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

【關(guān)鍵詞】無(wú)人值守；智能牽引供電系統；輔助監控系統

1. 引言

國鐵集團非常重視牽引變電所無(wú)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，實(shí)現了牽引變電所的無(wú)人值班值守后，先后下發(fā)了《國鐵集團關(guān)于做好鐵路牽引變電所無(wú)人化實(shí)施工作的通知》（鐵工電電[2020]84號）、《鐵路電力牽引供電無(wú)人值守工程設計施工補充規定》（鐵建設[2020]112號）等文件，進(jìn)一步明確了無(wú)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的設計方案，提出無(wú)人值守牽引變電所亭的設計方案。

1.無(wú)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(shù)，以信息化、網(wǎng)絡(luò )化、自動(dòng)化、互動(dòng)化為特征，以“安全運行、系統可控、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(dòng)力。京張高鐵設置的輔助監控系統通過(guò)綜合聯(lián)網(wǎng)實(shí)現牽引變電所亭統一監控和統一管理，通過(guò)系統無(wú)縫級聯(lián)實(shí)現分級控制、分域使用。不間斷的多媒體多方位實(shí)時(shí)監視，使調度室的值班人員擁有身臨其境的感覺(jué)，*地降低了維護人員的工作量，提高運維管理的效率，完整實(shí)現了牽引變電所亭的無(wú)人值班值守，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益，為鐵路安全、可靠、高質(zhì)量、*運行提供了保障。

2.無(wú)人值守牽引變電所的特點(diǎn)

為實(shí)現牽引變電所亭的無(wú)人值守，需要對傳統有人值守的牽引變電所進(jìn)行適當調整。無(wú)人值守牽引變電所與有人值守傳統牽引變電所在隔離開(kāi)關(guān)設計、交直流系統設計、一次設備在線(xiàn)監測系統等方面均有較大區別。

2.1隔離開(kāi)關(guān)設計方案

在傳統牽引變電所中，檢修回路、27.5kV高壓母線(xiàn)分段用的隔離開(kāi)關(guān)通常采用手動(dòng)操作機構。在無(wú)人值守牽引變電所中，為實(shí)現遠動(dòng)控制，所有隔離開(kāi)關(guān)均采用電動(dòng)操作機構，并納入遠動(dòng)系統，以便實(shí)現無(wú)人值守。

2.2交直流系統設計

傳統交直流系統只是在進(jìn)線(xiàn)及重要的饋線(xiàn)回路設置了電動(dòng)操作機構。為了實(shí)現無(wú)人值守，所有進(jìn)線(xiàn)及饋線(xiàn)開(kāi)關(guān)均配置電動(dòng)操作機構和相應的告警、位置節點(diǎn)，可通過(guò)監控單元與綜合自動(dòng)化系統的通信接口實(shí)現所有開(kāi)關(guān)的遙控、遙信。

2.3一次設備在線(xiàn)監測系統

牽引變電所實(shí)現無(wú)人值守后，對所內一次設備運行狀態(tài)的監視顯得非常重要。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(shí)現對設備運行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監測，然后通過(guò)輔助監控系統對監測到的數據進(jìn)行分析，實(shí)現對設備狀態(tài)的實(shí)時(shí)監測。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(kāi)關(guān)柜等。

3.輔助監控系統的設計方案

輔助監控系統由部署在調度室和供電段的輔助監控主站系統（以下簡(jiǎn)稱(chēng)主站系統）、部署在各牽引變電所亭的輔助監控子系統組成。

3.1輔助監控主站系統

主站系統作為統一管理平臺，實(shí)現與管轄范圍內所有牽引變電所級系統的互聯(lián)，構建一套符合規范要求的遠程巡視、監控、監測平臺，實(shí)現統一監控、統一管理、分級控制、分域使用，使變電所前端的智能輔助監控站級系統能夠互聯(lián)互通，滿(mǎn)足智能巡視監控系統化、全局化、整體化的發(fā)展需求，實(shí)現綜合維護維修的全流程化管理。京張高鐵在北京局客專(zhuān)調度室SCADA系統的基礎上設置局級供電調度輔助監控主站系統，在北京供電段設置供電段級輔助監控主站系統，兩級主站系統實(shí)現輔助監控的數據管理、視頻巡檢、聯(lián)動(dòng)（故障跳閘現場(chǎng)視頻查看和停送電操作設備視頻確認等）等功能。局級主站系統在權限上具有優(yōu)先級，在段級主站上可以實(shí)現對各所亭設備的巡檢、狀態(tài)監測等。

