朱飛雄

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智能牽引供電系統(tǒng)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(wǎng)公司的智能電網(wǎng)標準體系，基于智能牽引供電系統(tǒng)與智能電網(wǎng)的差異，提出了涵蓋基礎(chǔ)通用方面標準和產(chǎn)品裝備、工程建設(shè)、運維管理3大板塊的我國智能牽引供電系統(tǒng)標準體系框架結(jié)構(gòu)及其標準組成、主要內(nèi)容，以推進智能牽引供電系統(tǒng)建設(shè)。

智能；牽引供電系統(tǒng)；標準體系

0 引言

近年來，為推動中國高鐵綜合技術(shù)創(chuàng)新持續(xù)領(lǐng)跑世界，中國鐵路總公司提出了建設(shè)智能鐵路的發(fā)展戰(zhàn)略，全面推進中國智能高鐵建設(shè)。一是在京沈高鐵遼寧段全面啟動包括智能牽引供電系統(tǒng)試驗等在內(nèi)的27項高速鐵路智能關(guān)鍵技術(shù)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(shù)研究，并取得標志性成果。

中國智能高鐵是采用云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、北斗定位、下一代移動通信、人工智能等先進技術(shù)，通過新一代信息技術(shù)與高速鐵路技術(shù)的集成融合，實現(xiàn)高鐵智能建造、智能裝備、智能運營技術(shù)水平全面提升，使高速鐵路運營更加安全高效、綠色環(huán)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(tǒng)的安全性、可靠性提出了更高要求。同時，隨著智能電網(wǎng)相關(guān)技術(shù)的日臻成熟和智能電網(wǎng)相關(guān)標準已成體系，研發(fā)智能牽引供電系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)和標準體系勢在必行。

1 國內(nèi)外標準現(xiàn)狀

1.1 國外智能電網(wǎng)標準體系現(xiàn)狀

智能電網(wǎng)是在傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，集成新能源、新材料、新設(shè)備和先進傳感技術(shù)、信息技術(shù)、控制技術(shù)、儲能技術(shù)等新技術(shù)而形成的新一代電網(wǎng)，具有高度信息化、自動化、互動化等特征，可以更好地實現(xiàn)安全、可靠、經(jīng)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(wǎng)國際標準體系。該體系當(dāng)時僅有10大部分（篇）共14項標準，之后不斷發(fā)展完善為以變電站自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)通信標準IEC61850為基礎(chǔ)和骨干的數(shù)十項標準，其中部分現(xiàn)行標準見表1。

1.2 國內(nèi)智能電網(wǎng)標準體系現(xiàn)狀

國家電網(wǎng)公司在智能電網(wǎng)IEC國際標準體系的基礎(chǔ)上，通過智能電網(wǎng)的理論創(chuàng)新、標準規(guī)范、關(guān)鍵技術(shù)、工程建設(shè)、重要裝備方面取得的一系列重大突破，建立了覆蓋發(fā)電、輸電、變電、配電、用電、調(diào)度及信息通信各領(lǐng)域，涵蓋基礎(chǔ)通用、產(chǎn)品裝備、工程建設(shè)、運維管理全過程和各方面，包括國家電網(wǎng)公司主導(dǎo)制定的國際標準、國家標準、行業(yè)標準和企業(yè)標準的世界領(lǐng)先的智能電網(wǎng)標準體系，其中部分現(xiàn)行標準見表2。

1.3 智能牽引供電系統(tǒng)標準體系現(xiàn)狀

智能牽引變電所（分區(qū)所、AT所和開閉所）是鐵路牽引供電系統(tǒng)的基礎(chǔ)和主體。根據(jù)GB/T 30155-2013《智能變電站技術(shù)導(dǎo)則》的定義：智能變電站是采用先進、可靠、集成、低碳、環(huán)保的智能設(shè)備，以全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)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(jiān)測等基本功能，并可根據(jù)需要支持電網(wǎng)實時自動控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動等高級功能的變電站[1]。

表1 智能電網(wǎng)IEC國際標準體系部分現(xiàn)行標準

表2 國家電網(wǎng)公司智能電網(wǎng)標準體系部分現(xiàn)行標準

鐵路牽引供電系統(tǒng)是公共電力系統(tǒng)的特殊配電用戶，既具有公共電力系統(tǒng)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(jié)構(gòu)，又在供電方式、負荷特征、高壓設(shè)備等方面與公共電力系統(tǒng)有著鮮明差異，這些差異使鐵路牽引供電系統(tǒng)不能完全照搬我國智能電網(wǎng)的標準體系，只能在其基礎(chǔ)上研究與制定智能牽引供電系統(tǒng)標準體系。

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

近年，中國鐵路總公司組織高校、科研、設(shè)計、制造和運營等產(chǎn)學(xué)研用單位，一是開展基于IEC61850標準的智能牽引變電工程技術(shù)應(yīng)用和智能牽引變電所總體架構(gòu)設(shè)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(shè)計應(yīng)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(tǒng)試驗；三是對部分既有牽引變電所實施智能化改造，實現(xiàn)系統(tǒng)平臺可視、設(shè)備健康管理、能源管理分析、專家分析系統(tǒng)和應(yīng)急處理預(yù)案等高級應(yīng)用的投入使用。

