城市轨道交通供电系统智能运维方案研究

张发明，于小坤，宋超，马永征

（中铁电气化局集团第一工程有限公司，北京 100070）

1 引言

目前上海地铁运营日程已经达到近700km，日均客流已超过1100万人次。如何保证整体地铁的正常运行，为广大市民提供绿色高效的出行方式，对为地铁提供能源的供电系统的安全运行尤为重要。

2 城市轨道交通供电系统组成

城市轨道交通供电系统主要由各变电所（牵引变电所、降压变电所）、动力电缆、接触网或轨、电力监控等系统构成。供电系统可靠正常的持续运行状态对整个轨道交通的运行安全具有决定性影响。

3 传统运维模式分析

轨道交通供电系统的设备维护工作比较复杂、专业多、设备分布广，并且维护频次、成本和要求日益上升，传统的定期检修和事后检修模式难以满足可持续发展的需求。为确保地铁运行安全、可靠稳定，根据城市轨道交通系统的维修、运营和组成等特点，详细分析目前城市轨道交通供电系统运行维护的状态，建设一种全新的、实现供电系统智能运维的信息化平台迫在眉睫[1]。

传统运维模式存在以下值得改进的地方：

①过维护和欠维护；

②管理效率低下；

③生产计划编制较单一。

在总结行业经验和以往的管理基础上，利用现今先进理念：5G通讯、云计算、物联网、大数据、人工智能等技术，建立供电系统智能运维管理平台，通过智能运维管理平台对供电系统的设备实行全方位、全流程管理。

4 供电系统智能运维方案研究

4.1 供电智能运维系统的分析

建立智能运维系统，通过智能运维平台实现所有数据的共享与关联，根据设备的监控数据和生产管理要求自动生成相关的作业要求，并运用高科技的设备（如手持巡检终端）等工具对整个生产流程全过程监控与记录，以满足供电系统更加严格的运行维护要求。

设备监控与生产管理共享数据如下：

①综合监控中，供电系统的变电所自动化系统中设备运行的历史数据及故障信息统计数据。

②生产管理系统的生产数据，主要包括年度、季度、月度生产计划数据，设备的维护保养数据等。

③生产管理各环节数据，主要包括生产作业标准流程操作手册、设备图纸资料、维护作业标准等。

④生产作业中涉及的相关数据，主要包括生产人员的各种资质数据、工器具的合格检验数据，试验仪器仪表的样准数据等。

在生产管理方式改进及提升方面，利用智能运维系统后，可以深度掌握设备全生命周期状态，并经平台自动进行运行和生产的历史数据分析达到以下效果：

①基于基础数据与业务数据相互之间循环卡控的业务逻辑过程。实现日常生产计划实施后自动更新设备履历、物资库存及工时统计[2]。

②对SCADA系统中的故障预警、EAM平台的故障统计与日常生产计划进行智能的分析，进行自动分类处理，自动生成设备的差异化维修计划。

③基于标准化数据结果分析，对设备故障自动匹配近似预案，同时对故障相关性地点、专业、设备推送相关图纸，为维修决策提供指导依据的故障专家系统。

4.2 供电系统智能运维平台组成

该平台能实现供电系统内所有设备的在线实时监测、设备运行实时数据传输与处理，并可能智能诊断、智能排障即故障预分析与处理。

运用该平台，将设备监控数据自动修正生产计划，做到重点设备、故障设备以及不同运行要求的差异化运行维护。

可以有效地控制生产计划中相关要素（人员、仪器仪表与工具、材料、作业流程、生产流程）的合格性。

可以各种故障进行预分析与预处理；智能运维平台可以采用多种接口方式联接多种终端巡检设备，实现现场层作业高效数字化。智能运维工作流程如图1所示。

图1 城市轨道交通供电系统智能运维工作流程图

该系统由“操作界面层”“中心数据库”和“数据采集层”等三个主要层面构成。在操作界面上，包括“任务池”“综合管理”“人事管理”“维修中心”和“数据中心”等供现场供电设备维修人员及工程师操作界面[3]。

任务池功能：在此版块中可根据权限管理，由相关的人员对生产性任务进行发起、审核、批准，并且可以由生产、技术负责人对生产计划生产进行抽检。

综合管理功能：主要存储所负责维护线路供电系统的图纸资料、设备资料，生产所需的工器具及维护物料信息。并可以自动分析相关元素的合格性，如生产管理文件、工器具检验合格期、备品备件的储存情况。

人事管理功能：详细记录所有生产人员的入职教育、特种作业证（高压证、低压证、试验作业证及有限空间等）的持证情况，并可自动检索有效期限情况，如接近失效期，则自动报警提醒及时进行考试取证[4]。

维修中心功能：详细记录了所有设备的履历，并可在生产计划的执行时自动检索设备履历对应的技术参数，作业完成后可自动更新履历数据。

数据中心：记录了维护线路供电系统的故障情况，包括故障描述、原因分析、处理情况，并记录了相关的影像资料。数据中心可以对巡检、作业设备的数据进行输入，进行智能分析[5]。

在智能运维平台的数据中心库中，包含必要的维修知识库、设备厂家提供的检修手册、各关键设备的故障预测模型库、各关键设备的分析模型库及监控规则库。数据采集层采集的数据来源主要包括电力监控数据库、智能的现场巡检设备、离线数据和外部数据等四个部分[6]。

5 结语

智能运维平台可为城市轨道交通供电系统设备维护工作提供决策支持，有效地提升了城市轨道交通供电设备的管理水平，使得现场设备的运行维护更加智能、实时、准确，使众多设备的资产管理更加的经济高效。本文所述智能运维系统已在现场初期使用中，在作用中也得到了上海地铁各管理部门的大力支持，将在以后的工作中进行探索与调整，以满足地铁供电系统高质量维护要求。