王晶晶

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定

【摘要】本文針對電氣化鐵路牽引變電所二次設(shè)備運維現(xiàn)狀，分析了基于現(xiàn)狀可采取的運維智能化改進措施，對未來基于智能牽引變電所的二次設(shè)備智能運維發(fā)展方向進行展望，為牽引變電所二次設(shè)備智能運維研究提供思路。同時引入安科瑞變電所運維云平臺，平臺關(guān)注解決智能運維相關(guān)難題,運用物聯(lián)網(wǎng)和信息技術(shù),開發(fā)了一套對變配電站進行智能化運維管理的系統(tǒng),其對變配電站的電氣設(shè)備、環(huán)境狀況進行不間斷的智能監(jiān)控與故障預(yù)警,，實現(xiàn)在線監(jiān)測、遠程管理、用能分析、運維調(diào)度、聯(lián)動控制和月度報告等功能，為用戶提供變配電站智能化運維管理系統(tǒng)方案。

【關(guān)鍵詞】牽引變電所；智能運維；云平臺；二次設(shè)備；

1引言

       近幾年，我國高速鐵路發(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、運營里程、運營速度等方面均在發(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)也對牽引供電系統(tǒng)安全及可靠性提出了更為嚴峻的挑戰(zhàn)。牽引變電所作為動車組運行的動力源，其供電系統(tǒng)的安全可靠對整個高鐵系統(tǒng)的可靠運行至關(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)安全可靠運行，包括：繼電保護裝置、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、測量、 監(jiān)測和控制一次設(shè)備。在一次設(shè)備發(fā)生故障或其他異常運行情況時，二次設(shè)備保護一次設(shè)備的運行，并迅速消除或隔離故障。如果無法及時監(jiān)測到二次設(shè)備的故障，一次系統(tǒng)發(fā)生故障時將無法及時有效地對其進行保護，給一次設(shè)備的運行安全帶來威脅，影響牽引供電系統(tǒng)運行的可靠性。此外，如果二次設(shè)備本身出現(xiàn)故障，可能引起保護誤動作等問題，中斷一次設(shè)備的正常運行，也將影響整個牽引供電系統(tǒng)的可靠性。為此，電力行業(yè)在智能變電所方向不斷探究，漸漸推出很多針對智能變電站二次設(shè)備運維的研究成果，運維技術(shù)與建設(shè)方案。

2 運維現(xiàn)狀

       智能牽引變電所即將在高速鐵路普及，其二次設(shè)備的智能運維研究已勢在必行。對于智能牽引變電所，獨立的運維管理平臺的設(shè)置不/可/或/缺。對于智能二次設(shè)備，可采用在線監(jiān)測設(shè)備，通過在線監(jiān)測設(shè)備采集二次設(shè)備的運行狀態(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)測對象包括現(xiàn)場采集網(wǎng)絡(luò)配置和設(shè)備實時數(shù)據(jù)監(jiān)測，現(xiàn)場采集網(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)備實時數(shù)據(jù)監(jiān)測是在二次設(shè)備運行過程中實時采集獲得的數(shù)據(jù)。智能網(wǎng)關(guān)即可實現(xiàn)上述功能。在規(guī)定時間段內(nèi)，若二次設(shè)備的某項運行狀態(tài)指標處于非正常范圍，則表明該設(shè)備處于不健康運行狀態(tài)，由于二次設(shè)備的冗余設(shè)計，設(shè)備未出現(xiàn)故障情況，但在線監(jiān)測系統(tǒng)仍會發(fā)出告警。若工作人員能夠及時對告警設(shè)備進行維護，將大大降低二次系統(tǒng)設(shè)備的故障率。通過在線監(jiān)測設(shè)備對二次系統(tǒng)設(shè)備進行狀態(tài)評估，針對非健康運行設(shè)備進行維護，不僅能夠提高二次系統(tǒng)運行的可靠性，也將提高工作人員的檢修效率。 除了現(xiàn)場配置配電環(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)報文解析、臺賬檔案管理等，這些基于數(shù)字化變電站的二次回路運維手段已經(jīng)成熟，且與于同樣基于IEC 61850標準的智能牽引變電所通用。

3 安科瑞變電所運維云平臺整體方案

       AcrelCloud-1000變電所運維云平臺，利用現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)、云計算、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提供安全的變電所線上線下運維監(jiān)控服務(wù)。

