程瑜

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801

摘要：本文針對鐵路牽引變電所智能化建設面臨數字化、信息化、智能化應用不足問題進行闡述，提出利用智能移動機器人巡檢系統、運維管理系統等進行融合，實現數字化、信息化、智能化運維管理系統的智慧化牽引變電所建設，為決策層針對設備狀態檢修提供可靠及時的決策依據，實現具有革新意義的管理體系。

關鍵詞：智能移動機器人狀態檢測分析決策智能化管理

0前言

牽引變電所是鐵路機車供電的來源，是保障鐵路運行的基本環節，經過多年的改造和發展，牽引變電所在我國大部分的鐵路線路中已經得到了合理的覆蓋，無人值班牽引變電所在鐵路運行中的應用也得到了較大的普及，進而提高了牽引變電所的運行效率。隨著數字化、智能化的發展，四遙（遙控、遙測、遙信、遙調）功能已經基本可靠，通過增加遙視功能，可逐步實心牽引變電所的無人化建設條件。在從“無人值班”向“無人值守”的轉變過程中，不僅要解決設備和技術上的問題，還要深入分析日常運行和維護過程中出現的問題，以對無人值守牽引變電所實現科學管理。

1無人值班牽引變電所的運行模式

可以了解無人值班牽引變電所的運行模式，需對“無人值班”能夠正確理解，“無人值班”并不是可以脫離鐵路工作人員的管理，而是借助技術設備，通過人與機器之間的合理協調來保障牽引變電所的正常運行。在部分情形下，牽引變電所在經過無人值班的改造之后，還需要配備現場值班人員，以確保設備隱患能夠可以被檢測出來，從而保證牽引變電所的安全運行。按照目前牽引變電所的設計，其運行模式在層級上可以分為四級。上層是總調度所，其下一層可以分為若干個調度臺。調度臺下屬操作臺和巡檢隊負責各個牽引變電所的具體工作。

操作隊可以設在對應的調度所和供電段，其作用主要是負責本轄段無人值班變電所的遙控、遙測，填寫運行日志和事故異常、處理記錄，并對異常現象進行分析判斷，確保供電調度能夠實時掌握運行情況。巡檢隊一般設在變電所所在地的供電車間，其負責定期巡查所轄變電站內的設備、設施和工具等，在常規年檢時，配合檢修車間辦理安全措施。在一些位置比較偏僻的變電所，還應當設立達到運維要求的值守人員，以便在巡檢人員無法及時達到時，處理各項臨時故障。操作隊和巡檢隊需要堅持24小時值班制度，并接受供電調度的指揮。

2智能巡檢機器人應用探索

2015年10月，國自“輪式智能機器人巡測運維管理系統”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，實現人工巡檢到機器人智能巡測的跨越。該智能巡測運維管理系統核心采用一套國自輪式移動機器人，巡測覆蓋了室外變壓及室內二次設備區域，實現牽引變電所單機器人室內外全覆蓋巡視。智能巡測機器人工作主要包括：任務下達、表計識別、紅外測溫、自主充電、數據采集、數據分析、故障判斷、微氣象等內容。機器人系統在運行過程中也逐步暴露了一些問題，如在電纜夾層處，由于輪式機器人的局限性，導致無法進入，需要補充額外的攝像頭進行監測，同時在一些高壓設備內部增設了局部放電檢測設備，所有設備數據統一接入智能機器人系統進行分析。目前，智能巡測運維管理系統通過完全自主或遙控方式，代替人員對設備進行巡視檢測，并與供電專業綜合自動化控制系統實現數據聯動，警報數據進行實時共享，綜自系統數據與現場機器人檢測數據進行校核，及時發現設備存在的故障及趨勢問題，真實實現無人值守。上虞牽引變電所機器人的應用為國內鐵路智能巡測系統，保障鐵路供電系統地面設備的可靠與穩定，大幅降低管理及維護成本，為鐵路供電系統的智能維護提供了創新型的技術手段。

