既有鐵路牽引變電所輔助監控系統設計研究

田子昭

中鐵第五勘察設計院集團有限公司 北京 102600

目前，我國既有鐵路沿線牽引變電所多為有人值守模式，由此帶來的人力物力消耗較多，且由于在實際工程設計中，牽引所所址一般選在交通設施不發達地區及非農田地區[1-2]，值守人員生活便利性欠佳。如何實現牽引所無人值守成為當前主流，鐵路現行文件規定要求新建、既有牽引所應設置輔助監控系統。變電所無人值守是實現國鐵集團牽引供電節支降耗、改革創新的重要要求，是鐵路向智能化發展的必要趨勢[3]。

本文以鐵路現行規定《牽引變電所實施無人值班值守工作的指導意見》為基點，執行鐵路現有規范，設計廟梁牽引變電所無人值守系統。

廟梁牽引所目前采用有人值守的運維模式。為提高供電可靠性，快速有效發現供電設備的缺陷，防止供電故障，變電所的傳統人工巡視及值守方式逐漸不能滿足需求。因此急需在后續運維中設置無人值守輔助監控系統，系統應用紅外在線測溫、高清視頻、防破壞環境異常告警等技術手段保障供電的安全與穩定，對重要設備和運行環境等進行實時監測、遠程監控、智能巡檢，從而實現由傳統的人工巡視向智能巡視、遠程監測監控的發展趨勢，實現變電所的無人值守化運行[4]。無人值守既可以保障牽引供電安全與穩定，又有效提升了變電所運維效率，同時降低人員管理及設備維護成本。

廟梁牽引所現階段技術設備情況為高壓側電力設備，其均為全戶外布置方式，所內27.5kV設備均為戶內網柵布置方式。生產生活房屋設有控制室、值守室、材料室、檢修室等；所內設有安全監控系統，相關信息通過綜合自動化系統上傳調度；室外電壓互感器、所用變壓器均配置手動隔離開關。室內鋁扣板吊頂老化，破損脫落。變電所外墻面保溫巖棉材料破損脫落嚴重，以上房屋問題存在較大安全隱患，已不滿足無人化的標準和要求。

1 廟梁牽引所輔助監控系統總體設計

根據現行鐵路規范文件，輔助監控系統應實現對全所視頻監視、環境信息監測、安全防范、火災報警、動力照明控制、設備巡檢等功能，同時支持采集接入、數據存儲、告警處理、傳輸通信、聯動和監控等功能。同時應能與其他系統進行交互，縱向上與供電調度系統、上級視頻管理系統等信息交互，橫向上應能與所內保護測控系統進行信息交互。

依據廟梁牽引所現階段技術設備條件，本次鐵路牽引變電所輔助監控系統由軟件系統和硬件設備組成，設計輔助監控系統子站包含視頻監控及巡檢子系統、安全防范及門禁子系統、環境監控子系統、動力照明控制子系統、火災報警檢測子系統以及其他配套工程。主站按納入既有呼和浩特鐵路局輔助監控主站和呼和浩特供電段輔助監控主站設計。

通信通道方面，輔助監控子站至局級調度所輔助監控主站設輔助監控專用通道需2路專用通道，帶寬要求為輔助監控子站至車站20M，車站至主站100M；輔助監控子站至供電段輔助監控主站設輔助監控專用通道需2路專用通道：帶寬子站至車站20M，車站至主站100M；供電段輔助監控主站至檢修車間設輔助監控復示通道需2路專用通道，帶寬要求20M/路。通道采用以太總線方式，接口采用FE接口。系統構成設計內容如圖1所示。

圖1 廟梁輔助監控系統構成圖

系統攝像機由中心集中環形供電，按不同區域設置配電箱，電源箱內配置開關電源，變壓后采用DC12V/24V為攝像機進行供電。攝像機的供電距離必須滿足供電壓降不大于2V。在系統整體傳輸過程為保證畫面質量，編解碼設備均采用1080P分辨率，解碼設備支持1080P高清分辨率，視頻保存時間不低于30天。

所內一次設備和輔助監控設備均可以和視頻監控及巡檢子系統聯動，事故發生時能夠及時切換攝像機，顯示到設備位置查看，實現相應設備遠程操作。

2 鐵路輔助監控系統子系統設計

2.1 視頻監控及巡檢子系統

視頻監控及巡檢子系統具有視頻顯示、圖像存儲與回放、視頻控制、視頻巡檢、圖像識別、紅外成像監測等功能。對室外設備能夠實現多維度監視，能夠準確監視主變的油位、斷路器面板的分合指示燈、避雷器的計數器等內容。

