城市軌道交通智能供電系統標準體系建設研究

張炳楠，趙春艷

0 引言

近年來，國內的城市軌道交通建設一直在大規?？焖侔l展。根據中國城市軌道交通協會的統計數據，截至2022年底，中國大陸地區共有55個城市開通城市軌道交通運營線路308條，運營線路總長度10 287.45 km。為滿足未來城市軌道交通的建設運營需求，中國軌道交通協會于2020年發布了《中國城市軌道交通智慧城軌發展綱要》，各地也根據綱要提出了建設智慧城軌的發展規劃，全面推進中國智慧城軌建設。

智能供電系統是智慧城軌的重要組成部分，隨著國內各地對智慧城軌關鍵技術研究的逐步深入，智能供電系統的相關技術逐漸成熟。在國內外電力行業的智能電網、智能變電站以及國內鐵路智能牽引供電系統的建設過程中，已經形成了大量的成熟技術，逐步建立了相對齊全的標準體系。為了積極穩妥地推進城市軌道交通智能供電系統的技術發展和工程建設，有必要深入總結智能電網、智能變電站、鐵路智能牽引供電系統等領域的建設經驗，充分借鑒相關領域標準體系的建設經驗和成果，系統性地開展城市軌道交通智能供電系統標準體系的研究工作。

1 智能電網標準體系現狀

智能電網作為目前電力系統的發展新趨勢，國內外各大研究機構已經針對建設智能電網建立了一系列較為全面、系統、開放的技術標準體系，將智能電網的規劃設計、建設運行、裝備制造等均進行規范化要求，保障了智能電網相關產業健康有序的發展。

1.1 國外智能電網標準體系現狀

電氣與電子工程師協會（IEEE）于2009年6月成立了P2030工作組，主要開展智能電網互操作技術導則和標準體系的研究工作。IEEE智能電網標準體系包含了發電、輸電、配電、用戶側服務等內容，對智能電網的特性、術語、功能、評估標準提出了要求[1]。IEEE部分現行智能電網標準見表1。

表1 IEEE部分現行智能電網標準

除了IEEE，國際電工委員會（IEC）也早在2004年便率先建立了一套智能電網國際標準體系。該標準體系最早包含10大部分（篇），共計14項標準。此后，IEC結合了國際各地智能電網的建設情況，逐步將該標準進行擴展完善，形成了以變電站綜合自動化系統結構和IEC 61850數據通信標準為基礎和骨干的數十項標準[2]。其中部分現行標準見表2。

表2 智能電網IEC國際標準體系部分現行標準

除此之外，美國國家標準和技術研究院（NIST）、歐洲電工標準化委員會（CENCENELEC）、日本經濟產業?。∕ETI）等組織機構也于2010年前后逐步啟動了智能電網標準體系的研究。

1.2 國內智能電網標準體系現狀

我國對于智能電網的標準化工作也非常重視。早在2009年，國家電網公司就提出了建設堅強智能電網的發展目標，開始了智能電網技術標準體系的研究。在此之后，2010年12月，國家能源局正式成立了國家智能電網標準化總體工作推進組，旨在通過建立國家層面的智能電網標準化機構，搭建中國智能電網標準化工作的組織機構。截至2018年底，國家電網已發布智能電網相關企業標準789項，參與編制國家標準151項以及行業標準315項，主導立項國際標準68項[1]。

近幾年，隨著國內智能電網的大力發展，我國在智能電網的關鍵技術、工程建設、裝備制造、運營維護等領域積累了豐富經驗，并取得了一系列重大突破。以此為基礎，國家能源局、國家質量監督檢驗檢疫總局、國家市場監督管理總局、住建部、國家電網公司建立了覆蓋發電、輸電、變電、配電、用電、調度及信息通信各領域，包含基礎通用、項目建設、重要裝備、運營管理4大部分的標準體系。國內智能電網標準體系部分現行標準見表3。

