IEC 634382024 铁路应用 固定装置 交流和直流电力牵引供电系统的保护原理标准立项发展报告

铁路应用固定装置交流和直流电力牵引供电系统的保护原理标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Railwayapplications-Fixedinstallations-ProtectionprinciplesforACandDCelectrictractionpowersupplysystems摘要随着全球轨道交通行业的飞速发展，电力牵引供电系统作为铁路运输的核心动力基础设施，其运行安全性与可靠性日益受到业界的高度重视。牵引供电系统的保护原理直接影响着故障快速切除能力、设备安全防护水平及系统整体可用性，是保障铁路连续、安全、高效运营的关键技术环节。本标准立项发展报告以国际电工委员会（IEC）于2024年12月10日正式发布的IEC63438:2024《铁路应用固定装置交流和直流电力牵引供电系统的保护原理》为核心研究对象，系统梳理了该标准的制定背景、立项必要性、主要技术内容及其行业指导价值。报告指出，随着铁路网络规模扩大、运量提升以及新能源接入带来的复杂运行场景，原有分散化、差异化的保护配置原则已难以满足跨区域互联互通和智能化运维的发展需求，亟需从国际层面确立统一、系统的保护原理框架。IEC63438:2024的发布填补了该领域国际标准化的空白，首次在国际层面系统性地整合了交流和直流牵引供电系统中保护装置配置、故障检测、选择性配合、冗余策略及智能化发展趋势等方面的技术规范。报告对该标准涉及的核心技术内容进行了深入剖析，涵盖保护分区与整定原则、故障类型判别、保护装置功能要求、系统级协调策略等关键维度，并结合该标准与我国现行标准体系的匹配性分析，提出了针对性实施建议。本报告旨在为标准使用者提供全面、准确的技术解读，并为后续标准推广、应用及国内转化提供参考依据，以期有效提升我国轨道交通牵引供电系统的保护技术水平与国际接轨能力。关键词：铁路应用；固定装置；牵引供电系统；保护原理；交流与直流；国际电工委员会；继电保护；标准化Keywords:Railwayapplications;Fixedinstallations;Tractionpowersupplysystems;Protectionprinciples;ACandDC;IEC;Relayprotection;Standardization1引言1.1研究背景近年来，全球轨道交通建设进入蓬勃发展期。无论是高速铁路的持续扩张，还是城市轨道交通网络的密集化布局，都使得牵引供电系统的运行环境日趋复杂。牵引供电系统承担着为电力机车、动车组等轨道交通车辆持续供给电能的重要任务，其一旦发生故障，轻则导致供电中断、列车晚点，重则引发设备损毁甚至安全事故。因此，科学、合理的保护系统是确保牵引供电系统安全可靠运行的“第一道防线”和“最后一道屏障”。长期以来，交流和直流牵引供电系统的保护配置多遵循各国既有技术规范或制造商既定设计经验，缺乏一套在国际层面统一认可的、系统性的保护原理框架。不同国家和地区在保护分区划分、故障判据选取、整定配合原则等方面存在明显差异。这种差异化设计在为跨国铁路互联互通、装备互认及运维经验共享带来障碍的同时，也难以有效应对诸如双向潮流、再生制动能量回馈、分布式新能源接入等新型运行场景带来的挑战。为此，国际电工委员会铁路电气设备与系统标准化技术委员会（IEC/TC9）组织相关国际专家，历经多轮研讨与论证，正式立项并发布了IEC63438:2024标准。1.2标准的定位与意义IEC63438:2024《铁路应用固定装置交流和直流电力牵引供电系统的保护原理》是一项系统性的基础技术标准，其核心目标是确立交流和直流电力牵引供电系统中保护功能配置与整定的通用原则。该标准的发布不仅填补了该技术领域国际标准的空白，更标志着全球牵引供电系统保护技术从经验化、分散化设计向理论化、系统化、规范化方向迈出了关键一步。本标准不针对具体的保护装置型号或制造商产品，而是聚焦于保护系统的功能定位、性能需求、配置原则和整定配合逻辑，因而具有广泛的适用性和指导性。