論高速公路隧道機(jī)電智慧管控系統(tǒng)的應(yīng)用與研究

程瑜 187 0211 2087

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801

摘要：本文針對(duì)鐵路牽引變電所智能化建設(shè)面臨數(shù)字化、信息化、智能化應(yīng)用不足問(wèn)題進(jìn)行闡述，提出利用智能移動(dòng)機(jī)器人巡檢系統(tǒng)、運(yùn)維管理系統(tǒng)等進(jìn)行融合，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、信息化、智能化運(yùn)維管理系統(tǒng)的智慧化牽引變電所建設(shè)，為決策層針對(duì)設(shè)備狀態(tài)檢修提供可靠及時(shí)的決策依據(jù)，實(shí)現(xiàn)具有革新意義的管理體系。

關(guān)鍵詞：智能移動(dòng)機(jī)器人狀態(tài)檢測(cè)分析決策智能化管理

0前言

牽引變電所是鐵路機(jī)車(chē)供電的來(lái)源，是保障鐵路運(yùn)行的基本環(huán)節(jié)，經(jīng)過(guò)多年的改造和發(fā)展，牽引變電所在我國(guó)大部分的鐵路線路中已經(jīng)得到了合理的覆蓋，無(wú)人值班牽引變電所在鐵路運(yùn)行中的應(yīng)用也得到了較大的普及，進(jìn)而提高了牽引變電所的運(yùn)行效率。隨著數(shù)字化、智能化的發(fā)展，四遙（遙控、遙測(cè)、遙信、遙調(diào)）功能已經(jīng)基本可靠，通過(guò)增加遙視功能，可逐步實(shí)心牽引變電所的無(wú)人化建設(shè)條件。在從“無(wú)人值班”向“無(wú)人值守”的轉(zhuǎn)變過(guò)程中，不僅要解決設(shè)備和技術(shù)上的問(wèn)題，還要深入分析日常運(yùn)行和維護(hù)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，以對(duì)無(wú)人值守牽引變電所實(shí)現(xiàn)科學(xué)管理。

1無(wú)人值班牽引變電所的運(yùn)行模式

可以了解無(wú)人值班牽引變電所的運(yùn)行模式，需對(duì)“無(wú)人值班”能夠正確理解，“無(wú)人值班”并不是可以脫離鐵路工作人員的管理，而是借助技術(shù)設(shè)備，通過(guò)人與機(jī)器之間的合理協(xié)調(diào)來(lái)保障牽引變電所的正常運(yùn)行。在部分情形下，牽引變電所在經(jīng)過(guò)無(wú)人值班的改造之后，還需要配備現(xiàn)場(chǎng)值班人員，以確保設(shè)備隱患能夠可以被檢測(cè)出來(lái)，從而保證牽引變電所的安全運(yùn)行。按照目前牽引變電所的設(shè)計(jì)，其運(yùn)行模式在層級(jí)上可以分為四級(jí)。上層是總調(diào)度所，其下一層可以分為若干個(gè)調(diào)度臺(tái)。調(diào)度臺(tái)下屬操作臺(tái)和巡檢隊(duì)負(fù)責(zé)各個(gè)牽引變電所的具體工作。

操作隊(duì)可以設(shè)在對(duì)應(yīng)的調(diào)度所和供電段，其作用主要是負(fù)責(zé)本轄段無(wú)人值班變電所的遙控、遙測(cè)，填寫(xiě)運(yùn)行日志和事故異常、處理記錄，并對(duì)異?，F(xiàn)象進(jìn)行分析判斷，確保供電調(diào)度能夠?qū)崟r(shí)掌握運(yùn)行情況。巡檢隊(duì)一般設(shè)在變電所所在地的供電車(chē)間，其負(fù)責(zé)定期巡查所轄變電站內(nèi)的設(shè)備、設(shè)施和工具等，在常規(guī)年檢時(shí)，配合檢修車(chē)間辦理安全措施。在一些位置比較偏僻的變電所，還應(yīng)當(dāng)設(shè)立達(dá)到運(yùn)維要求的值守人員，以便在巡檢人員無(wú)法及時(shí)達(dá)到時(shí)，處理各項(xiàng)臨時(shí)故障。操作隊(duì)和巡檢隊(duì)需要堅(jiān)持24小時(shí)值班制度，并接受供電調(diào)度的指揮。

