王晶晶

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定

【摘要】本文針對(duì)電氣化鐵路牽引變電所二次設(shè)備運(yùn)維現(xiàn)狀，分析了基于現(xiàn)狀可采取的運(yùn)維智能化改進(jìn)措施，對(duì)未來(lái)基于智能牽引變電所的二次設(shè)備智能運(yùn)維發(fā)展方向進(jìn)行展望，為牽引變電所二次設(shè)備智能運(yùn)維研究提供思路。同時(shí)引入安科瑞變電所運(yùn)維云平臺(tái)，平臺(tái)關(guān)注解決智能運(yùn)維相關(guān)難題,運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)和信息技術(shù),開(kāi)發(fā)了一套對(duì)變配電站進(jìn)行智能化運(yùn)維管理的系統(tǒng),其對(duì)變配電站的電氣設(shè)備、環(huán)境狀況進(jìn)行不間斷的智能監(jiān)控與故障預(yù)警,，實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程管理、用能分析、運(yùn)維調(diào)度、聯(lián)動(dòng)控制和月度報(bào)告等功能，為用戶(hù)提供變配電站智能化運(yùn)維管理系統(tǒng)方案。

【關(guān)鍵詞】牽引變電所；智能運(yùn)維；云平臺(tái)；二次設(shè)備；

1引言

       近幾年，我國(guó)高速鐵路發(fā)展迅速，在鐵路發(fā)展速度及在建規(guī)模、系統(tǒng)技術(shù)性、運(yùn)營(yíng)里程、運(yùn)營(yíng)速度等方面均在發(fā)展。高鐵的發(fā)展為人們的出行提供了便利，但如此大規(guī)模的高速鐵路網(wǎng)也對(duì)牽引供電系統(tǒng)安全及可靠性提出了更為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。牽引變電所作為動(dòng)車(chē)組運(yùn)行的動(dòng)力源，其供電系統(tǒng)的安全可靠對(duì)整個(gè)高鐵系統(tǒng)的可靠運(yùn)行至關(guān)重要。牽引變電所的二次設(shè)備主要用于保障牽引供電系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行，包括：繼電保護(hù)裝置、變壓器二次回路、電流互感器二次回路、故障錄波系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、二次絕緣監(jiān)控等，其主要功能是保護(hù)、測(cè)量、 監(jiān)測(cè)和控制一次設(shè)備。在一次設(shè)備發(fā)生故障或其他異常運(yùn)行情況時(shí)，二次設(shè)備保護(hù)一次設(shè)備的運(yùn)行，并迅速消除或隔離故障。如果無(wú)法及時(shí)監(jiān)測(cè)到二次設(shè)備的故障，一次系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)將無(wú)法及時(shí)有效地對(duì)其進(jìn)行保護(hù)，給一次設(shè)備的運(yùn)行安全帶來(lái)威脅，影響牽引供電系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。此外，如果二次設(shè)備本身出現(xiàn)故障，可能引起保護(hù)誤動(dòng)作等問(wèn)題，中斷一次設(shè)備的正常運(yùn)行，也將影響整個(gè)牽引供電系統(tǒng)的可靠性。為此，電力行業(yè)在智能變電所方向不斷探究，漸漸推出很多針對(duì)智能變電站二次設(shè)備運(yùn)維的研究成果，運(yùn)維技術(shù)與建設(shè)方案。

