铁路无人值班变配电所智能巡检系统的探讨

王 志 文

(中国铁建电气化局集团第五工程有限公司，四川 成都 610091)

0 引言

铁路无人值班变配电所一般配置在铁路站区或地区大中型建筑物构筑物中，提供电能，安全不间断地向建构筑物中通信、信息、消防、调度、站段等生产办公负荷供电。无人值班变配电所遇有突发情况诸如着火或爆炸或突然中断供电不能及时处置，将会造成不可预见的后果，将直接影响正常的生产生活秩序。研发智能巡检系统，以智能设备代替人工，能够远程在线实时规范地巡视检变配电所运行和环境情况，能够提高巡检质量，能够及时发现异常立即报警，用智能设备保安全、保运行。

1 背景及目标

1.1 铁路无人值班变配电所巡检存在的问题

由于历史原因，不同时期依据当时技术标准和需求将10 kV或35 kV变配电所建设为无人值班模式，且位置多为地下或偏远处所，布点多，未配套远动系统。按照铁路相关规定，无人值班变配电所每半月巡检一次，为此巡检存在以下问题：

1)巡检周期长。遇有着火、爆炸、一路电源停电或两路电源同时停电中断供电等突发情况，维管人员不能实时掌握现场信息，不能快速处置；

2)巡检不到位，巡检质量不高。不同时期变配电所高低压装备技术不同，巡检人员配置技术高低不一，即使到场，也不可能发现全部的设备隐患和安全问题；

3)巡检记录不全、历史资料溯源难，安全问题处置跟踪不及时。

1.2 意义

1.2.1实现无人值班变配电所巡检智能化

智能巡检系统集成最新的机电一体化和信息化技术，采用自主或遥控方式，部分替代人对配电所进行声音、红外、可见光、局放、运行环境等高低压柜要素检测。对巡检数据进行对比和趋势分析，能够及时发现高低压开关柜运行的安全隐患和故障先兆，将巡检记录和信息实时在线回传至监控终端，及时向监控后台发出预警报警，以提升变配电所全方位智能化监控水平；制定全巡策略。智能巡检机器人通过沿着预设的轨道自主进行开关柜巡视检查检测，通过所内站控后台或主站系统对机器人进行任务配置并建立例巡、特巡等巡检模式，遇有故障发生可跟踪巡检，针对带载特殊负荷的开关柜，可执行特殊的全巡检策略；实现普查和有针对性的定查，促进运维人员更好地掌握设备健康水平，针对性地制定检修策略。同时在系统内设置了报警功能，自动产生报警信息，运维人员可在主站平台实时查阅运行信息，以保障设备运行的可靠性和安全性；涵盖巡检功能。本系统可以替代人工完成巡检、探测、监控、故障诊断、预警报警等多种功能，对铁路无人值班配电所内设备进行全天候监控，大大提高实时在线巡检质量，降低配电所突发情况下的安全风险，降低人力成本。

1.2.2运行工况实时监测

通过实时在线巡视监测，可获取以下运行工况信息，视频监控；无线通信检测；柜内电缆终端温度检测；不间断电源供电；开关分合状态；指针式仪表指针指示；数字式仪表数显；局放检测；分合闸和储能工作指示灯亮暗；颜色类仪表数据分析；所内温度、湿度、地沟水浸、烟雾浓度等环境监测；智能报警等，以满足变配电所正常运行的条件。

1.3 基本内容

1.3.1检测传感技术

变配电所采用视觉反馈技术可以实现非接触测量，尤其是电力高低压环境，对于观测者与被观测者都不会产生任何不安全因素，从而提高系统的安全性和可靠性，对设备的柔性化装配应用提供了更大的可能性。

1.3.2模式识别技术

在变配电所视觉传感器采集到的照片、图像等信息，通过模式识别分析出具体仪器仪表数值、开关状态、指示灯亮暗等可量化的信息，通过门限值等参量判断设备工作状态，结合运行方案，进行常态与非常态识别。

1.3.3可视化信息控制技术

在变配电所实现通过数据链的采集、输送和分析，将人工智能化管理所需的各项指标、设备状态和分析结果实时远程集中呈现在设备管理者眼前，为运维人员提供了一套直观的管理界面。

1.3.4智能报警技术

变配电所内温湿度、烟雾、开门、开关变位、局部放电、红外测温、无线测温、电源停电、电量异常、机器人本体异常等采集量超过设定限值或有持续恶化的趋势，在向远程终端发出告警的同时，向维管人员手机发出报警短信提示。

