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淺談智能機器人智能電表運維管理體系在鐵路牽引變電所建設構想
2024-04-19 13:02:02
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淺談智能機器人智能電表運維管理體系在鐵路牽引變電所建設構想牽引變電所是鐵路機車(chē)供電的來(lái)源，是保障鐵路運行的基本環(huán)節，經(jīng)過(guò)多年的改造和發(fā)展，牽引變電所在我國大部分的鐵路線(xiàn)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行中的應用也得到了較大的普及，進(jìn)而提高了牽引變電所的運行效率。隨著(zhù)數字化、智能化的發(fā)展，四遙（遙控、遙測、遙信、遙調）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)人化建設條件。在從“無(wú)人值班向“無(wú)人值守的轉變過(guò)程中，不僅要解決設備和技術(shù)上的問(wèn)題，還要深入分析日常運行和維護過(guò)程中出現的問(wèn)題，以對無(wú)人值守牽引變電所實(shí)現科學(xué)管理。
可以了解無(wú)人值班牽引變電所的運行模式，需對“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)設備，通過(guò)人與機器之間的合理協(xié)調來(lái)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(jīng)過(guò)無(wú)人值班的改造之后，還需要配備現場(chǎng)值班人員，以確保設備隱患能夠可以被檢測出來(lái)，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(gè)調度臺。調度臺下屬操作臺和巡檢隊負責各個(gè)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(wú)人值班變電所的遙控、遙測，填寫(xiě)運行日志和事故異常、處理記錄，并對異?，F象進(jìn)行分析判斷，確保供電調度能夠實(shí)時(shí)掌握運行情況。巡檢隊一般設在變電所所在地的供電車(chē)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(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，還應當設立達到運維要求的值守人員，以便在巡檢人員無(wú)法及時(shí)達到時(shí)，處理各項臨時(shí)故障。操作隊和巡檢隊需要堅持24小時(shí)值班制度，并接受供電調度的指揮。
2015年10月，國自“輪式智能機器人巡測運維管理系統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(dòng)機器人，巡測覆蓋了室外變壓及室內二次設備區域，實(shí)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(wù)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(guò)程中也逐步暴露了一些問(wèn)題，如在電纜夾層處，由于輪式機器人的局限性，導致無(wú)法進(jìn)入，需要補充額外的攝像頭進(jìn)行監測，同時(shí)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(jìn)行分析。目前，智能巡測運維管理系統通過(guò)遙控方式，代替人員對設備進(jìn)行巡視檢測，并與供電專(zhuān)業(yè)綜合自動(dòng)化控制系統實(shí)現數據聯(lián)動(dòng)，警報數據進(jìn)行實(shí)時(shí)共享，綜自系統數據與現場(chǎng)機器人檢測數據進(jìn)行校核，及時(shí)發(fā)現設備存在的故障及趨勢問(wèn)題，真實(shí)實(shí)現無(wú)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(chuàng )新型的技術(shù)手段。
2018年10月，根據中國鐵路總公司發(fā)布的《牽引供變電所實(shí)施無(wú)人值班值守工作的指導意見(jiàn)》（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(xiàn)中對富陽(yáng)牽引變進(jìn)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(guò)標準接口，采集所內輔助設備信息，實(shí)現信息共享與告警聯(lián)動(dòng)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(huán)境監控系統、安全防范及門(mén)禁系統、火災消防警報子系統、監控子系統（含紅外線(xiàn)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(guò)通信網(wǎng)絡(luò )連接現場(chǎng)智能傳感設備，實(shí)現變電所的安全防范、環(huán)境監測、火災探測警報及聯(lián)動(dòng)控制、監控（含紅外線(xiàn)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(mǎn)足鐵路運營(yíng)對牽引供電系統安全生產(chǎn)的要求，完成牽引變電所亭內監控、環(huán)境、安防、火災探測等數據的集中采集處理，實(shí)現各子系統內的智能聯(lián)動(dòng)控制，并將輔助監控系統信息通過(guò)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(tài)檢修提供可靠及時(shí)的決策依據，實(shí)現具有革新意義的管理體系。