2 運(yùn)維現(xiàn)狀

       智能牽引變電所即將在高速鐵路普及，其二次設(shè)備的智能運(yùn)維研究已勢(shì)在必行。對(duì)于智能牽引變電所，獨(dú)立的運(yùn)維管理平臺(tái)的設(shè)置不/可/或/缺。對(duì)于智能二次設(shè)備，可采用在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備，通過(guò)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備采集二次設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)信息，并將信息發(fā)送至變電所調(diào)度區(qū)。 智能牽引變電所二次系統(tǒng)監(jiān)測(cè)對(duì)象包括現(xiàn)場(chǎng)采集網(wǎng)絡(luò)配置和設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)采集網(wǎng)絡(luò)配置信息包括智能電子設(shè)備配置信息及二次系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置信息等，設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)是在二次設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中實(shí)時(shí)采集獲得的數(shù)據(jù)。智能網(wǎng)關(guān)即可實(shí)現(xiàn)上述功能。在規(guī)定時(shí)間段內(nèi)，若二次設(shè)備的某項(xiàng)運(yùn)行狀態(tài)指標(biāo)處于非正常范圍，則表明該設(shè)備處于不健康運(yùn)行狀態(tài)，由于二次設(shè)備的冗余設(shè)計(jì)，設(shè)備未出現(xiàn)故障情況，但在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)仍會(huì)發(fā)出告警。若工作人員能夠及時(shí)對(duì)告警設(shè)備進(jìn)行維護(hù)，將大大降低二次系統(tǒng)設(shè)備的故障率。通過(guò)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)二次系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)評(píng)估，針對(duì)非健康運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行維護(hù)，不僅能夠提高二次系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，也將提高工作人員的檢修效率。 除了現(xiàn)場(chǎng)配置配電環(huán)境的智能化， 軟件方面也可借鑒電力行業(yè)的研究成果，包括二次回路的可視化、網(wǎng)絡(luò)報(bào)文解析、臺(tái)賬檔案管理等，這些基于數(shù)字化變電站的二次回路運(yùn)維手段已經(jīng)成熟，且與于同樣基于IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的智能牽引變電所通用。

3 安科瑞變電所運(yùn)維云平臺(tái)整體方案

       AcrelCloud-1000變電所運(yùn)維云平臺(tái)，利用現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析等多種信息化手段和綜合管理策略為用戶(hù)提供安全的變電所線(xiàn)上線(xiàn)下運(yùn)維監(jiān)控服務(wù)。

       平臺(tái)使用高算力邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)將智能儀表與傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一化、標(biāo)準(zhǔn)化處理后以有線(xiàn)/無(wú)線(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)傳輸模式上傳到云服務(wù)器統(tǒng)一存儲(chǔ)。通過(guò)平臺(tái)提供的電能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、用能情況分析、設(shè)備精益管理、任務(wù)運(yùn)維調(diào)度、月度報(bào)表展示、環(huán)境視頻監(jiān)控等功能，可協(xié)助用戶(hù)達(dá)到分析變電所運(yùn)行環(huán)境、減少故障停電時(shí)間、保障電網(wǎng)穩(wěn)定供電與設(shè)備安全運(yùn)行的目的。

       AcrelCloud-1000變電所運(yùn)維平臺(tái)采用分層分布式結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下：

       變配電室裝設(shè)一套智能網(wǎng)關(guān)，采集變電室智能設(shè)備的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)協(xié)議轉(zhuǎn)換、壓縮加密后定時(shí)上傳或觸發(fā)式上傳平臺(tái)，平臺(tái)可完成對(duì)變配電室內(nèi)所有智能設(shè)備完成數(shù)據(jù)交換，能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變電站內(nèi)變壓器、斷路器等重要運(yùn)行設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)；實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變配電室內(nèi)各回路的運(yùn)行數(shù)據(jù)及環(huán)境溫度等數(shù)字量；通訊管理單元與廠(chǎng)內(nèi)局域網(wǎng)連接，把數(shù)據(jù)傳至數(shù)據(jù)界面。

      系統(tǒng)可分為四層：即感知層、傳輸層、應(yīng)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(jiān)測(cè)裝置、攝像頭、開(kāi)關(guān)量采集裝置等。除攝像頭外，其它設(shè)備通過(guò)RS485總線(xiàn)接入現(xiàn)場(chǎng)智能網(wǎng)關(guān)RS485端口。

      傳輸層：包含現(xiàn)場(chǎng)智能網(wǎng)關(guān)和交換機(jī)等設(shè)備。智能網(wǎng)關(guān)主動(dòng)采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層設(shè)備的數(shù)據(jù)，并可進(jìn)行規(guī)約轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并通過(guò)交換機(jī)把數(shù)據(jù)上傳至指/定的服務(wù)器端口，網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)數(shù)據(jù)可存儲(chǔ)在本地，待網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時(shí)從中斷的位置繼續(xù)上傳數(shù)據(jù)，保證服務(wù)器端數(shù)據(jù)不丟失。