       平臺使用高算力邊緣計算網(wǎng)關(guān)將智能儀表與傳感器采集的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一化、標準化處理后以有線/無線的網(wǎng)絡(luò)傳輸模式上傳到云服務(wù)器統(tǒng)一存儲。通過平臺提供的電能實時監(jiān)測、用能情況分析、設(shè)備精益管理、任務(wù)運維調(diào)度、月度報表展示、環(huán)境視頻監(jiān)控等功能，可協(xié)助用戶達到分析變電所運行環(huán)境、減少故障停電時間、保障電網(wǎng)穩(wěn)定供電與設(shè)備安全運行的目的。

       AcrelCloud-1000變電所運維平臺采用分層分布式結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，系統(tǒng)拓撲結(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)過協(xié)議轉(zhuǎn)換、壓縮加密后定時上傳或觸發(fā)式上傳平臺，平臺可完成對變配電室內(nèi)所有智能設(shè)備完成數(shù)據(jù)交換，能實時監(jiān)測變電站內(nèi)變壓器、斷路器等重要運行設(shè)備的運行狀態(tài)；實時監(jiān)測變配電室內(nèi)各回路的運行數(shù)據(jù)及環(huán)境溫度等數(shù)字量；通訊管理單元與廠內(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)測裝置、攝像頭、開關(guān)量采集裝置等。除攝像頭外，其它設(shè)備通過RS485總線接入現(xiàn)場智能網(wǎng)關(guān)RS485端口。

      傳輸層：包含現(xiàn)場智能網(wǎng)關(guān)和交換機等設(shè)備。智能網(wǎng)關(guān)主動采集現(xiàn)場設(shè)備層設(shè)備的數(shù)據(jù)，并可進行規(guī)約轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)存儲，并通過交換機把數(shù)據(jù)上傳至指/定的服務(wù)器端口，網(wǎng)絡(luò)故障時數(shù)據(jù)可存儲在本地，待網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時從中斷的位置繼續(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)庫服務(wù)器，若變電所數(shù)量小于30個則應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(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)主動傳送過來的數(shù)據(jù)。

       展示層：用戶通過手機、平板、電腦等多終端的方式訪問平臺信息。

4 核心功能

用能月報

       用能月報支持用戶按總用電量、變電站名稱、變電站編號等查詢所管理站所的用電量，大查詢跨度為月。

站點監(jiān)測

       站點監(jiān)測包括概況、運行狀態(tài)、當日事件記錄、當日逐時用電曲線、用電概況。

變壓器狀態(tài)

       變壓器狀態(tài)支持用戶查詢所有或某個站所的變壓器功率、負荷率、等運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，支持按負荷率、功率等升、降序排名。

 運維界面

       運維界面展示當前用戶管理的有關(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關(guān)狀態(tài)、電流等運行狀態(tài)及信息，支持電壓、電流、功率等詳細運行參數(shù)查詢。

視頻監(jiān)控

       視頻監(jiān)控展示了當前實時畫面（視頻直播），選中某一個變配電站，即可查看該變配電站內(nèi)視頻信息。

電力運行報表

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

報警信息

       對平臺所有報警信息進行分析。

 任務(wù)管理

       任務(wù)管理頁面可以發(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，可以點擊查看任務(wù)查看具體的巡檢信息。

 用戶報告

       用戶報告頁面主要用于對選定的變配電站自動匯總一個月的運行數(shù)據(jù)，對變壓器負荷、配電回路用電量、功率因數(shù)、報警事件等進行統(tǒng)計分析，并列出在該周期內(nèi)巡檢時發(fā)現(xiàn)的各類缺陷及處理情況。

APP監(jiān)測

       電力運維手機支持“監(jiān)控系統(tǒng)"、“設(shè)備檔案"、“待辦事項"、“巡檢記錄"、“缺陷記錄"、“文檔管理"和“用戶報告"七大模塊，支持一次圖、需量、值、用電量、視頻、曲線、溫濕度、同比、環(huán)比、電能質(zhì)量、各種事件報警查詢，設(shè)備檔案查詢、待辦事件處理、巡檢記錄查詢、用戶報告、文檔管理等。

5.適用產(chǎn)品

參考文獻：

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

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

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

[4] 杜欣. 我國高速鐵路運營概況與未來需求展望[M]. 中 國鐵路，2011（1）：31-33+39. 

[5] 程宏波. 計及不確定性的牽引供電系統(tǒng)健康診斷及風 險評估方法研究[D]. 成都：西南交通大學，2014. 

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