智能牽引供電系統標準體系研究

朱飛雄

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智能牽引供電系統標準體系研究

朱飛雄

研究了國際電工委員會（IEC）和我國國家電網公司的智能電網標準體系，基于智能牽引供電系統與智能電網的差異，提出了涵蓋基礎通用方面標準和產品裝備、工程建設、運維管理3大板塊的我國智能牽引供電系統標準體系框架結構及其標準組成、主要內容，以推進智能牽引供電系統建設。

智能；牽引供電系統；標準體系

0 引言

近年來，為推動中國高鐵綜合技術創新持續領跑世界，中國鐵路總公司提出了建設智能鐵路的發展戰略，全面推進中國智能高鐵建設。一是在京沈高鐵遼寧段全面啟動包括智能牽引供電系統試驗等在內的27項高速鐵路智能關鍵技術綜合試驗；二是深入開展以“智能京張”“智能京雄”為代表的鐵路智能建造技術研究，并取得標志性成果。

中國智能高鐵是采用云計算、物聯網、大數據、北斗定位、下一代移動通信、人工智能等先進技術，通過新一代信息技術與高速鐵路技術的集成融合，實現高鐵智能建造、智能裝備、智能運營技術水平全面提升，使高速鐵路運營更加安全高效、綠色環保、便捷舒適。

鐵路尤其高速鐵路的牽引供電負荷（客運電動車組）的特殊重要性，對牽引供電系統的安全性、可靠性提出了更高要求。同時，隨著智能電網相關技術的日臻成熟和智能電網相關標準已成體系，研發智能牽引供電系統的相關技術和標準體系勢在必行。

1 國內外標準現狀

1.1 國外智能電網標準體系現狀

智能電網是在傳統電力系統的基礎上，集成新能源、新材料、新設備和先進傳感技術、信息技術、控制技術、儲能技術等新技術而形成的新一代電網，具有高度信息化、自動化、互動化等特征，可以更好地實現安全、可靠、經濟、高效運行。

國際電工委員會（IEC）于2004年建立了國際上唯一的智能電網國際標準體系。該體系當時僅有10大部分（篇）共14項標準，之后不斷發展完善為以變電站自動化系統結構和數據通信標準IEC61850為基礎和骨干的數十項標準，其中部分現行標準見表1。

1.2 國內智能電網標準體系現狀

國家電網公司在智能電網IEC國際標準體系的基礎上，通過智能電網的理論創新、標準規范、關鍵技術、工程建設、重要裝備方面取得的一系列重大突破，建立了覆蓋發電、輸電、變電、配電、用電、調度及信息通信各領域，涵蓋基礎通用、產品裝備、工程建設、運維管理全過程和各方面，包括國家電網公司主導制定的國際標準、國家標準、行業標準和企業標準的世界領先的智能電網標準體系，其中部分現行標準見表2。

1.3 智能牽引供電系統標準體系現狀

智能牽引變電所（分區所、AT所和開閉所）是鐵路牽引供電系統的基礎和主體。根據GB/T 30155-2013《智能變電站技術導則》的定義：智能變電站是采用先進、可靠、集成、低碳、環保的智能設備，以全站信息數字化、通信平臺網絡化、信息共享標準化為基本要求，自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量和監測等基本功能，并可根據需要支持電網實時自動控制、智能調節、在線分析決策、協同互動等高級功能的變電站[1]。

表1 智能電網IEC國際標準體系部分現行標準

表2 國家電網公司智能電網標準體系部分現行標準

鐵路牽引供電系統是公共電力系統的特殊配電用戶，既具有公共電力系統的一般特性，將智能牽引變電所按邏輯功能劃分為過程層、間隔層和站控層的3層結構，又在供電方式、負荷特征、高壓設備等方面與公共電力系統有著鮮明差異，這些差異使鐵路牽引供電系統不能完全照搬我國智能電網的標準體系，只能在其基礎上研究與制定智能牽引供電系統標準體系。

除國際電工委員會（IEC）智能電網國際標準體系外，國外尚未查詢到鐵路智能牽引供電系統相關標準。

近年，中國鐵路總公司組織高校、科研、設計、制造和運營等產學研用單位，一是開展基于IEC61850標準的智能牽引變電工程技術應用和智能牽引變電所總體架構設計標準等研究；二是在新建京張高鐵、山西中南部鐵路等工程中設計應用智能牽引變電所，并在京沈高鐵進行了智能牽引供電系統試驗；三是對部分既有牽引變電所實施智能化改造，實現系統平臺可視、設備健康管理、能源管理分析、專家分析系統和應急處理預案等高級應用的投入使用。

在技術標準方面，我國尚無智能牽引供電系統方面的國家、行業和團體標準，中國鐵路總公司發布了《智能牽引供電系統總體技術方案》（科技裝函[2016]73號）、《智能牽引供電系統主要設備技術條件》（科技裝函[2016]180號）、鐵路供電安全檢測監測系統（6C）各部分的暫行技術條件等企業標準，為我國智能牽引供電系統標準體系的建立奠定了良好的基礎，但我國總體上尚未建立系統、完整的智能牽引供電系統標準體系。

2 智能牽引供電系統標準體系及標準組成

黨的“十九大”后，中國鐵路總公司提出“交通強國、鐵路先行”的戰略目標，要求2020年鐵路工程建設實現“三個世界領先、兩個進一步提升”，即鐵路網規模和質量達到世界領先、鐵路建設標準體系達到世界領先、鐵路工程建造技術達到世界領先，鐵路建設管理水平進一步提升、服務“一帶一路”建設能力進一步提升。智能牽引供電系統標準體系應能滿足智能裝備、智能建造、智能運維的各項要求。

