淺析高鐵牽引變電所無人值守方案設計

張穎姣

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

【摘要】本文結合牽引變電所無人值守的要求，闡述了無人值守牽引變電所與傳統(tǒng)牽引變電所的區(qū)別，并以京張高鐵為例結合智能牽引供電系統(tǒng)的應用，詳細闡述了高速鐵路牽引變電所無人值守的設計方案。

【關鍵詞】無人值守；智能牽引供電系統(tǒng)；輔助監(jiān)控系統(tǒng)

引言

國鐵集團非常重視牽引變電所無人化發(fā)展，繼在京張高鐵各牽引變電所亭設置了智能牽引供電系統(tǒng)，實現(xiàn)了牽引變電所的無人值班值守后，先后下發(fā)了《國鐵集團關于做好鐵路牽引變電所無人化實施工作的通知》（鐵工電電[2020]84號）、《鐵路電力牽引供電無人值守工程設計施工補充規(guī)定》（鐵建設[2020]112號）等文件，進一步明確了無人值守牽引變電所的設計標準。本文結合京張高鐵智能牽引供電系統(tǒng)的設計方案，提出無人值守牽引變電所亭的設計方案。

1.無人值守牽引變電所的設施組成

京張高鐵智能牽引供電系統(tǒng)以智能牽引供電設施為基礎，運用測量、傳感、控制、通信、信息、人工智能等技術，以信息化、網絡化、自動化、互動化為特征，以“安全運行、系統(tǒng)可控、狀態(tài)可視、運維可循”的運維管理智能化為目標，具備全息感知、多維融合、重構自愈、智能運維特性，為鐵路提供安全可靠、快捷的牽引動力。京張高鐵設置的輔助監(jiān)控系統(tǒng)通過綜合聯(lián)網實現(xiàn)牽引變電所亭統(tǒng)一監(jiān)控和統(tǒng)一管理，通過系統(tǒng)無縫級聯(lián)實現(xiàn)分級控制、分域使用。不間斷的多媒體多方位實時監(jiān)視，使調度室的值班人員擁有身臨其境的感覺，*地降低了維護人員的工作量，提高運維管理的效率，完整實現(xiàn)了牽引變電所亭的無人值班值守，產生了良好的經濟效益和社會效益，為鐵路安全、可靠、高質量、*運行提供了保障。

2.無人值守牽引變電所的特點

為實現(xiàn)牽引變電所亭的無人值守，需要對傳統(tǒng)有人值守的牽引變電所進行適當調整。無人值守牽引變電所與有人值守傳統(tǒng)牽引變電所在隔離開關設計、交直流系統(tǒng)設計、一次設備在線監(jiān)測系統(tǒng)等方面均有較大區(qū)別。

2.1隔離開關設計方案

在傳統(tǒng)牽引變電所中，檢修回路、27.5kV高壓母線分段用的隔離開關通常采用手動操作機構。在無人值守牽引變電所中，為實現(xiàn)遠動控制，所有隔離開關均采用電動操作機構，并納入遠動系統(tǒng)，以便實現(xiàn)無人值守。

2.2交直流系統(tǒng)設計

傳統(tǒng)交直流系統(tǒng)只是在進線及重要的饋線回路設置了電動操作機構。為了實現(xiàn)無人值守，所有進線及饋線開關均配置電動操作機構和相應的告警、位置節(jié)點，可通過監(jiān)控單元與綜合自動化系統(tǒng)的通信接口實現(xiàn)所有開關的遙控、遙信。

2.3一次設備在線監(jiān)測系統(tǒng)

牽引變電所實現(xiàn)無人值守后，對所內一次設備運行狀態(tài)的監(jiān)視顯得非常重要。對一次設備可采用“一次設備本體+傳感器+智能組件”的設計方案，實現(xiàn)對設備運行狀態(tài)的實時監(jiān)測，然后通過輔助監(jiān)控系統(tǒng)對監(jiān)測到的數(shù)據(jù)進行分析，實現(xiàn)對設備狀態(tài)的實時監(jiān)測。牽引供電一次設備主要包括牽引變壓器、自耦變壓器、高壓斷路器、互感器、避雷器、組合電器、27.5kVGIS開關柜等。

3.輔助監(jiān)控系統(tǒng)的設計方案

輔助監(jiān)控系統(tǒng)由部署在調度室和供電段的輔助監(jiān)控主站系統(tǒng)（以下簡稱主站系統(tǒng)）、部署在各牽引變電所亭的輔助監(jiān)控子系統(tǒng)組成。

3.1輔助監(jiān)控主站系統(tǒng)

