城市軌道交通供電設備智能運維系統

徐維甲

(上海地鐵維護保障有限公司供電分公司，201106，上海 ∥ 高級工程師)

隨著信息化和智能化的飛速發展，智能裝備在日常生活中得到了廣泛的應用，是當前應用最廣泛和最具發展潛力的產業。為重點突破制約我國在軌道交通裝備的核心關鍵技術，國家科技部于2016年2月下達了“十三五”國家重點研究計劃先進軌道交通重點專項課題，為完善我國現代交通運輸核心技術體系，研發新一代高端軌道交通裝備提供了支持[1]。作為軌道交通裝備核心的供電智能運維系統，通過建立大數據智能平臺和設備管理分析體系，對軌道交通供電關鍵設備的狀態及與之相關的管理活動進行全過程優化、監控和管理；通過對關聯數據的分析，制定合理的設備檢修策略，最大程度保障軌道交通安全、準點、高效運營。

隨著上海軌道交通供電設備體量日益增大，設備壽命進入老化期，設備故障率逐步增加，供電安全性受到影響，因此建設一體化的設備設施安全運行和維護維修的供電設備智能運維系統勢在必行[2-3]。

1 城市軌道交通供電設備智能運維現狀問題分析

目前，城市軌道交通供電設備智能運維建設中存在的主要問題如下：

1) 系統間整合效率不高，各種運維系統平臺之間業務板塊相對獨立，產生的海量數據無法共享應用；

2) 系統采集的數據連續性和顆粒度較低，無法滿足系統運維分析的需要；

3) 既有的運維系統平臺不能滿足網絡化運維需求，僅以運營開通的基本需求為主，較少考慮后續的運維管理功能需求；

4) 因缺乏頂層規劃設計，早期建設線路的設備，其功能改造和擴展能力有限，導致在新線設備中已應用的功能，無法在短時間內實現新老線之間的統一；

5) 應用系統與網絡傳輸缺乏統一的標準，不同的專業間，不同的管理主體，均有各自的運維系統，系統間沒有形成統一的標準。

為此需要探索網絡化運維新模式，建立一個統一規劃、具備頂層設計、互聯互通的網絡化智能運維體系。

2 城市軌道交通供電設備智能運維系統

智能運維系統作為供電系統的數據管理核心，對運維工作進行協調指揮和專業化的維護提供支撐：監測和采集獲得的變電所和觸網設備的狀態信息和數據，通過綜合通道網統一傳輸至運維平臺，智能運維系統根據數據所呈現的趨勢和設備狀態做出預判斷，降低故障率并形成數據庫管理。EAM(資產管理系統)系統、施工管理平臺、故障報修平臺等作為地鐵集團內部原有管理型平臺，平臺之間相互獨立，數據無法共享和關聯應用。各管理性平臺與供電設備智能運維系統形成數據對接，在智能運維系統中實現數據共享和業務聯動作業。上海申通地鐵集團的智能運維平臺屬于集團的總體數據中心，供電設備智能運維系統作為集團智能運維平臺子系統之一，兩大系統的信息資源可相互共享。供電設備智能運維系統以云平臺、微服務模式為架構，滿足集團智能運維平臺數據納管和數據雙向傳輸要求，實現在集團平臺中完成跨專業數據交互、應用。城市軌道交通供電設備智能運維系統體系架構如圖1所示。

圖1 城市軌道交通供電設備智能運維系統體系架構

3 城市軌道交通供電設備智能運維系統設計

隨著上海軌道交通里程數量的不斷增加和網絡化規模的不斷發展，供電系統所管轄的設施設備體量同步增長，傳統的運維模式和現有的電力監控系統已無法滿足未來網絡化發展的需要，供電設備智能運維已成為必然趨勢。

供電設備智能運維系統由設備狀態實時感知預警、設備全壽命管理、生產業務流程管控、數據分析等子系統集成，是多維度的系統平臺。該系統平臺是整體的大腦，同時也是數據中心。通過該系統平臺能及時了解供電關鍵設備的工作狀態，實現設備運行狀態、健康狀態和環境的監測，實現能耗綜合自動化管理；該系統平臺可對運維工作的協調指揮和對系統設備的專業化維護提供支撐，防止工作人員在工作或故障處理過程中發生事故，實現運維系統“監測、協調、指揮、分析“的一體化運作，保障供電系統的安全運行和智能運維工作的穩定高效[5-6]。城市軌道交通供電設備智能運維系統功能架構圖如圖2所示

圖2 城市軌道交通供電設備智能運維系統功能架構圖

3.1 設備狀態實時感知預警系統

為保障供電系統能夠安全穩定運行，根據供電設備本身帶有的智能監控單元，結合現行的智能巡檢、電能計量、變電環境、故障錄波、應急電源等監測系統，獲取設備運行的實時狀態信息，實現供電系統能耗、負荷、線路電流電壓等數據的采集，對設備狀態進行感知預警。設備狀態實時感知預警系統的主要功能為：

