铁路牵引变电所智能运维研究

王兰

安科瑞电气股份有限公司

【摘要】本文针对电气化铁路牵引变电所二次设备运维现状，分析了基于现状可采取的运维智能化改进措施，对未来基于智能牵引变电所的二次设备智能运维发展方向进行展望，为牵引变电所二次设备智能运维研究提供思路。同时引入安科瑞变电所运维云平台，平台关注解决智能运维相关难题,运用物联网和信息技术,开发了一套对变配电站进行智能化运维管理的系统,其对变配电站的电气设备、环境状况进行不间断的智能监控与故障预警,，实现在线监测、远程管理、用能分析、运维调度、联动控制和月度报告等功能，为用户提供变配电站智能化运维管理系统方案。

【关键词】牵引变电所；智能运维；云平台；二次设备；

1引言

近几年，我国高速铁路发展迅速，在铁路发展速度及在建规模、系统技术性、运营里程、运营速度等方面均在发展。高铁的发展为人们的出行提供了便利，但如此大规模的高速铁路网也对牵引供电系统安全及可靠性提出了更为严峻的挑战。牵引变电所作为动车组运行的动力源，其供电系统的安全可靠对整个高铁系统的可靠运行至关重要。牵引变电所的二次设备主要用于保障牵引供电系统安全可靠运行，包括：继电保护装置、变压器二次回路、电流互感器二次回路、故障录波系统、监控系统、二次绝缘监控等，其主要功能是保护、测量、监测和控制一次设备。在一次设备发生故障或其他异常运行情况时，二次设备保护一次设备的运行，并迅速消除或隔离故障。如果无法及时监测到二次设备的故障，一次系统发生故障时将无法及时有效地对其进行保护，给一次设备的运行安全带来威胁，影响牵引供电系统运行的可靠性。此外，如果二次设备本身出现故障，可能引起保护误动作等问题，中断一次设备的正常运行，也将影响整个牵引供电系统的可靠性。为此，电力行业在智能变电所方向不断探究，渐渐推出很多针对智能变电站二次设备运维的研究成果，运维技术与建设方案。

2 运维现状

智能牵引变电所即将在高速铁路普及，其二次设备的智能运维研究已势在必行。对于智能牵引变电所，独立的运维管理平台的设置不可或缺。对于智能二次设备，可采用在线监测设备，通过在线监测设备采集二次设备的运行状态信息，并将信息发送至变电所调度区。智能牵引变电所二次系统监测对象包括现场采集网络配置和设备实时数据监测，现场采集网络配置信息包括智能电子设备配置信息及二次系统网络配置信息等，设备实时数据监测是在二次设备运行过程中实时采集获得的数据。智能网关即可实现上述功能。在规定时间段内，若二次设备的某项运行状态指标处于非正常范围，则表明该设备处于不健康运行状态，由于二次设备的冗余设计，设备未出现故障情况，但在线监测系统仍会发出告警。若工作人员能够及时对告警设备进行维护，将大大降低二次系统设备的故障率。通过在线监测设备对二次系统设备进行状态评估，针对非健康运行设备进行维护，不仅能够提高二次系统运行的可靠性，也将提高工作人员的检修效率。除了现场配置配电环境的智能化，软件方面也可借鉴电力行业的研究成果，包括二次回路的可视化、网络报文解析、台账档案管理等，这些基于数字化变电站的二次回路运维手段已经成熟，且与于同样基于IEC 61850标准的智能牵引变电所通用。

3 安科瑞变电所运维云平台整体方案

AcrelCloud-1000变电所运维云平台，利用现代互联网通信技术、云计算、大数据分析等多种信息化手段和综合管理策略为用户提供安全的变电所线上线下运维监控服务。

平台使用高算力边缘计算网关将智能仪表与传感器采集的数据进行统一化、标准化处理后以有线/无线的网络传输模式上传到云服务器统一存储。通过平台提供的电能实时监测、用能情况分析、设备精益管理、任务运维调度、月度报表展示、环境视频监控等功能，可协助用户达到分析变电所运行环境、减少故障停电时间、保障电网稳定供电与设备安全运行的目的。

AcrelCloud-1000变电所运维平台采用分层分布式结构进行设计，系统拓扑结构如下：

变配电室装设一套智能网关，采集变电室智能设备的数据，经过协议转换、压缩加密后定时上传或触发式上传平台，平台可完成对变配电室内所有智能设备完成数据交换，能实时监测变电站内变压器、断路器等重要运行设备的运行状态；实时监测变配电室内各回路的运行数据及环境温度等数字量；通讯管理单元与厂内局域网连接，把数据传至数据界面。

系统可分为四层：即感知层、传输层、应用层和展示层。

感知层：包含变电所安装的多功能仪表、温湿度监测装置、摄像头、开关量采集装置等。除摄像头外，其它设备通过RS485总线接入现场智能网关RS485端口。

传输层：包含现场智能网关和交换机等设备。智能网关主动采集现场设备层设备的数据，并可进行规约转换，数据存储，并通过交换机把数据上传至指定的服务器端口，网络故障时数据可存储在本地，待网络恢复时从中断的位置继续上传数据，保证服务器端数据不丢失。

应用层：包含应用服务器和数据库服务器，若变电所数量小于30个则应用服务器和数据库服务器可以合一配置。服务器须具备固定IP地址，以接收各智能网关主动传送过来的数据。

展示层：用户通过手机、平板、电脑等多终端的方式访问平台信息。

4 核心功能

用能月报

用能月报支持用户按总用电量、变电站名称、变电站编号等查询所管理站所的用电量，大查询跨度为月。

站点监测

站点监测包括概况、运行状态、当日事件记录、当日逐时用电曲线、用电概况。

变压器状态

变压器状态支持用户查询所有或某个站所的变压器功率、负荷率、等运行状态数据，支持按负荷率、功率等升、降序排名。

运维界面

运维界面展示当前用户管理的有关变电所在地图上位置及总量信息。

配电图

配电图展示被选中的变电所的配电信息，配电图显示各回路的开关状态、电流等运行状态及信息，支持电压、电流、功率等详细运行参数查询。

视频监控

视频监控展示了当前实时画面（视频直播），选中某一个变配电站，即可查看该变配电站内视频信息。

电力运行报表

电力运行报表显示选定站所选定设备各回路指定采集间隔运行参数和电能抄表的实时值及平均值行统计。

报警信息

对平台所有报警信息进行分析。

任务管理

任务管理页面可以发布巡检或消缺任务，查看巡检或消缺任务的状态和完成情况，可以点击查看任务查看具体的巡检信息。

用户报告

用户报告页面主要用于对选定的变配电站自动汇总一个月的运行数据，对变压器负荷、配电回路用电量、功率因数、报警事件等进行统计分析，并列出在该周期内巡检时发现的各类缺陷及处理情况。

APP监测

电力运维手机支持“监控系统”、“设备档案”、“待办事项”、“巡检记录”、“缺陷记录”、“文档管理”和“用户报告”七大模块，支持一次图、需量、值、用电量、视频、曲线、温湿度、同比、环比、电能质量、各种事件报警查询，设备档案查询、待办事件处理、巡检记录查询、用户报告、文档管理等。

参考文献：

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[4] 杜欣. 我国高速铁路运营概况与未来需求展望[M]. 中国铁路，2011（1）：31-33+39.

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