IEC/TC90超导国际标准化工作介绍

发布时间：2020-09-26

　　摘 要：本文介绍了超导技术领域的国际标准化组织——国际电工委员会超导技术委员会(I E C / T C 9 0 Superconductivity)的基本情况、超导技术领域的国际标准体系、IEC/TC90目前在研的和预研的标准化项目以及近期的发展战略。同时回顾和总结了我国参与超导国际标准化工作的历程、所取得的成绩和存在的不足，对我国超导技术领域未来的标准化之路提出了一些思路和建议。

　　关键词: 超导，组织机构，标准化

　　自1986年发现铜氧化物高温超导体至今已愈 30年，自2006年发现铁基超导体也已13年，期间超导应用研究取得了显著进步[1, 2]。

　　我国在超导线材和电缆产业化方面飞速发展。西部超导材料科技股份有限公司(西部超导)承担了国际热核聚变实验堆(ITER)约2/3低温超导电缆的生产任务，Nb-Ti和Nb3Sn的制造与检测工艺日臻成熟，产品质量已达到国际先进水平，在满足 ITER工程需要的同时，极大推动了NMR和MRI国产化的进程;在REBCO 高温超导二代带材产业化方面，我国已经有了上海超导科技股份有限责任公司(上海超导)、苏州新材料研究所有限公司、上海上创超导科技有限公司3家民营企业，分别建立了不同制备工艺的千米级生产线，在国际上也处于较先进的水平。在MgB2和BSCCO中高温超导带材的工艺优化、Fe-122超导线实用化方面，也取得了不俗的成绩;超导材料已写入《中国制造2025》，并列入新材料产业“ 十三五”发展规划。

　　我国在一些超导应用方面的研发也取得较大进展。仅在电力系统方面的示范性项目就有：湖南娄底10.5kV/1.5kA桥路型高温超导限流器、天津石各庄220kV/800A饱和铁芯型高温超导限流器、河南巩义市360m/10KA高温超导直流输电电缆、甘肃白银全超导变电站等。今年2月，我国首条公里级高温超导电缆示范工程在上海宝山城市工业园区正式启动。这些示范性项目均处于世界上较先进的水平。国防和军事部门对超导技术也越来越重视，已有许多相关的项目正在实施和计划中。

　　标准是大多数新技术在商业上成功的先决条件，在产业化早期开始标准化进程，有可能对超导材料和技术的应用产生深远的影响。

　　1 IEC/TC 90建立

　　1986年氧化物高温超导体被发现，超导技术有了很大发展，1989年7月,在国际电工委员会(IEC)于英国布莱顿召开的全体大会上，正式成立超导技术委员会(Technical Committee No.90 Superconductivity, 简称IEC/TC 90)，负责建立与超导材料和器件相关的国际标准。秘书处设在日本，这也是日本历史上第一次承担IEC的技术委员会秘书处。第一任主席为美国国家标准技术研究所(NIST)的Robert Kamper，第一任秘书长是日本住友集团的Ken-Ichi Sato。第一次会议于1990年5月在东京召开，确定下标准制修订范围：术语和定义、测量方法、材料规格、设备和器件的性能及检测规范[3-5]。

　　IEC/TC 90与两个国际组织有密切合作，一个是“先进材料和标准凡尔赛计划”(简称VAMAS)，是一个关注先进材料标准化预研的国际组织;另一个是“国际大电网会议”(简称CIGRE)，是一个世界领先的电力系统组织。

　　2 超导国际标准化工作现状

　　IEC/TC 90现有日、中、韩、美、俄、德、法、意等10个参加成员国(P-Member)，另有14个观察成员国(O-Member)。现任主席是法国Nexans公司的 Christian Eric Bruzek，秘书长是日本住友电器的 Jun Fujikami。IEC/TC 90以工作组(WG)的形式开展工作，成立后的几年间几个WG次第建立，目前共有14个WG，新近成立的WG13“实用超导线的一般特性”和WG14“超导电子器件”都开始涉足应用。 14个WG中各国专家共计114名，其中日本27名，中国 24名，韩国23名。总的来讲目前阶段IEC/TC 90仍由日本人主导，韩、美参与较多，近年来意、澳、德等国参与程度也在提高。体现在对国际标准文件的反馈和投票方面，各国的反馈意见的数量和质量都有提高。中国在其中是比较活跃的参与者，但仍需要进一步提升国际话语权。

