鐵路牽引變電所智能運維研究

更新時間：2022-09-14

點擊次數：904

吳柯霓

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備運維現狀，分析了基于現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備智能運維發展方向進行展望，為牽引變電所二次設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，平臺關注解決智能運維相關難題,運用物聯網和信息技術,開發了一套對變配電站進行智能化運維管理的系統,其對變配電站的電氣設備、環境狀況進行不間斷的智能監控與故障預警,，實現在線監測、遠程管理、用能分析、運維調度、聯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方案。

【關鍵詞】牽引變電所；智能運維；云平臺；二次設備；

1 引言

近幾年，我國高速鐵路發展迅速，在鐵路發展速度及在建規模、系統技術性、運營里程、運營速度等方面均在發展。高鐵的發展為人們的出行提供了便利，但如此大規模的高速鐵路網也對牽引供電系統安全及可靠性提出了更為嚴峻的挑戰。牽引變電所作為動車組運行的動力源，其供電系統的安全可靠對整個高鐵系統的可靠運行至關重要。牽引變電所的二次設備主要用于保障牽引供電系統安全可靠運行，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、監控系統、二次絕緣監控等，其主要功能是保護、測量、監測和控制一次設備。在一次設備發生故障或其他異常運行情況時，二次設備保護一次設備的運行，并迅速消除或隔離故障。如果無法及時監測到二次設備的故障，一次系統發生故障時將無法及時有效地對其進行保護，給一次設備的運行安全帶來威脅，影響牽引供電系統運行的可靠性。此外，如果二次設備本身出現故障，可能引起保護誤動作等問題，中斷一次設備的正常運行，也將影響整個牽引供電系統的可靠性。為此，電力行業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備運維的研究成果，運維技術與建設方案。

2 運維現狀

智能牽引變電所即將在高速鐵路普及，其二次設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置是需要的。對于智能二次設備，可采用在線監測設備，通過在線監測設備采集二次設備的運行狀態信息，并將信息發送至變電所調度區。智能牽引變電所二次系統監測對象包括現場采集網絡配置和設備實時數據監測，現場采集網絡配置信息包括智能電子設備配置信息及二次系統網絡配置信息等，設備實時數據監測是在二次設備運行過程中實時采集獲得的數據。智能網關即可實現上述功能。在規定時間段內，若二次設備的某項運行狀態指標處于非正常范圍，則表明該設備處于不健康運行狀態，由于二次設備的冗余設計，設備未出現故障情況，但在線監測系統仍會發出告警。若工作人員能夠及時對告警設備進行維護，將大大降低二次系統設備的故障率。通過在線監測設備對二次系統設備進行狀態評估，針對非健康運行設備進行維護，不僅能夠提高二次系統運行的可靠性，也將提高工作人員的檢修效率。除了現場配置配電環境的智能化，軟件方面也可借鑒電力行業的研究成果，包括二次回路的可視化、網絡報文解析、臺賬檔案管理等，這些基于數字化變電站的二次回路運維手段已經成熟，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，利用現代互聯網通信技術、云計算、大數據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控服務。

平臺使用高算力邊緣計算網關將智能儀表與傳感器采集的數據進行統一化、標準化處理后以有線/無線的網絡傳輸模式上傳到云服務器統一存儲。通過平臺提供的電能實時監測、用能情況分析、設備精益管理、任務運維調度、月度報表展示、環境視頻監控等功能，可協助用戶達到分析變電所運行環境、減少故障停電時間、保障電網穩定供電與設備安全運行的目的。

AcrelCloud-1000變電所運維平臺采用分層分布式結構進行設計，系統拓撲結構如下：

變配電室裝設一套智能網關，采集變電室智能設備的數據，經過協議轉換、壓縮加密后定時上傳或觸發式上傳平臺，平臺可完成對變配電室內所有智能設備完成數據交換，能實時監測變電站內變壓器、斷路器等重要運行設備的運行狀態；實時監測變配電室內各回路的運行數據及環境溫度等數字量；通訊管理單元與廠內局域網連接，把數據傳至數據界面。

系統可分為四層：即感知層、傳輸層、應用層和展示層。

感知層：包含變電所安裝的多功能儀表、溫濕度監測裝置、攝像頭、開關量采集裝置等。除攝像頭外，其它設備通過RS485總線接入現場智能網關RS485端口。
傳輸層：包含現場智能網關和交換機等設備。智能網關主動采集現場設備層設備的數據，并可進行規約轉換，數據存儲，并通過交換機把數據上傳至對應服務器端口，網絡故障時數據可存儲在本地，待網絡恢復時從中斷的位置繼續上傳數據，保證服務器端數據不丟失。
應用層：包含應用服務器和數據庫服務器，若變電所數量小于30個則應用服務器和數據庫服務器可以合一配置。服務器須具備固定IP地址，以接收各智能網關主動傳送過來的數據。
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