智能電力運維系統在鐵路變配電所的應用研究

左楊帆

（川開電氣有限公司 技術商務部，四川 成都 610207）

0 引言

隨著大數據、物聯網、云計算等新技術廣泛應用于交通運輸體系，《交通強國建設綱要》要求軌道交通建設和運維管理逐步向智能化、數字化、網絡化轉型。近年來我國鐵路事業的迅猛發展，尤其是高速鐵路運營里程已位居世界第一，鐵路用電負荷日益增長，運輸設備供電可靠性需求越來越高，鐵路變配電所、箱變等供電場所的地位變得愈發突出。變配電所內電氣設備眾多，各類設備的數據監測及維護管理對鐵路供電穩定與安全至關重要。

現階段，鐵路變配電所的運行維護方面主要面臨問題如下：（1）存在數據監測孤島、數據共享難的情況；（2）數據采集智能化程度不高、系統集成度低，缺乏綜合、高效的處理維護平臺；（3）被動式運維，無法實時獲取設備設施的運行數據，無法做到事件預防、提前預警；（4）設備可靠性要求高，巡檢維護工作量大。因此，需要建設一個鐵路智能電力運維系統（以下簡稱“系統”），實現變電設備的數據監測、狀態感知、運維巡檢管理，建立數據基礎、整合數據資源，同時深度挖掘其中數據價值并對各種非正常狀態實時預警，從而完整掌握設備運行狀態和環境變化，為鐵路運輸提供安全、穩定、可靠的供電保障[1]。

1 建設目標

系統以人工智能、邊緣計算、智能感知等現代信息技術為基礎，通過對數據的全面采集、狀態的全面感知進行數據分析處理，以實現設備、環境、人員的互通互聯，引導運維工作模式的創新突破，實現對供電段管內變配電所和箱變的各類電氣設備狀態進行實時監測、數據集中分析管理，使其預警告警及時準確、運維流程清晰準確，提高鐵路相關部門運營維護、故障快速處理分析能力[2]。系統整體建設目標如下。

（1）數據互聯可視化。站所位置可視化：提供電子地圖，準確定位變配電所位置，用能數據可視化，實現各部門、各用電回路（鐵通、信號樓、燈塔燈橋、減速器等）電力參數實時在線監測，無需再頻繁進行現場巡視，提高監測的效率和準確性。電力設備巡檢可視化，融合綜合視頻監控，可實現對站所內、外重點設備及監測區域的無死角監控，所見即所得。數據互聯、統一呈現，打破數據壁壘，實現設備物聯、全面感知，提供站所管理智能化、信息化的數字基礎。

（2）事件分析智能化。結合環境溫度、節點溫度，對測點溫升進行監測，并對異常數據變化進行預警，提示作業人員前往處理。實時監測電源質量，提高供電的安全性和可靠性，為生產運營建立保障。采集SF6傳感器、異味傳感器等數據，消除單人巡檢人身安全隱患。實現能耗綜合分析，輸出用電分析報表，提供各種能耗依據，提高用電管理的效率，提高能源消耗信息化管理水平。

（3）巡檢環節流程化。①變配電室內增設電子電力設備系統圖（包括變電室系統圖、設備性能、使用方法、操作程序、設備簡介、巡視路線圖），從而規范現場作業過程，使巡檢制度真正落實到位。結合智能化可穿戴設備使現場作業人員解放雙手，與系統遠程專家進行遠程維護指導，提高現場作業效率、保障作業安全。②巡檢集中派單，各環節可控，提高工作勞效。

（4）站所管理精細化。多業務聯動，實現物-物互聯、人-物互通?；跀祿e累，形成“數據倉庫”，通過數據挖掘利用可實現更多增值應用，如通過分析溫升與電流變化趨勢，找尋變化規律，形成相關決策，從而可預測相關設備數據的運行趨勢，對漸變型故障進行提醒、告警，輔助用戶決策分析。

2 系統設計

平臺系統自下而上可以分為數據采集層、通信傳輸層、主站監控層3個部分。系統網絡架構如圖1所示。

圖1 系統網絡架構圖

（1）數據采集層。采集層負責對站段內主要變配設備、感知設備的關鍵數據信息進行采集，并通過標準協議傳輸給數據傳輸層。感知設備是系統實現智能化的基本條件，通過各類傳感器對所內變電設備進行數據監測、實時顯示，實時感知設備健康狀態[3]。

（2）數據傳輸層。數據傳輸層實現對站段視頻的監控、安防、消防、動照控制、數據在線監測信息處理、數據分析、智能互聯。數據傳輸層將處理后數據信息通過標準規約上傳主站層，并且執行主站層所下達的指令。

（3）主站監控層。主站系統/移動終端是面向站段運維人員的工作平臺，實現對站段主要變配設備、關鍵數據信息及整體運行狀態的在線監測、智能預警。通過系統學習、結合現場各項數據，逐步優化、融合，確保系統運行高效性、穩定性。

3 系統功能

系統具有高度集成化，具備視頻監控、環境監測、安全防范、火災報警、動照控制等功能，同時提供數據預警分析、巡檢管理、歷史報表等多項功能。系統具備開放性，可進行多個站所擴容能力，可集成所內第三方系統數據。系統功能架構如圖2所示。

