城市軌道交通供電設(shè)備運(yùn)維智能管控系統(tǒng)分析

太原軌道交通集團(tuán)有限公司 李奇峻

1 引言

軌道交通的快速發(fā)展緩解了地面交通的壓力，為城市出行提供巨大便利。城市軌道交通規(guī)模不斷擴(kuò)大，其內(nèi)部設(shè)備系統(tǒng)也逐漸復(fù)雜，供電設(shè)備運(yùn)維工作難度不斷加大。

2 城市軌道交通供電設(shè)備運(yùn)維管理現(xiàn)狀

目前，我國城市軌道交通供電設(shè)備維修系統(tǒng)大多采用周期性檢修和故障性維修等兩種方式，缺少實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測和在線維修等模式，且大多采取人為運(yùn)維和檢修途徑，導(dǎo)致運(yùn)維效率受到一定的限制。在現(xiàn)代化城市進(jìn)程不斷推進(jìn)下，城市軌道交通的運(yùn)行規(guī)模不斷擴(kuò)大，其承擔(dān)的運(yùn)行任務(wù)不斷加重，涉及的供電設(shè)備運(yùn)維工作和所需工作人員人數(shù)持續(xù)增多，仍然沿用傳統(tǒng)運(yùn)維管理方式很難保證運(yùn)維質(zhì)量，甚至?xí)a(chǎn)生安全隱患。

基于此，城市軌道交通單位不斷探索和嘗試智能管理模式，在設(shè)備運(yùn)維管理中嘗試應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)，雖然這些技術(shù)的應(yīng)用能夠有效解決傳統(tǒng)管理模式中的弊端，優(yōu)化和完善管理體系，卻仍難實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化管理和資源的高效利用、整合、共享，導(dǎo)致城市軌道交通供電設(shè)備運(yùn)維工作在實(shí)際中沒有突出性進(jìn)步。

3 城市軌道交通供電設(shè)備運(yùn)維智能管控系統(tǒng)

3.1 供電設(shè)備運(yùn)維智能管控系統(tǒng)架構(gòu)

3.1.1 數(shù)據(jù)監(jiān)測

數(shù)據(jù)監(jiān)測是智能管控平臺(tái)中的基礎(chǔ)架構(gòu)，也是實(shí)施設(shè)備運(yùn)維中的重點(diǎn)環(huán)節(jié)，只有保證充分的數(shù)據(jù)支持，才能為供電設(shè)備的運(yùn)維工作提供必備參考依據(jù)。在數(shù)據(jù)監(jiān)測中，可以結(jié)合各類監(jiān)測設(shè)備和相關(guān)視頻設(shè)備、傳感器等對設(shè)備運(yùn)維現(xiàn)場實(shí)時(shí)監(jiān)測，全方位采集運(yùn)維過程中的各類數(shù)據(jù)信息，包括狀態(tài)情況、操作情況、測量數(shù)據(jù)等，為運(yùn)維智能化管理工作提供有力的數(shù)據(jù)支撐。對CIOS系統(tǒng)電氣參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測和采集，掌握設(shè)備運(yùn)行情況，利用線路級(jí)、網(wǎng)絡(luò)級(jí)的電能量了解系統(tǒng)能源消耗情況。電氣參數(shù)采集的過程中可以利用遠(yuǎn)程錄波，根據(jù)數(shù)據(jù)分析判斷故障的趨勢。

3.1.2 智能決策

在數(shù)據(jù)監(jiān)測和采集的基礎(chǔ)上，執(zhí)行智能決策任務(wù)是設(shè)備故障分析和運(yùn)維檢修的中心環(huán)節(jié)。在智能決策中，科學(xué)應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)、專家規(guī)則庫，結(jié)合供電系統(tǒng)運(yùn)行的各方面理論支持，檢測和分析設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和預(yù)測未來運(yùn)行趨勢，診斷設(shè)備運(yùn)行故障，通過智能聯(lián)控、輔助決策等智能化技術(shù)的使用，對設(shè)備故障情況和運(yùn)維需求進(jìn)行全方位分析，保證決策的科學(xué)性和合理性。例如，在對城市軌道交通供電設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測時(shí)，還需要對設(shè)備的等效運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行計(jì)算，從而判斷油浸式變壓器的壽命。假設(shè)使用的時(shí)間為T，當(dāng)變壓器在不同條件下運(yùn)行時(shí)，需要將時(shí)間T劃分成不同的區(qū)間，即t1,t2,…,tn。每個(gè)區(qū)間繞組的熱點(diǎn)溫度需要保持恒定，則在計(jì)算油浸式變壓器在一定的時(shí)間T內(nèi)所消耗的絕緣壽命可以使用公式（1）進(jìn)行計(jì)算：

