中欧铁路电力设计标准对比分析研究及中国标准国际化建议.pdf

2023年第4期 总第174期中欧铁路电力设计标准对比分析研究及中国标准国际化建议*刘诗慧1，夏 炎2，朱飞雄3（1中国铁路经济规划研究院有限公司 工程师、博士，北京 100038；2中国铁路经济规划研究院有限公司 高级工程师，北京100038；3中国铁路经济规划研究院有限公司 正高级工程师，北京 100038）摘 要：为明确中国和欧盟在铁路电力设计标准上的差异，促进我国铁路标准与国际接轨，系统梳理中国和欧盟铁路电力主要设计标准内容，选取电力专业9项主要技术指标，分析其在标准规定、制定依据等方面的等效性与差异性，并对差异内容和原因进行具体分析。提出了中国电力标准制修订及标准国际化建议：参照欧洲电力设计的理念，建议我国电力设计标准今后制修订时，可以对不同应用和造价情况进行分类要求，以改善标准技术经济性，提升标准的国际通用性；同时在国际标准中适时引入我国电力设计标准高安全性、高稳定性、适当备用的科学理念和先进经验。关键词：电气化铁路；欧洲标准；电力；设计标准；国际化；对比分析文献标识码：A 文章编号：1004-9746（2023）04-0044-060引言近年来，我国高速铁路建设取得了重大技术突破，高速铁路总里程世界第一，高速铁路技术世界领先1。助力“一带一路”中国铁路海外工程2，增强中国标准国际影响力至关重要3。欧盟铁路标准在全世界范围内具有广泛的影响力，有必要开展中国与欧盟标准的对比分析。系统梳理欧盟铁路电力主要设计标准体系框架及主要标准内容，选取电力专业9项主要技术指标，对比分析中国和欧盟电力主要*基金项目：中国国家铁路集团有限公司科技研究计划课题“中国与欧盟铁路基础设施主要设计标准与建设管理模式对比研究”（K2020B003）Industry Standard ResearchIndustry Standard ResearchIndustry Standard ResearchIndustry Standard ResearchIndustry Standard ResearchIndustry Standard ResearchIndustry Standard ResearchIndustry Standard ResearchIndustry Standard ResearchIndustry Standard ResearchIndustry Standard ResearchIndustry Standard ResearchIndustry Standard ResearchIndustry Standard ResearchIndustry Standard ResearchIndustry Standard ResearchIndustry Standard ResearchIndustry Standard ResearchIndustry Standard ResearchIndustry Standard ResearchIndustry Standard ResearchIndustry Standard ResearchIndustry Standard ResearchIndustry Standard ResearchIndustry Standard ResearchIndustry Standard ResearchIndustry Standard ResearchIndustry Standard ResearchIndustry Standard ResearchIndustry Standard ResearchIndustry Standard Research行业标准研究Comparative Analysis of China-Europe Railway Electric Power Design Standards and Suggestions for Internationalization of Chinese Stan-dardsLIU Shihui1，XIA Yan2,ZHU Feixiong3（1 China Railway Economic and Planning Research Institute Co.,Ltd.,Engineer,Beijing 100038,China;2 China Railway Economic and Planning Research Institute