高压交流断路器标准的主要差异分析

孙鸣 史丰硕 李阿狮 张帅

摘 要：本文主要对GB/T 1984—2014与IEC 62271-100：2021的差异进行分析，主要针对文本差异和基本技术参量差异两个方面，其中文本差异主要分析了适用范围和规范性引用文件、使用条件以及术语和定义；基本技术参量差异主要分析了额定绝缘水平、温升限值、TRV参数以及试验参量的容差。通过以上几个方面的分析，加深对标准理解和规范检测认证。

关键词：高压交流断路器，适用范围，规范性引用文件，术语和定义，额定绝缘水平，温升限值，TRV参数，试验参量的容差

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

0 引 言

近年来，随着我国经济发展水平稳中向好的趋势，对电力系统装机容量和电能质量也逐渐提出了全新要求。针对装机容量和电能质量提出了柔性输电网络、小微电网、1100 kV特高压输电等新的研究领域。高压断路器等高压开关设备是输配电网络中的重要组成部分，可快速隔离电网故障部分、投切电网，对电网的安全、可靠、稳定运行有着重要意义[1]。标准的更新对于规范高压开关设备行业，推进国际高压开关设备认证，以及提高产品质量具有重要意义。随着对继电保护、触头材料、绝缘材质等领域的深入研究，为适应新的技术创新和产品发展趋势，确保高压交流断路器安全可靠的运行，从而保障电能质量和电网安全，高压交流断路器的产品检测标准也在逐步完善[2]。

目前我国现行国家标准GB/T 1984—2014《高壓交流断路器》为IEC 62271-100：2008修改采用版本，于2014年6月24日发布，2015年1月22日实施，而IEC（International Electrotechnical Commission）发布的标准IEC 62271-100：2021于2021年7月发布，与现行国家标准差异较大。为更好地适应标准变化，实施检验检测认证工作，本文将主要差异分为标准文本差异和标准基本技术参数差异两个方面进行差异化分析。

1 标准文本差异

由于地区化差异以及GB/T 1984—2014和IEC62271-10 0：2021两标准颁布时间相隔较长，同时GB/T 1984—2014为IEC标准的修改采用版本，因此在两项标准文本上存在部分差异，主要体现在适用范围和规范性引用文件、正常和特殊使用条件、术语和定义以及型式试验中的文本差异。

1.1 适用范围和规范性引用文件

由于国家现行标准为修改采用，GB/T 1984—2014针对我国国情对IEC标准进行了适当修改，主要体现在GB/T 1984—2014适用的频率为50 Hz，电压3000 V以上系统中的交流断路器，而IEC 62271-100：2021则适用于频率为50 Hz和/或60 Hz，电压1000 V以上系统中的交流断路器[3-4]。另外，国家标准和IEC标准在引用文件上也存在差异，这是由于国家标准和IEC标准的术语和定义和额定值存在一定的差异，因此两项标准在引用文件上也有所不同。规范性引用文件差异见表1。

1.2 正常和特殊使用条件

世界各地地形和气候条件复杂多样，对各种标准的制定和实施带来了挑战。为了应对这些挑战，新旧标准的颁布时间跨度长，以便充分研究和考虑不同地区的实际情况和需求。就我国而言，东西方向地形高度坡差较大，从平原到平均海拔3000 m的高原地带，南北方向维度覆盖范围广，从热带气候到寒带气候。并且随着经济不断发展，对装机量的需求日益提高，输配电网络不断向着人烟稀少的西部和海上孤立的岛屿覆盖。因而，为了应对更加极端的环境条件，亟需对高压交流断路器的使用条件提出新的要求。

对于正常使用条件而言，IEC 62271-100：2021中引用的标准IEC 62271-1：2017将最低空气温度的优选值改为了户内使用条件最低空气温度不低于-5℃、户外使用条件最低空气温度不低于-25℃。对于特殊使用条件而言，引用标准中将温度和湿度中优选最低和最高温度范围的规定进行了细化，来应对不同炎热或寒冷的使用条件。更加细化的使用条件可以让生产企业针对不同用户提出的使用条件生产特殊产品，以满足特殊用户的使用需求。