式中：B為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。

如果等效運(yùn)行的時(shí)間可以進(jìn)行計(jì)算，則可以計(jì)算出油浸式變壓器的壽命。根據(jù)公式計(jì)算出的油浸式變壓器的使用壽命以及剩余的壽命，工作人員就可以對油浸式變壓器進(jìn)行合理的維護(hù)。

3.1.3 設(shè)備運(yùn)維

設(shè)備運(yùn)維發(fā)揮核心作用，設(shè)備運(yùn)維平臺(tái)是所有架構(gòu)中的中心力量。在該平臺(tái)中，主要實(shí)施設(shè)備運(yùn)行管理和設(shè)備檢修管理工作。運(yùn)行管理中，主要應(yīng)用智能化巡檢技術(shù)，例如虛擬可視化巡檢技術(shù)，并對在設(shè)備運(yùn)行的過程中的各類重要因素和系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，包括設(shè)備的門禁系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、隧道、井蓋等，同時(shí)包括輔助電源和搶險(xiǎn)物資等輔助性設(shè)施。重點(diǎn)對供電設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測，為安全運(yùn)維打下重要基礎(chǔ)。在檢修管理中，當(dāng)檢測到故障設(shè)備時(shí)，管控系統(tǒng)自動(dòng)將信息推送給運(yùn)維人員，經(jīng)確認(rèn)后，向上提出施工申請。并且，設(shè)備運(yùn)維過程自動(dòng)關(guān)聯(lián)作業(yè)指導(dǎo)和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)案，形成對故障全過程、閉環(huán)形的追蹤運(yùn)維[1]。

3.1.4 運(yùn)維管控

運(yùn)維管控平臺(tái)是整個(gè)運(yùn)維智能管控系統(tǒng)中的核心，在運(yùn)維管控平臺(tái)的作用下，實(shí)現(xiàn)各架構(gòu)間的信息共享功能，并對供電設(shè)備運(yùn)維過程進(jìn)行全方位監(jiān)管和智能化分析，控制整個(gè)運(yùn)維流程并實(shí)現(xiàn)與其他各接口之間的關(guān)聯(lián)和信息共享。管控系統(tǒng)可以運(yùn)用低壓開關(guān)柜中回路所配備的檢測表盤，對回路進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。當(dāng)監(jiān)測過程中發(fā)現(xiàn)明顯問題時(shí)，包括故障引起的漏水、震動(dòng)等問題，系統(tǒng)都能夠?qū)ζ渫瓿尚畔⑹占蜖顟B(tài)監(jiān)控，維護(hù)整體正常運(yùn)行[2]。該平臺(tái)還與人力資源系統(tǒng)相接通，將運(yùn)維情況傳輸?shù)饺肆Y源系統(tǒng)，統(tǒng)一管理和調(diào)度平臺(tái)實(shí)施指揮和運(yùn)維等工作，并將其中的各類信息統(tǒng)一在平臺(tái)界面加以展示。城市軌道交通運(yùn)維管控框架結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 城市軌道交通運(yùn)維管控框架結(jié)構(gòu)圖

3.1.5 預(yù)測建模

城市軌道交通的運(yùn)維智能管控系統(tǒng)需要應(yīng)用PHM技術(shù)對相關(guān)的供電設(shè)備進(jìn)行故障的預(yù)測與健康的管理工作。由于當(dāng)前的軌道交通在設(shè)備維修階段，需要避免客流量激增造成的不利影響，因此需要對設(shè)備采取預(yù)防與維修相結(jié)合的檢修體系，構(gòu)建動(dòng)態(tài)的故障監(jiān)控體系，對軌道交通的故障進(jìn)行預(yù)測、對維修的模式進(jìn)行優(yōu)化，建立實(shí)時(shí)的監(jiān)控模型，保障工作順利開展。