主站系統(tǒng)作為統(tǒng)一管理平臺，實現(xiàn)與管轄范圍內所有牽引變電所級系統(tǒng)的互聯(lián)，構建一套符合規(guī)范要求的遠程巡視、監(jiān)控、監(jiān)測平臺，實現(xiàn)統(tǒng)一監(jiān)控、統(tǒng)一管理、分級控制、分域使用，使變電所前端的智能輔助監(jiān)控站級系統(tǒng)能夠互聯(lián)互通，滿足智能巡視監(jiān)控系統(tǒng)化、全局化、整體化的發(fā)展需求，實現(xiàn)綜合維護維修的全流程化管理。京張高鐵在北京局客專調度室SCADA系統(tǒng)的基礎上設置局級供電調度輔助監(jiān)控主站系統(tǒng)，在北京供電段設置供電段級輔助監(jiān)控主站系統(tǒng)，兩級主站系統(tǒng)實現(xiàn)輔助監(jiān)控的數(shù)據(jù)管理、視頻巡檢、聯(lián)動（故障跳閘現(xiàn)場視頻查看和停送電操作設備視頻確認等）等功能。局級主站系統(tǒng)在權限上具有優(yōu)先級，在段級主站上可以實現(xiàn)對各所亭設備的巡檢、狀態(tài)監(jiān)測等。

另外，京張高鐵各牽引變電所亭實現(xiàn)了全BIM設計。在調度室及供電段的輔助監(jiān)控主站上可以實現(xiàn)現(xiàn)場實景、三維BIM模型的統(tǒng)一展示、告警，為實現(xiàn)無人值守提供了良好的保障。圖1所示為在調度室輔助監(jiān)控主站上顯示的所亭實景和BIM模型的結合展示。

圖1在調度所輔助監(jiān)控系統(tǒng)主站觀察到的各所亭實景和BIM模型

3.2輔助監(jiān)控子系統(tǒng)

新建京張鐵路在牽引變電所、分區(qū)所、AT所、開閉所設置了輔助監(jiān)控子系統(tǒng)，各所亭輔助監(jiān)控子系統(tǒng)實現(xiàn)對牽引變電所亭各種輔助生產系統(tǒng)的整合、優(yōu)化、管理及控制，主要包括視頻監(jiān)控/巡檢子系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)、安全防范子系統(tǒng)、火災報警子系統(tǒng)、動力照明控制子系統(tǒng)，接入27.5kV電纜監(jiān)測子系統(tǒng)、SF6氣體監(jiān)測子系統(tǒng)、智能一次設備監(jiān)測子系統(tǒng)，并具備接入或擴展其他監(jiān)控子系統(tǒng)的條件。其實現(xiàn)了對智能一次設備的在線監(jiān)測、對輔助設備的管理控制，具備智能圖像識別、智能聯(lián)動和控制功能。各輔助系統(tǒng)內部模塊間可以進行信息交互，并且具備與廣域保護測控系統(tǒng)的信息共享及信息互動。圖2為牽引變電所輔助監(jiān)控系統(tǒng)構成示意圖。綜合考慮投資等因素，牽引變電所、分區(qū)所、AT所、開閉所的輔助監(jiān)控子系統(tǒng)采用差異化配置。本文以牽引變電所為例，簡單介紹其輔助監(jiān)控子系統(tǒng)配置方案。

圖2變電所輔助監(jiān)控系統(tǒng)構成示意圖

3.2.1視頻巡檢子系統(tǒng)

視頻巡檢子系統(tǒng)主要負責對全所電氣設備狀態(tài)、安裝地點及周邊環(huán)境進行實時巡視及監(jiān)控，利用圖像識別技術判斷各設備的運行狀態(tài)是否正常，同時與其他子系統(tǒng)進行報警聯(lián)動，滿足運行管理對安全、巡視的要求。京張高鐵普通半室外布置牽引變電所在控制室及室外設備區(qū)設置了固定式巡檢攝像頭，在室外設備區(qū)設置了紅外測溫攝像機，在27.5kV高壓室設置了軌道式巡檢系統(tǒng)。按照“看得清、看得全、經濟合理”的原則，在室外220kV進線系統(tǒng)及牽引變壓器區(qū)域共設置3臺紅外攝像機、8臺高清固定攝像機（帶云臺），在27.5kV饋線區(qū)域設置1臺紅外攝像機、2臺高清固定攝像機（帶云臺），在27.5kV高壓室設置1臺軌道式巡檢系統(tǒng)。利用各攝像機及其預置位，根據(jù)所內巡視要求制定巡檢計劃，可手動或按時自動執(zhí)行巡檢計劃。巡檢過程中利用圖像智能識別判斷設備運行狀態(tài)，巡檢完畢后形成巡檢記錄，并自動形成巡檢報告，報告涵蓋巡檢內容及巡檢正常或異常結果圖片，存儲于系統(tǒng)供供電段或局級輔助監(jiān)控主站管理人員確認。

3.2.2環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)