1.3 术语和定义

由于规范性引用文件有差异，且标准实施年代久远，可能有些产品类型不再适用，或由于国家差异和我国电网实际情况有所不同，术语和定义主要区别在通用术语、开关装置、断路器部件三个方面，其他术语和定义同样存在少量差异。

其中通用术语中，IEC 62271-100：2021中添加了例如有效性接地系统、非有效性接地系统、带电绝缘电缆、分相屏蔽电缆以及径向电场电缆等定义。开关装置中，国标针对不同型式试验项目，例如，对电寿命试验、机械操作试验和容性开合试验不同实验级别的高压交流断路器进行分类，同时也针对电缆和线路不同的使用场景进行了分类。断路器部件中，国标与IEC标准差异较大，IEC标准中新增部分辅助和控制回路中的零部件，例如脱扣器、防跳装置、连锁装置和电阻器开关等。

1.4 型式试验

GB 1984—2014和IEC 62271-100：2021型式试验部分差异相对较小，在强制的型式试验项目区别不大，其中绝缘试验、连续电流试验（温升试验）以及端子故障试验（短路关合和开断试验）存在前文所述的额定绝缘水平、温升限值以及TRV参数等方面的差异，在试验方法和具体条款内容上区别不大。

在IEC 62271-100：2021型式试验中，对适用的型式试验进行了部分调整，增加了真空断路器真空灭弧室的X射线试验，删除了在户外断路器的端子静负载试验。并对部分试验条款增补了一些新条款，或是对原有条款进行了调整。例如，在7.101.3高低温试验中增加了户外落地罐式断路器的附加要求，该条款目的是在低温试验过程中，通过给户外罐式落地断路器的边极纵轴方向垂直施加一个风速为10 km/h（±20%）的模拟风，来验证为防止低温环境中绝缘气体发生液化而装设的壳体加热装置的合理性。

2 标准基本技术参量差异

根据前文所述，GB/T 1984—2014和IEC 62271-100：2021中同样存在试验参量上的差异，主要体现在额定值与附录B中规定的试验中参量的容差。由于电压等级和频率适用范围的区别，因此额定绝缘水平、温升限值以及额定短路开断电流相关的瞬态恢复电压参量（Transient Recovery Voltage，TRV）有所区别。本文主要以输配电网络常用的12 kV和24kV等级电压为例，简要分析GB/T 1984—2014和IEC62271-100：2021中的基本参量差异。

2.1 额定值

由于国标和IEC标准中电压等级和频率的适用范围存在差异，因此两项标准中部分额定值存在差异，主要差异额定值为额定绝缘水平、温升限值以及与额定短路开断电流相关的TRV不同，其中额定绝缘水平和TRV参量与额定电压等级相关，本文中以输配电网络常用的12 kV和24 kV为例，分析国标与IEC标准差异。

2.2 额定绝缘水平

GB/T 1984—2014与IEC 62271-100：2021额定值分别引用标准GB/T 11022—22011与IEC 62271-1：2017，GB/T 11022—22011同样为修改采用版本[5-6]。额定绝缘水平主要包括雷电冲击电压（Up）、工频电压（Ud）以及操作冲击电压（U s），其中操作冲击电压仅适用于252 kV（IEC：245kV）以上高压开关装置产品，Ud与Up在隔离断口和相间、相对的不同作用位置时额定值有所区别，12 kV和24 kV额定绝缘水平见表2。

由表2可见，在输配电常用电压等级12 kV以及24 kV高压开关装置中，IEC标准额定工频耐受电压通常低于国标要求，12 kV开关装置中IEC标准额定雷电冲击耐受电压低于国标要求，24 kV额定雷电冲击耐受电压国标与IEC标准电压等级相同。

2.3 额定连续电流和温升限值

额定电流和温升同样分别引用GB/T 11022—2011和IEC 62271-1：2017，其中IEC 62271-1：2017将温升限值部分编制在型式试验7.5条款中，在这里放在一起进行差异化分析。由于近年来包括我国在内，世界各国提高了对环境保护和温室气体的关注，随着越来越多环保气体以及固体绝缘介质的出现，正逐步替代SF6气体绝缘介质，同时研究学者也在寻找物理特性和SF6相进的绝缘介质。所以在IEC62271-1：2017中，将绝缘介质修改为氧化性气体和非氧化性气体。绝缘介质的改变同样引起了部分部件、材料的温度和温升最大值的改变。同时IEC62271-1：2017中对可触及表面也针对人员使用情况进行了细化，具体差异见表3。其中温升值为周围空气温度不超过40℃时的最大温升，其他仅为绝缘介质区别的类别在此不做赘述。