表3 國內智能電網部分現行標準

2 國內電氣化鐵路智能牽引供電系統標準體系現狀

近年來，我國電氣化鐵路的牽引供電系統逐步開始走向智能化建設。京沈高鐵率先進行了智能牽引供電系統的試驗，之后京張高鐵、京雄城際等工程項目中設計應用了智能牽引變電所，實現了智能牽引供電系統高級應用的投入使用。為了保障智能牽引供電系統能夠長期健康有序發展，在原中國鐵路總公司的組織下，我國的高校、設計、科研、制造、運營等單位均開展了基于IEC 61850標準的智能牽引供電系統研究，主要包括智能牽引變電所的工程技術應用、智能牽引供電調度系統的總體架構等內容。在技術標準方面，原中國鐵路總公司也陸續發布了《智能牽引供電系統總體技術方案》《智能牽引供電系統主要設備技術條件》《鐵路供電安全檢測監測系統（6C）各部分的暫行技術條件文件》《智能牽引變電所及智能供電調度系統總體技術要求》等一系列技術性指導文件，為我國鐵路智能牽引供電系統標準體系的建立奠定了良好基礎。

目前，我國已經初步建立了鐵路智能牽引供電系統的標準體系框架結構，已經編制并發布了《智能牽引變電所及智能供電調度系統總體技術要求》《鐵路輔助監控系統技術條件》《鐵路供電調度運行管理系統技術條件》等標準[3]，其余的標準仍處于在編狀態。

3 城市軌道交通智能供電系統標準體系

3.1 構建原則

城市軌道交通智能供電系統作為一個較為復雜的系統，不僅具備公共電力系統的一般特性，在負荷特性、供電方式、設備選用、運營調度等方面又與普通的城市電力系統用戶存在鮮明的差異，屬于電力系統內的特殊配電用戶。此外，城市軌道交通通常采用直流750 V或1 500 V牽引供電制式，而我國電氣化鐵路采用交流27.5 kV牽引供電制式，二者區別較大。以上差異導致城市軌道交通智能供電系統的標準體系與智能電網和鐵路智能牽引供電系統有所區別，需要在二者的基礎上進行進一步研究。因此，在考慮構建城市軌道交通智能供電系統的標準體系時，應充分考慮系統建設的多樣性、科學性和復雜性，建立的標準體系應能夠指導行業的發展方向，體系內的標準內容應完整全面，各標準之間內容協調一致，避免內容重復和矛盾，確保城市軌道交通智能供電系統的建設水平始終處于世界先進水平。因此，在構建城市軌道交通智能供電系統的標準體系時，應遵循全面成套、層次恰當、劃分明確、科學先進、簡便易懂等原則[4]。

3.2 標準體系框架

為了適應智慧城軌的發展趨勢，參照我國智能電網及電氣化鐵路智能牽引供電系統的建設經驗，在借鑒原有標準專業分支的同時，結合城市軌道交通的特點，將智能供電系統標準體系分為基礎標準、通用標準和專業標準3個層級[5]，先按照層級的劃分將各規范標準分為3個大方向，之后再根據規范標準的內容進行細分，力求標準體系能夠涵蓋智能供電系統的基礎定義、術語符號、工程建設、設備參數、運營維護等方面的內容[6]。

基于以上研究，城市軌道交通智能供電系統的標準體系框架如圖1所示。

圖1 城市軌道交通智能供電系統標準體系框架

3.2.1 基礎標準

作為標準體系中的基石，基礎標準應擁有廣泛指導意義，具有成為行業內通用標準和各種專業標準的制定依據和準則的能力[7]。結合國內智能電網標準體系的建設經驗，城市軌道交通智能供電系統的基礎標準可以劃分為：基礎定義標準、術語標準、圖形符號標準、模型標準、分類代碼標準等。建議編制的標準包括：《城市軌道交通智能供電系統總體技術方案》《城市軌道交通智能變電站技術導則》《城市軌道交通智能低壓配電系統技術導則》《城市軌道交通智能接觸網系統技術導則》。

3.2.2 通用標準

通用標準是一種在行業內普遍適用的技術規范或標準[7]。與電氣化鐵路不同，城市軌道交通的特點之一是制式非常豐富。根據團體標準《城市軌道交通分類》（T/CAMET 00001—2020）中的描述，按系統制式可以分為地鐵系統、市域快軌系統、輕軌系統、中低速磁浮系統、跨座式單軌系統、懸掛式單軌系統、自導向軌道系統、有軌電車系統、導軌式膠輪系統和電子導向膠輪系統10種類型，每種類型對應的智能供電系統方案也不盡相同。因此，通用標準應成為各種制式均能夠采用執行的綜合性標準。結合電氣化鐵路的建設經驗，通用標準應包含不同制式下智能供電系統的設計、施工、調試、檢測、驗收規范。建議編制的標準條目見表4。

