基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的變配電所輔助監(jiān)控系統(tǒng)研究

代 茜

（北京全路通信信號研究設(shè)計院集團有限公司 電氣化研究設(shè)計院，北京 100071）

鐵路作為國民經(jīng)濟的命脈，在國家的運輸任務(wù)與戰(zhàn)略意義上都起著舉足輕重的作用。鐵路供電系統(tǒng)是整個鐵路運輸系統(tǒng)的重要組成部分，是確保調(diào)度指揮、信號、通信、旅客服務(wù)等系統(tǒng)重要負(fù)荷安全、可靠、不間斷運行的基礎(chǔ)設(shè)施，其供電質(zhì)量的好壞直接影響到高速列車運行的正常與否。因此，鐵路供電系統(tǒng)中電力設(shè)備的運營維護（簡稱：運維）工作尤為重要。

鐵路電力設(shè)備主要集中于變配電所內(nèi)，大部分變配電所仍采用人工的方式對電力設(shè)備進行日常巡檢，存在人力成本高、勞動風(fēng)險大、工作效率低等問題。此外，隨著我國電氣化鐵路運營里程的快速增長，亟須由傳統(tǒng)的人工巡視向智能巡視、遠程監(jiān)控發(fā)展，保障變配電所供電安全與穩(wěn)定，提升變配電所運維效率，降低人員管理及設(shè)備維護成本，實現(xiàn)變配電所在“無人值守”模式下的正常運行[1]。

基于鐵路一線電力運維工作現(xiàn)狀及需求，本文針對變配電所日常運維內(nèi)容，提出了基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的輔助監(jiān)控系統(tǒng)，增強鐵路供電管理能力，提高配電所運維工作的自動化、智能化水平[2]。

1 鐵路變配電所運維現(xiàn)狀

鐵路變配電所是鐵路供電系統(tǒng)的重要組成部分，為鐵路運行提供電力支持。隨著鐵路的快速發(fā)展，變配電所的數(shù)量不斷增加，這使得配電所運維工作量加大，偏遠地區(qū)變配電所的運維難度大。

目前，變配電所的巡檢采用定期巡視加手工記錄數(shù)據(jù)的方式，設(shè)備檢測、數(shù)據(jù)統(tǒng)計均由巡檢人員按照要求執(zhí)行和記錄。這種方式存在人工成本高、錄入效率低、易出現(xiàn)錯記漏記等影響運檢質(zhì)量的情況[2-3]。

2 變配電所輔助監(jiān)控系統(tǒng)整體方案

變配電所輔助監(jiān)控系統(tǒng)（簡稱：輔助監(jiān)控系統(tǒng)）由感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺層和應(yīng)用層組成[4]，如圖1所示。

圖1 輔助監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 感知層

感知層是輔助監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)部分，采用先進的感知技術(shù)，對變配電所內(nèi)設(shè)備、環(huán)境、安防等信息進行實時采集和識別。根據(jù)采集信息不同的類型，感知層將前端設(shè)備分為6 個子系統(tǒng)。

2.2 網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層實現(xiàn)變配電所內(nèi)各類監(jiān)測設(shè)備的泛在連接。感知層各類傳感器采集的信息通過專用數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)上傳至平臺層。

2.3 平臺層

平臺層是輔助監(jiān)控系統(tǒng)的核心單元。（1）由于監(jiān)測設(shè)備具有數(shù)量多、種類多、部署位置分散等特點，平臺層的網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機能夠?qū)σ曨l監(jiān)控及巡檢子系統(tǒng)上傳的信息進行存儲、整理和初步數(shù)據(jù)處理；（2）動環(huán)主機能夠匯總、存儲和初步處理環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)、安全防范及門禁子系統(tǒng)、火災(zāi)報警子系統(tǒng)和動力照明控制子系統(tǒng)上傳的數(shù)據(jù)和信息；（3）在線監(jiān)測主機能夠?qū)υ诰€監(jiān)測子系統(tǒng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)做匯總、存儲和初步整理；（4）網(wǎng)絡(luò)層的智能分析服務(wù)器能夠調(diào)用網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機、動環(huán)主機、在線監(jiān)測主機等設(shè)備所存儲/上傳/已完成初步處理的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的有序管理，并按照系統(tǒng)功能需求，對數(shù)據(jù)進行深度處理，為應(yīng)用層提供支撐。