應(yīng)用PHM技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對各項(xiàng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，在設(shè)備可能出現(xiàn)故障時(shí)，提前給出預(yù)警信息。應(yīng)用PHM 技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)基于監(jiān)測信息、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)以及時(shí)效性物理模型的故障預(yù)測，在構(gòu)建物理模型時(shí)，PHM技術(shù)可以通過獲取到的準(zhǔn)確且全面的數(shù)據(jù)信息對各種數(shù)據(jù)的關(guān)系以及參數(shù)進(jìn)行描述，對設(shè)備實(shí)現(xiàn)狀態(tài)預(yù)測。同時(shí)，PHM技術(shù)需要確定設(shè)備的故障以及健康狀況的指標(biāo)，基于PHM技術(shù)獲取的數(shù)據(jù)對設(shè)備的故障以及健康數(shù)據(jù)進(jìn)行推測，應(yīng)用傳感器技術(shù)，開展建模工作，對相關(guān)設(shè)備進(jìn)行有效評估，預(yù)測設(shè)備的未來狀態(tài)以及變化情況，給出調(diào)整的意見。

3.2 供電設(shè)備運(yùn)維智能管控系統(tǒng)中主要技術(shù)應(yīng)用

3.2.1 3D全景監(jiān)視技術(shù)

3D技術(shù)效果圖如圖2所示。

圖2 3D技術(shù)效果圖

3D全景監(jiān)視技術(shù)可以在智能管控系統(tǒng)中全方位應(yīng)用，并實(shí)現(xiàn)全程監(jiān)控。在供電設(shè)備運(yùn)行的過程中，以城市軌道交通整個(gè)運(yùn)行場地為基本進(jìn)行3D 建模，保證建模的精準(zhǔn)強(qiáng)度，使其將設(shè)備運(yùn)行環(huán)境和情況高度模擬仿真，形成與設(shè)備運(yùn)行和實(shí)際操作相一致的流程[3]。在3D 模型中使用熱點(diǎn)將各種相關(guān)信息關(guān)聯(lián)到設(shè)備中，包括監(jiān)視技術(shù)所記錄的數(shù)據(jù)、監(jiān)測畫面和數(shù)據(jù)、相關(guān)運(yùn)維和巡檢記錄等，保證對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的全景監(jiān)視。

3.2.2 虛擬可視化巡檢技術(shù)

虛擬可視化巡檢技術(shù)是基于以往相關(guān)的巡檢技術(shù)和視頻監(jiān)控技術(shù)的基礎(chǔ)上研究并優(yōu)化產(chǎn)生的技術(shù)。結(jié)合3D全景監(jiān)視技術(shù)，可以在實(shí)景內(nèi)按照所規(guī)定的巡檢路線完成巡檢任務(wù)，將所要檢測設(shè)備的各項(xiàng)參數(shù)以視頻畫面的形式呈現(xiàn)并自動(dòng)分析生成巡檢報(bào)告。虛擬可視化巡檢技術(shù)為電氣設(shè)備的運(yùn)維工作提供重要的立體巡檢信息和可視化信息，提高巡檢的準(zhǔn)確性和高效性，使巡檢工作發(fā)揮價(jià)值。

3.2.3 視頻智能識(shí)別技術(shù)

視頻智能識(shí)別技術(shù)通常需要與全景監(jiān)視技術(shù)相結(jié)合，在平臺(tái)內(nèi)部對所監(jiān)控到的視頻畫面和數(shù)據(jù)信息等加以識(shí)別，尤其對設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行環(huán)境和運(yùn)維操作實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)識(shí)別和定位分析。在智能管控系統(tǒng)中，視頻智能識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用能夠有效識(shí)別安全問題，如火災(zāi)煙霧等，識(shí)別遺留或丟失的物品，甚至完成人臉及相關(guān)人員方面信息的識(shí)別，加強(qiáng)對異常行為的監(jiān)測，使系統(tǒng)本身能夠智能化識(shí)別和管理各類因素，保障系統(tǒng)的高效運(yùn)行。

4 結(jié)語

在軌道交通中，供電設(shè)備的運(yùn)維工作是一項(xiàng)重點(diǎn)環(huán)節(jié)，只有提高運(yùn)維智能管控才能保證運(yùn)維效果，提高城市軌道交通運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。對此，相關(guān)部門應(yīng)加強(qiáng)對供電設(shè)備運(yùn)維智能管控系統(tǒng)的研發(fā)和優(yōu)化，從智能管控系統(tǒng)的功能架構(gòu)和應(yīng)用的技術(shù)兩方面重點(diǎn)研究和完善，提高供電設(shè)備的運(yùn)維水平，推動(dòng)城市軌道交通發(fā)展。