Co.,Ltd.,Senior Engineer,Beijing 100038,China;3 China Railway Economic and Planning Research Institute Co.,Ltd.,ProfessorateSenior Engineer,Beijing 100038,China）Abstract:In order to clarify the differences between China and the European Union in railway electric power design standards and promote the integration of Chinas railway standards with international standards,the main design standards for railway electric power in China and the European Unionare systematically sorted out.Nine main technical indicators are selected to analyze their equivalence and differences in standard regulations,formulation basis,and other aspects.And the contents and reasons for the differences are analyzed in detail.Meanwhile,we propose suggestions for the revisionand internationalization of Chinas power standards.That is,referring to the concept of European power design,it is suggested that in the future revisionof Chinas power design standards,classification requirements can be made for different applications and cost situations to improve the technical andeconomic efficiency of the standards and enhance the international universality of the standards.At the same time,we will duly introduce to internationalstandards the scientific concepts and advanced experience of high security,high stability,and appropriate backup of our power design standards.Key words:electrified railway;European standards;electric power;design standards;internationalization;comparative analysis44设计标准在标准规定、制定依据等方面的等效性与差异性，系统总结标准差异性产生原因；并提出中国电力标准制修订及标准国际化工作建议。1中欧铁路电力标准中国铁路标准体系中区分工程建设标准和产品标准。工程建设标准一般按设计、施工、验收等阶段进行划分。其中设计标准是工程建设的基础标准，是制定施工、验收标准的依据。基于此，本文重点对设计标准进行研究。中国铁路电力作为一个独立系统，有系统性的铁路电力设计标准，在遵循我国电力行业的相关电气标准基础上，根据铁路的特点和需求进行了细化，对供配电系统、电气照明和接地等内容进行了规定，确保了除列车以外的铁路用电设施所需电能。欧洲铁路标准体系不严格区分为产品标准和工程建设标准，工程建设标准也未明确按设计、施工等阶段进行划分。铁路电力与其他工业及民用的电力一样，都是通用的电力工业中的一部分，一般参照低压电力系统标准执行，少数情况下，标准中有单独适用于铁路系统场景的规定。