環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)主要包括溫濕度監(jiān)測部分、風速監(jiān)測部分、水浸監(jiān)測部分。溫濕度傳感器采集溫濕度、氣體信息，將監(jiān)測信息上傳到智能環(huán)境綜合監(jiān)控主機。智能環(huán)境綜合監(jiān)控主機按照統(tǒng)一規(guī)約上送至綜合應用服務器。通過信息交互使主站系統(tǒng)及其他系統(tǒng)能隨時查閱設備運行場地的環(huán)境溫濕度情況，并與相關設備進行聯(lián)動（如根據(jù)室內溫度情況遠程開閉空調等）。所內設置風速傳感器，風速傳感器將監(jiān)測到的信息上傳至智能環(huán)境綜合監(jiān)控主機，智能環(huán)境綜合監(jiān)控主機按照統(tǒng)一規(guī)約上送至綜合應用服務器。通過信息交互使主站系統(tǒng)及其他系統(tǒng)能隨時查閱設備運行場地的風速，并做出相應的處理。在電纜夾層和電纜溝內設置水浸傳感器，當水浸傳感器監(jiān)測到積水時，通過開關量輸出報警信號至智能環(huán)境綜合監(jiān)控主機，啟動水泵排水。

3.2.3安全防范子系統(tǒng)

安全防范子系統(tǒng)主要包括設置在變電所亭圍墻上的激光對射報警、門禁控制系統(tǒng)、玻璃破碎探測器等。當激光對射檢測到入侵情況時，不僅將報警信息上傳至主站系統(tǒng)，觸發(fā)聲光報警器，還可聯(lián)動燈光照明，調用攝像機預置位，啟動錄像。在牽引變電所亭的大門、生產房屋面向室外設備區(qū)的大門處設置門禁系統(tǒng)，可提高無人值守變電所的實時監(jiān)控能力和出入權限的管理能力，提高運行維護的效率，并大大降低人力成本。在生產房屋各窗戶處設置玻璃破碎探測器，當檢測到入侵事件時，不僅將報警信息上傳至主站系統(tǒng)，觸發(fā)聲光報警器，還可聯(lián)動燈光照明，調用攝像機預置位，啟動錄像。

3.2.4門禁子系統(tǒng)

京張高鐵各牽引變電所亭設置了門禁子系統(tǒng)，在進所大門、控制室及高壓室大門處設置門禁終端。門禁控制系統(tǒng)與視頻巡檢子系統(tǒng)進行聯(lián)動，可以提高無人值守變電所的實時監(jiān)控能力和出入權限的管理能力，*杜絕管理漏洞，提高運行維護的效率，并大大降低人力成本。

3.2.5動力照明控制系統(tǒng)

牽引變電所內的相關輔助控制設備較多，許多設備都只能在前端進行控制，為了滿足牽引變電所無人化要求，需對所內的動力照明等設備實現(xiàn)遠程控制功能，如遠程打開照明燈光、風機、水泵、空調等，可通過主站系統(tǒng)將變電所輔助控制設備集中、整合，能夠遠程手動、聯(lián)動控制所內的動力照明設備。

4.安科瑞AcrelCloud-1000變電所運維云平臺

4.1概述

基于互聯(lián)網＋、大數(shù)據(jù)、移動通訊等技術開發(fā)的云端管理平臺，滿足用戶或運維公司監(jiān)測眾多變電所回路運行狀態(tài)和參數(shù)、室內環(huán)境溫濕度、電纜及母線運行溫度、現(xiàn)場設備或環(huán)境視頻場景等需求，實現(xiàn)數(shù)據(jù)一個*，集中存儲、統(tǒng)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、接收報警，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、*衛(wèi)生、文體、教育科研、農林水利、商業(yè)服務、公用事業(yè)等行業(yè)變配電運行維護系統(tǒng)的新建、擴建和改建。

4.3系統(tǒng)結構

系統(tǒng)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(jiān)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(xiàn)場智能網關RS485端口。

傳輸層：包含現(xiàn)場智能網關和交換機等設備。智能網關主動采集現(xiàn)場設備層設備的數(shù)據(jù)，并可進行規(guī)約轉換，數(shù)據(jù)存儲，并通過交換機把數(shù)據(jù)上傳至*的服務器端口，網絡故障時數(shù)據(jù)可存儲在本地，待網絡恢復時從中斷的位置繼續(xù)上傳數(shù)據(jù)，保證服務器端數(shù)據(jù)不丟失。

應用層：包含應用服務器和數(shù)據(jù)庫服務器，若變電所數(shù)量小于30個則應用服務器和數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)。

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(tǒng)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，

4.4.2站點監(jiān)測

站點監(jiān)測包括概況、運行狀態(tài)、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(tài)

變壓器狀態(tài)支持用戶查詢所有或京張個站所的變壓器功率、負荷率、等運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，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(tài)、電流等運行狀態(tài)及信息，支持電壓、電流、功率等詳細運行參數(shù)查詢。

4.4.6視頻監(jiān)控

視頻監(jiān)控展示了當前實時畫面（視頻直播），選中京張一個變配電站，即可查看該變配電站內視頻信息。

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(shù)和電能抄表的實時值及平均值行統(tǒng)計。

4.4.8報警信息

對平臺所有報警信息進行分析。

4.4.9任務管理

任務管理頁面可以發(fā)布巡檢或消缺任務，查看巡檢或消缺任務的狀態(tài)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(shù)據(jù)，對變壓器負荷、配電回路用電量、功率因數(shù)、報警事件等進行統(tǒng)計分析，并列出在該周期內巡檢時發(fā)現(xiàn)的各類缺陷及處理情況。

審核編輯 黃宇