　　截至目前，IEC/TC 90共颁布23项超导国际标准和1项技术报告(TR)(https://www.iec.ch/dyn/www/f?p=103:22:16129450241151::::FSP_ORG_ ID,FSP_LANG_ID:1285,25)。其中9项完成1次修订， 1项完成2次修订，1项完成3次修订。此外IEC/ TC 90和IEC/TC 1共同完成的《IEC 60050-815 国际电工词汇 第815 部分：超导电性》，也已经过1次修订。近来IEC/TC 90推出国际标准的步伐明显加快，仅2018年一年就发布3项新标准。超导国际标准已经从术语和定义、超导特性测量方法，逐渐过渡到实用超导线和超导器件的一般性规范。目前在研项目一共8项，其中新制定的项目包括：“正常状态电阻测量—高温超导约瑟夫森结”“超导纳米线单光子探测器—暗计数率”“临界电流测量—RE-BaCu-O复合超导体的直流临界电流”。此外，IEC/TC 90已经开始预标准化和进行循环比对试验(RRT)的项目有如下9项。

　　·超 导 电 缆 直 流 临 界 电 流 测 量(D r . Te r u o Matsushita，九州理工学院/日本);

　　·*实用化低温超导线扭距测量(王秋良研究员，西部超导/中国);

　　·实用化高温超导线的临界电流与拉应力/应变的关系(Dr. Kozo Osamura，京都大学/日本);

　　·实用化高温超导线临界电流的可逆应变极限(Dr. Hyung Seop Shin，安东国立大学/韩国);

　　·*MgB2线材磁场下直流临界电流测量(VAMAS， Dr. Matteo Tropeano，Columbus/意大利);

　　·MgB2线材室温拉伸应力应变特性测量(Ing. Marco Statera，INFN/意大利);

　　·*B SCCO和R EBCO 带材 液氮或液氦温 度下拉伸应力应变特性测量(VAMAS，Dr. Nadezda Bagrets， KIT/德国);

　　·正常状态电阻测量—高温超导约瑟夫森结(已立项)(Dr. Cathy Foley，CSIRO/澳大利亚);

　　·*超导纳米线单光子探测器—暗计数率(已立项)(尤立星研究员，中科院上海微系统与信息技术研究所(上海微系统所)/中国);(其中“*”号表示有中国机构参加。)

　　这些标准化预研工作有些是与VAMAS合作开展的。VAMAS-TWA16“超导材料”成立于1993年，目标是通过实验室间比较建立超导临界参数，如临界电流、临界温度、临界场和交流损耗等的可靠测量方法，目前主席Gen Nishijima也是日本人。

　　随着超导实用化进程(特别是强电应用，如超导电缆和超导磁体等)的推进，超导与传统电力工程领域的融合度逐渐提升。国际上超导标准的建设开始考虑与传统电力技术的兼容性，同时体现超导特性。IEC/TC 90与相关组织的合作也越来越密切。IEC/TC 90与IEC/TC 20“电缆(Electric cables)”合作，于2019年2月发布了第一个超导电缆相关的国际标准《IEC 63075:2019额定电压从 6千伏到500千伏的超导交流电力电缆及其附件— 测试方法和要求》。另外，IEC/TC 90与CIGRE合作，于2010年5月份建立CIGRE WG D1.38(该工作组中有2名中国专家)，并于2016年8月发布了一个题为《高温超导电力设备的共同特点和新兴测试技术(WG D1.38 Technical Brochure No. 644)》的技术手册[1]。手册中对全球超导电力应用示范性项目及线材和电缆技术现状等做了较全面的总结。目前这个工作组已解散，在其基础上分别于2016年、 2017年成立了两个新的工作组：侧重于测试技术的 D1.69和侧重于绝缘技术的D1.64。这两个工作组与 IEC/TC 90 密切合作开展工作，2018年5月曾一起在上海电缆研究所组织召开了工作组会议和联合研讨会。目前IEC/TC 90正在与CIGRE WG D1.64合作撰写“低温下高温超导电力设备和电绝缘系统的设计”，同时与CIGRE WG D1.69合作撰写“高温超导电力装置测试(工厂和现场)问题”技术手册。