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

2 智能牽引供電系統(tǒng)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(zhàn)略目標，要求2020年鐵路工程建設(shè)實現(xiàn)“三個世界領(lǐng)先、兩個進一步提升”，即鐵路網(wǎng)規(guī)模和質(zhì)量達到世界領(lǐng)先、鐵路建設(shè)標準體系達到世界領(lǐng)先、鐵路工程建造技術(shù)達到世界領(lǐng)先，鐵路建設(shè)管理水平進一步提升、服務(wù)“一帶一路”建設(shè)能力進一步提升。智能牽引供電系統(tǒng)標準體系應(yīng)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(tǒng)標準體系的框架結(jié)構(gòu)

參考國家電網(wǎng)公司的智能電網(wǎng)標準體系，智能牽引供電系統(tǒng)標準體系建議涵蓋基礎(chǔ)標準和產(chǎn)品裝備、工程建設(shè)、運維管理3大板塊標準，體系架構(gòu)如圖1所示。

圖1 智能牽引供電系統(tǒng)標準體系架構(gòu)

2.2 智能牽引供電系統(tǒng)標準體系的標準組成

2.2.1 基礎(chǔ)標準

基礎(chǔ)標準是智能牽引供電系統(tǒng)標準體系的基礎(chǔ)，對智能牽引供電系統(tǒng)標準體系的其他標準具有普遍的指導(dǎo)意義?；A(chǔ)標準涉及智能牽引供電系統(tǒng)的總體框架、系統(tǒng)功能、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)質(zhì)量、傳輸網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)安全、信用體系、能源網(wǎng)絡(luò)等內(nèi)容，主要包括《智能牽引供電系統(tǒng)總體技術(shù)方案》（科技裝函[2016]73號）等標準，為實現(xiàn)智能鐵路目標奠定基礎(chǔ)。

2.2.2 產(chǎn)品裝備板塊標準

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

2.2.3 工程建設(shè)板塊標準

工程建設(shè)板塊標準涉及新建和改擴建智能牽引供電系統(tǒng)的設(shè)計、施工、驗收、檢測等，主要包括《智能牽引變電工程設(shè)計規(guī)范》《牽引變電工程智能化改造技術(shù)規(guī)范》《智能牽引供電工程建造規(guī)范》《智能牽引供電工程檢測規(guī)程》等新編標準，持續(xù)推動牽引供電工程建設(shè)向信息化、專業(yè)化、智能化方向發(fā)展，為實現(xiàn)牽引供電工程智能建造奠定基礎(chǔ)。

《智能牽引變電工程設(shè)計規(guī)范》適用于新建智能牽引變電工程設(shè)計，重點對不同速度等級牽引變電工程的智能設(shè)備配置、電子互感器、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、變電站自動化系統(tǒng)、二次設(shè)備組柜及布置、光/電纜選擇、防雷接地和抗干擾、高級應(yīng)用功能等的技術(shù)要求進行規(guī)范。

《牽引變電工程智能化改造技術(shù)規(guī)范》適用于對既有的傳統(tǒng)型綜合自動化系統(tǒng)階段的牽引變電所、分區(qū)所、AT所和開閉所的智能化改造設(shè)計、施工與驗收。

《智能牽引供電工程建造規(guī)范》主要內(nèi)容為智能牽引變電所的現(xiàn)場安裝調(diào)試要點和方法等，并可包括以BIM技術(shù)為核心，綜合運用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、移動互聯(lián)、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)，實現(xiàn)以信息智能采集、高效協(xié)同管理、數(shù)據(jù)科學(xué)分析、過程智慧預(yù)測等為主要內(nèi)容的工程建設(shè)信息化方面的智能建造內(nèi)容。

《智能牽引供電工程檢測規(guī)程》主要內(nèi)容包括智能牽引供電系統(tǒng)的整體試驗和各項驗證功能性試驗檢測的技術(shù)標準、評估方法。智能牽引變電所一次設(shè)備的智能化和二次設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化，使其與傳統(tǒng)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(tǒng)的運行監(jiān)測、應(yīng)急處置和車路交互等內(nèi)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(jiān)測系統(tǒng)（6C系統(tǒng)）的運用及其數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)和弓網(wǎng)檢測監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析整理，建立具有專家系統(tǒng)和決策支持的廣域分布智能調(diào)度系統(tǒng)，實現(xiàn)對牽引供電系統(tǒng)的運行狀態(tài)、潮流分布、故障預(yù)警、輔助決策、事故分析、檢修計劃、搶修預(yù)案等環(huán)節(jié)的自動調(diào)整與組織，提升牽引供電系統(tǒng)的運行可靠性和運行效能，優(yōu)化故障快速處理、快速恢復(fù)和適應(yīng)運輸組織的能力，在整個中國鐵路總公司范圍內(nèi)實現(xiàn)牽引供電系統(tǒng)運行可控、設(shè)備狀態(tài)可視、運營維護可循的智能運維目標。

3 結(jié)語

公共電力系統(tǒng)變電站經(jīng)歷了綜自系統(tǒng)變電站、數(shù)字化變電站、智能變電站等階段，智能電網(wǎng)各項技術(shù)已經(jīng)成熟，建立了涵蓋基礎(chǔ)通用、產(chǎn)品裝備、工程建設(shè)、運維管理全過程的系統(tǒng)完整的智能電網(wǎng)標準體系。本文對我國智能牽引供電系統(tǒng)標準體系框架結(jié)構(gòu)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(tǒng)標準體系，穩(wěn)步和高效推進智能牽引供電系統(tǒng)建設(shè)。

[1] 國家質(zhì)量監(jiān)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(shù)導(dǎo)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(jīng)濟規(guī)劃研究院有限公司，教授級高級工程師。