本次研究重点针对中欧铁路电力工程中的设计措施进行对比分析，涵盖主要设计标准见表1、表2。标准名称通过公共配电网供电的特性低压电气装置-第1部分：基本原则、一般特性的评估、定义光和照明-工作场所照明照明设备-应急照明标准号EN 50160IEC 60364-1EN 12464EN 1838标准主要对比内容电压的主要特性10低压电气装置的设计11室内外工作场所的照明要求12-13应急逃生照明、安全标示的要求14表2 欧盟使用的铁路电力标准表1 中国使用的铁路电力标准标准名称电能质量电压波动和闪变三相电压允许不平衡度铁路电力设计规范高速铁路设计规范铁路照明设计规范铁路防雷及接地工程技术规范标准号GB/T12326GB/T15543TB 10008TB 10621TB 10089TB 10180标准主要对比内容电压波动和闪变的限值4三相电压不平衡的限值5铁路电力工程设计技术6高速铁路电力设计技术7铁路照明设计技术8铁路防雷及接地工程设计92中欧铁路电力标准对比及分析通过对电力专业中国和欧盟设计标准的研究，确定了供电方式、备用电源、供电电压偏差允许值、谐波电压、电压允许不平衡度、电压闪变、室内外推荐照度、应急和备用照明、接地等9项主要对比技术指标。这些指标基本涵盖了电力供应的保障性、安全性、稳定性和实用性几个重要维度，具有代表性，重点进行分析。2.1 供电方式铁标TB 10621规定采用集中供电方式，沿铁路线每隔4060 km设置一座10 kV配电所，全线设置两路10 kV电力贯通电缆线路，构成铁路独立的中压供配电系统。区间用电点处设置箱式变电站供电。欧洲则无统一标准规定供电方式，有几种典型的供电方式。对于设置铁路电力独立供电系统的采用集中供电方式，如德国铁路电力中压供电系统属于德国铁路能源公司，沿线铁路设置两条10 kV线路。对于未设置铁路电力独立供电系统的国家，一般根据国情和负荷点的间距，采用就近由地方电力公司接引电源的分散供电方式，如法国铁路沿线有两路地方电力公司的 63/20 kV 电源且负荷间距在10 km左右，为此法国采用就近接引电源方式。供电模式与本国国情、铁路的用电负荷情况、公用电网发展程度关系很大。2.2 备用电源中国铁路电力重要负荷主要从公用电网接引两路可靠独立中压电源互为备用，保证供电可靠性；一些重要的一级负荷如信号、变电所操作电源等，另设蓄电池作为独立电源；特大型站房等少部分特别重要负荷引入第三路电源，并且设置自备柴油发电机中欧铁路电力设计标准对比分析研究及中国标准国际化建议刘诗慧，夏 炎，朱飞雄452023年第4期 总第174期组作为备用电源。欧盟国家在备用电源上没有统一要求，备用电源的方式有另一路电网电源、柴油发电机、蓄电池等几种形式。备用电源方面，整体而言中国要比德国、法国、西班牙等欧盟国家的要求更高一些。2.3 供电电压偏差允许值铁标TB 10008中规定的电压偏差允许值为，35kV及以上，正负偏差绝对值总计不超过10%的额定值；10 kV及以下，为额定值的7%；220 V单相，为额定值的+7%/-10%。非正常情况下，为额定值的10%。欧盟标准EN 50160中对低压电源电压变化的规定为在正常情况下，偏差不超过正常值的10%。供特定的远程用户使用等特殊情况下，电压变化不应超过正常电压的+10%/-15%。不同电压等级下，中国标准的电压偏差允许值存在差别，电压等级越高，供电电压偏差允许值越小。欧盟标准没有对此做严格区分。中国标准和欧盟标准对非正常情况下的电压偏差允许值都有所放松，但中国标准的供电电压偏差允许值低于欧盟标准，更严格。2.4 谐波电压铁标TB 10008中规定20 kV、10 kV的谐波畸变率上限，总谐波 4%，奇次谐波 3%，偶次谐波 1.6%；0.38 kV 的谐波畸变率上限，总谐波 5%，奇次谐波3.8%，偶次谐波1.3%。欧盟标准 EN 50160 中规定，在正常运行条件下，95%的情况下，谐波电压值应小于或等于以下数值：2次谐波电压2%，3次谐波电压5%，4次谐波电压1%，5次谐波电压6%，6次及以上的偶次谐波电压 0.5%，7 次谐波电压 5%，9 次谐波电压 1.5%，11 次谐波电压 3.5%，13 次谐波电压 3.0%，15 次谐波电压 0.5%，17 次谐波电压 2.0%，19 次谐波电压1.5%。总谐波电压(包括 40次以下的所有谐波)应小于8%。中国标准在不同电压等级下的电压谐波畸变率存在差别。欧盟标准规定了95%的情况下谐波电压值上限值，给出了概率范围。中国标准在总谐波畸变率上比欧盟标准严格，规定了奇偶次谐波。