2.4 额定瞬态恢复电压参量

本文以12 kV和24 kV电压等级电缆系统中的断路器的关合和开断试验为例，对GB/T 1984—2014和IEC 62271-100：2021中TRV参数中存在差异进行简要分析。

通常在126 kV以下（IEC 62271-100：2021中为10 0 kV）电缆系统中断路器采取两参数参考线法（见图1），首开极系数kpp通常取kpp =1.5，振幅系数kaf 对于试验方式T100取1.4，试验方式T60取1. 5，试验方式T30取1.5（IEC62271：2021取1.6），试验方式T10取1.5（IEC 62271：2021取1.7）。代入式（1）可得TRV峰值uc。

试验方式T 1 0 0 时间t 3取自表4 ，试验方式T60、T30和T10分别为0.44t 3、0.22t 3和0.22t 3，时延td =1.5t 3，电压u?=uc / 3，时间t?=td +t 3/ 3。由次可见影响TRV参数的主要影响因素分别为首开极系数kpp，振幅系数k af，额定电压Ur 以及时间t 3。详细参数差异见表4。

2.5 附录

附录部分主要是对标准正文内容的补充或解释说明，分为规范性附录和资料性附录。I E C62271-100：2021中附录部分修改内容较多，本文主要针对重要修改内容加以解释说明。

附录B型式试验中试验参量的容差，在I E C62271-100：2021中对试验参量的容差提出了新的要求，并且根据型式试验中新增的内容相应增加了高低温试验中垂直风速和燃弧时间说明参量的容差。具体差异见表5。

3 结 语

通过本文上述差异分析，可得出以下结论：

（1）通过标准文本差异分析，适用范围主要体现在我國电压等级规定不同和电网频率不同；规范性引用文件主要差异为IEC 62271-100：2021中引用文件为新版IEC标准，而GB/T 1984—2014中引用文件则为IEC旧版标准的修改采用版本；使用条件中IEC 62271-100：2021也有了新的要求；术语和定义中提出了新的结构和组成部件的术语；型式试验中提出了新的罐式断路器试验方法，并对型式试验项目有所改动。

（2）通过标准基本参数差异分析，在额定绝缘水平中，GB/T 1984—2014，提出了更高的要求；温升限值中，由于对绝缘介质和灭弧介质有了环保方面的需求，IEC 62271-100：2021提出了新的要求；TRC参数作为电力系统暂态分析中重要的一环，IEC62271-100：2021修订了TRV参量，在试验过程中结合断路器实际运行工况，提出对开断瞬间电压波形曲线的拟合更加准确的需求；附录B中型式试验中试验参量容差主要差异体现在短路试验中的试验参量容差。

综上所述，IEC 62271-100：2021在断路器结构和部分试验参量以及容差提出了新的要求，对生产企业提高产品质量，提高可靠性和安全性，加深检验检测行业相关技术人员理解国际标准，规范检验检测认证活动有着重要意义。

参考文献

[1]Mirsad Kapetanovic.High Voltage Circuit Breakers[M].Bei Jing： Machinery Industry Press，2015.

[2]杨大锟，张姝，田晓越.高压开关设备标准解读[M].北京：中国电力出版社，2016.

[3]全国高压开关设备标准化技术委员会.高压交流断路器：GB/T 1984—2014[S].北京：中国标准出版社，2014.

[4]International Electrotechnical Commission. High-voltage switchgear and controlgear–Part 10 0： Alternatingcurrent circuit-breakers： IEC 62271-100：2021[S].Geneva，Switzerland，2021.

[5]全国高压开关设备标准化技术委员会.高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求：GB/T 11022—2011[S].北京：中国标准出版社，2012.

[6]International Electrotechnical Commission. High-voltage switchgear and controlgear-Part 1： Common specifications：IEC 62271-1：2007[S].Geneva， Switzerland，2007.

作者简介

孙鸣，硕士，研究方向为先进控制技术与系统。

（责任编辑：袁文静）