       應(yīng)用層：包含應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，若變電所數(shù)量小于30個(gè)則應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器可以合一配置。服務(wù)器須具備固定IP地址，以接收各智能網(wǎng)關(guān)主動(dòng)傳送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)。

       展示層：用戶(hù)通過(guò)手機(jī)、平板、電腦等多終端的方式訪(fǎng)問(wèn)平臺(tái)信息。

4 核心功能

用能月報(bào)

       用能月報(bào)支持用戶(hù)按總用電量、變電站名稱(chēng)、變電站編號(hào)等查詢(xún)所管理站所的用電量，大查詢(xún)跨度為月。

站點(diǎn)監(jiān)測(cè)

       站點(diǎn)監(jiān)測(cè)包括概況、運(yùn)行狀態(tài)、當(dāng)日事件記錄、當(dāng)日逐時(shí)用電曲線(xiàn)、用電概況。

變壓器狀態(tài)

       變壓器狀態(tài)支持用戶(hù)查詢(xún)所有或某個(gè)站所的變壓器功率、負(fù)荷率、等運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，支持按負(fù)荷率、功率等升、降序排名。

 運(yùn)維界面

       運(yùn)維界面展示當(dāng)前用戶(hù)管理的有關(guān)變電所在地圖上位置及總量信息。

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(yùn)行狀態(tài)及信息，支持電壓、電流、功率等詳細(xì)運(yùn)行參數(shù)查詢(xún)。

視頻監(jiān)控

       視頻監(jiān)控展示了當(dāng)前實(shí)時(shí)畫(huà)面（視頻直播），選中某一個(gè)變配電站，即可查看該變配電站內(nèi)視頻信息。

電力運(yùn)行報(bào)表

       電力運(yùn)行報(bào)表顯示選定站所選定設(shè)備各回路指/定采集間隔運(yùn)行參數(shù)和電能抄表的實(shí)時(shí)值及平均值行統(tǒng)計(jì)。

報(bào)警信息

       對(duì)平臺(tái)所有報(bào)警信息進(jìn)行分析。

 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。

 用戶(hù)報(bào)告

       用戶(hù)報(bào)告頁(yè)面主要用于對(duì)選定的變配電站自動(dòng)匯總一個(gè)月的運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)變壓器負(fù)荷、配電回路用電量、功率因數(shù)、報(bào)警事件等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并列出在該周期內(nèi)巡檢時(shí)發(fā)現(xiàn)的各類(lèi)缺陷及處理情況。

APP監(jiān)測(cè)

       電力運(yùn)維手機(jī)支持“監(jiān)控系統(tǒng)"、“設(shè)備檔案"、“待辦事項(xiàng)"、“巡檢記錄"、“缺陷記錄"、“文檔管理"和“用戶(hù)報(bào)告"七大模塊，支持一次圖、需量、值、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(bào)警查詢(xún)，設(shè)備檔案查詢(xún)、待辦事件處理、巡檢記錄查詢(xún)、用戶(hù)報(bào)告、文檔管理等。

5.適用產(chǎn)品

參考文獻(xiàn)：

[1]丁勝濤. 智能變電站運(yùn)維系統(tǒng)化管理研究[J]. 中國(guó)科技期刊數(shù)據(jù)庫(kù) 工業(yè) A，2016（4）:15 

[2]高振國(guó)，吳杰.智能變電站運(yùn)維系統(tǒng)化管理研究[J].中國(guó) 電力教育，2013（36）：169-171. 

[3]李/強(qiáng).牽引變電所二次設(shè)備智能運(yùn)維探討[J].電氣化鐵道,2021,32(04):13-16.DOI:10.19587/j.cnki.1007-936x.2021.04.004.

[4] 杜欣. 我國(guó)高速鐵路運(yùn)營(yíng)概況與未來(lái)需求展望[M]. 中 國(guó)鐵路，2011（1）：31-33+39. 

[5] 程宏波. 計(jì)及不確定性的牽引供電系統(tǒng)健康診斷及風(fēng) 險(xiǎn)評(píng)估方法研究[D]. 成都：西南交通大學(xué)，2014. 

[6] 劉偉. 智能電網(wǎng)二次設(shè)備運(yùn)維技術(shù)的研究[J]. 電子測(cè) 試，2016（20）：144+113.