2.1 智能牽引供電系統標準體系的框架結構

參考國家電網公司的智能電網標準體系，智能牽引供電系統標準體系建議涵蓋基礎標準和產品裝備、工程建設、運維管理3大板塊標準，體系架構如圖1所示。

圖1 智能牽引供電系統標準體系架構

2.2 智能牽引供電系統標準體系的標準組成

2.2.1 基礎標準

基礎標準是智能牽引供電系統標準體系的基礎，對智能牽引供電系統標準體系的其他標準具有普遍的指導意義。基礎標準涉及智能牽引供電系統的總體框架、系統功能、基礎數據、數據質量、傳輸網絡、網絡安全、信用體系、能源網絡等內容，主要包括《智能牽引供電系統總體技術方案》（科技裝函[2016]73號）等標準，為實現智能鐵路目標奠定基礎。

2.2.2 產品裝備板塊標準

產品裝備板塊標準涉及智能牽引變壓器等鐵路專用設備的功能性能、技術指標等智能裝備要求，主要包括《智能牽引供電系統主要設備技術條件》（科技裝函[2016]180號）、鐵路供電安全檢測監測系統（6C）各部分的技術條件、6C綜合數據處理中心技術條件等標準。其中6C系統主要功能包括對接觸網懸掛參數和弓網運行參數的檢測，對接觸懸掛、腕臂結構、附加導線及線纜和零件部件的檢測，對接觸網參數的實時檢測，對受電弓滑板狀態、接觸網特殊斷面和地點的實時監測，對接觸網運行參數和供電設備參數的檢測等。

2.2.3 工程建設板塊標準

工程建設板塊標準涉及新建和改擴建智能牽引供電系統的設計、施工、驗收、檢測等，主要包括《智能牽引變電工程設計規范》《牽引變電工程智能化改造技術規范》《智能牽引供電工程建造規范》《智能牽引供電工程檢測規程》等新編標準，持續推動牽引供電工程建設向信息化、專業化、智能化方向發展，為實現牽引供電工程智能建造奠定基礎。

《智能牽引變電工程設計規范》適用于新建智能牽引變電工程設計，重點對不同速度等級牽引變電工程的智能設備配置、電子互感器、設備狀態監測、變電站自動化系統、二次設備組柜及布置、光/電纜選擇、防雷接地和抗干擾、高級應用功能等的技術要求進行規范。

《牽引變電工程智能化改造技術規范》適用于對既有的傳統型綜合自動化系統階段的牽引變電所、分區所、AT所和開閉所的智能化改造設計、施工與驗收。

《智能牽引供電工程建造規范》主要內容為智能牽引變電所的現場安裝調試要點和方法等，并可包括以BIM技術為核心，綜合運用物聯網、云計算、移動互聯、大數據等信息技術，實現以信息智能采集、高效協同管理、數據科學分析、過程智慧預測等為主要內容的工程建設信息化方面的智能建造內容。

《智能牽引供電工程檢測規程》主要內容包括智能牽引供電系統的整體試驗和各項驗證功能性試驗檢測的技術標準、評估方法。智能牽引變電所一次設備的智能化和二次設備的網絡化，使其與傳統牽引變電所的試驗評估方法具有較大差異。

2.2.4 運維管理板塊標準

運維管理板塊標準涉及智能牽引供電系統的運行監測、應急處置和車路交互等內容，主要包括智能牽引變電所運營維護標準、高速鐵路供電安全檢測監測系統（6C系統）的運用及其數據分析研判標準等。

運維管理板塊標準的重點和難點是通過對智能牽引變電所海量信息數據和弓網檢測監測數據的分析整理，建立具有專家系統和決策支持的廣域分布智能調度系統，實現對牽引供電系統的運行狀態、潮流分布、故障預警、輔助決策、事故分析、檢修計劃、搶修預案等環節的自動調整與組織，提升牽引供電系統的運行可靠性和運行效能，優化故障快速處理、快速恢復和適應運輸組織的能力，在整個中國鐵路總公司范圍內實現牽引供電系統運行可控、設備狀態可視、運營維護可循的智能運維目標。

3 結語

公共電力系統變電站經歷了綜自系統變電站、數字化變電站、智能變電站等階段，智能電網各項技術已經成熟，建立了涵蓋基礎通用、產品裝備、工程建設、運維管理全過程的系統完整的智能電網標準體系。本文對我國智能牽引供電系統標準體系框架結構及其標準組成進行了探索，以期通過標準先行，盡快建立并不斷完善智能牽引供電系統標準體系，穩步和高效推進智能牽引供電系統建設。

[1] 國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會. GB/T 30155-2013 智能變電站技術導則[S]. 北京：中國標準出版社，2014.

Study is made for the smart grid standard system of the International Electromechanical Commission (IEC) and State Grid Corporation of China, on the basis of difference between intelligent traction power supply system and smart grid, the China’s intelligent power supply system standard system structures and the composition and main contents of the standard covering 3 big sectors of fundamental general standard, products & equipment, engineering construction and maintenance & management are put forward, so as to promote the construction of intelligent traction power supply system.

Intelligent; traction power supply system; standard system

10.19587/j.cnki.1007-936x.2018.06.002

U223.1

A

1007-936X(2018)06-0006-03

2018-09-11

朱飛雄.中國鐵路經濟規劃研究院有限公司，教授級高級工程師。