另外，京張高鐵各牽引變電所亭實(shí)現了全BIM設計。在調度室及供電段的輔助監控主站上可以實(shí)現現場(chǎng)實(shí)景、三維BIM模型的統一展示、告警，為實(shí)現無(wú)人值守提供了良好的保障。圖1所示為在調度室輔助監控主站上顯示的所亭實(shí)景和BIM模型的結合展示。

圖1在調度所輔助監控系統主站觀(guān)察到的各所亭實(shí)景和BIM模型

3.2輔助監控子系統

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

圖2變電所輔助監控系統構成示意圖

3.2.1視頻巡檢子系統

視頻巡檢子系統主要負責對全所電氣設備狀態(tài)、安裝地點(diǎn)及周邊環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)巡視及監控，利用圖像識別技術(shù)判斷各設備的運行狀態(tài)是否正常，同時(shí)與其他子系統進(jìn)行報警聯(lián)動(dòng)，滿(mǎn)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設置了固定式巡檢攝像頭，在室外設備區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。按照“看得清、看得全、經(jīng)濟合理"的原則，在室外220kV進(jìn)線(xiàn)系統及牽引變壓器區域共設置3臺紅外攝像機、8臺高清固定攝像機（帶云臺），在27.5kV饋線(xiàn)區域設置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。利用各攝像機及其預置位，根據所內巡視要求制定巡檢計劃，可手動(dòng)或按時(shí)自動(dòng)執行巡檢計劃。巡檢過(guò)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(dòng)形成巡檢報告，報告涵蓋巡檢內容及巡檢正?；虍惓＝Y果圖片，存儲于系統供供電段或局級輔助監控主站管理人員確認。

3.2.2環(huán)境監測子系統

環(huán)境監測子系統主要包括溫濕度監測部分、風(fēng)速監測部分、水浸監測部分。溫濕度傳感器采集溫濕度、氣體信息，將監測信息上傳到智能環(huán)境綜合監控主機。智能環(huán)境綜合監控主機按照統一規約上送至綜合應用服務(wù)器。通過(guò)信息交互使主站系統及其他系統能隨時(shí)查閱設備運行場(chǎng)地的環(huán)境溫濕度情況，并與相關(guān)設備進(jìn)行聯(lián)動(dòng)（如根據室內溫度情況遠程開(kāi)閉空調等）。所內設置風(fēng)速傳感器，風(fēng)速傳感器將監測到的信息上傳至智能環(huán)境綜合監控主機，智能環(huán)境綜合監控主機按照統一規約上送至綜合應用服務(wù)器。通過(guò)信息交互使主站系統及其他系統能隨時(shí)查閱設備運行場(chǎng)地的風(fēng)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，當水浸傳感器監測到積水時(shí)，通過(guò)開(kāi)關(guān)量輸出報警信號至智能環(huán)境綜合監控主機，啟動(dòng)水泵排水。

3.2.3安全防范子系統

安全防范子系統主要包括設置在變電所亭圍墻上的激光對射報警、門(mén)禁控制系統、玻璃破碎探測器等。當激光對射檢測到入侵情況時(shí)，不僅將報警信息上傳至主站系統，觸發(fā)聲光報警器，還可聯(lián)動(dòng)燈光照明，調用攝像機預置位，啟動(dòng)錄像。在牽引變電所亭的大門(mén)、生產(chǎn)房屋面向室外設備區的大門(mén)處設置門(mén)禁系統，可提高無(wú)人值守變電所的實(shí)時(shí)監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(chǎn)房屋各窗戶(hù)處設置玻璃破碎探測器，當檢測到入侵事件時(shí)，不僅將報警信息上傳至主站系統，觸發(fā)聲光報警器，還可聯(lián)動(dòng)燈光照明，調用攝像機預置位，啟動(dòng)錄像。

