城市軌道交通電源系統綜合運維管理淺析

孫晉敏

摘 要：軌道交通成為城市發展的一個重要標志，軌道交通運營過程中，運維管理是一個要點。文章從軌道交通電源系統的組成入手，指出傳統運維模式的弊端，分析了綜合性、智能化運維管理的要求和技術支持，以及管理平臺的具體構建方法，以期進一步提高軌道交通電源系統的運維管理質量。

關鍵詞：城市軌道交通;電源系統;運維管理;綜合性;智能化

0 引言

在城市發展過程中，為了緩解交通擁堵問題，提高環境質量，大力發展軌道交通項目，具有安全性、舒適性、綠色環保的特點，深受民眾喜愛。軌道交通的運行，離不開電源系統的支持，提高電源系統的可靠性，加強運維管理工作，才能保證軌道交通的穩定運行。新形勢背景下，傳統運維模式的弊端一一突顯，必須進行改進，構建綜合性、智能化的運維管理系統。

1 城市軌道交通電源系統的組成部分

軌道交通的電源系統，是城市電力系統經高壓輸電網、主變電所、配電網絡、牽引變電所、換流等環節，為列車組提供電能資源。電源系統的電力，一方面為列車組提供牽引動力，實現正常運行;另一方面用于車站、區間、調度中心的照明、動力、測試維修等。單純以列車組的牽引動力為例，這部分電源系統是由變電所、動力電纜、軌道、電力監控系統組成。供電系統是否能可靠、持續運行，直接決定了軌道交通的安全性[1]。

2 城市軌道交通電源系統傳統運維模式分析

軌道交通電源系統的運維管理，傳統模式是人工巡檢配合機電設備監測，相比于單純人工管理，雖然提高了工作效率，但依然存在較多問題，例如：（1）計劃編制單一，大多停留在手動派工的層面;（2）信息傳輸的速度慢，響應時間長，遇到突發狀況難以及時處理;（3）信息表達方式單一，整體管理效率低;（4）存在過維護、欠維護現象?？紤]到電源系統的設備復雜、專業性強，且隨著軌道交通的規模擴大，運維管理成本明顯提升，定期檢修、事后檢修不再適用，必須改進運維管理系統，提高綜合性、智能化程度[2]。

面對傳統運維管理的不足，國內部分廠家也積極投入研發與測試，優特科技致力于供電運維智能化安全管理，創新研發出多項供電運維安全管控技術，推出了針對供電系統安全作業的整體解決方案，在軌道交通運行、保護設備安全和維護人員安全、提高工作效率等方面，具有重要意義。白云電器則充分利用現代信息技術和人工智能技術，立足于故障預測和健康管理，整合工業大數據、物聯網、云計算等技術，制定了供電系統的維修和狀態檢修方法，形成健康評價、在線監測、剩余壽命預估等技術方案;針對直流開關、交流開關的特征，研發出開關動作監測裝置;在軌道交通運行方面，建立了供電全壽命周期智能化運維管理系統，改變了傳統的維修作業模式，具有安全性、穩定性、可靠性。

3 綜合性、智能化運維管理的要求和技術支持

3.1 要求

為了更好地對電源系統進行運維管理，發生故障時能及時響應，確保軌道交通安全性，應該將5G通訊、云計算、大數據、人工智能等技術相結合，構建綜合性、智能化的運維管理平臺。對該管理平臺的要求是：（1）能對軌道交通的供電系統進行全流程、全方位管理;（2）能對不同狀態的供電設備，制定適宜的維修策略;（3）能減少維修工作量，降低檢修成本;（4）提高管理系統的自動化、智能化，適應軌道交通運行的新需求。

3.2 技術支持

針對傳統運維管理模式的弊端，構建綜合性、智能化運維管理系統，能實現數據的共享，根據監控數據、生產管理，自動生成作業要求;配合手持式巡檢終端設備，對整個生產流程進行監控記錄，確保管理系統嚴格規范運行。其中，設備監控和生產管理共享數據，技術支持如下：

（1）電源系統中的變電所，其設備運行過程中，監控系統能獲得歷史數據、故障信息，對設備的實時運行狀態進行控制，將事后控制轉變為事前預測、事中控制。（2）生產管理系統的數據，主要有生產計劃數據、設備維修數據、保養數據、元器件數據等，要做到全生命周期維護控制，滿足軌道交通的安全持續運行需求。（3）能采集生產環節的各項數據，例如生產人員的個人信息、工具設備的檢驗信息、儀器儀表的標準數據等，為運維工作的開展提供支持。（4）整個運維管理期間，能得到標準作業流程、操作手冊、部門生產管理規定、設備圖紙、維護標準等資料。

3.3 預期管理目標

基于該運維管理系統下，能監控設備的全生命周期狀態，對歷史數據、運行數據進行分析，可以實現以下目標：（1）在業務邏輯下，對業務數據進行循環卡控，可以自動更新設備信息、物資庫存，自動統計工時。（2）SCADA系統出現故障時，能及時預警;EAM平臺出現故障后，能進行統計;并對生產計劃智能分析、分類處理，生成差異化維修方案。（3）分析標準化數據結果，為設備故障匹配近似的檢修方案，推送故障地點、設備圖紙等信息，利用故障專家系統指導維修過程。