針對室外設計，全景攝像機實現牽引所整體的視頻采取，一般在牽引所對角線位置兩側設置2臺，云臺攝像機則采取數據的范圍為所內變壓器、斷路器、隔離開關、熔斷器等電力一次設備等，紅外成像儀放置在進線高壓側、饋線側及斷路器處，實時監測設備及運行溫度。球形攝像機為輔助監控系統主攝像機，一般放置在牽引所各個電力一次、二次設備處，進行牽引所整體性監控，槍機攝像機放置在牽引所所址四周，共計4臺。

針對室內設計，在主控室放置一定數量的球形攝像機，設計放置臺數宜監測到每一面屏幕，在27.5kV高壓室配置球形攝像機、紅外成像儀及微距攝像頭，其作用分別為監測室內高壓室溫度及設備運行情況，球形攝像機如圖2、圖3所示。

圖2 主控室視頻監控及巡檢系統示意圖

圖3 高壓室視頻監控及巡檢系統示意圖

2.2 安防及門禁子系統

安防及門禁子系統包含電子圍欄、門禁、紅外雙鑒、紅外對射、碎窗等內容，能夠對變電所進行安全防范，當存在非法入侵時能夠進行報警并關聯視頻進行確認。所內場地大門和主控室門設置門禁系統進行管理，具備人臉識別、電磁鎖、出門按鈕等功能。所有人員進入主控樓對身份核實放行，采用智能刷卡的模式，并與視頻監控聯動抓圖。

系統采用網絡型門禁控制器，通過局域網連接到管理機，室外圍墻設置紅外對射裝置。安防及門禁子系統利用各種探測和傳感技術，針對變電所所址周圍實現預警作用。對圍墻、大門、窗戶進行監視和入侵探測，對非法侵入進行提示警告，以保障變電所場地及周邊環境的安全。實時展示安防設備的工作狀態、告警狀態，可對安防設備進行布防和撤防。門禁支持遠方控制及音頻、視頻對話、權限設定等功能，并應能從內部手動解鎖；門禁系統支持應急情況下的解鎖功能。

2.3 環境監控子系統

環境監控子系統能對站內的溫度、濕度、風力、水浸濃度、雨雪量等環境信息進行實時采集、處理和上傳，采集周期小于5秒，實時監視變電所內環境情況。環境監控主要以各類探測器為主，設置溫濕探測器、碎窗探測器、水浸探測器。

溫濕探測器和水浸探測器一般放置在室內、室外電纜槽處，碎窗探測器放置在室內窗內側處，當滿足觸發條件時及時進行反饋。

2.4 動力照明及火災控制子系統

動力照明控制子系統中，燈光、水泵、空調、風機控制器通過控制電纜接入監控主機。燈光控制可分組實現控制功能，其他設備控制宜設置一對一控制。

火災監測系統包含煙感、溫感等內容，設置感溫、感煙探測器，監視變電所內火災情況。本系統與既有火災自動報警系統具備通信功能，可以上傳火災自動報警信號至調度所，火災監測系統信息通過485線納入輔助監控系統。火災探測區域按獨立房間劃分，有高壓室、控制室、通信機械室等場所。感煙探測器、感溫探測器放置在27.5kV高壓室成對布置，主控室雙溫探測器與視頻巡檢子系統攝像機位置相同。

2.5 其他配套工程

為滿足廟梁牽引變電所無人化遠程操作的需求，對手動隔離開關進行電動改造：110kV電壓互感器側手動隔開、主變壓器高壓側斷路器前手動隔開、27.5kV電壓互感器側手動隔開、27.5kV和10kV所用變壓器手動隔開增加電動操作機構，增加控制電纜和電源電纜。其中110kV電動操作機構主要技術參數如右表所示。

依據廟梁牽引所土建設施情況，部分嚴重開裂或傾斜圍墻拆除重做，具體措施如下：

(1)基礎底部以下處理深度根據開挖后情況確定，預估1.9米。

(2)圍墻內外散水均重新翻做，室外散水下方挖除重新回填，預估0.5米，采用0.5m厚3∶7灰土整片換填，每0.3m分層壓實，壓實系數0.95。

(3)廟梁變電所外墻面保溫巖棉材料破損脫落嚴重處，翻新重做保溫巖棉板，并重新刷外墻涂料。

110kV電動操作機構主要技術參數表

圖4 110kV電壓互感器側電動隔開

結語

根據鐵路生產運營管理及高速鐵路現行規范的需求，設計廟梁牽引所無人化改造工程，系統包含視頻監控及巡檢子系統、安防及門禁子系統、環境監控子系統、動力照明及火災控制子系統，以及其他配套工程。

根據系統中子系統設備信息傳至綜自系統并在段內復示，實現遠程監測、遠程操作，從而減少人力輸入，同時也盡最大可能性減少因操作人員誤觸而導致的危險發生。