地鐵供電智能運(yùn)維系統(tǒng)實(shí)踐探討

邵國(guó)棟　朱雙寶　范志鵬

摘要 近年來(lái)，城市地鐵線網(wǎng)規(guī)模不斷攀升，對(duì)地鐵運(yùn)營(yíng)技術(shù)管理水平提出了更高的要求，運(yùn)營(yíng)設(shè)備維護(hù)的精細(xì)化要求越來(lái)越高，必然推高了運(yùn)維成本。盡管投入使用了地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)（ISCS），線網(wǎng)調(diào)度工作水平有所提高，且實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控系統(tǒng)的集成化，但供電系統(tǒng)運(yùn)維設(shè)備的智能化程度還比較低。基于此，文章提出了地鐵供電智能運(yùn)維系統(tǒng)，闡述了供電智能運(yùn)維系統(tǒng)的系統(tǒng)目標(biāo)、架構(gòu)與功能，從數(shù)據(jù)采集接口和傳輸標(biāo)準(zhǔn)、多維信息融合共享的技術(shù)平臺(tái)、基于關(guān)聯(lián)規(guī)則的綜合智能報(bào)警機(jī)制、數(shù)字孿生的監(jiān)控交互模式和無(wú)人化運(yùn)維系統(tǒng)架構(gòu)五個(gè)方面的內(nèi)容，深度解析了該智能運(yùn)維系統(tǒng)，旨在為同類地鐵企業(yè)提高供電設(shè)備的智能化管理水平提供參考。

關(guān)鍵詞 地鐵供電系統(tǒng)；智能運(yùn)維；數(shù)字孿生

中圖分類號(hào) U231.8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2023）24-0023-03

0 引言

當(dāng)前，整個(gè)地鐵行業(yè)研究的關(guān)注點(diǎn)是在確保地鐵安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，通過(guò)引進(jìn)使用先進(jìn)設(shè)備，提高地鐵智能化管理水平，縮減運(yùn)維費(fèi)用[1]。該文將某地鐵供電智能運(yùn)維系統(tǒng)作為研究對(duì)象，全面深入地分析了系統(tǒng)的構(gòu)成與功能，證明該系統(tǒng)功能全面，在設(shè)備維保中發(fā)揮了巨大作用，有較大的推廣應(yīng)用價(jià)值。

1 供電智能運(yùn)維系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)目標(biāo)

供電智能運(yùn)維系統(tǒng)的運(yùn)行應(yīng)遵循三個(gè)原則，其一是安全穩(wěn)定，其二是高效運(yùn)維，其三是設(shè)備資產(chǎn)的保值增值。采用該系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變電所內(nèi)的各類設(shè)備及硬件系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境數(shù)據(jù)[2]，主要有開(kāi)關(guān)柜、整流與動(dòng)力變壓器、蓄電池、設(shè)備房及電纜夾層等，收集、處理、分析并存儲(chǔ)各類設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上，合理安排設(shè)備運(yùn)維人員的工作任務(wù)，逐漸減少站內(nèi)設(shè)備值守人員數(shù)量，最終實(shí)現(xiàn)設(shè)備自動(dòng)巡檢。

1.2 系統(tǒng)架構(gòu)

隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，構(gòu)建供電智能運(yùn)維系統(tǒng)有了更多的技術(shù)支持，設(shè)計(jì)該系統(tǒng)的架構(gòu)，主要工作是：第一，做好供電設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)及診斷，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)潛在問(wèn)題，做好風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估，科學(xué)分析各項(xiàng)故障數(shù)據(jù)，設(shè)備維修立足于確保設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，通過(guò)矩陣分析法有效評(píng)定不同設(shè)備及系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，在此基礎(chǔ)上制定針對(duì)性的設(shè)備檢修方案；第二，開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)平臺(tái)，基于對(duì)故障影響度及發(fā)生概率的分析，構(gòu)建系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)矩陣，并采用數(shù)字孿生技術(shù)，開(kāi)發(fā)應(yīng)用于預(yù)測(cè)不同維度故障的數(shù)據(jù)模型，制定貫穿供電設(shè)備整個(gè)生命周期的運(yùn)維管理方案；第三，運(yùn)用環(huán)形通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，搭建起完整的數(shù)據(jù)傳輸通道[3]。

