地鐵供電智能運維系統實踐探討

邵國棟　朱雙寶　范志鵬

摘要 近年來，城市地鐵線網規模不斷攀升，對地鐵運營技術管理水平提出了更高的要求，運營設備維護的精細化要求越來越高，必然推高了運維成本。盡管投入使用了地鐵綜合監控系統（ISCS），線網調度工作水平有所提高，且實現了監控系統的集成化，但供電系統運維設備的智能化程度還比較低。基于此，文章提出了地鐵供電智能運維系統，闡述了供電智能運維系統的系統目標、架構與功能，從數據采集接口和傳輸標準、多維信息融合共享的技術平臺、基于關聯規則的綜合智能報警機制、數字孿生的監控交互模式和無人化運維系統架構五個方面的內容，深度解析了該智能運維系統，旨在為同類地鐵企業提高供電設備的智能化管理水平提供參考。

關鍵詞 地鐵供電系統；智能運維；數字孿生

中圖分類號 U231.8文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2023）24-0023-03

0 引言

當前，整個地鐵行業研究的關注點是在確保地鐵安全穩定運行的前提下，通過引進使用先進設備，提高地鐵智能化管理水平，縮減運維費用[1]。該文將某地鐵供電智能運維系統作為研究對象，全面深入地分析了系統的構成與功能，證明該系統功能全面，在設備維保中發揮了巨大作用，有較大的推廣應用價值。

1 供電智能運維系統

1.1 系統目標

供電智能運維系統的運行應遵循三個原則，其一是安全穩定，其二是高效運維，其三是設備資產的保值增值。采用該系統實時監測變電所內的各類設備及硬件系統的運行環境數據[2]，主要有開關柜、整流與動力變壓器、蓄電池、設備房及電纜夾層等，收集、處理、分析并存儲各類設備的狀態數據。在此基礎上，合理安排設備運維人員的工作任務，逐漸減少站內設備值守人員數量，最終實現設備自動巡檢。

1.2 系統架構

隨著人工智能、物聯網等網絡技術的不斷涌現，構建供電智能運維系統有了更多的技術支持，設計該系統的架構，主要工作是：第一，做好供電設備的狀態監測及診斷，準確預測潛在問題，做好風險等級評估，科學分析各項故障數據，設備維修立足于確保設備穩定運行，通過矩陣分析法有效評定不同設備及系統的風險系數，在此基礎上制定針對性的設備檢修方案；第二，開發數據監測平臺，基于對故障影響度及發生概率的分析，構建系統風險矩陣，并采用數字孿生技術，開發應用于預測不同維度故障的數據模型，制定貫穿供電設備整個生命周期的運維管理方案；第三，運用環形通信網絡系統，搭建起完整的數據傳輸通道[3]。

某地鐵供電智能運維系統架構如圖1所示，通過分析圖1可知，該系統主要由三部分構成，第一部分是中央級供電智能運維中心系統，該系統設置于“深云中心”；第二部分是現場級的輔助監控系統，主要設置于不同的降壓變電所內[4]；第三部分是供電智能運維終端設備，主要設置于設備運維場所內。三部分有機結合，數據經過通信網絡系統傳輸。

1.3 系統功能

該地鐵的“深云中心”配置有中央級供電智能運維中心系統，這一系統的主要功能是管理供電設備、處理并存儲各項運行數據、評估設備系統運行狀態等。

降壓變電所中安裝有現場級的輔助監控系統，其主要功能是收集、分析并保存供電設備的運維數據，數據內容為設備巡檢視頻數據、在線監測數據及現場操作記錄等，借助于環形網絡將各項數據發送至中央級供電智能設備，確保數據存儲完整[5]。