2018年10月，根據中國鐵路總公司發布的《牽引供變電所實施無人值班值守工作的指導意見》（工電函﹝2018﹞101號）所要求的內容，杭州供電段在杭黃鐵路新建線中對富陽牽引變進行了新一步的探索應用，建設了以智能巡檢機器人為主的輔助監控系統平臺。該系統平臺通過標準接口，采集所內輔助設備信息，實現信息共享與告警聯動功能，并將監控和警報信息上傳。輔助監控系統包含以下子系統：環境監控系統、安全防范及門禁系統、火災消防警報子系統、監控子系統（含紅外線測溫）、SF6氣體監測及機器人巡檢系統等。

牽引變電所采用分層分布式輔助監控系統，通過通信網絡連接現場智能傳感設備，實現變電所的安全防范、環境監測、火災探測警報及聯動控制、監控（含紅外線測溫）、SF6氣體監測及機器人巡檢等功能于一體的安全監視和智能控制功能，以滿足鐵路運營對牽引供電系統安全生產的要求，完成牽引變電所亭內監控、環境、安防、火災探測等數據的集中采集處理，實現各子系統內的智能聯動控制，并將輔助監控系統信息通過上傳至供電段及路局調度大樓主站，為決策層針對設備狀態檢修提供可靠及時的決策依據，實現具有革新意義的管理體系。

3提升無人值守牽引變電所運行水平的措施

3.1智能化系統建設改造

目前在無人值守牽引變電所的改造運行中，智能化系統無法得以完善的主要原因是在投入初期對資金的需求量比較大，并且還需要對相關的硬件進行升級改造。據有關人員進行分析，在采取4人值班的情況下，其在1-1.5年內的資金消耗與一套完整智能機器人巡測系統投入相當，但是在智能機器人巡測系統投入的情況下，其運行效率將會大大提高，并且其使用壽命可以保持10年以上。這就要求管理部門的人員要能夠從長遠角度出發，不斷加大投入力度，根據牽引變電所實際運行的需要，逐步對軟件系統和相關的硬件設施進行升級和完善，以便更好的達到無人值守的運行要求。

3.2完善智能化巡檢制度

在對牽引變電所進行無人值守的改造過程中，對于智能化管理工作提出了更高的要求，因此，需根據改造實施階段的不同，對管理制度進行合理的調整。首先在制度內容的制定上，要根據無人值守制度的特點，改進原來的規章制度中與現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的重復工作或者操作不同的情形，切實提高工作人員日常巡檢和維修的效率。其次是要根據改造工作實施的步驟，及時對工作人員開展相關的培訓工作，使其能夠在原有知識層次的基礎上深入了解無人值守模式下對檢修工作提出的要求，充分掌握檢修工作所需的基礎知識，快速處理檢修工作中出現的問題。后還要制定出針對無人值守模式運行下統一驗收標準，使工作人員能夠明確自身工作所應達到的質量標準，減少后期隱患的產生。

4安科瑞AcrelCloud-1000變電所運維云平臺

4.1概述

基于互聯網＋、大數據、移動通訊等技術開發的云端管理平臺，滿足用戶或運維公司監測眾多變電所回路運行狀態和參數、室內環境溫濕度、電纜及母線運行溫度、現場設備或環境場景等需求，實現數據一個中心，集中存儲、統一管理，方便使用，支持具有權限的用戶通過電腦、手機、PAD等各類終端鏈接訪問、接收警報，并完成有關設備日常和定期巡檢和派單等管理工作。

4.2應用場所

適用于電信、金融、交通、能源、醫療衛生、文體、教育科研、農林水利、商業服務、公用事業等行業變配電運行維護系統的新建、擴建和改建。

4.3系統結構

系統可分為四層：即感知層、傳輸層、應用層和展示層。

感知層：包含變電所安裝的多功能儀表、溫濕度監測裝置、攝像頭、開關量采集裝置等。除攝像頭外，其它設備通過RS485總線接入現場智能網關RS485端口。

傳輸層：包含現場智能網關和交換機等設備。智能網關主動采集現場設備層設備的數據，并可進行規約轉換，數據存儲，并通過交換機把數據上傳至相應的服務器端口，網絡故障時數據可存儲在本地，待網絡恢復時從中斷的位置繼續上傳數據，保證服務器端數據不丟失。

