智能牵引供电系统标准体系研究

朱飞雄



智能牵引供电系统标准体系研究

朱飞雄

研究了国际电工委员会（IEC）和我国国家电网公司的智能电网标准体系，基于智能牵引供电系统与智能电网的差异，提出了涵盖基础通用方面标准和产品装备、工程建设、运维管理3大板块的我国智能牵引供电系统标准体系框架结构及其标准组成、主要内容，以推进智能牵引供电系统建设。

智能；牵引供电系统；标准体系

0 引言

近年来，为推动中国高铁综合技术创新持续领跑世界，中国铁路总公司提出了建设智能铁路的发展战略，全面推进中国智能高铁建设。一是在京沈高铁辽宁段全面启动包括智能牵引供电系统试验等在内的27项高速铁路智能关键技术综合试验；二是深入开展以“智能京张”“智能京雄”为代表的铁路智能建造技术研究，并取得标志性成果。

中国智能高铁是采用云计算、物联网、大数据、北斗定位、下一代移动通信、人工智能等先进技术，通过新一代信息技术与高速铁路技术的集成融合，实现高铁智能建造、智能装备、智能运营技术水平全面提升，使高速铁路运营更加安全高效、绿色环保、便捷舒适。

铁路尤其高速铁路的牵引供电负荷（客运电动车组）的特殊重要性，对牵引供电系统的安全性、可靠性提出了更高要求。同时，随着智能电网相关技术的日臻成熟和智能电网相关标准已成体系，研发智能牵引供电系统的相关技术和标准体系势在必行。

1 国内外标准现状

1.1 国外智能电网标准体系现状

智能电网是在传统电力系统的基础上，集成新能源、新材料、新设备和先进传感技术、信息技术、控制技术、储能技术等新技术而形成的新一代电网，具有高度信息化、自动化、互动化等特征，可以更好地实现安全、可靠、经济、高效运行。

国际电工委员会（IEC）于2004年建立了国际上唯一的智能电网国际标准体系。该体系当时仅有10大部分（篇）共14项标准，之后不断发展完善为以变电站自动化系统结构和数据通信标准IEC61850为基础和骨干的数十项标准，其中部分现行标准见表1。

1.2 国内智能电网标准体系现状

国家电网公司在智能电网IEC国际标准体系的基础上，通过智能电网的理论创新、标准规范、关键技术、工程建设、重要装备方面取得的一系列重大突破，建立了覆盖发电、输电、变电、配电、用电、调度及信息通信各领域，涵盖基础通用、产品装备、工程建设、运维管理全过程和各方面，包括国家电网公司主导制定的国际标准、国家标准、行业标准和企业标准的世界领先的智能电网标准体系，其中部分现行标准见表2。

1.3 智能牵引供电系统标准体系现状

智能牵引变电所（分区所、AT所和开闭所）是铁路牵引供电系统的基础和主体。根据GB/T 30155-2013《智能变电站技术导则》的定义：智能变电站是采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能的变电站[1]。

表1 智能电网IEC国际标准体系部分现行标准

表2 国家电网公司智能电网标准体系部分现行标准

铁路牵引供电系统是公共电力系统的特殊配电用户，既具有公共电力系统的一般特性，将智能牵引变电所按逻辑功能划分为过程层、间隔层和站控层的3层结构，又在供电方式、负荷特征、高压设备等方面与公共电力系统有着鲜明差异，这些差异使铁路牵引供电系统不能完全照搬我国智能电网的标准体系，只能在其基础上研究与制定智能牵引供电系统标准体系。

除国际电工委员会（IEC）智能电网国际标准体系外，国外尚未查询到铁路智能牵引供电系统相关标准。

近年，中国铁路总公司组织高校、科研、设计、制造和运营等产学研用单位，一是开展基于IEC61850标准的智能牵引变电工程技术应用和智能牵引变电所总体架构设计标准等研究；二是在新建京张高铁、山西中南部铁路等工程中设计应用智能牵引变电所，并在京沈高铁进行了智能牵引供电系统试验；三是对部分既有牵引变电所实施智能化改造，实现系统平台可视、设备健康管理、能源管理分析、专家分析系统和应急处理预案等高级应用的投入使用。

在技术标准方面，我国尚无智能牵引供电系统方面的国家、行业和团体标准，中国铁路总公司发布了《智能牵引供电系统总体技术方案》（科技装函[2016]73号）、《智能牵引供电系统主要设备技术条件》（科技装函[2016]180号）、铁路供电安全检测监测系统（6C）各部分的暂行技术条件等企业标准，为我国智能牵引供电系统标准体系的建立奠定了良好的基础，但我国总体上尚未建立系统、完整的智能牵引供电系统标准体系。