欧盟标准在单次谐波电压允许值上规定更详细。2.5 供电三相电压允许不平衡度国标 GB/T 15543中规定正常运行时电压不平衡度上限，负序电压2%，短时不超过4%；还规定了单个用户引起公共连接点不平衡度限值为1.3%，短时限值为2.6%。欧盟标准EN 50160中规定低压（1 kV）和中压（136 kV）在正常条件下，电压的负序分量平均有效值应在2%内。在特殊区域，三相电源端子处可出现3%左右的不平衡。中欧标准规定的电压不平衡度的上限在正常运行时都是2%，但是中国标准允许短时不超过4%，而欧洲标准仅在特殊区域允许3%左右的不平衡。2.6 电压闪变国标GB/T 12326中规定，在系统正常运行情况下，以一周为测量周期，电压110 kV时，闪变限值Plt为1；电压110 kV时，闪变限值Plt为0.8。欧盟标准EN 50160中对闪变限值的规定，在低压、中压和高压系统中，在正常运行条件下，在每一周的时间内，由电压波动引起的闪变限值 Plt应在95%的时间内小于或等于1。中国标准要求所有闪变限值Plt都满足要求，欧盟标准要求在95%的时间内满足限值。铁路电力系统一般为中低压系统，在中低压系统中，中欧标准限值一致为1；电压110 kV的高压系统中，中国标准限值更严格为 0.8，标准严格会导致工程造价增加，主要体现在补偿装置上。2.7 室内外推荐照度铁标 TB 10089规定了中国铁路主要室内外场所照明标准值，如表3所示。表3 中国铁路主要室内外场所照明标准值售票厅安全检查区候车室（特大车站）候车室（其他车站）通道/连接区/扶梯/换乘厅/地道楼梯/平台（特大车站）地面地面地面地面地面地面200302001501501500.40.60.60.40.40.6房间或场所参考平面照度/lx照度均匀度U2中欧铁路电力设计标准对比分析研究及中国标准国际化建议刘诗慧，夏 炎，朱飞雄46楼梯/平台（其他车站）基本站台（特大车站）其他站台（特大车站）/有棚站台/有棚天桥无棚站台/无棚天桥到发线/存车线/牵出线/调车线客车整备线/机车整备台位/列检作业场所装卸作业区/有棚货物站台无棚货物站台铁路大桥、特大桥的桥面及人行道铁路隧道正常照明地面地面地面地面轨面地面地面地面轨面轨面7515075503202010330.40.40.40.4-0.250.250.25-续表3房间或场所参考平面照度/lx照度均匀度U2欧标EN 12464中规定了铁路设施运输区域的照度要求和铁路相关室外照明要求，主要值如表4所示。表4 欧盟铁路室内外照明标准值区域、任务或活动的类型全封闭平台，少量乘客全封闭平台，大量乘客地下通道，少量乘客地下通道，大量乘客售票厅和大厅候车室，开关和设备室通道保养及维修工棚开放式站台，极少数乘客开放式站台，少量乘客开放式站台，中等数量的乘客开放式站台，大量乘客有盖站台，大量乘客楼梯，少量乘客楼梯，大量乘客铁路站场/驼峰区人行道/开放式人行天桥货运区的露天平台维修列车和机车铁路站场装卸区检查坑照度m/lx10020050100200200503005102050100501001010202030100照度均匀度 UO0.400.500.500.500.500.400.400.500.200.250.300.400.500.400.500.400.250.400.400.400.50中国标准给出各个具体场所的照度和均匀度，按车站规模区分等级；欧盟标准分类方式、取值参数与我国标准无法一一对应，按场所内乘客数量区分等级。2.8 应急和备用照明铁标 TB 10621中规定应急照明应设置在紧急出口、救援通道等应急疏散场所。疏散通道的应急照明水平照度不应低于0.5 lx。疏散指示照明标志安装间距不宜大于30 m，并应安装在距地面1 m以下的墙上。TB 10089中规定：消防控制室等火灾时仍需工作的消防设备房，备用照明不低于其正常照明的照度值；调度中心、部局级信息机房、大型车站售票室等重要场所，备用照明不低于其正常照明的一半；其他铁路场所不低于其正常照明的10%。欧盟标准EN 1838规定，在地面上方至少2 m处安装照明灯具和逃生路线安全标志。对于宽度不超过2 m的逃生路线，逃生路线中心线上地板上的水平照度不得小于1 lx。用于紧急逃生照明的最小照明持续时间应为1 h。紧急逃生路线照明应在5 s内达到所需照度的 50%，在 60 s 内达到所需照度的100%。中国标准对应急、备用照明的区域进行了定义，对具体照度参数进行了分类规定。