城市轨道交通智能供电系统标准体系建设研究

张炳楠，赵春艳

0 引言

近年来，国内的城市轨道交通建设一直在大规模快速发展。根据中国城市轨道交通协会的统计数据，截至2022年底，中国大陆地区共有55个城市开通城市轨道交通运营线路308条，运营线路总长度10 287.45 km。为满足未来城市轨道交通的建设运营需求，中国轨道交通协会于2020年发布了《中国城市轨道交通智慧城轨发展纲要》，各地也根据纲要提出了建设智慧城轨的发展规划，全面推进中国智慧城轨建设。

智能供电系统是智慧城轨的重要组成部分，随着国内各地对智慧城轨关键技术研究的逐步深入，智能供电系统的相关技术逐渐成熟。在国内外电力行业的智能电网、智能变电站以及国内铁路智能牵引供电系统的建设过程中，已经形成了大量的成熟技术，逐步建立了相对齐全的标准体系。为了积极稳妥地推进城市轨道交通智能供电系统的技术发展和工程建设，有必要深入总结智能电网、智能变电站、铁路智能牵引供电系统等领域的建设经验，充分借鉴相关领域标准体系的建设经验和成果，系统性地开展城市轨道交通智能供电系统标准体系的研究工作。

1 智能电网标准体系现状

智能电网作为目前电力系统的发展新趋势，国内外各大研究机构已经针对建设智能电网建立了一系列较为全面、系统、开放的技术标准体系，将智能电网的规划设计、建设运行、装备制造等均进行规范化要求，保障了智能电网相关产业健康有序的发展。

1.1 国外智能电网标准体系现状

电气与电子工程师协会（IEEE）于2009年6月成立了P2030工作组，主要开展智能电网互操作技术导则和标准体系的研究工作。IEEE智能电网标准体系包含了发电、输电、配电、用户侧服务等内容，对智能电网的特性、术语、功能、评估标准提出了要求[1]。IEEE部分现行智能电网标准见表1。

表1 IEEE部分现行智能电网标准

除了IEEE，国际电工委员会（IEC）也早在2004年便率先建立了一套智能电网国际标准体系。该标准体系最早包含10大部分（篇），共计14项标准。此后，IEC结合了国际各地智能电网的建设情况，逐步将该标准进行扩展完善，形成了以变电站综合自动化系统结构和IEC 61850数据通信标准为基础和骨干的数十项标准[2]。其中部分现行标准见表2。

表2 智能电网IEC国际标准体系部分现行标准

除此之外，美国国家标准和技术研究院（NIST）、欧洲电工标准化委员会（CENCENELEC）、日本经济产业省（METI）等组织机构也于2010年前后逐步启动了智能电网标准体系的研究。

1.2 国内智能电网标准体系现状

我国对于智能电网的标准化工作也非常重视。早在2009年，国家电网公司就提出了建设坚强智能电网的发展目标，开始了智能电网技术标准体系的研究。在此之后，2010年12月，国家能源局正式成立了国家智能电网标准化总体工作推进组，旨在通过建立国家层面的智能电网标准化机构，搭建中国智能电网标准化工作的组织机构。截至2018年底，国家电网已发布智能电网相关企业标准789项，参与编制国家标准151项以及行业标准315项，主导立项国际标准68项[1]。

近几年，随着国内智能电网的大力发展，我国在智能电网的关键技术、工程建设、装备制造、运营维护等领域积累了丰富经验，并取得了一系列重大突破。以此为基础，国家能源局、国家质量监督检验检疫总局、国家市场监督管理总局、住建部、国家电网公司建立了覆盖发电、输电、变电、配电、用电、调度及信息通信各领域，包含基础通用、项目建设、重要装备、运营管理4大部分的标准体系。国内智能电网标准体系部分现行标准见表3。