2智能巡檢機(jī)器人應(yīng)用探索

2015年10月，國(guó)自“輪式智能機(jī)器人巡測(cè)運(yùn)維管理系統(tǒng)”率先在上海鐵路局杭州供電段新上虞牽引所正式投入使用，實(shí)現(xiàn)人工巡檢到機(jī)器人智能巡測(cè)的跨越。該智能巡測(cè)運(yùn)維管理系統(tǒng)核心采用一套國(guó)自輪式移動(dòng)機(jī)器人，巡測(cè)覆蓋了室外變壓及室內(nèi)二次設(shè)備區(qū)域，實(shí)現(xiàn)牽引變電所單機(jī)器人室內(nèi)外全覆蓋巡視。智能巡測(cè)機(jī)器人工作主要包括：任務(wù)下達(dá)、表計(jì)識(shí)別、紅外測(cè)溫、自主充電、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、故障判斷、微氣象等內(nèi)容。機(jī)器人系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中也逐步暴露了一些問(wèn)題，如在電纜夾層處，由于輪式機(jī)器人的局限性，導(dǎo)致無(wú)法進(jìn)入，需要補(bǔ)充額外的攝像頭進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)在一些高壓設(shè)備內(nèi)部增設(shè)了局部放電檢測(cè)設(shè)備，所有設(shè)備數(shù)據(jù)統(tǒng)一接入智能機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行分析。目前，智能巡測(cè)運(yùn)維管理系統(tǒng)通過(guò)完全自主或遙控方式，代替人員對(duì)設(shè)備進(jìn)行巡視檢測(cè)，并與供電專業(yè)綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)，警報(bào)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)共享，綜自系統(tǒng)數(shù)據(jù)與現(xiàn)場(chǎng)機(jī)器人檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行校核，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的故障及趨勢(shì)問(wèn)題，真實(shí)實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。上虞牽引變電所機(jī)器人的應(yīng)用為國(guó)內(nèi)鐵路智能巡測(cè)系統(tǒng)，保障鐵路供電系統(tǒng)地面設(shè)備的可靠與穩(wěn)定，大幅降低管理及維護(hù)成本，為鐵路供電系統(tǒng)的智能維護(hù)提供了創(chuàng)新型的技術(shù)手段。

2018年10月，根據(jù)中國(guó)鐵路總公司發(fā)布的《牽引供變電所實(shí)施無(wú)人值班值守工作的指導(dǎo)意見(jiàn)》（工電函﹝2018﹞101號(hào)）所要求的內(nèi)容，杭州供電段在杭黃鐵路新建線中對(duì)富陽(yáng)牽引變進(jìn)行了新一步的探索應(yīng)用，建設(shè)了以智能巡檢機(jī)器人為主的輔助監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)。該系統(tǒng)平臺(tái)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口，采集所內(nèi)輔助設(shè)備信息，實(shí)現(xiàn)信息共享與告警聯(lián)動(dòng)功能，并將監(jiān)控和警報(bào)信息上傳。輔助監(jiān)控系統(tǒng)包含以下子系統(tǒng)：環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、安全防范及門(mén)禁系統(tǒng)、火災(zāi)消防警報(bào)子系統(tǒng)、監(jiān)控子系統(tǒng)（含紅外線測(cè)溫）、SF6氣體監(jiān)測(cè)及機(jī)器人巡檢系統(tǒng)等。

牽引變電所采用分層分布式輔助監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)連接現(xiàn)場(chǎng)智能傳感設(shè)備，實(shí)現(xiàn)變電所的安全防范、環(huán)境監(jiān)測(cè)、火災(zāi)探測(cè)警報(bào)及聯(lián)動(dòng)控制、監(jiān)控（含紅外線測(cè)溫）、SF6氣體監(jiān)測(cè)及機(jī)器人巡檢等功能于一體的安全監(jiān)視和智能控制功能，以滿足鐵路運(yùn)營(yíng)對(duì)牽引供電系統(tǒng)安全生產(chǎn)的要求，完成牽引變電所亭內(nèi)監(jiān)控、環(huán)境、安防、火災(zāi)探測(cè)等數(shù)據(jù)的集中采集處理，實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)內(nèi)的智能聯(lián)動(dòng)控制，并將輔助監(jiān)控系統(tǒng)信息通過(guò)上傳至供電段及路局調(diào)度大樓主站，為決策層針對(duì)設(shè)備狀態(tài)檢修提供可靠及時(shí)的決策依據(jù)，實(shí)現(xiàn)具有革新意義的管理體系。