它既适用于新建牵引供电系统的保护设计与工程实施，也可作为既有系统保护改造升级的技术依据，还可为各国制定或修订本国相关标准提供重要的参考框架。1.3报告的编写目的本报告旨在全面、深入解读IEC63438:2024标准的立项背景、编制过程、核心技术内容及其推广应用前景，为从事铁路牵引供电系统设计、运维、科研及标准化工作的专业人员提供系统的技术参考，同时为推进该标准在我国的本土化应用与转化实施提供建设性意见。2标准立项背景与必要性分析2.1行业发展的现实需求当前，全球铁路行业正经历深刻的技术变革。在“双碳”目标驱动下，铁路作为一种绿色低碳的运输方式，其运量占比持续提升。新形势下，牵引供电系统不仅要满足日益增长的运输能力需求，还需适应更高速度、更小间隔、更大密度的运营特征。与此同时，再生制动能量回馈装置的广泛应用、光伏等分布式电源接入牵引供电系统、以及基于电力电子器件的新一代牵引供电装备的陆续投运，使得牵引供电系统的故障特征从传统的单向、单相特征向双向、多源、非线性特征演化，对保护系统的适应性和可靠性提出了更高要求。在此背景下，以往基于经验和局部优化的保护设计方法暴露出明显的不适应性——保护配置缺乏系统性、定值整定缺乏统一原则、跨系统协调配合能力不足等问题日益凸显，亟需出台一部具有国际共识的、系统性的保护原理标准，为各类工程实践提供统一的顶层指导。2.2国际标准空白与立项动因在国际电工委员会IEC/TC9的组织框架下，此前已发布了多项涉及牵引供电系统设备与系统的标准，如IEC60850（牵引供电系统电压）、IEC60990等，但在“保护原理”这一顶层设计层面，始终缺乏统一的国际标准。各国通常依据本国铁路技术规程或企业标准进行保护系统设计，导致同类工程在不同国家甚至不同项目中的保护配置和整定原则存在较大差异。为了促进国际铁路互联互通、降低跨国项目技术壁垒、推动保护技术的国际对标统一，IEC/TC9在充分调研各成员国需求和现有技术成果的基础上，正式启动了IEC63438的编制工作。项目组汇集了来自中国、德国、法国、日本、韩国、瑞士等多个国家的铁路供电技术专家，历经多轮工作组会议、草案讨论和技术评审，最终形成了本标准。2.3技术发展趋势的必然要求当前牵引供电保护技术正在向数字化、智能化、网络化方向快速演进。基于IEC61850的变电站自动化通信体系、基于广域测量与同步信息的自适应保护、基于人工智能算法的故障诊断与定位技术等，均在牵引供电领域展现出广阔的应用前景。然而，先进技术的应用必须建立在清晰、严密的保护原理框架之上。IEC63438:2024以保护原理的顶层逻辑为核心，适应了技术发展趋势对标准化顶层设计的迫切需求，为新型保护技术的规范应用奠定了基础。3标准主要技术内容解析3.1标准适用范围与总体框架IEC63438:2024适用于铁路固定装置中交流和直流电力牵引供电系统的保护设计与评估。其中“固定装置”涵盖牵引变电所、分区亭、开闭所、接触网供电馈线及回流系统等固定设施；“电力牵引供电系统”则包括交流（工频单相AC15kV、AC25kV等）和直流（DC750V、DC1500V、DC3000V等）两种主要制式。标准总体框架围绕保护系统的功能需求、配置原则、整定配合和性能评估四个维度展开。在功能需求层面，标准明确了一套完整保护系统应具备的故障检测、故障隔离、告警记录、自检监视和故障后恢复等基本功能要求。标准强调保护系统应在任何故障工况下都能可靠地检测故障，并选择性、快速地切除故障区段，尽量缩小停电影响范围，保障非故障区段的持续供电。3.2保护分区与配置原则标准将牵引供电系统的保护范围按照“供电臂—馈线—设备单元”等层级进行科学划分，明确了不同层级保护之间的协调配合关系。标准提出了保护分区的基本原则，指出每个保护分区应有明确的边界定义和独立的保护功能配置，各区之间应通过合理的配合时差或通信联锁实现选择性。在保护配置原则方面，标准要求每个供电分区应至少配置主保护和后备保护，主保护负责快速切除区内故障，后备保护在主保护拒动或断路器失灵时起后备作用。标准特别强调了对牵引变压器、整流机组、直流快速断路器、交流断路器、接触网馈线等重点设备的差异化保护配置要求，并对保护的冗余设置原则和双重化配置条件进行了规定。