T10取1.5（IEC 62271：2021取1.7）。代入式（1）可得TRV峰值uc。

試驗(yàn)方式T 1 0 0 時(shí)間t 3取自表4 ，試驗(yàn)方式T60、T30和T10分別為0.44t 3、0.22t 3和0.22t 3，時(shí)延td =1.5t 3，電壓u?=uc / 3，時(shí)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(shí)間t 3。詳細(xì)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(bǔ)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(yàn)中試驗(yàn)參量的容差，在I E C62271-100：2021中對試驗(yàn)參量的容差提出了新的要求，并且根據(jù)型式試驗(yàn)中新增的內(nèi)容相應(yīng)增加了高低溫試驗(yàn)中垂直風(fēng)速和燃弧時(shí)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(jí)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(yàn)中提出了新的罐式斷路器試驗(yàn)方法，并對型式試驗(yàn)項(xiàng)目有所改動(dòng)。

（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(yàn)過程中結(jié)合斷路器實(shí)際運(yùn)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(yàn)中試驗(yàn)參量容差主要差異體現(xiàn)在短路試驗(yàn)中的試驗(yàn)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(yàn)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(yàn)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(yàn)檢測認(rèn)證活動(dòng)有著重要意義。

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作者簡介

孫鳴，碩士，研究方向?yàn)橄冗M(jìn)控制技術(shù)與系統(tǒng)。

（責(zé)任編輯：袁文靜）