3提升無(wú)人值守牽引變電所運(yùn)行水平的措施

3.1智能化系統(tǒng)建設(shè)改造

目前在無(wú)人值守牽引變電所的改造運(yùn)行中，智能化系統(tǒng)無(wú)法得以完善的主要原因是在投入初期對(duì)資金的需求量比較大，并且還需要對(duì)相關(guān)的硬件進(jìn)行升級(jí)改造。據(jù)有關(guān)人員進(jìn)行分析，在采取4人值班的情況下，其在1-1.5年內(nèi)的資金消耗與一套完整智能機(jī)器人巡測(cè)系統(tǒng)投入相當(dāng)，但是在智能機(jī)器人巡測(cè)系統(tǒng)投入的情況下，其運(yùn)行效率將會(huì)大大提高，并且其使用壽命可以保持10年以上。這就要求管理部門(mén)的人員要能夠從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度出發(fā)，不斷加大投入力度，根據(jù)牽引變電所實(shí)際運(yùn)行的需要，逐步對(duì)軟件系統(tǒng)和相關(guān)的硬件設(shè)施進(jìn)行升級(jí)和完善，以便更好的達(dá)到無(wú)人值守的運(yùn)行要求。

3.2完善智能化巡檢制度

在對(duì)牽引變電所進(jìn)行無(wú)人值守的改造過(guò)程中，對(duì)于智能化管理工作提出了更高的要求，因此，需根據(jù)改造實(shí)施階段的不同，對(duì)管理制度進(jìn)行合理的調(diào)整。首先在制度內(nèi)容的制定上，要根據(jù)無(wú)人值守制度的特點(diǎn)，改進(jìn)原來(lái)的規(guī)章制度中與現(xiàn)行工作流程不相符的部分，減少因流程不符給工作人員帶來(lái)的重復(fù)工作或者操作不同的情形，切實(shí)提高工作人員日常巡檢和維修的效率。其次是要根據(jù)改造工作實(shí)施的步驟，及時(shí)對(duì)工作人員開(kāi)展相關(guān)的培訓(xùn)工作，使其能夠在原有知識(shí)層次的基礎(chǔ)上深入了解無(wú)人值守模式下對(duì)檢修工作提出的要求，充分掌握檢修工作所需的基礎(chǔ)知識(shí)，快速處理檢修工作中出現(xiàn)的問(wèn)題。后還要制定出針對(duì)無(wú)人值守模式運(yùn)行下統(tǒng)一驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，使工作人員能夠明確自身工作所應(yīng)達(dá)到的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，減少后期隱患的產(chǎn)生。

4安科瑞AcrelCloud-1000變電所運(yùn)維云平臺(tái)

4.1概述

基于互聯(lián)網(wǎng)＋、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)通訊等技術(shù)開(kāi)發(fā)的云端管理平臺(tái)，滿足用戶或運(yùn)維公司監(jiān)測(cè)眾多變電所回路運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)、室內(nèi)環(huán)境溫濕度、電纜及母線運(yùn)行溫度、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或環(huán)境場(chǎng)景等需求，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)一個(gè)中心，集中存儲(chǔ)、統(tǒng)一管理，方便使用，支持具有權(quán)限的用戶通過(guò)電腦、手機(jī)、PAD等各類終端鏈接訪問(wèn)、接收警報(bào)，并完成有關(guān)設(shè)備日常和定期巡檢和派單等管理工作。

4.2應(yīng)用場(chǎng)所

適用于電信、金融、交通、能源、醫(yī)療衛(wèi)生、文體、教育科研、農(nóng)林水利、商業(yè)服務(wù)、公用事業(yè)等行業(yè)變配電運(yùn)行維護(hù)系統(tǒng)的新建、擴(kuò)建和改建。

4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)可分為四層：即感知層、傳輸層、應(yīng)用層和展示層。

感知層：包含變電所安裝的多功能儀表、溫濕度監(jiān)測(cè)裝置、攝像頭、開(kāi)關(guān)量采集裝置等。除攝像頭外，其它設(shè)備通過(guò)RS485總線接入現(xiàn)場(chǎng)智能網(wǎng)關(guān)RS485端口。