欧盟标准对逃生路线照度和照明持续时间做出具体规定。2.9 接地铁标 TB 10008 及 TB 10180 规定低压系统有TN、TT和IT 3种接地。TN系统的外导电部分经保护导体（PE）或保护和中性导体（PEN）接地；TT系统一点直接接地，外导电部分应接到独立于接地的接地极上；IT电源系统的所有带电部分应与地隔离，或某一点通过阻抗接地。欧盟使用的IEC 60364-1中规定了不同接地形式。代码的第一位表示电力系统与地面的关系：T为一点直接接地；I为所有带电部件与地面隔离，或通过高阻抗与地面连接。第二位表示外导电部分的接地方式：T为外导电部分与地面直接电气连接；N表示外导电部分与系统接地点直连。欧盟与中国关于接地形式的标准，在应用于铁路系统时，是相互适用的。2.10 小结对以上主要技术指标及中国欧盟标准进行对比分析后，总结主要指标对比结论和中欧标准适应性中欧铁路电力设计标准对比分析研究及中国标准国际化建议刘诗慧，夏 炎，朱飞雄472023年第4期 总第174期分析如表5所示。其中接地形式相同，中欧标准相互适用。电压允许不平衡度和电压闪变要求基本相同，特殊情况有区别。供电电压偏差允许值和谐波电压中国标准更严格。供电方式和备用电源与当地电网情况等客观情况关系很大，欧洲电网情况不同因而也没有统一标准，由于电力供电主要服务于当地铁路用电负荷，因此对欧洲铁路互联互通影响不大。室内外推荐照度与应急和备用照明，与各自根据服务旅客习惯相关，中欧标准对其分类和规定方式不同，不能互相适用，建议根据当地情况和业主要求，选择适合当地的形式。3结论及建议3.1 结论我国标准的规定比较细致，可操作性强，欧盟标准的规定较为系统，灵活性较强，多适用于普遍的中低压电力系统。我国与欧盟在铁路电力设计原理上供电方式备用电源供电电压偏差允许值谐波电压中 国 采 用 集 中 供 电方式。欧洲无统一标准，德国采用集中供电方式，法国采用分散供电方式中国从公用电网接引两路可靠独立中压电源互为备用；一些重要负荷另设蓄电池作为独立电源或引入第三路电源及柴油发电机组作为备用电源。欧洲无统一标准，备用电源方式有另一路电网电源、柴油发电机、蓄电池等几种形式中国偏差绝对值总计不超 过 10%(35 kV 及 以上)；7%(10 kV及以下)；额 定 值 的+7%/-10%(220 V)。欧盟偏差不超过10%中国总谐波 4%(20 kV、10 kV 级)；总 谐 波 5%（0.38 kV级）。欧盟标准总谐波电压应小于8%供 电 模 式 与 当 地 国情、铁路用电负荷情况、公用电网发展程度关系很大。欧洲各国供电条件不同，无法统一标准。需根据当 地 客 观 条 件 确 定指标备用电源也依赖于 当地电网情况等客观因素。需根据当地电网情况确定是否有条件引 入 另 一 路 电 网 电源。欧洲各国供电条件不同，无法统一标准。中 国 标 准 要 求较高中国标准较严格，适用于欧洲。欧洲标准较 宽 松，不 适 用 于中国中国标准比欧盟标准严格，适用于欧洲。欧洲标准较宽松，不适用于中国主要指标对比分析结论适应性分析电压允许不平衡度电压闪变室内外推荐照度应急和备用照明接地中欧标准正常运行时都是2%。中国标准允许短时不超过4%。欧洲标准仅特殊区域允许3%在中低压系统中，中欧标准限值一致为1。电压110 kV的高压系统中，中国标准限值更严格，为0.8中国标准给出各个具体场所的照度和均匀度，按车站规模区分等级。欧盟标准按场所内乘客数量区分等级，分类方式、取值参数与我国标准无法一一对应中国疏散通道的应急照明 水 平 照 度 不 应 低 于0.5 lx。消防备用照明不低于其正常照明的照度值；重要场所备用照明不低于其正常照明的一半；其他场所不低于其正常照明的10%。欧洲逃生路线水平照度不得小于1 lx中欧都有TN、TT和IT 3种接地形式正常运行时中欧标准要求相同，总体上互相适用。特殊条件的规定有区别中低压系统中，中欧标准要求相同，总体上互相适用。高压系统中，中国标准更严格，标准严格会导致工程造价增加，主要体现在补偿装置上各自根据服务旅客习惯进行了详细规定。分类方式不同，不能互相适用。建议根据当 地 情 况 和 业 主 要求，选择适合当地的标准中欧标准规定方式不同，不能互相适用。中国标准对应急、备用照明的区域进行了定义，对具体照度参数进行了分类规定。欧盟标准对逃生路线照度和照明持续时间做出具体规定欧盟与中国关于接地形式的标准，在应用于铁路系统时，是相互适用的续表5主要指标对比分析结论适应性分析表5 中欧铁路电力标准主要指标对比和适应性分析中欧铁路电力设计标准对比分析研究及中国标准国际化建议刘诗慧，夏 炎，朱飞雄48相似，但具体要求有一定差异。