目前在無(wú)人值守牽引變電所的改造運行中，智能化系統無(wú)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(guān)的硬件進(jìn)行升級改造。據有關(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(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(cháng)遠角度出發(fā)，不斷加大投入力度，根據牽引變電所實(shí)際運行的需要，逐步對軟件系統和相關(guān)的硬件設施進(jìn)行升級和完善，以便更好的達到無(wú)人值守的運行要求。
在對牽引變電所進(jìn)行無(wú)人值守的改造過(guò)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(shí)施階段的不同，對管理制度進(jìn)行合理的調整。首先在制度內容的制定上，要根據無(wú)人值守制度的特點(diǎn)，改進(jìn)原來(lái)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(lái)的重復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。其次是要根據改造工作實(shí)施的步驟，及時(shí)對工作人員開(kāi)展相關(guān)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(wú)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(wèn)題。后還要制定出針對無(wú)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(zhì)量標準，減少后期隱患的產(chǎn)生。
基于互聯(lián)網(wǎng)＋、大數據、移動(dòng)通訊等技術(shù)開(kāi)發(fā)的云端管理平臺，滿(mǎn)足用戶(hù)或運維公司監測眾多變電所回路運行狀態(tài)和參數、室內環(huán)境溫濕度、電纜及母線(xiàn)運行溫度、現場(chǎng)設備或環(huán)境場(chǎng)景等需求，實(shí)現數據一個(gè)中心，集中存儲、統一管理，方便使用，支持具有權限的用戶(hù)通過(guò)電腦、手機、PAD等各類(lèi)終端鏈接訪(fǎng)問(wèn)、接收警報，并完成有關(guān)設備日常和定期巡檢和派單等管理工作。
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(yè)服務(wù)、公用事業(yè)等行業(yè)變配電運行維護系統的新建、擴建和改建。
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(kāi)關(guān)量采集裝置等。除攝像頭外，設備通過(guò)RS485總線(xiàn)端口。
傳輸層：包含現場(chǎng)智能網(wǎng)關(guān)和交換機等設備。智能網(wǎng)關(guān)主動(dòng)采集現場(chǎng)設備層設備的數據，并可進(jìn)行規約轉換，數據存儲，并通過(guò)交換機把數據上傳至相應的服務(wù)器端口，網(wǎng)絡(luò )故障時(shí)數據可存儲在本地，待網(wǎng)絡(luò )恢復時(shí)從中斷的位置繼續上傳數據，保證服務(wù)器端數據不丟失。
應用層：包含應用服務(wù)器和數據庫服務(wù)器，若變電所數量小于30個(gè)則應用服務(wù)器和數據庫服務(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)的數據。
AcrelCloud-1000變電所運維云平臺基于互聯(lián)網(wǎng)＋、大數據、移動(dòng)通訊等技術(shù)開(kāi)發(fā)的云端管理平臺，滿(mǎn)足用戶(hù)或運維公司監測眾多變電所回路運行狀態(tài)和參數、室內環(huán)境溫濕度、電纜及母線(xiàn)運行溫度、現場(chǎng)設備或環(huán)境場(chǎng)景等需求，實(shí)現數據一個(gè)中心，集中存儲、統一管理，方便使用，支持具有權限的用戶(hù)通過(guò)電腦、手機、PAD等各類(lèi)終端鏈接訪(fǎng)問(wèn)、接收警報，并完成有關(guān)設備日常和定期巡檢和派單等管理工作。
三段式過(guò)流保護（帶方向、低壓閉鎖）、過(guò)負荷保護、PT斷線(xiàn)告警、逆功率保護、三相一次重合閘、低頻減載、檢同期、合環(huán)保護、斷路器失靈保護
三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cos），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；負載電流柱狀圖顯示；66種警報類(lèi)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
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CQ9電子游戲、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，內存32G,16D0+22D1,通訊
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(wú)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(wú)功電能精度2級；工作溫度：-10℃～+55℃；相對濕度：≤95不結露
WHD溫濕度產(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
無(wú)人值守牽引變電所運行的模式是未來(lái)高速鐵路發(fā)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(jìn)行再一次的升級，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營(yíng)中，將會(huì )出現與傳統運營(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。
[1]劉方.鐵路牽引變電所基于智能移動(dòng)機器人智能運維管理體系建設構想[J].中國鐵路上海局集團有限公司杭州供電段.
[3]賈晉杰.綜合自動(dòng)化牽引變電所運行可靠性的提升方法[J].電子技術(shù)與軟件工程,2018(16):115.