設備運行維修部門中安裝有終端級智能運維設備，使用供電智能運維重點設備檢查各項設備的運行情況，在此基礎上制定科學的設備維保措施。

環形光纖網絡的主要功能是傳輸供電設備運維數據，它屬于1 000 M的單環網絡。

2 實踐解析

2.1 數據采集接口和傳輸標準

供電智能運維系統外部數據采集接口如圖2所示，為適應不同類型的數據傳輸，選用了三類傳輸協議，滿足實際需求。通過IEC104協議傳輸電力監控裝置收集到的遙測及故障報告等數據，這類數據的傳輸時間不固定，具有突發性；通過在線監測系統定時收集到的循環數據，適用于MODBUS傳輸協議；有些數據屬于接觸網狀態，一般是通過HTTP協議以離線方式傳輸到中央級系統[6]。

2.2 多維信息融合共享的技術平臺

供電智能運維系統通過內部互聯協調，已實現多維信息的融合共享。借助于維修中心的終端級供電智能運維設備，與不同的運營子系統建立聯系，從施工管理系統、電子工作票系統當中收集到各項數據信息，并將其傳輸至中央級智能運維系統，從而補位提升其功能數據。

供電智能運維系統的拓撲圖如圖3所示。單專業中包含不同的功能模塊，供電系統數據在其中實現流動共享，在不同模塊間可實現相互調用[7]。通過智能運維系統可將接觸網、軌道、隧道設備及檢修故障數據融合起來，設備運維人員能掌握整體數據信息，便于開展工作，提高設備運維水平。

2.3 基于關聯規則的綜合智能報警機制

在線監測設備實時監測供電設備的運行狀態，供電智能運維系統收集到其狀態數據后，會設定預警和告警閾值，供電設備的運行狀態被劃分為正常、預警與告警三種狀態[8]。

基于對不同設備故障特征的分析，賦予設備具體的功能，可以比較分析監測數據與設備特征數據，便于更全面地了解供電設備，準確判斷其故障。供電設備發生故障時，監測系統能自動收集其故障信息數據，從而判斷設備的故障特征，機器可定期更新故障特征庫[9]。通過智能識別、自主學習以及對比分析等方式，采用智能儀表定位儀有效識別穩定儀表狀態、指針讀數及各類開關的狀態。

采用在線監測設備，準確跟蹤監測對象的變動情況，如果發現供電設備運行狀態出現異常，或狀態量發生大幅變動，會立即向外發布警告。此外，還需要對在線監測設備收集到的數據進行分析，判斷其是否發生異常，將數據警告受到裝置異常的影響降到最低，有效過濾掉誤告警。

2.4 數字孿生的監控交互模式

運用物理模型、傳感器更新等，集成具體的仿真過程，這一過程中包含不同學科、不同尺度，概率也存在差異，通過虛擬空間的映射，對實體設備的整個生命周期進行反映，這就是數字孿生技術。

為使供電設備管理人員能真實、全面地觀察設備的運行狀態，首先是構建起變電所及接觸網數字孿生模型，通過設備模型對在線監測系統收集到的數據進行處理，實現三維立體的可視化呈現，最終將設備的真實運行工況展示出來。借助于數字孿生模型技術，重構變電所的真實場景，設計出其三維模型展現實景，將攝像機的整體分布信息展示出來[10]。供電設備運維人員可通過該實景模型，將實時視頻數據快速調取出來，更全面細致地觀察設備實際狀態，實現現實場景的再現，便于開展設備運維工作，提高設備運行效率。

2.5 無人化運維系統架構

供電智能運維系統中的設備建模工具具有一致性，從而有效提升設備管理的標準化程度，這對于線路擴容有巨大作用。借助于在線監測系統、自動巡檢設備對變電所進行自動巡檢，將供電設備的實時運行數據全面收集起來，對于三維模型及巡檢進度都能實現同步管理。通過無人化運維系統，融合供電設備的靜態數據、動態數據及生產管理數據，最終有效監控設備運行情況。

3 結論

綜上所述，該文選取某地鐵供電智能運維系統作為研究對象，對該系統進行了全面解析，主要是從數據采集接口和傳輸標準、多維信息融合共享的技術平臺、基于關聯規則的綜合智能報警機制、數字孿生的監控交互模式和無人化運維系統架構等方面展開，論述了這一系統的組成方案以及在設備維保中的功能，對同類地鐵企業提升供電設備的智能化管理水平有一定的指導意義。

參考文獻

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