2.4 應(yīng)用層

應(yīng)用層采用圖像識別、大數(shù)據(jù)分析、人工智能等技術(shù)，實現(xiàn)變配電所電力設(shè)備狀態(tài)信息展示、各類儀表數(shù)據(jù)查詢、參數(shù)配置的功能。此外，應(yīng)用層還能夠?qū)崿F(xiàn)變配電所電力設(shè)備運行狀態(tài)評估、故障預(yù)警，自動生成巡檢報表，提高變配電所管理水平和運行質(zhì)量，緩解運維人員的工作壓力，有效提高運維效率。

3 變配電所前端監(jiān)測設(shè)備布置及實現(xiàn)功能

3.1 視頻監(jiān)控及巡檢子系統(tǒng)

（1）變電區(qū)不僅部署了雙光譜熱成像球機，能夠?qū)ψ儔浩鳌⒒ジ衅鳌⒈芾灼鳌?dǎo)線、線夾等設(shè)備進行紅外溫度監(jiān)測和外觀巡視，還部署了高清攝像機監(jiān)測變壓器油溫和油位、避雷器放電計數(shù)器儀表并上傳至系統(tǒng)進行圖像識別。

（2）高壓室內(nèi)設(shè)導(dǎo)軌式攝像機對開關(guān)柜進行巡視、狀態(tài)監(jiān)測、儀表識別。

（3）控制室設(shè)置高清球機進行安防監(jiān)測、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、儀表識別。

（4）調(diào)壓器室設(shè)雙光譜熱成像球機對調(diào)壓器進行溫度監(jiān)測和油位表監(jiān)測。

3.2 在線監(jiān)測子系統(tǒng)

在高壓室中，根據(jù)高壓柜的類型在高壓柜內(nèi)部署無線測溫傳感器和局部放電傳感器，無線測溫傳感器設(shè)于斷路器觸頭及電纜頭上用以監(jiān)測觸頭溫度；局部放電傳感器貼壁安裝于柜內(nèi)或柜外縫隙處用以監(jiān)測局部放電信號。傳感器將信息通過無線的方式傳輸至高壓室內(nèi)的在線監(jiān)測主機箱進行信息的匯集、存儲、處理并上傳至輔助監(jiān)控系統(tǒng)平臺，用于對高壓柜內(nèi)設(shè)備超溫、絕緣異常的現(xiàn)象進行在線監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患。

3.3 其他子系統(tǒng)

（1）變配電所房頂設(shè)風(fēng)速傳感器和雨量傳感器，房屋外壁、高壓室、控制室、調(diào)壓室內(nèi)設(shè)溫濕度傳感器，用于監(jiān)測配電所外部及各室內(nèi)部風(fēng)速、雨量、溫濕度等環(huán)境信息；電纜溝集水井或最低處設(shè)水浸傳感器，用于監(jiān)測電纜溝積水情況。

（2）變配電所控制室內(nèi)根據(jù)需求設(shè)燈光控制模塊、風(fēng)機控制箱、空調(diào)控制單元對照明、風(fēng)機、空調(diào)等設(shè)備進行遠程控制，按照系統(tǒng)設(shè)置當(dāng)發(fā)生報警時與其他設(shè)備聯(lián)動。

（3）變配電所控制室內(nèi)根據(jù)火災(zāi)規(guī)范文件設(shè)感溫感煙探測器、手動報警按鈕、聲光報警器、火災(zāi)報警控制器，用于監(jiān)測火災(zāi)并報警。

（4）各個監(jiān)測終端采集數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)上傳至各系統(tǒng)主機/控制單元，后上傳至輔助監(jiān)控系統(tǒng)后臺，實現(xiàn)對所內(nèi)設(shè)備狀態(tài)和環(huán)境信息、安防信息的全面監(jiān)控、智能巡檢和自動報警。