表4 建議編制的通用標準條目

3.2.3 專業標準

專業標準是工程建設中最常用的標準，因此分類必須合理、簡潔，便于行業內從業人員的應用。對于智能供電系統專業標準的制定方案，可以通過借鑒智能電網供電系統的專業標準，并結合城市軌道交通工程建設的特點，將智能供電系統專業標準分為綜合規劃、智能供電設備、調度運維、信息通信4大部分[7]。

綜合規劃是建設智能供電系統的基礎，是支撐智能供電系統建設和發展的重要環節。綜合規劃下屬的各規范標準應重點關注系統建模仿真和三維設計2個方面。系統建模仿真的相關標準應根據不同的牽引供電制式分別進行編制，不僅應滿足目前主流的牽引供電制式，還應對如交直流混合牽引供電制式、柔性直流牽引供電制式等較為新型的技術進行標準編制；在三維設計方面，標準應注重與BIM相關的規范標準結合，提升智能供電系統的三維可視化設計水平，規范三維設計的設計過程和成果移交。

智能供電設備是組成智能供電系統的基礎，因此該部分標準規范的編制應重點關注設備類型和設備參數2個方面。設備類型應能夠涵蓋智能供電系統內例如智能主變壓器、智能斷路器、智能隔離開關、智能整流機組、智能互感器、智能電能表、智能接觸網系統、智能照明系統、在線監測系統、線路狀態監測系統、智能監控系統、分布式光伏發電系統、能源管理系統等所有的一次設備、二次設備、監控子系統等內容。設備參數及設備性能的標準規范應結合不同的供電方式，對系統內各設備及子系統的功能用途、基本性能、技術參數等提出具體的指標要求。

調度運維標準應能夠保障智能供電系統的正常運行。調度運維系列標準應重點關注智能供電系統的調度運維系統、生產管理規程、設備資產管理3個方面。智能調度運維系統相關的標準應對智能供電調度系統和智能供電運維系統的系統架構、系統監控要求、系統管理需求、系統平臺建設、系統調試等內容提出具體的要求。生產管理規程方面的標準應結合智能供電系統檢修維護工作流程進行編寫，對智能供電系統的設備巡視、檢修維護、生產計劃編制、安全管理等方面提供參照標準。對于設備資產管理方面，相應的專業標準應規定運營單位需對供電系統設備、材料、備品備件等資產的信息及技術資料進行全過程動態管理。

信息通信方面的專業標準應重點關注信息平臺、數據模型、通信網絡、網絡安全等方面。在制定信息平臺相關的專業標準時，應著重體現平臺的高安全性、高可靠性，對大數據平臺、云平臺等方面作出相應的要求。數據模型領域的專業標準應重點關注完善數據模型、數據治理、數據價值評估及數據服務方面的標準[8]。通信網絡作為智能供電系統的信息傳輸通道，應參照智能電網的相關研究，對傳輸網方面開展相關的標準化工作。而在網絡安全方面，隨著近些年國家對于網絡安全的標準越來越高，作為供電系統實現智能化的安全保障，系統的網絡安全防護技術要求、防護體系、數據保護等方面也應進行專業標準的研究和編制。

建議編制的專業標準條目詳見表5。

表5 建議編制的專業標準條目

4 結語

城市軌道交通智能供電系統是智慧城軌的重要組成部分，制定其技術標準體系是智慧城軌發展的重要內容，是指導城軌智能供電系統技術相關標準研究與制定的綱領性文件，對促進智能供電系統相關規劃設計、技術研發、裝備制造、工程建設、運行管理及產業發展具有重要意義。本文針對目前城市軌道交通智能供電系統標準化的發展情況，對城軌智能供電系統的技術標準架構進行了研究，提出了智能供電系統的完整標準體系。