3.2.4門(mén)禁子系統

京張高鐵各牽引變電所亭設置了門(mén)禁子系統，在進(jìn)所大門(mén)、控制室及高壓室大門(mén)處設置門(mén)禁終端。門(mén)禁控制系統與視頻巡檢子系統進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，可以提高無(wú)人值守變電所的實(shí)時(shí)監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(dòng)力照明控制系統

牽引變電所內的相關(guān)輔助控制設備較多，許多設備都只能在前端進(jìn)行控制，為了滿(mǎn)足牽引變電所無(wú)人化要求，需對所內的動(dòng)力照明等設備實(shí)現遠程控制功能，如遠程打開(kāi)照明燈光、風(fēng)機、水泵、空調等，可通過(guò)主站系統將變電所輔助控制設備集中、整合，能夠遠程手動(dòng)、聯(lián)動(dòng)控制所內的動(dòng)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(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)境視頻場(chǎng)景等需求，實(shí)現數據一個(gè)*，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)、接收報警，并完成有關(guān)設備日常和定期巡檢和派單等管理工作。

4.2應用場(chǎng)所

適用于電信、金融、交通、能源、*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。

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(kāi)關(guān)量采集裝置等。除攝像頭外，其它設備通過(guò)RS485總線(xiàn)接入現場(chǎng)智能網(wǎng)關(guān)RS485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*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。

展示層：用戶(hù)通過(guò)手機、平板、電腦等多終端的方式訪(fǎng)問(wèn)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(hù)按總用電量、變電站名稱(chēng)、變電站編號等查詢(xún)所管理站所的用電量，

4.4.2站點(diǎn)監測

站點(diǎn)監測包括概況、運行狀態(tài)、當日事件記錄、當日逐時(shí)用電曲線(xiàn)、用電概況。

4.4.3變壓器狀態(tài)

變壓器狀態(tài)支持用戶(hù)查詢(xún)所有或京張個(gè)站所的變壓器功率、負荷率、等運行狀態(tài)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(hù)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)、電流等運行狀態(tài)及信息，支持電壓、電流、功率等詳細運行參數查詢(xún)。

4.4.6視頻監控

視頻監控展示了當前實(shí)時(shí)畫(huà)面（視頻直播），選中京張一個(gè)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*采集間隔運行參數和電能抄表的實(shí)時(shí)值及平均值行統計。

4.4.8報警信息

對平臺所有報警信息進(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(hù)報告

用戶(hù)報告頁(yè)面主要用于對選定的變配電站自動(dòng)匯總一個(gè)月的運行數據，對變壓器負荷、配電回路用電量、功率因數、報警事件等進(jìn)行統計分析，并列出在該周期內巡檢時(shí)發(fā)現的各類(lèi)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(hù)報告"七大模塊，支持一次圖、需量、用電量、視頻、曲線(xiàn)、溫濕度、同比、環(huán)比、電能質(zhì)量、各種事件報警查詢(xún)，設備檔案查詢(xún)、待辦事件處理、巡檢記錄查詢(xún)、用戶(hù)報告、文檔管理等。

5.結束語(yǔ)

通過(guò)分析無(wú)人值守牽引變電所與傳統牽引變電所的差異，提出無(wú)人值守變電所設計的特點(diǎn)，結合京張高鐵智能牽引供電系統的設計及原中國鐵路總公司印發(fā)的《牽引變電所輔助監控系統暫行技術(shù)條件》，提出牽引變電所亭無(wú)人值守方案，為后續變電所無(wú)人值守方案設計提供借鑒。

參考文獻

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