4 變配電所聯(lián)動和遠程控制方案

輔助監(jiān)控系統(tǒng)利用物互聯(lián)技術(shù)，將變配電所內(nèi)大量的數(shù)據(jù)實時上傳后臺處理中心，實現(xiàn)綜合監(jiān)控、智能預(yù)警和協(xié)調(diào)聯(lián)動的功能，通過系統(tǒng)后臺設(shè)置聯(lián)動時間段、報警觸發(fā)閾值、聯(lián)動觸發(fā)條件、觸發(fā)聯(lián)動動作、復(fù)位條件、復(fù)位動作等相關(guān)參數(shù)配置聯(lián)動規(guī)則。聯(lián)動觸發(fā)后系統(tǒng)自動記錄觸發(fā)、動作、復(fù)位全過程至歷史數(shù)據(jù)中供后期查詢使用。

系統(tǒng)聯(lián)動功能由特定告警信號觸發(fā)，由某個或多個子系統(tǒng)的一個或多個設(shè)備按照系統(tǒng)設(shè)置完成觸發(fā)動作[5-7]，其聯(lián)動策略如圖2 所示。

圖2 輔助監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動策略

變配電所內(nèi)可能出現(xiàn)發(fā)生火災(zāi)、盜竊、設(shè)備過熱、電纜頭局部放電、電纜溝積水過多、儀器儀表數(shù)據(jù)超過閾值等影響配電所安全運行的情況，利用輔助監(jiān)控系統(tǒng)進行智能聯(lián)動處理，遇到突發(fā)情況，在無值守人員在場時及時作出處理并后臺報警通知相關(guān)工作人員，有效防止事故進一步升級。

5 輔助監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)功能

變配電所輔助監(jiān)控采用模塊化、智能化的設(shè)計思路，對變配電所內(nèi)視頻監(jiān)控及巡檢、環(huán)境監(jiān)測、安全防范、火災(zāi)報警和動力照明控制等部分或全部輔助設(shè)備信息進行集成，系統(tǒng)平臺通過標(biāo)準(zhǔn)接口，采集所內(nèi)輔助設(shè)備信息，實現(xiàn)信息共享與告警聯(lián)動功能，并將監(jiān)控和報警信息上傳。

輔助監(jiān)控系統(tǒng)軟件具備靈活的多級架構(gòu)，采用層次化、模塊化結(jié)構(gòu)和面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計，具有良好的擴展性和適應(yīng)性。用戶在工作站通過系統(tǒng)軟件向輔助監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送指令，即可實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)置功能。

按照應(yīng)用功能場景，輔助監(jiān)控系統(tǒng)的功能及其之間的關(guān)系，如圖3 所示。

圖3 系統(tǒng)功能關(guān)系示意

輔助監(jiān)控系統(tǒng)通過終端軟件實現(xiàn)系統(tǒng)功能配置和現(xiàn)場設(shè)備管理，滿足配電所在無人值守的條件下的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和故障報警，有效地保障了配電所正常運行。

6 結(jié)束語

本文提出了基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的輔助綜合監(jiān)控系統(tǒng)方案，將智能物聯(lián)技術(shù)和大數(shù)據(jù)處理技術(shù)相結(jié)合，將多個子系統(tǒng)按照標(biāo)準(zhǔn)接口進行多系統(tǒng)融合，實現(xiàn)對全所視頻監(jiān)視、環(huán)境信息監(jiān)測、安全防范、火災(zāi)報警、動力照明控制、設(shè)備巡檢、設(shè)備在線監(jiān)測等功能的高度集成和一體化監(jiān)控，實現(xiàn)了信息共享、告警聯(lián)動、故障預(yù)警、智能巡檢的功能。未來，將進一步研究基于物聯(lián)網(wǎng)框架的鐵路變配電所智能運維管理系統(tǒng)，以達到“無人值守”條件下變配電所供電安全、穩(wěn)定，運維高效，減員增效的目標(biāo)。