某地鐵供電智能運(yùn)維系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示，通過(guò)分析圖1可知，該系統(tǒng)主要由三部分構(gòu)成，第一部分是中央級(jí)供電智能運(yùn)維中心系統(tǒng)，該系統(tǒng)設(shè)置于“深云中心”；第二部分是現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的輔助監(jiān)控系統(tǒng)，主要設(shè)置于不同的降壓變電所內(nèi)[4]；第三部分是供電智能運(yùn)維終端設(shè)備，主要設(shè)置于設(shè)備運(yùn)維場(chǎng)所內(nèi)。三部分有機(jī)結(jié)合，數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傳輸。

1.3 系統(tǒng)功能

該地鐵的“深云中心”配置有中央級(jí)供電智能運(yùn)維中心系統(tǒng)，這一系統(tǒng)的主要功能是管理供電設(shè)備、處理并存儲(chǔ)各項(xiàng)運(yùn)行數(shù)據(jù)、評(píng)估設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)等。

降壓變電所中安裝有現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的輔助監(jiān)控系統(tǒng)，其主要功能是收集、分析并保存供電設(shè)備的運(yùn)維數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)內(nèi)容為設(shè)備巡檢視頻數(shù)據(jù)、在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及現(xiàn)場(chǎng)操作記錄等，借助于環(huán)形網(wǎng)絡(luò)將各項(xiàng)數(shù)據(jù)發(fā)送至中央級(jí)供電智能設(shè)備，確保數(shù)據(jù)存儲(chǔ)完整[5]。

設(shè)備運(yùn)行維修部門中安裝有終端級(jí)智能運(yùn)維設(shè)備，使用供電智能運(yùn)維重點(diǎn)設(shè)備檢查各項(xiàng)設(shè)備的運(yùn)行情況，在此基礎(chǔ)上制定科學(xué)的設(shè)備維保措施。

環(huán)形光纖網(wǎng)絡(luò)的主要功能是傳輸供電設(shè)備運(yùn)維數(shù)據(jù)，它屬于1 000 M的單環(huán)網(wǎng)絡(luò)。

2 實(shí)踐解析

2.1 數(shù)據(jù)采集接口和傳輸標(biāo)準(zhǔn)

供電智能運(yùn)維系統(tǒng)外部數(shù)據(jù)采集接口如圖2所示，為適應(yīng)不同類型的數(shù)據(jù)傳輸，選用了三類傳輸協(xié)議，滿足實(shí)際需求。通過(guò)IEC104協(xié)議傳輸電力監(jiān)控裝置收集到的遙測(cè)及故障報(bào)告等數(shù)據(jù)，這類數(shù)據(jù)的傳輸時(shí)間不固定，具有突發(fā)性；通過(guò)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)定時(shí)收集到的循環(huán)數(shù)據(jù)，適用于MODBUS傳輸協(xié)議；有些數(shù)據(jù)屬于接觸網(wǎng)狀態(tài)，一般是通過(guò)HTTP協(xié)議以離線方式傳輸?shù)街醒爰?jí)系統(tǒng)[6]。

2.2 多維信息融合共享的技術(shù)平臺(tái)

供電智能運(yùn)維系統(tǒng)通過(guò)內(nèi)部互聯(lián)協(xié)調(diào)，已實(shí)現(xiàn)多維信息的融合共享。借助于維修中心的終端級(jí)供電智能運(yùn)維設(shè)備，與不同的運(yùn)營(yíng)子系統(tǒng)建立聯(lián)系，從施工管理系統(tǒng)、電子工作票系統(tǒng)當(dāng)中收集到各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息，并將其傳輸至中央級(jí)智能運(yùn)維系統(tǒng)，從而補(bǔ)位提升其功能數(shù)據(jù)。