傳輸層：包含現(xiàn)場(chǎng)智能網(wǎng)關(guān)和交換機(jī)等設(shè)備。智能網(wǎng)關(guān)主動(dòng)采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層設(shè)備的數(shù)據(jù)，并可進(jìn)行規(guī)約轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并通過(guò)交換機(jī)把數(shù)據(jù)上傳至相應(yīng)的服務(wù)器端口，網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)數(shù)據(jù)可存儲(chǔ)在本地，待網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時(shí)從中斷的位置繼續(xù)上傳數(shù)據(jù)，保證服務(wù)器端數(shù)據(jù)不丟失。

應(yīng)用層：包含應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，若變電所數(shù)量小于30個(gè)則應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器可以合一配置。服務(wù)器需要具備固定IP地址，以接收各智能網(wǎng)關(guān)主動(dòng)傳送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)。

展示層：用戶通過(guò)手機(jī)、平板、電腦等多終端的方式訪問(wèn)平臺(tái)信息。

4.4系統(tǒng)功能

4.4.1用能月報(bào)

用能月報(bào)支持用戶按總用電量、變電站名稱、變電站編號(hào)等查詢所管理站所的用電量，查詢跨度可設(shè)置為月。

4.4.2站點(diǎn)監(jiān)測(cè)

站點(diǎn)監(jiān)測(cè)包括概況、運(yùn)行狀態(tài)、當(dāng)日事件記錄、當(dāng)日逐時(shí)用電曲線、用電概況。

4.4.3變壓器狀態(tài)

變壓器狀態(tài)支持用戶查詢所有或某個(gè)站所的變壓器功率、負(fù)荷率、等運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，支持按負(fù)荷率、功率等升、降序排名。

4.4.4運(yùn)維

運(yùn)維展示當(dāng)前用戶管理的有關(guān)變電所在地圖上位置及總量信息。

4.4.5配電圖

配電圖展示被選中的變電所的配電信息，配電圖顯示各回路的開(kāi)關(guān)狀態(tài)、電流等運(yùn)行狀態(tài)及信息，支持電壓、電流、功率等詳細(xì)運(yùn)行參數(shù)查詢。

4.4.6監(jiān)控

監(jiān)控展示了當(dāng)前實(shí)時(shí)畫(huà)面（直播），選中某一個(gè)變配電站，即可查看該變配電站內(nèi)信息。

4.4.7電力運(yùn)行報(bào)表

電力運(yùn)行報(bào)表顯示選定站所選定設(shè)備各回路采集間隔運(yùn)行參數(shù)和電能抄表的實(shí)時(shí)值及平均值行統(tǒng)計(jì)。

4.4.8警報(bào)信息

對(duì)平臺(tái)所有警報(bào)信息進(jìn)行分析。

4.4.9任務(wù)管理

任務(wù)管理頁(yè)面可以發(fā)布巡檢或消缺任務(wù)，查看巡檢或消缺任務(wù)的狀態(tài)和完成情況，可以點(diǎn)擊查看任務(wù)查看具體的巡檢信息。

4.4.10用戶報(bào)告

用戶報(bào)告頁(yè)面主要用于對(duì)選定的變配電站自動(dòng)匯總一個(gè)月的運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)變壓器負(fù)荷、配電回路用電量、功率因數(shù)、警報(bào)事件等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并列出在該周期內(nèi)巡檢時(shí)發(fā)現(xiàn)的各類缺陷及處理情況。

4.4.11APP監(jiān)測(cè)

3.12APP支 電力運(yùn)維手機(jī)支持“監(jiān)控系統(tǒng)”、“設(shè)備檔案”、“待辦事項(xiàng)”、“巡檢記錄”、“缺陷記錄”、“文檔管理”和“用戶報(bào)告”七大模塊，支持一次圖、需量、用電量、、曲線、溫濕度、同比、環(huán)比、電能質(zhì)量、各種事件警報(bào)查詢，設(shè)備檔案查詢、待辦事件處理、巡檢記錄查詢、用戶報(bào)告、文檔管理等。