我国铁路的管理主体统一，外部电源的主体也多为国家电网公司或南方电网公司，规则统一。欧洲铁路的运营维护主体是欧洲各国，外部电源的来源不同，不同国家电网运营情况也不同。国情和管理主体的差异导致各国模式与其电力系统规划有关，如供电方式、备用电源等存在较大差异。室内外推荐照度，应急和备用照明等，欧盟不同国家会根据EN标准对不同区域的照度进行进一步取值，中国和欧盟在照明区域划分和具体规定上有一定区别，海外工程应用时需因地制宜选用当地模式。电压偏差、电压闪变等指标，中国标准要求更严格，相对的工程造价更高。仅有接地标准在应用于铁路系统时，中欧标准是相互适用的。3.2 建议通过对中欧铁路电力专业标准指标的对比研究，提出我国铁路电力设计标准的修订建议如下：1）欧盟标准为综合指标，在保证一定安全性和舒适性的前提下，更注重工程经济性。我国电力设计指标偏于严格，建议综合考虑标准实施经验和技术经济性，在满足运营和安全要求的情况下，区分不同应用和造价情况，提出针对不同情况的分类要求，改善技术经济性，以提升我国线路设计标准的国际通用性。例如：在谐波电压限制值上，在不降低供电可靠性的前提下，可适当放宽要求以适应当地电网的情况，减少补偿或滤波装置的使用，降低工程造价。2）我国电力标准适用于电能质量稳定的统一大电网，而海外其他地区基本不具备此条件，有些标准可根据当地情况，适当调整或降低标准要求，以适应外部电网条件，便于海外推广，如供电方式和备用电源的要求。3）我国电力设计体现了高安全性、高稳定性、高舒适性，运营条件更佳。因此，建议我国承揽、参与国际标准制修订时，适时纳入中国电力设计的高安全性、高稳定性、适当备用的科学理念。参考文献1 朱飞雄,倪光斌.开展中德铁路标准对比分析 促进中国铁路标准走向世界J.铁道经济研究,2010(4)：:5-9.2 郑健.中国铁路“走出去”铁路服务“一带一路”战略的思考J.时事报告(党委中心组学习)，2015(4)：144-160.3 倪光斌,周诗广,朱飞雄.铁路行业工程建设标准先进性与国际化探讨J.铁道经济研究,2016(1)：1-5,11.4 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.电能质量 电压波动和闪变：GB/T 123262008S.2008.5 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.电能质量 三相电压不平衡：GB/T 155432008S.2008.6 国家铁路局.铁路电力设计规范：TB 100082015S.2015.7 国家铁路局.高速铁路设计规范(附2019年局部修订)(附2021年局部修订）：TB 106212014S.2014.8 国家铁路局.铁路照明设计规范：TB 100892015S.2015.9 国家铁路局.铁路防雷及接地工程技术规范：TB 101802016S.2016.10 Voltage characteristics of electricity supplied by public electricitynetworks;EN 50160:2010/A1：2015S.2016.11 Low-voltage electrical installations-Part 1:Fundamental principles,assessment of general characteristics,definitions;IEC 60364-1：2005S.2005.12 Light and lighting.Lighting of work places.Part 1:Indoor workplaces:EN 12464-1-2011S.13 Light and lighting.Lighting of work places.Part 2:Outdoorwork places:EN 12464-2-2014S.14 Voltage characteristics of electricity supplied by public distribution networks：EN 50160-2010S.（责任编辑：魏艳红）（修回日期：2023-07-07）中欧铁路电力设计标准对比分析研究及中国标准国际化建议刘诗慧，夏 炎，朱飞雄49