供電智能運(yùn)維系統(tǒng)的拓?fù)鋱D如圖3所示。單專業(yè)中包含不同的功能模塊，供電系統(tǒng)數(shù)據(jù)在其中實(shí)現(xiàn)流動(dòng)共享，在不同模塊間可實(shí)現(xiàn)相互調(diào)用[7]。通過(guò)智能運(yùn)維系統(tǒng)可將接觸網(wǎng)、軌道、隧道設(shè)備及檢修故障數(shù)據(jù)融合起來(lái)，設(shè)備運(yùn)維人員能掌握整體數(shù)據(jù)信息，便于開(kāi)展工作，提高設(shè)備運(yùn)維水平。

2.3 基于關(guān)聯(lián)規(guī)則的綜合智能報(bào)警機(jī)制

在線監(jiān)測(cè)設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)供電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，供電智能運(yùn)維系統(tǒng)收集到其狀態(tài)數(shù)據(jù)后，會(huì)設(shè)定預(yù)警和告警閾值，供電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)被劃分為正常、預(yù)警與告警三種狀態(tài)[8]。

基于對(duì)不同設(shè)備故障特征的分析，賦予設(shè)備具體的功能，可以比較分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與設(shè)備特征數(shù)據(jù)，便于更全面地了解供電設(shè)備，準(zhǔn)確判斷其故障。供電設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能自動(dòng)收集其故障信息數(shù)據(jù)，從而判斷設(shè)備的故障特征，機(jī)器可定期更新故障特征庫(kù)[9]。通過(guò)智能識(shí)別、自主學(xué)習(xí)以及對(duì)比分析等方式，采用智能儀表定位儀有效識(shí)別穩(wěn)定儀表狀態(tài)、指針讀數(shù)及各類開(kāi)關(guān)的狀態(tài)。

采用在線監(jiān)測(cè)設(shè)備，準(zhǔn)確跟蹤監(jiān)測(cè)對(duì)象的變動(dòng)情況，如果發(fā)現(xiàn)供電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)出現(xiàn)異常，或狀態(tài)量發(fā)生大幅變動(dòng)，會(huì)立即向外發(fā)布警告。此外，還需要對(duì)在線監(jiān)測(cè)設(shè)備收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷其是否發(fā)生異常，將數(shù)據(jù)警告受到裝置異常的影響降到最低，有效過(guò)濾掉誤告警。

2.4 數(shù)字孿生的監(jiān)控交互模式

運(yùn)用物理模型、傳感器更新等，集成具體的仿真過(guò)程，這一過(guò)程中包含不同學(xué)科、不同尺度，概率也存在差異，通過(guò)虛擬空間的映射，對(duì)實(shí)體設(shè)備的整個(gè)生命周期進(jìn)行反映，這就是數(shù)字孿生技術(shù)。

為使供電設(shè)備管理人員能真實(shí)、全面地觀察設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，首先是構(gòu)建起變電所及接觸網(wǎng)數(shù)字孿生模型，通過(guò)設(shè)備模型對(duì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)三維立體的可視化呈現(xiàn)，最終將設(shè)備的真實(shí)運(yùn)行工況展示出來(lái)。借助于數(shù)字孿生模型技術(shù)，重構(gòu)變電所的真實(shí)場(chǎng)景，設(shè)計(jì)出其三維模型展現(xiàn)實(shí)景，將攝像機(jī)的整體分布信息展示出來(lái)[10]。供電設(shè)備運(yùn)維人員可通過(guò)該實(shí)景模型，將實(shí)時(shí)視頻數(shù)據(jù)快速調(diào)取出來(lái)，更全面細(xì)致地觀察設(shè)備實(shí)際狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的再現(xiàn)，便于開(kāi)展設(shè)備運(yùn)維工作，提高設(shè)備運(yùn)行效率。