應用層：包含應用服務器和數據庫服務器，若變電所數量小于30個則應用服務器和數據庫服務器可以合一配置。服務器需要具備固定IP地址，以接收各智能網關主動傳送過來的數據。

展示層：用戶通過手機、平板、電腦等多終端的方式訪問平臺信息。

4.4系統功能

4.4.1用能月報

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

4.4.2站點監測

站點監測包括概況、運行狀態、當日事件記錄、當日逐時用電曲線、用電概況。

4.4.3變壓器狀態

變壓器狀態支持用戶查詢所有或某個站所的變壓器功率、負荷率、等運行狀態數據，支持按負荷率、功率等升、降序排名。

4.4.4運維

運維展示當前用戶管理的有關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關狀態、電流等運行狀態及信息，支持電壓、電流、功率等詳細運行參數查詢。

4.4.6監控

監控展示了當前實時畫面（直播），選中某一個變配電站，即可查看該變配電站內信息。

4.4.7電力運行報表

電力運行報表顯示選定站所選定設備各回路采集間隔運行參數和電能抄表的實時值及平均值行統計。

4.4.8警報信息

對平臺所有警報信息進行分析。

4.4.9任務管理

任務管理頁面可以發布巡檢或消缺任務，查看巡檢或消缺任務的狀態和完成情況，可以點擊查看任務查看具體的巡檢信息。

4.4.10用戶報告

用戶報告頁面主要用于對選定的變配電站自動匯總一個月的運行數據，對變壓器負荷、配電回路用電量、功率因數、警報事件等進行統計分析，并列出在該周期內巡檢時發現的各類缺陷及處理情況。

4.4.11APP監測

3.12APP支 電力運維手機支持“監控系統”、“設備檔案”、“待辦事項”、“巡檢記錄”、“缺陷記錄”、“文檔管理”和“用戶報告”七大模塊，支持一次圖、需量、用電量、、曲線、溫濕度、同比、環比、電能質量、各種事件警報查詢，設備檔案查詢、待辦事件處理、巡檢記錄查詢、用戶報告、文檔管理等。

4.5系統硬件配置

應用場合	型號	外觀圖	型號、規格
變電所運維云平臺	AcrelCloud-1000

	AcrelCloud-1000變電所運維云平臺基于互聯網＋、大數據、移動通訊等技術開發的云端管理平臺，滿足用戶或運維公司監測眾多變電所回路運行狀態和參數、室內環境溫濕度、電纜及母線運行溫度、現場設備或環境場景等需求，實現數據一個中心，集中存儲、統一管理，方便使用，支持具有權限的用戶通過電腦、手機、PAD等各類終端鏈接訪問、接收警報，并完成有關設備日常和定期巡檢和派單等管理工作。
網關	ANet-2E4SM

	4路RS485串口，光耦隔離，2路以太網接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPCUA、ModbusTCP（主、從）、104（主、從）、建筑能耗、SNMP、MQTT；（主模塊）輸入電源：DC12V～36V。支持4G擴展模塊，485擴展模塊。
擴展模塊ANet-485	M485模塊：4路光耦隔離RS485
擴展模塊ANet-M4G	M4G模塊：支持4G全網通
中壓進線	AM6-L