圖2 系統功能架構圖

3.1 視頻監控

融合各變配電所綜合視頻監控，達到所管轄內電力設備巡視可視化，提升設備的運行質量，降低作業人員的勞動強度。

實現對變配電所設備、場地的實時監視。結合門禁系統對人員進出聯動監測，當維護人員進入站內后，監控系統會自動開始人員定位，記錄其移動軌跡，一旦進監測到工作人員不符合安全規定，就會自動進行報警。

圖3 視頻監控

3.2 環境監測

采集站所內溫度、濕度傳感器、水浸傳感器、SF6監測傳感器等的信息，并按控制策略與風機、加熱除濕機（或空調）進行聯動，控制加熱除濕機、排風機、電纜溝風機啟動進行降溫或除濕。采集站所外氣象儀，監控環境溫度、風、雨、雪等氣象信息，如圖4所示。

圖4 環境監測

3.3 安全防范

通過紅外對射對監控區域進行監視和入侵探測，當紅外光束被完全遮斷或按給定百分比遮斷時就能產生報警狀態，以保障站所及周邊環境的安全。并可實時展示安防設備的工作狀態、告警狀態，對安防設備進行布防和撤防，如圖5所示。

圖5 布防、撤防管理

門禁用于管理站內進出情況，形成相關歷史紀錄，如圖6所示。

圖6 門禁管理

3.4 火災報警

通過監測煙霧的濃度和室內溫度來實現火災防范。當監測煙霧濃度異常時，系統會發出報警信號并傳輸至主控終端，并聯動現場聲光報警器發出警報；當煙霧濃度和室內溫度同時達到設定的火災設定值時，除立即給出報警外，還可與變配電所內自動消防設備聯動，立即啟動所內消防設備工作。

3.5 動照控制

可以監控該空調的所有運行參數，如排風機溫濕度、送風溫度、排風閥、水閥、新風閥等的開度、風機運轉狀態、濾網狀態、手自動狀態等，從而及時掌握整個空調機組的運行狀態[4]。

可以進行控制（參數設置），如溫度設定、濕度設定?？蓪崿F空調、照明、風機、水泵聯動控制。

3.6 數據預警分析

系統整合采集層數據，并對這些數據進行深度挖掘分析，預測相關設備的運行趨勢，并對可能發生故障的設備進行預告警：①對故障進行預警分析、智能預警，評估設備運行健康狀況，對典型故障進行統計；②對數據故障隱患及時預警，評估設備運行健康程度。在具備一定數量積累的條件下，可提供用戶決策，通過監測數據，保障變電設備運維安全性、時效性。

3.7 巡檢管理

（1）基于對實時信息的監視和分析，結合運維工作規程和管理規范，通過運維工單管理、操作票管理、工作票管理、維修記錄管理、委外管理和培訓管理等功能，實現運維管理流程統一規范、在線閉環。

（2）巡檢工單閉環管理：工單生成、工單派送、工單跟蹤及處理數據（提交時間、處理結果、提交人員）上傳，巡檢內容、工作數據錄入。

（3）運維軌跡：（周期內）巡檢人員軌跡管理，對進入生產現場的每個作業與管理人員進行實時定位、軌跡跟蹤、實時考勤，保障現場作業人員人身安全。

（4）故障報警后自動派單，無需人工干預，工單全流程跟蹤，在線閉環，形成快速高效的應急處置流程。

3.8 能源管理

通過對變配電所各進線和出線回路電表計量數據的采集和分析，為鐵路在線計量、能源質量檢測、能耗數據統計、節能潛力分析以及能耗數據上傳等方面提供科學的技術手段，為鐵路運維單位進行節能研究、能源分析、制定能耗定額、優化用能結構等方面提供真實可靠的數據依據[5]。

（1）能耗統計?？筛鶕鄠€維度對變配電所各供電回路以及鐵路各單位用戶能耗進行統計。提供表格、曲線、柱形圖、儀表盤、餅圖、散點圖等靈活多樣的數據展示方式，多種數據展示方式間可自由切換。

（2）能耗分析。系統通過趨勢分析、占比分析、對比分析、排名分析等手段，對供電回路和不同用戶等能耗數據進行分類分項綜合分析。

（3）能耗告警。系統對電氣回路和用戶的分類分項能耗通過設置限值進行實時監測，在運行過程中，當實際能耗值超過預設的能耗報警值時，系統將通過短信息平臺通知用戶，提醒相關人員及時干預，及時處理并降低能源的浪費。

3.9 歷史報表

系統對監測數據、用戶操作、事件均具有詳細的記錄功能，包括事件發生的時間位置、當前值班人員事件是否確認等信息，對參量越限報警等信息具有聲音報警功能，同時自動對運行設備發送控制指令或提示運維人員迅速排除故障。

4 結語

通過建立適應中國鐵路發展需要的集成度高、綜合性強的智能電力運維系統，實時掌握鐵路變配電所設備運行數據、內外環境基本情況、安防設施運行狀態、異常情況實時告警等信息，較好地解決了鐵路變配電所運行維護方面存在的運維手段落后、信息繁多混亂、監測數據無法分析、運維管理成本過高等問題，實現變配電所設備智能化巡視、可視化運行、數字化監測、綜合性分析和網絡化管理等功能，進而實現對鐵路變配電所的可靠管控，保證鐵路變配電所供電安全且可靠、運維管理高效。