4.5系統(tǒng)硬件配置

	三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序電流In；四象限電能；實(shí)時(shí)及需量；電流、電壓不平衡度；負(fù)載電流柱狀圖顯示；66種警報(bào)類型及外部事件（SOE）各16條事件記錄，支持SD卡擴(kuò)展記錄；2-63次諧波；2DI+2DO RS485/Modbus；LCD顯示；
中壓進(jìn)線	APView500		相電壓電流＋零序電壓零序電流，電壓電流不平衡度，有功無(wú)功功率及電能、事件告警及故障錄波，諧波（電壓／電流63次諧波、63組間諧波、諧波相角、諧波含有率、諧波功率、諧波畸變率、K因子）、波動(dòng)／閃變、電壓暫升、電壓暫降、電壓瞬態(tài)、電壓中斷、1024點(diǎn)波形采樣、觸發(fā)及定時(shí)錄波，波形實(shí)時(shí)顯示及故障波形查看，PQDIF格式文件存儲(chǔ)，內(nèi)存32G,16D0+22D1,通訊 2RS485+1RS232+1GPS,3以太網(wǎng)接口（＋1維護(hù)網(wǎng)口）＋1USB接口，支持U盤(pán)讀取數(shù)據(jù)，支持61850協(xié)議。
中壓饋線	AM6-L

	三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測(cè)量，有功電能計(jì)量（正、反向）、四象限無(wú)功電能、總諧波含量、分次諧波含量（2～31次）；A、B、C、N四路測(cè)溫；1路剩余電流測(cè)量；支持RS485/LoRa/2G/4G/NB；LCD顯示；有功電能精度：0.5S級(jí)（改造項(xiàng)目）
無(wú)線測(cè)溫	ATE-400		合金片固定，CT感應(yīng)取電，啟動(dòng)電流大于5安培,測(cè)溫范圍－50-125℃,測(cè)量精度±1℃;傳輸距離空曠150米
ATC-600		兩種工作模式：終端、中繼。ATC600-Z做中繼透?jìng)?，ATC600-Z到ATC600-C的傳輸距離空曠1000m,ATC600-C可接收ATE系列傳感器、 AHE等傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，1路485,2路警報(bào)出口。
環(huán)境溫濕度	WHD

	WHD溫濕度控制器產(chǎn)品主要用于中高壓開(kāi)關(guān)柜、端子箱、環(huán)網(wǎng)柜、箱變等設(shè)備內(nèi)部溫度和濕度調(diào)節(jié)控制。工作電源：AC/DC85～265V工作溫度：-40.0℃～99.9℃工作濕度：0RH～99RH
水浸傳感器	RS-SJ-*-2		接觸式水浸傳感器，監(jiān)測(cè)變電所、電纜溝、控制室等場(chǎng)所積水情況，工作電源：DC10-30V工作溫度：－20℃+60℃工作濕度：0%RH~80%RH響應(yīng)時(shí)間：1s繼電器輸出：常開(kāi)觸點(diǎn)。
攝像機(jī)	CS-C5C-3B1WFR		支持720P高清圖像，支持分辨率可達(dá)到130萬(wàn)像素（1280*960)內(nèi)置麥克風(fēng)與揚(yáng)聲器具有語(yǔ)音雙向?qū)χv功能，支持螢石云互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，通過(guò)手機(jī)、PC等終端實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程互動(dòng)和觀看。
煙霧傳感器	BRJ-307		光電式煙霧傳感：電源正端（DC12V):+12V 繼電器輸出：常開(kāi)觸點(diǎn)
門(mén)禁	MC-58(常開(kāi)型）

	常開(kāi)型；感應(yīng)距離：30-50mm材質(zhì)：鋅合金，銀灰色電度，干接點(diǎn)輸出。
配套附件	ARTU-K16		常開(kāi)型；感應(yīng)距離：30-50mm材質(zhì)：鋅合金，銀灰色電度干接點(diǎn)輸出
KDYA-DG30-24K		輸出DC24V;24V電源

5結(jié)束語(yǔ)

無(wú)人值守牽引變電所運(yùn)行的模式是未來(lái)高速鐵路發(fā)展的大趨勢(shì)，其能夠較大提高我國(guó)鐵路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的完善，在原有鐵路建設(shè)水平的基礎(chǔ)上對(duì)鐵路功能進(jìn)行再一次的升級(jí)，為人們的日常生活和社會(huì)發(fā)展提供更加有效的支持。在無(wú)人值守牽引變電所的日常運(yùn)營(yíng)中，將會(huì)出現(xiàn)與傳統(tǒng)運(yùn)營(yíng)管理不同的特點(diǎn)，只有深入研究這些問(wèn)題產(chǎn)生的根源，采用科學(xué)的方式進(jìn)行合理的解決，才能提高無(wú)人值守牽引變電站管理水平的不斷提高。

參考文獻(xiàn)

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審核編輯 黃宇