2 智能牵引供电系统标准体系及标准组成

党的“十九大”后，中国铁路总公司提出“交通强国、铁路先行”的战略目标，要求2020年铁路工程建设实现“三个世界领先、两个进一步提升”，即铁路网规模和质量达到世界领先、铁路建设标准体系达到世界领先、铁路工程建造技术达到世界领先，铁路建设管理水平进一步提升、服务“一带一路”建设能力进一步提升。智能牵引供电系统标准体系应能满足智能装备、智能建造、智能运维的各项要求。

2.1 智能牵引供电系统标准体系的框架结构

参考国家电网公司的智能电网标准体系，智能牵引供电系统标准体系建议涵盖基础标准和产品装备、工程建设、运维管理3大板块标准，体系架构如图1所示。

图1 智能牵引供电系统标准体系架构

2.2 智能牵引供电系统标准体系的标准组成

2.2.1 基础标准

基础标准是智能牵引供电系统标准体系的基础，对智能牵引供电系统标准体系的其他标准具有普遍的指导意义。基础标准涉及智能牵引供电系统的总体框架、系统功能、基础数据、数据质量、传输网络、网络安全、信用体系、能源网络等内容，主要包括《智能牵引供电系统总体技术方案》（科技装函[2016]73号）等标准，为实现智能铁路目标奠定基础。

2.2.2 产品装备板块标准

产品装备板块标准涉及智能牵引变压器等铁路专用设备的功能性能、技术指标等智能装备要求，主要包括《智能牵引供电系统主要设备技术条件》（科技装函[2016]180号）、铁路供电安全检测监测系统（6C）各部分的技术条件、6C综合数据处理中心技术条件等标准。其中6C系统主要功能包括对接触网悬挂参数和弓网运行参数的检测，对接触悬挂、腕臂结构、附加导线及线缆和零件部件的检测，对接触网参数的实时检测，对受电弓滑板状态、接触网特殊断面和地点的实时监测，对接触网运行参数和供电设备参数的检测等。

2.2.3 工程建设板块标准

工程建设板块标准涉及新建和改扩建智能牵引供电系统的设计、施工、验收、检测等，主要包括《智能牵引变电工程设计规范》《牵引变电工程智能化改造技术规范》《智能牵引供电工程建造规范》《智能牵引供电工程检测规程》等新编标准，持续推动牵引供电工程建设向信息化、专业化、智能化方向发展，为实现牵引供电工程智能建造奠定基础。

《智能牵引变电工程设计规范》适用于新建智能牵引变电工程设计，重点对不同速度等级牵引变电工程的智能设备配置、电子互感器、设备状态监测、变电站自动化系统、二次设备组柜及布置、光/电缆选择、防雷接地和抗干扰、高级应用功能等的技术要求进行规范。

《牵引变电工程智能化改造技术规范》适用于对既有的传统型综合自动化系统阶段的牵引变电所、分区所、AT所和开闭所的智能化改造设计、施工与验收。

《智能牵引供电工程建造规范》主要内容为智能牵引变电所的现场安装调试要点和方法等，并可包括以BIM技术为核心，综合运用物联网、云计算、移动互联、大数据等信息技术，实现以信息智能采集、高效协同管理、数据科学分析、过程智慧预测等为主要内容的工程建设信息化方面的智能建造内容。

《智能牵引供电工程检测规程》主要内容包括智能牵引供电系统的整体试验和各项验证功能性试验检测的技术标准、评估方法。智能牵引变电所一次设备的智能化和二次设备的网络化，使其与传统牵引变电所的试验评估方法具有较大差异。

2.2.4 运维管理板块标准

运维管理板块标准涉及智能牵引供电系统的运行监测、应急处置和车路交互等内容，主要包括智能牵引变电所运营维护标准、高速铁路供电安全检测监测系统（6C系统）的运用及其数据分析研判标准等。

运维管理板块标准的重点和难点是通过对智能牵引变电所海量信息数据和弓网检测监测数据的分析整理，建立具有专家系统和决策支持的广域分布智能调度系统，实现对牵引供电系统的运行状态、潮流分布、故障预警、辅助决策、事故分析、检修计划、抢修预案等环节的自动调整与组织，提升牵引供电系统的运行可靠性和运行效能，优化故障快速处理、快速恢复和适应运输组织的能力，在整个中国铁路总公司范围内实现牵引供电系统运行可控、设备状态可视、运营维护可循的智能运维目标。

3 结语

公共电力系统变电站经历了综自系统变电站、数字化变电站、智能变电站等阶段，智能电网各项技术已经成熟，建立了涵盖基础通用、产品装备、工程建设、运维管理全过程的系统完整的智能电网标准体系。本文对我国智能牵引供电系统标准体系框架结构及其标准组成进行了探索，以期通过标准先行，尽快建立并不断完善智能牵引供电系统标准体系，稳步和高效推进智能牵引供电系统建设。

[1] 国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会. GB/T 30155-2013 智能变电站技术导则[S]. 北京：中国标准出版社，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

朱飞雄.中国铁路经济规划研究院有限公司，教授级高级工程师。