2.5 無(wú)人化運(yùn)維系統(tǒng)架構(gòu)

供電智能運(yùn)維系統(tǒng)中的設(shè)備建模工具具有一致性，從而有效提升設(shè)備管理的標(biāo)準(zhǔn)化程度，這對(duì)于線路擴(kuò)容有巨大作用。借助于在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、自動(dòng)巡檢設(shè)備對(duì)變電所進(jìn)行自動(dòng)巡檢，將供電設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)全面收集起來(lái)，對(duì)于三維模型及巡檢進(jìn)度都能實(shí)現(xiàn)同步管理。通過(guò)無(wú)人化運(yùn)維系統(tǒng)，融合供電設(shè)備的靜態(tài)數(shù)據(jù)、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)及生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)，最終有效監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行情況。

3 結(jié)論

綜上所述，該文選取某地鐵供電智能運(yùn)維系統(tǒng)作為研究對(duì)象，對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了全面解析，主要是從數(shù)據(jù)采集接口和傳輸標(biāo)準(zhǔn)、多維信息融合共享的技術(shù)平臺(tái)、基于關(guān)聯(lián)規(guī)則的綜合智能報(bào)警機(jī)制、數(shù)字孿生的監(jiān)控交互模式和無(wú)人化運(yùn)維系統(tǒng)架構(gòu)等方面展開(kāi)，論述了這一系統(tǒng)的組成方案以及在設(shè)備維保中的功能，對(duì)同類地鐵企業(yè)提升供電設(shè)備的智能化管理水平有一定的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)

[1]胡威. 深圳都市圈城際鐵路信號(hào)系統(tǒng)綜合智能運(yùn)維平臺(tái)建設(shè)方案[J]. 鐵路通信信號(hào)工程技術(shù)， 2023（9）： 11-14+22.

[2]李鼎杰. 軌道交通供電及供電智能運(yùn)維監(jiān)理案例分析[J]. 設(shè)備監(jiān)理， 2023（4）： 40-45.

[3]李兆新， 陸其波， 吳光宇， 等. 地鐵車輛智能運(yùn)維系統(tǒng)建設(shè)研究[J]. 科技與創(chuàng)新， 2023（14）： 43-45+48.

[4]朱賀， 陳波. 地鐵車輛基地智能環(huán)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究[J]. 科技與創(chuàng)新， 2023（14）： 137-139+142.

[5]馬建新. 基于數(shù)字孿生技術(shù)的機(jī)車智能運(yùn)維研究[C]//大連交通大學(xué)， 中國(guó)中車集團(tuán)有限公司. 中車大同電力機(jī)車有限公司技術(shù)中心， 2020.

[6]齊越. 電力信息通信數(shù)據(jù)智能運(yùn)維技術(shù)分析研究[C]//中國(guó)電力設(shè)備管理協(xié)會(huì). 中國(guó)電力設(shè)備管理協(xié)會(huì)第二屆第一次會(huì)員代表大會(huì)論文集（2）， 2022： 6.

[7]汪瑋， 容慶. 城市軌道交通供電智能運(yùn)維系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用[J]. 隧道與軌道交通， 2023（2）： 28-30+68.

[8]趙晗， 尹恩華， 李伯男. 城市軌道交通站臺(tái)門智能運(yùn)維系統(tǒng)研究[J]. 都市快軌交通， 2023（2）： 156-161.

[9]李旭斌， 田付強(qiáng)， 郭亦可. 新型電力系統(tǒng)中電力設(shè)備健康管理與智能運(yùn)維關(guān)鍵技術(shù)探究[J]. 電網(wǎng)技術(shù)， 2023（9）： 3710-3727.

[10]馬乾， 劉丙林， 姜云海. 面向智能運(yùn)維的城軌車輛蓄電池在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J]. 現(xiàn)代城市軌道交通， 2020（8）： 65-69.