3.3故障类型判别与检测要求牵引供电系统的故障类型具有特殊性，如交流系统的匝间短路、对地闪络、断线接地复合故障，直流系统的远端短路、高阻接地、电弧故障等。标准针对交流和直流系统的不同故障特征，分别给出了保护装置应具备的故障判别能力要求。对于交流牵引供电系统，标准重点涵盖了过流保护、距离保护、电流差动保护、失压保护及自动重合闸的逻辑与配合原则。对于直流牵引供电系统，标准着重论述了基于电流变化率（di/dt）和电流增量（ΔI）的快速保护判据、双边供电条件下的方向判别逻辑以及直流断路器配合策略。此外，标准还要求保护系统具备故障录波和测距功能，为故障分析和运维决策提供数据支撑。3.4保护整定与配合的通用原则保护定值整定和级差配合是保护系统设计的核心环节。IEC63438:2024系统性地阐述了交流和直流保护装置整定计算的一般流程、配合原则及校验方法。标准提出，定值整定应兼顾灵敏度、选择性和速动性的综合平衡，并在最大运行方式和最小运行方式下分别校验保护的可靠动作系数。在配合策略上，标准推荐采用时间级差配合、电流级差配合以及基于通信的闭锁/允许式配合相结合的综合方案。对于直流系统，标准还特别提出了利用电流变化率与电流增量构成的二维判据实现快速选择性配合的原理性建议。3.5智能化与新技术应用的接口需求顺应智能铁路的发展方向，IEC63438:2024还前瞻性地将继电保护装置与SCADA系统、广域监测系统（WAMS）、智能运维系统之间的接口需求纳入考量。标准指出，保护系统应支持标准化的通信协议和数据模型（如IEC61850），具备状态自检、远程定值召唤与修改、故障信息自动上报等功能，以适应铁路供电系统数字化和智能化转型的需要。4主要起草单位介绍IEC63438:2024由国际电工委员会铁路电气设备与系统标准化技术委员会（IEC/TC9）归口管理，来自全球多个国家的技术专家和工作组参与了标准的编制工作。其中，来自德国的西门子交通技术有限公司（SiemensMobilityGmbH）在标准编制过程中发挥了核心作用。西门子交通技术有限公司是全球领先的轨道交通解决方案供应商，隶属于西门子股份公司，业务涵盖铁路自动化、牵引供电系统、铁路车辆及智能交通系统等领域。在牵引供电领域，西门子拥有超过百年的技术积累，其交流和直流牵引供电保护方案广泛应用于欧洲、亚洲及全球多条干线铁路和城市轨道交通线路。公司拥有深厚的继电保护理论底蕴和丰富的工程实践经验，多名专家长期深度参与IEC/TC9的各项标准化活动，在保护原理框架设计、故障判别逻辑建模和选择性配合理论等关键技术环节贡献了大量核心知识成果。该公司在德国乃至全球多个高速铁路和城轨项目中积累的工程经验和故障案例数据，为标准的验证与完善提供了重要的实证支撑。5标准实施建议与展望5.1国际对标与国内转化建议我国是IEC/TC9的积极成员，长期深入参与各项国际标准的制定工作。针对IEC63438:2024，建议国内相关标准化技术委员会及时组织开展标准的翻译、比对和适用性评估工作，研究该国际标准与我国现行国家标准GB/T28026系列、TB/T30009系列及铁路行业技术规章之间的技术差异和衔接关系。在此基础上，适时启动该标准的国内转化或采标工作，使我国牵引供电保护技术标准与国际先进水平保持同步。5.2工程应用与人才培养建议铁路设计院、供电段和相关制造企业积极组织和开展该标准的技术宣贯与培训活动，使设计人员在新建项目保护方案设计中能主动对标该标准的推荐做法，运维人员能按标准的指导优化保护定值管理和故障分析流程。同时，鼓励高校和科研机构将该标准纳入相关专业教学内容，为我国轨道交通供电技术领域培养更多具有国际视野的高素质人才。5.3未来发展展望随着人工智能、数字孪生、云计算等新技术与牵引供电系统的深度融合，基于数据驱动的自适应保护、基于数字孪生的保护定值动态校核等技术将逐步从研究走向应用。IEC63438:2024为这些新技术的有序应用提供了清晰的原理性指导框架，未来该标准也有望根据技术发展情况适时修订和扩展，增加关于新型保护算法和智能化运维的相关技术内容。6结论IEC63438:2024《铁路应用固定装置交流和直流电力牵引供电系统的保护原理》作为国际电工委员会在牵引供电保护领域发布的首部系