表3 国内智能电网部分现行标准

2 国内电气化铁路智能牵引供电系统标准体系现状

近年来，我国电气化铁路的牵引供电系统逐步开始走向智能化建设。京沈高铁率先进行了智能牵引供电系统的试验，之后京张高铁、京雄城际等工程项目中设计应用了智能牵引变电所，实现了智能牵引供电系统高级应用的投入使用。为了保障智能牵引供电系统能够长期健康有序发展，在原中国铁路总公司的组织下，我国的高校、设计、科研、制造、运营等单位均开展了基于IEC 61850标准的智能牵引供电系统研究，主要包括智能牵引变电所的工程技术应用、智能牵引供电调度系统的总体架构等内容。在技术标准方面，原中国铁路总公司也陆续发布了《智能牵引供电系统总体技术方案》《智能牵引供电系统主要设备技术条件》《铁路供电安全检测监测系统（6C）各部分的暂行技术条件文件》《智能牵引变电所及智能供电调度系统总体技术要求》等一系列技术性指导文件，为我国铁路智能牵引供电系统标准体系的建立奠定了良好基础。

目前，我国已经初步建立了铁路智能牵引供电系统的标准体系框架结构，已经编制并发布了《智能牵引变电所及智能供电调度系统总体技术要求》《铁路辅助监控系统技术条件》《铁路供电调度运行管理系统技术条件》等标准[3]，其余的标准仍处于在编状态。

3 城市轨道交通智能供电系统标准体系

3.1 构建原则

城市轨道交通智能供电系统作为一个较为复杂的系统，不仅具备公共电力系统的一般特性，在负荷特性、供电方式、设备选用、运营调度等方面又与普通的城市电力系统用户存在鲜明的差异，属于电力系统内的特殊配电用户。此外，城市轨道交通通常采用直流750 V或1 500 V牵引供电制式，而我国电气化铁路采用交流27.5 kV牵引供电制式，二者区别较大。以上差异导致城市轨道交通智能供电系统的标准体系与智能电网和铁路智能牵引供电系统有所区别，需要在二者的基础上进行进一步研究。因此，在考虑构建城市轨道交通智能供电系统的标准体系时，应充分考虑系统建设的多样性、科学性和复杂性，建立的标准体系应能够指导行业的发展方向，体系内的标准内容应完整全面，各标准之间内容协调一致，避免内容重复和矛盾，确保城市轨道交通智能供电系统的建设水平始终处于世界先进水平。因此，在构建城市轨道交通智能供电系统的标准体系时，应遵循全面成套、层次恰当、划分明确、科学先进、简便易懂等原则[4]。

3.2 标准体系框架

为了适应智慧城轨的发展趋势，参照我国智能电网及电气化铁路智能牵引供电系统的建设经验，在借鉴原有标准专业分支的同时，结合城市轨道交通的特点，将智能供电系统标准体系分为基础标准、通用标准和专业标准3个层级[5]，先按照层级的划分将各规范标准分为3个大方向，之后再根据规范标准的内容进行细分，力求标准体系能够涵盖智能供电系统的基础定义、术语符号、工程建设、设备参数、运营维护等方面的内容[6]。

基于以上研究，城市轨道交通智能供电系统的标准体系框架如图1所示。

图1 城市轨道交通智能供电系统标准体系框架

3.2.1 基础标准

作为标准体系中的基石，基础标准应拥有广泛指导意义，具有成为行业内通用标准和各种专业标准的制定依据和准则的能力[7]。结合国内智能电网标准体系的建设经验，城市轨道交通智能供电系统的基础标准可以划分为：基础定义标准、术语标准、图形符号标准、模型标准、分类代码标准等。建议编制的标准包括：《城市轨道交通智能供电系统总体技术方案》《城市轨道交通智能变电站技术导则》《城市轨道交通智能低压配电系统技术导则》《城市轨道交通智能接触网系统技术导则》。

3.2.2 通用标准

通用标准是一种在行业内普遍适用的技术规范或标准[7]。与电气化铁路不同，城市轨道交通的特点之一是制式非常丰富。根据团体标准《城市轨道交通分类》（T/CAMET 00001—2020）中的描述，按系统制式可以分为地铁系统、市域快轨系统、轻轨系统、中低速磁浮系统、跨座式单轨系统、悬挂式单轨系统、自导向轨道系统、有轨电车系统、导轨式胶轮系统和电子导向胶轮系统10种类型，每种类型对应的智能供电系统方案也不尽相同。因此，通用标准应成为各种制式均能够采用执行的综合性标准。结合电气化铁路的建设经验，通用标准应包含不同制式下智能供电系统的设计、施工、调试、检测、验收规范。建议编制的标准条目见表4。