4 綜合性、智能化運維管理平臺的構建

4.1 工作流程

該運維管理系統的工作流程如下：

第一步，在電源系統上安裝電力監控裝置，配合人工巡檢、現場電子巡檢等方式，獲得供電系統的實時運行數據。

第二步，經傳輸系統，將供電系統的實時運行數據傳遞到智能運維管理平臺，基于大數據技術、數據融合算法，對數據進行預處理，降低后續處理難度。

第三步，利用5G或光纖網絡，將預處理后的數據傳輸至生產管理單元，采用數據挖掘技術、數據融合算法，獲得數據的特征，進一步分析并監測各個設備的狀態，將數據儲存到數據庫。

第四步，提取特征后的數據，利用AI技術判斷是否出現故障，結合歷史數據、關鍵參數、運行模型，初步判斷故障的位置和類型。

第五步，發出故障預警信息，系統自動生成維修計劃，調配人員和備件，配合手持終端設備監控現場作業，直至故障解除。

4.2 平臺架構

該運維管理系統的平臺架構如下圖1所示，主要包括數據層、服務層、應用層三個層級。

第一，數據層。軌道交通運行期間，對供電系統關鍵設備的運行狀態、養護維修數據進行存儲，并配合現場作業進行管理。這些數據分為兩大類：（1）關系型數據，以MySQL數據為主體;（2）非結構化文件服務器，存儲對象是視頻、音頻、圖片、大容量文件等。

第二，服務層。服務層是連接數據層和應用層的橋梁，能實現各項業務功能，包括數據的接收、處理、存儲，數據挖掘、生產報表、人工智能學習等。此外，在服務層中，還設置了連接GIS服務器、FTP服務器的入口。

第三，應用層。應用層基于B/S應用服務、C段應用系統下，提供業務邏輯和底層訪問接口，用來展示數據、用戶交互。例如：傳輸維修檢測數據時，能提供客戶端程序;分析檢測數據和維修方案時，提供Web頁面。

4.3 功能模塊

該運維管理系統的平臺上，包括任務池、綜合管理、人員管理、維修中心、數據中心5大功能模塊，簡要介紹如下：

第一，任務池。該模塊采用權限管理模式，管理者登錄后，能對生產任務進行發起、審核、批準，生產部門和技術部門的負責人，可對生產計劃進行抽檢，確保生產計劃的合理性、可行性。

第二，綜合管理。該模塊存儲了大量數據資料，例如供電系統的圖紙、設備構造和功能資料、生產中使用的工具設備資料，以及維護物料的信息。通過分析能了解合格性信息，例如工具校驗的合格期、備件的儲存量等。

第三，人員管理。該模塊記錄了工作人員的詳細資料，包括個人信息、入職教育經歷、崗位工作內容、獎懲記錄等。其中，考慮到不少崗位工作具有特殊性，還能對特種作業證的持證情況進行檢查，常見如高壓證、低壓證等，能檢索出證件的有限期。如果快要到失效期，就會自動報警，提醒工作人員考試取證。

第四，維修中心。該模塊記錄了設備的運行數據，執行生產計劃時，能自動檢索設備的履歷，了解重要的技術參數;當生產作業完成后，就能自動更新履歷數據。

第五，數據中心。該模塊記錄了供電系統的故障檢修情況，內容包括故障描述、原因、處理過程，并且有相應的圖片和視頻資料。作業設備和巡檢設備采集到的數據，可以輸入數據中心，開展智能分析;此外還包括維修知識、設備廠家提供的檢修手冊、故障預測模型、監控規則庫等內容，為運維管理提供支持。

5 實際管理成果

以上海市為例，截止2018年底，共有軌道交通線路17條，車站共計395個;通行里程達到673km，位居全國第一。隨著原線路延伸、新線路試運營，通行里程依舊在不斷增加，領跑全國。但在調查中發現，部分線路隨著運營時間延長，針對電源系統的運維管理工作不到位，提高了故障發生風險。為了進一步提高供電安全性、可靠性，保證列出正常運行，決定對運維管理系統進行升級。

選取軌道交通5號線、17號線，分析供電系統的基礎情況，采用綜合性、智能化運維管理系統。結果顯示管理成果如下：（1）供電系統內的各個設備，能實時監測運行情況，對運行數據進行傳輸、處理，開展智能診斷、故障預分析和處理等工作。（2）依據設備監控數據，自動生成生產計劃，根據設備的不同重要程度，實現差異化運行維護。（3）整個運維管理期間，能對人員、材料、儀器、生產流程等要素進行控制，避免出現不合格作業的情況。（4）能對多種故障進行預分析、預處理，且可以外接多種終端巡檢設備，提高了現場作業的數字化、智能化程度。

6 結語

城市軌道交通快速發展的同時，運維管理工作也要不斷更新，只有保證電源系統的穩定性、可靠性，才能確保軌道交通正常運行。分析可知，傳統的電源系統運維管理模式存在一些弊端，文章介紹了綜合性、智能化運維管理系統的優勢、構建方法、功能模塊。結合上海軌道交通的運維管理成果，表明該管理模式是可行的，能推動軌道交通安全可靠運行。

參考文獻

[1] 郭文婷.關于城市軌道交通傳輸系統的可延續性探討[J].中國新通信，2018，20（22）：79-80.

[2] 馬映坤.城市軌道交通低壓配電系統的設計總結[J].建筑工程技術與設計，2017（16）：4763.