智能电力运维系统在铁路变配电所的应用研究

左杨帆

（川开电气有限公司 技术商务部，四川 成都 610207）

0 引言

随着大数据、物联网、云计算等新技术广泛应用于交通运输体系，《交通强国建设纲要》要求轨道交通建设和运维管理逐步向智能化、数字化、网络化转型。近年来我国铁路事业的迅猛发展，尤其是高速铁路运营里程已位居世界第一，铁路用电负荷日益增长，运输设备供电可靠性需求越来越高，铁路变配电所、箱变等供电场所的地位变得愈发突出。变配电所内电气设备众多，各类设备的数据监测及维护管理对铁路供电稳定与安全至关重要。

现阶段，铁路变配电所的运行维护方面主要面临问题如下：（1）存在数据监测孤岛、数据共享难的情况；（2）数据采集智能化程度不高、系统集成度低，缺乏综合、高效的处理维护平台；（3）被动式运维，无法实时获取设备设施的运行数据，无法做到事件预防、提前预警；（4）设备可靠性要求高，巡检维护工作量大。因此，需要建设一个铁路智能电力运维系统（以下简称“系统”），实现变电设备的数据监测、状态感知、运维巡检管理，建立数据基础、整合数据资源，同时深度挖掘其中数据价值并对各种非正常状态实时预警，从而完整掌握设备运行状态和环境变化，为铁路运输提供安全、稳定、可靠的供电保障[1]。

1 建设目标

系统以人工智能、边缘计算、智能感知等现代信息技术为基础，通过对数据的全面采集、状态的全面感知进行数据分析处理，以实现设备、环境、人员的互通互联，引导运维工作模式的创新突破，实现对供电段管内变配电所和箱变的各类电气设备状态进行实时监测、数据集中分析管理，使其预警告警及时准确、运维流程清晰准确，提高铁路相关部门运营维护、故障快速处理分析能力[2]。系统整体建设目标如下。

（1）数据互联可视化。站所位置可视化：提供电子地图，准确定位变配电所位置，用能数据可视化，实现各部门、各用电回路（铁通、信号楼、灯塔灯桥、减速器等）电力参数实时在线监测，无需再频繁进行现场巡视，提高监测的效率和准确性。电力设备巡检可视化，融合综合视频监控，可实现对站所内、外重点设备及监测区域的无死角监控，所见即所得。数据互联、统一呈现，打破数据壁垒，实现设备物联、全面感知，提供站所管理智能化、信息化的数字基础。

（2）事件分析智能化。结合环境温度、节点温度，对测点温升进行监测，并对异常数据变化进行预警，提示作业人员前往处理。实时监测电源质量，提高供电的安全性和可靠性，为生产运营建立保障。采集SF6传感器、异味传感器等数据，消除单人巡检人身安全隐患。实现能耗综合分析，输出用电分析报表，提供各种能耗依据，提高用电管理的效率，提高能源消耗信息化管理水平。

（3）巡检环节流程化。①变配电室内增设电子电力设备系统图（包括变电室系统图、设备性能、使用方法、操作程序、设备简介、巡视路线图），从而规范现场作业过程，使巡检制度真正落实到位。结合智能化可穿戴设备使现场作业人员解放双手，与系统远程专家进行远程维护指导，提高现场作业效率、保障作业安全。②巡检集中派单，各环节可控，提高工作劳效。

（4）站所管理精细化。多业务联动，实现物-物互联、人-物互通。基于数据积累，形成“数据仓库”，通过数据挖掘利用可实现更多增值应用，如通过分析温升与电流变化趋势，找寻变化规律，形成相关决策，从而可预测相关设备数据的运行趋势，对渐变型故障进行提醒、告警，辅助用户决策分析。

2 系统设计

平台系统自下而上可以分为数据采集层、通信传输层、主站监控层3个部分。系统网络架构如图1所示。

图1 系统网络架构图

（1）数据采集层。采集层负责对站段内主要变配设备、感知设备的关键数据信息进行采集，并通过标准协议传输给数据传输层。感知设备是系统实现智能化的基本条件，通过各类传感器对所内变电设备进行数据监测、实时显示，实时感知设备健康状态[3]。

（2）数据传输层。数据传输层实现对站段视频的监控、安防、消防、动照控制、数据在线监测信息处理、数据分析、智能互联。数据传输层将处理后数据信息通过标准规约上传主站层，并且执行主站层所下达的指令。

（3）主站监控层。主站系统/移动终端是面向站段运维人员的工作平台，实现对站段主要变配设备、关键数据信息及整体运行状态的在线监测、智能预警。通过系统学习、结合现场各项数据，逐步优化、融合，确保系统运行高效性、稳定性。

3 系统功能

系统具有高度集成化，具备视频监控、环境监测、安全防范、火灾报警、动照控制等功能，同时提供数据预警分析、巡检管理、历史报表等多项功能。系统具备开放性，可进行多个站所扩容能力，可集成所内第三方系统数据。系统功能架构如图2所示。