	三段式過流保護（帶方向、低壓閉鎖）、過負荷保護、PT斷線告警、逆功率保護、三相一次重合閘、低頻減載、檢同期、合環保護、斷路器失靈保護
APM810

	三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序電流In；四象限電能；實時及需量；電流、電壓不平衡度；負載電流柱狀圖顯示；66種警報類型及外部事件（SOE）各16條事件記錄，支持SD卡擴展記錄；2-63次諧波；2DI+2DO RS485/Modbus；LCD顯示；
中壓進線	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／閃變、電壓暫升、電壓暫降、電壓瞬態、電壓中斷、1024點波形采樣、觸發及定時錄波，波形實時顯示及故障波形查看，PQDIF格式文件存儲，內存32G,16D0+22D1,通訊 2RS485+1RS232+1GPS,3以太網接口（＋1維護網口）＋1USB接口，支持U盤讀取數據，支持61850協議。
中壓饋線	AM6-L

	三段式過流保護（帶方向、低壓閉鎖）、過負荷保護、PT斷線告警、逆功率保護、三相一次重合閘、低頻減載、檢同期、合環保護、斷路器失靈保護
APM810

	三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序電流In；四象限電能；實時及需量；電流、電壓不平衡度；負載電流柱狀圖顯示；66種警報類型及外部事件（SOE）各16條事件記錄，支持SD卡擴展記錄；2-63次諧波；2DI+2DO RS485/Modbus；LCD顯示；
低壓進線	AEM96

	三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，總正反向有功電能統計，正反向無功電能統計；2-31次分次諧波及總諧波含量分析、分相諧波及基波電參量（電壓、電流、功率）；電流規格3×1.5(6)A，有功電能精度0.5S級,無功電能精度2級；工作溫度：-10℃～+55℃；相對濕度：≤95不結露
低壓出線	AEM72

	三相電參量U、1、P、Q、S、PF、F測量，總正反向有功電能統計，正反向無功電能統計；2-31次分次諧波及總諧波含量分析、低壓出線分相諧波及基波電參量（電壓、電流、功率）；電流規格3x1.5(6)A,有功電能精度0.5S級，無功電能精度2級
ADW300

	三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，有功電能計量（正、反向）、四象限無功電能、總諧波含量、分次諧波含量（2～31次）；A、B、C、N四路測溫；1路剩余電流測量；支持RS485/LoRa/2G/4G/NB；LCD顯示；有功電能精度：0.5S級（改造項目）
無線測溫	ATE-400		合金片固定，CT感應取電，啟動電流大于5安培,測溫范圍－50-125℃,測量精度±1℃;傳輸距離空曠150米
ATC-600		兩種工作模式：終端、中繼。ATC600-Z做中繼透傳，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等傳輸的數據，1路485,2路警報出口。
環境溫濕度	WHD

	WHD溫濕度控制器產品主要用于中高壓開關柜、端子箱、環網柜、箱變等設備內部溫度和濕度調節控制。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，監測變電所、電纜溝、控制室等場所積水情況，工作電源：DC10-30V工作溫度：－20℃+60℃工作濕度：0%RH~80%RH響應時間：1s繼電器輸出：常開觸點。
攝像機	CS-C5C-3B1WFR		支持720P高清圖像，支持分辨率可達到130萬像素（1280*960)內置麥克風與揚聲器具有語音雙向對講功能，支持螢石云互聯網服務，通過手機、PC等終端實現遠程互動和觀看。
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：常開觸點
門禁	MC-58(常開型）

	常開型；感應距離：30-50mm材質：鋅合金，銀灰色電度，干接點輸出。
配套附件	ARTU-K16		常開型；感應距離：30-50mm材質：鋅合金，銀灰色電度干接點輸出
KDYA-DG30-24K		輸出DC24V;24V電源

5結束語

無人值守牽引變電所運行的模式是未來高速鐵路發展的大趨勢，其能夠較大提高我國鐵路系統結構的完善，在原有鐵路建設水平的基礎上對鐵路功能進行再一次的升級，為人們的日常生活和社會發展提供更加有效的支持。在無人值守牽引變電所的日常運營中，將會出現與傳統運營管理不同的特點，只有深入研究這些問題產生的根源，采用科學的方式進行合理的解決，才能提高無人值守牽引變電站管理水平的不斷提高。

參考文獻

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[4]安科瑞企業微電網設計與應用設計,2022,05版.

審核編輯 黃宇