　　IEC/TC 90每两年召开一次全体会议，会议地点按惯例依次在美洲、亚洲、欧洲国家之间轮换，一般都选择与重要的国际学术会议同期举办。每次全体会之前是各个WG分组讨论会，通常还会举办一个小型研讨会，就未来可能标准化的课题展开讨论。最近的第十六届全体会议于2018年10月17~20日在韩国釜山会展中心(BEXCO)召开，来自中、日、韩、美、德、法、沙特的30余名代表参会。中国参会代表9名。本期小型研讨会的议题是“对高温超导二代长线均匀性测试技术的需求”及各个国家委员会的“当前预研课题”。从会后提交给IEC标准化管理局(SMB)的例行报告看，未来3~5年IEC/TC 90 将开拓如下3个新的工作领域：“超导设备用低温绝缘材料的试验方法”“MgB2线材特性测试标准化”“超导线扭距测量方法(中国牵头)”。下届全体会议将于2020年在欧洲召开，地点是意大利米兰或法国巴黎。

　　随着IEC/TC 90的标准化对象逐渐过渡到超导器件和技术的常规应用，除VAMAS和CIGRE之外，IEC/TC 90开始谋求与现有相关委员会一起工作，建立联合工作组、共同制定超导技术标准。如之前提到的，IEC/TC 90与TC 20一起进行的“交流超导电缆测试”工作，再比如IEC/TC 90将和IEC/TC 112合作进行“超导线的电气绝缘技术及其应用”研究。此外超导电子学方面，超导传感器/器件的标准化是IEEE和TC 90/WG14联合工作组的目标。

　　3 我国参与超导国际标准化工作

　　3.1 历史回顾

　　高温 超导 体发现 之 后，19 8 7年5月国家 超导技术联合研究开发中心(简称国家超导中心)成立，作为“国家队”负责超导攻关计划的组织实施和国内外学术交流。1990年8月，国家技术监督局授权国家超导中心为IEC/TC 90的国内技术对口单位，代表中国参与超导国际标准化活动，并承担超导国家标准的制修订工作[6, 7]。1991年9月，国家超导中心组织成立“IEC/TC 90中国联络组”，由中科院物理研究所超导国家重点实验室、北京有色金属研究总院、西北有色金属研究院、中科院电工研究所、中科院上海冶金研究所等10个单位组成，后扩充到 13个单位。期间国家超导中心因其在国内超导研究领域的科技领先性和技术权威性，带领IEC/TC 90 中国联络组参与超导国际标准制修订工作，每年拨专款支持，也曾单独就超导测试标准设立科研项目。

　　经国家超导中心筹备，全国超导标准化技术委员会(SAC/TC 265，简称“超导标委会”)于2003 年被正式批准成立，国家超导中心副主任杨乾声任主任委员，国家超导中心办公室主任刘宜平任秘书长，秘书处设在中科院物理研究所。超导标委会负责超导技术领域的标准化工作并对口IEC/TC 90。图1为成立大会当天合影。成立之初，标委会委员中教授、研究员比例高达77.3%。众多超导专家直接参与标准化工作，无疑提升了我国在该领域的标准化水平，基本与国际上保持同步。

　　目前的全国超导标准化技术委员会为第二届，于2016年底完成换届，主任委员由国家超导重点实验室主任周兴江担任。

　　3.2 所取得的成绩

　　中国是IEC常任理事国，也是IEC/TC 90的参加成员国，有参加超导国际标准制修订的权利和义务。我国参与国际标准化活动总结归纳为以下几个方面。

　　(1)派专家加入IEC/TC 90各工作组

　　IEC/TC 90各WG通常在一些超导领域国际知名学术会议(如EUCAS，ASC等)期间，利用傍晚时间段召开工作会议，讨论国际标准制修订相关问题。我国约有40余名专家在不同时期先后参加各个工作组，在会上代表中国发表意见。2016年超导标委会着手调整TC 90的中国专家。经过两年多的考察，遴选出学术水平高、英文能力好、年富力强的专家加入。新专家队伍由24名成员构成，将在TC 90服务相对较长一段时期，力争在国际标准化活动中发出更强的声音。