表4 建议编制的通用标准条目

3.2.3 专业标准

专业标准是工程建设中最常用的标准，因此分类必须合理、简洁，便于行业内从业人员的应用。对于智能供电系统专业标准的制定方案，可以通过借鉴智能电网供电系统的专业标准，并结合城市轨道交通工程建设的特点，将智能供电系统专业标准分为综合规划、智能供电设备、调度运维、信息通信4大部分[7]。

综合规划是建设智能供电系统的基础，是支撑智能供电系统建设和发展的重要环节。综合规划下属的各规范标准应重点关注系统建模仿真和三维设计2个方面。系统建模仿真的相关标准应根据不同的牵引供电制式分别进行编制，不仅应满足目前主流的牵引供电制式，还应对如交直流混合牵引供电制式、柔性直流牵引供电制式等较为新型的技术进行标准编制；在三维设计方面，标准应注重与BIM相关的规范标准结合，提升智能供电系统的三维可视化设计水平，规范三维设计的设计过程和成果移交。

智能供电设备是组成智能供电系统的基础，因此该部分标准规范的编制应重点关注设备类型和设备参数2个方面。设备类型应能够涵盖智能供电系统内例如智能主变压器、智能断路器、智能隔离开关、智能整流机组、智能互感器、智能电能表、智能接触网系统、智能照明系统、在线监测系统、线路状态监测系统、智能监控系统、分布式光伏发电系统、能源管理系统等所有的一次设备、二次设备、监控子系统等内容。设备参数及设备性能的标准规范应结合不同的供电方式，对系统内各设备及子系统的功能用途、基本性能、技术参数等提出具体的指标要求。

调度运维标准应能够保障智能供电系统的正常运行。调度运维系列标准应重点关注智能供电系统的调度运维系统、生产管理规程、设备资产管理3个方面。智能调度运维系统相关的标准应对智能供电调度系统和智能供电运维系统的系统架构、系统监控要求、系统管理需求、系统平台建设、系统调试等内容提出具体的要求。生产管理规程方面的标准应结合智能供电系统检修维护工作流程进行编写，对智能供电系统的设备巡视、检修维护、生产计划编制、安全管理等方面提供参照标准。对于设备资产管理方面，相应的专业标准应规定运营单位需对供电系统设备、材料、备品备件等资产的信息及技术资料进行全过程动态管理。

信息通信方面的专业标准应重点关注信息平台、数据模型、通信网络、网络安全等方面。在制定信息平台相关的专业标准时，应着重体现平台的高安全性、高可靠性，对大数据平台、云平台等方面作出相应的要求。数据模型领域的专业标准应重点关注完善数据模型、数据治理、数据价值评估及数据服务方面的标准[8]。通信网络作为智能供电系统的信息传输通道，应参照智能电网的相关研究，对传输网方面开展相关的标准化工作。而在网络安全方面，随着近些年国家对于网络安全的标准越来越高，作为供电系统实现智能化的安全保障，系统的网络安全防护技术要求、防护体系、数据保护等方面也应进行专业标准的研究和编制。

建议编制的专业标准条目详见表5。

表5 建议编制的专业标准条目

4 结语

城市轨道交通智能供电系统是智慧城轨的重要组成部分，制定其技术标准体系是智慧城轨发展的重要内容，是指导城轨智能供电系统技术相关标准研究与制定的纲领性文件，对促进智能供电系统相关规划设计、技术研发、装备制造、工程建设、运行管理及产业发展具有重要意义。本文针对目前城市轨道交通智能供电系统标准化的发展情况，对城轨智能供电系统的技术标准架构进行了研究，提出了智能供电系统的完整标准体系。