1) 通過對線路級PSCAD(電力監控系統)或CIOS(中央一體化操作系統)系統電氣參數的實時采集，掌握現場設備運行狀態，為后續的數據分析提供有力支撐。

2) 通過網絡級、線路級、車站級的電能量，掌握能耗系統的運行狀態，實現能源優化管理。

3) 通過智能巡檢的自動識別，提高現場監控效率，降低人員現場巡檢工作量，優化生產組織模式。

4) 通過變電所環境的實時監測及報警，避免因環境突變導致的供電設備、電子設備、通信設備、電源設備的使用效率降低、故障率提高等安全隱患。

5) 通過應急電源實時監測，對UPS、EPS下級一類特別重要負荷的用電質量進行監控，提高下級負載用電可靠性。

6) 通過遠程錄波對電氣參數進行實時采集分析，根據變化趨勢預判故障發生的可能性，并及時采取應急響應機制。

7) 通過對不同季節、不同時段、不同運行方式下供電系統負荷進行監測、分析，優化應急處置運行方式并及時制定預案，于日后網絡電力調度的指揮提供技術保障。

8) 通過設備本體加裝的傳感器等設備的應用，對局放量等電氣量參數進行監測，并通過在線和離線相結合方式強化設備監控力度。

3.2 設備全壽命管理系統

設備是企業的重要資產，也是保障系統運行的物質基礎，供電系統中所有的運行、維修和維護活動都是圍繞設備進行的。系統在設備臺賬支持下，以單體設備、設備部位和設備履歷為主要數據管理對象，建立動態的設備設施基礎管理體系[7-8]。設備管理與資產管理相結合，對設備進行運行管控和全壽命周期管理，對設備中使用的可更換零部件從投用、維護、維修、更換、報廢進行全程跟蹤，對不同品牌設備和部件進行可靠性分析，同時建立設備運行管控重要參數以及用于設備運行監控的閾值管理。并根據設備和材料日常的損耗和維修需求，制定正確的存儲方針，提供合適的備件以滿足維護工作的需要[9]。

全壽命管理根據設施設備全壽命維護數據信息化統計積累，從設備出廠試驗、新線交接試驗、預防性試驗，以及日常維護、大修改造交接試驗等維護作業所形成的維護數據積累開始，逐步形成供電系統運維數據庫。

3.3 生產業務流程管控系統

當現場設備發生故障時，生產業務流程管控系統將信息推送至運維人員，并經運維人員確認后形成施工申請，以及自動生成工單、工作票、標準的安全交底信息。同時，將自動關聯相關的作業指導書、風險預案對現場作業進行指導。生產業務流程管控系統將從故障觸發直至工單閉環形成全流程的跟蹤，統計故障信息，補充專家系統的知識庫儲備，將重大故障納入風險源管控。生產業務管控系統的架構圖如圖3所示。

圖3 生產業務管控系統構架圖

在原有的生產模式中，是通過人工管控業務流程的，多個相對獨立的管理平臺通過人工進行信息交互，平臺之間缺乏數據的互聯互通。供電設備智能運維系統將各管理平臺數據相互關聯，形成統一管理，數據之間能夠相互交互，可以真正實現數據的一站式服務和全流程管控。

3.4 專家分析系統

供電設備智能運維系統在運行的過程中會生成大量的數據信息，需要按照實時運行狀態數據、業務處理數據、故障信息等分類對數據進行分類管理和分析，并根據分析結果建立相應的專家系統，支持設備運維決策，保障供電系統安全、穩定、可靠運行，實現動態技能管理和可持續的數據維護，實現故障的根因分析。此外，積累的數據信息能一定程度上影響設備狀態評價指標，為維修策略調整提供依據。

根據挖掘的各類數據，可形成故障分析體系，建立預防性維護的特征參數模型，可對設備運行狀態進行分析，可對故障預警、故障診斷進行分析，可生成RAMS(可靠性、可用性、可維護性和安全性)分析報表。

已處理的數據，可為設施設備狀態提供決策依據，可據此及時調整處置方案，完善專家分析系統。

4 城市軌道交通供電設備智能運維系統的應用

本文所設計的城市軌道交通供電設備智能運維系統已在上海軌道交通17號線的建設過程中得到了測試和應用。該智能運維系統的供電設備智能運維大數據平臺，可多維度展示設備實施運行如能耗、環境等狀態數據，通過該數據平臺能夠從宏觀上掌握供電設備智能運維系統的運行概況，動態的掌握線路的工作狀態和運行狀態。通過該系統的供電設備資產管理界面、變電所電量統計界面、主變電所負荷(電壓、電流數據統計)監控界面等可對供電設備進行智能化管理和監控。

為了能使供電系統設備設施和相關資源發揮出最佳的效能，實現對供電系統設備設施資產的全生命周期管理和壽命管理，達到降低成本、提高效益的目的，城市軌道交通供電設備智能運維系統在完成供電一次設備數據采集和狀態監測的基礎上，完善了二次設備的狀態監測，并開發了維修管理、工單管理以及智能巡檢等功能模塊，并將功能進行聯動，實現了各功能模塊的互聯互通和數據共享。基于該系統平臺，既保障了供電系統的安全穩定運行，又進一步提高了供電分公司的管理水平。

4 結語

針對城市軌道交通供電系統智能運維需求，建立了以服務為導向、數據為核心、設備為基礎的設備智能運維系統，實現了對設備數據的全方位采集。該系統基于云平臺維服務架構建設，具有高度開放性，可以接入目前既有的各子系統的數據，也可以向外輸出各類運行數據。該系統能夠滿足城市軌道交通供電系統智能運維的需求，可以顯著提升設備的利用效率和設備的管理信息化水平，使城市軌道交通的運行和維護工作更加高效規范化。