　　中国专家、中科院电工研究所张国民和上海微系统所尤立星研究员，分别于2015年和2018年被授予“IEC 1906奖”。

　　(2)对IEC/TC 90国际标准草案投票

　　超导标委会组织国内专家参加国际标准制修订过程中新项目提案(NP)、委员会草案(CD)、委员会投票草案(CDV)、国际标准最终草案(FDIS)共4轮文件的投票和意见反馈，反馈率达100%，并且基本每次都附有修改意见，特别是对比较关键的NP和CDV文件，意见和建议中的绝大多数都为各 WG所接受。

　　(3)组织国内机构参加预标准化RRT

　　在超导标委会的鼓励和支持下，国内机构踊跃参加国际标准制修订过程中的RRT。近年来有：

　　·2 015年西部超导和中科院等离子体物理研究所参加了Nb3Sn复合超导线剩余电阻比的国际 RRT。

　　·2016年中科院等离子体物理研究所和西部超导参加了MgB2线材短样直流临界电流测量的国际 RRT。

　　·2016年上海超导参加了BSCCO一代和REBCO 二代带材液氮温区拉伸的国际RRT[8]。

　　·2018年中科院上海微系统所和南京大学组织 /参加了超导纳米线单光子探测器暗记数率测量的国际RRT。

　　(4)参加和承办IEC/TC 90大会

　　超导标委会坚持组织国内专家出席历届IEC/ TC 90全体会议。并且，中国于1996年10月17~18日在北京承办了IEC/TC 90第四届全体会议，于2012 年8月20~22日在西安承办了第十三届全体会议。图 2为西安会议合影，本次会议由西部超导承办，来自中、美、德、法、日、韩等6个国家的40余名专家学者参加了会议。

　　(5)国际标准采标

　　目前，超导标委会对IEC/TC 90 发布的24项国际标准文件中的14项已经完成采标，形成国家标准发布实施。6项国际标准(IEC 61788-15~21)的采标工作已被批准立项(其中2项采标合并为1项)，目前项目进展基本顺利。正在申请采标立项的有3项。对IEC 60050-815第二版的采标工作也已完成。

　　(6)主持国际标准制定

　　截 至目前，对 超 导 国 际 标 准 的 制 修 订 工作中国还是参与为主，主持的项目并不多。国家超导中心时期，我国专家 在 WG 4 担任召集 人 期间组织了5个国家13个机构参加的国际循环比对试验(RRT)，在2001年7月正式发布国际标准《IEC 61788- 4:20 01 超导电性 第4部分：剩余电阻比 测量——铜/铌- 钛复合超导体的剩余电阻比》[9]; 2018年6月中国正式向IEC/TC 90递交国际标准新提案“超导纳米线单光子探测器—暗记数率测量(Superconducting (nano)strip photon detector - dark count rate)”。2018年10月项目被正式立项，编号： IEC 61788-22-3。这是全球首个单光子探测器的国际标准项目，也是我国在超导电子学领域首个牵头的国际标准项目，计划于2021年9月正式发布;此外，在2018年的TC 90全体会议上，西部超导牵头的“Nb-Ti和Nb3Sn低温复合超导线扭距测量方法标准(The twist pitch measurement of NbTi/Nb3Sn superconducting wire)”作为预工作项目(PWI)正式归入WG6讨论，有望在2020年形成NP。我国在 “高温超导二代长带临界电流及其沿长度方向的均匀性测量”方面的预研工作 也走在世界前面。——论文作者：李 洁1 杨乾声1 刘宜平1 肖 玲2 史 越1 郑东宁1 张国民3 尤立星4 周兴江1

　　IEC/TC90超导国际标准化工作介绍出自：《中国标准化》China Standardization(月刊)曾用刊名：标准化通讯，1958年创刊，是宣传重点是政府的标准化方针和政策;标准化基础理论;标准化技术动向;介绍呼类标准制定、实施的情况和经验;报道国内外标准化动态和热点;企业在生产、经销、检验工作中的标准化情况;合格评定工作动态;质量检验和抽查;科技和标准化基础知识等。