图2 系统功能架构图

3.1 视频监控

融合各变配电所综合视频监控，达到所管辖内电力设备巡视可视化，提升设备的运行质量，降低作业人员的劳动强度。

实现对变配电所设备、场地的实时监视。结合门禁系统对人员进出联动监测，当维护人员进入站内后，监控系统会自动开始人员定位，记录其移动轨迹，一旦进监测到工作人员不符合安全规定，就会自动进行报警。

图3 视频监控

3.2 环境监测

采集站所内温度、湿度传感器、水浸传感器、SF6监测传感器等的信息，并按控制策略与风机、加热除湿机（或空调）进行联动，控制加热除湿机、排风机、电缆沟风机启动进行降温或除湿。采集站所外气象仪，监控环境温度、风、雨、雪等气象信息，如图4所示。

图4 环境监测

3.3 安全防范

通过红外对射对监控区域进行监视和入侵探测，当红外光束被完全遮断或按给定百分比遮断时就能产生报警状态，以保障站所及周边环境的安全。并可实时展示安防设备的工作状态、告警状态，对安防设备进行布防和撤防，如图5所示。

图5 布防、撤防管理

门禁用于管理站内进出情况，形成相关历史纪录，如图6所示。

图6 门禁管理

3.4 火灾报警

通过监测烟雾的浓度和室内温度来实现火灾防范。当监测烟雾浓度异常时，系统会发出报警信号并传输至主控终端，并联动现场声光报警器发出警报；当烟雾浓度和室内温度同时达到设定的火灾设定值时，除立即给出报警外，还可与变配电所内自动消防设备联动，立即启动所内消防设备工作。

3.5 动照控制

可以监控该空调的所有运行参数，如排风机温湿度、送风温度、排风阀、水阀、新风阀等的开度、风机运转状态、滤网状态、手自动状态等，从而及时掌握整个空调机组的运行状态[4]。

可以进行控制（参数设置），如温度设定、湿度设定。可实现空调、照明、风机、水泵联动控制。

3.6 数据预警分析

系统整合采集层数据，并对这些数据进行深度挖掘分析，预测相关设备的运行趋势，并对可能发生故障的设备进行预告警：①对故障进行预警分析、智能预警，评估设备运行健康状况，对典型故障进行统计；②对数据故障隐患及时预警，评估设备运行健康程度。在具备一定数量积累的条件下，可提供用户决策，通过监测数据，保障变电设备运维安全性、时效性。

3.7 巡检管理

（1）基于对实时信息的监视和分析，结合运维工作规程和管理规范，通过运维工单管理、操作票管理、工作票管理、维修记录管理、委外管理和培训管理等功能，实现运维管理流程统一规范、在线闭环。

（2）巡检工单闭环管理：工单生成、工单派送、工单跟踪及处理数据（提交时间、处理结果、提交人员）上传，巡检内容、工作数据录入。

（3）运维轨迹：（周期内）巡检人员轨迹管理，对进入生产现场的每个作业与管理人员进行实时定位、轨迹跟踪、实时考勤，保障现场作业人员人身安全。

（4）故障报警后自动派单，无需人工干预，工单全流程跟踪，在线闭环，形成快速高效的应急处置流程。

3.8 能源管理

通过对变配电所各进线和出线回路电表计量数据的采集和分析，为铁路在线计量、能源质量检测、能耗数据统计、节能潜力分析以及能耗数据上传等方面提供科学的技术手段，为铁路运维单位进行节能研究、能源分析、制定能耗定额、优化用能结构等方面提供真实可靠的数据依据[5]。

（1）能耗统计。可根据多个维度对变配电所各供电回路以及铁路各单位用户能耗进行统计。提供表格、曲线、柱形图、仪表盘、饼图、散点图等灵活多样的数据展示方式，多种数据展示方式间可自由切换。

（2）能耗分析。系统通过趋势分析、占比分析、对比分析、排名分析等手段，对供电回路和不同用户等能耗数据进行分类分项综合分析。

（3）能耗告警。系统对电气回路和用户的分类分项能耗通过设置限值进行实时监测，在运行过程中，当实际能耗值超过预设的能耗报警值时，系统将通过短信息平台通知用户，提醒相关人员及时干预，及时处理并降低能源的浪费。

3.9 历史报表

系统对监测数据、用户操作、事件均具有详细的记录功能，包括事件发生的时间位置、当前值班人员事件是否确认等信息，对参量越限报警等信息具有声音报警功能，同时自动对运行设备发送控制指令或提示运维人员迅速排除故障。

4 结语

通过建立适应中国铁路发展需要的集成度高、综合性强的智能电力运维系统，实时掌握铁路变配电所设备运行数据、内外环境基本情况、安防设施运行状态、异常情况实时告警等信息，较好地解决了铁路变配电所运行维护方面存在的运维手段落后、信息繁多混乱、监测数据无法分析、运维管理成本过高等问题，实现变配电所设备智能化巡视、可视化运行、数字化监测、综合性分析和网络化管理等功能，进而实现对铁路变配电所的可靠管控，保证铁路变配电所供电安全且可靠、运维管理高效。