1.3.5多传感器融合技术

在变配电所将分布在不同位置的多个同类或不同类传感器所提供的局部数据资源加以综合，采用计算机技术对其进行分析，消除多传感器信息之间可能存在的冗余和矛盾，加以互补，降低其不确定性，获得被测对象的一致性解释与描述，从而提高系统决策、规划、反应的快速性和正确性，使系统获得更充分更精准的信息。

1.3.6软件开发应用技术

智能巡检系统主控系统采用的是Linux系统，以QT为开发平台，集成web server对机器人的各个轴的直接移动控制，机器人服务站采用Nodejs模块转发对机器人进行控制，以PHP Server模块进行处理，Nodejs和PHP共享MySql数据库，对机器人的各个巡检任务进行控制，并以此为桥梁连接机器人、监控后台和监控主站，主站系统装备服务站的客户端进行监控和各个任务的编制。

2 总体架构

2.1 基本原则

一是安装条件要求低。智能巡检系统只需单相220 V电源即可安装，用滑触线安装的导轨供电可以给巡检系统全天供电；二是布线要求少，不改变既有设备，无任何高低压电电气接触或虽有接触但采用无线通信，保障高低压信息传导的安全性；三是功能要求按需选配。巡检系统需搭载多组高性能监测仪器对配电所内设备进行全天候监控，可以按照现场环境和本身需求选配客户需要的功能，包括部分硬件，如UPS、硬盘录像机等可与固定式监控共用；可靠性要求高。巡检系统本身兼容多种渠道与远程端通信，可加密通讯并有严格的身份认证措施，对于非核心敏感的数据安全性可以信赖；四是后台操作要求简易。巡检系统分为特巡、例巡、定巡、跟踪巡、手动定置等，能实现一键式智能巡检，鼠标操作，简单明了。

2.2 架构组成和软硬件配置方案

1)架构组成。

系统由机器人巡检系统、站控系统、主站后台和无线通信系统四部分构成。机器人巡检系统用于执行设定任务，监测设备状态并反馈配电所设备及环境信息；站控系统用于储存信息，集中监控，并将信息进行通讯与执行反馈；主站后台集中监控设备状态并及时传达，建立无线通讯网络。

2)软件配置方案。

软件配置方案由数据采集、运动控制、数据分析、网络传输和后台管理软件五大系统组成。硬件配置方案。硬件配置由运动控制、供电、机器人仪器舱+多组传感器及数据采集、通信等5个系统组成。

2.3 重点模块化构思

智能巡检系统中机器人舱体、站控系统和主站后台、巡检任务调度及控制模块、巡查信息反馈模块、健康评价体系、后台应用管理软件包括任务层、系统层和应用层；监测点管理、监测数据展示、监测指标管理和隐患预测、监测数据统计报告、供电系统包括巡检机器人及站控平台分为三种供电模式：1)所内供电+不间断电源；2)滑触线供电；3)无源CT取电；运动定位系统，结合激光定位技术和激光条码定位技术，实现巡检机器人在所内水平垂直轴的精准定位等作为重点进行探讨。

2.4 预期目标

硬件部分：包括巡检机器人舱体及运行轨道、附在设备上的无线传感器、站控系统、主站后台、无线通信系统、不间断电源各一套。

软件部分：系统应具备可视化管理界面，系统数据支持文本、图标、电网图形可视化等多种方式展现，并支持在变配电所可视图形下的远程操控。远程后台通过内网收取本地监控后台的汇总数据及报警信息。系统应实现与生产管理、保电系统的数据共享和业务互动。系统获取例巡、定巡、特巡、跟踪巡任务，并根据计划时间或指令执行巡检任务，回传数据，自动完成巡检作业单。系统应具备变配电所数据综合分析能力，建立系统采集数据与生产管理、在线监测智能化、用电采集的运行、测量数据联动的分析模型，评估设备的健康水平和整体运行水平，作为状态检修、保电预案等业务的分析数据源。远程后台可展示巡检设备及巡检结果，每台设备巡检结果的多张照片要统一归集于每台设备目录下，并自动生成巡检单、试验单。

3 结语

自2017年10月在太原南站10 kV北配电所搭建了智能巡检系统后，改变了配电所的巡检方式，实现了坐在监控中心就可掌握该配电所内的设备情况，实现了配电所实时在线远程监测的可视化管理。经过安装调试，根据监控需要，通过任务参数的设置和巡检任务定制，对智能巡检系统的性能和功能进行了全方位全过程的现场测定显示，现场巡检机器人走行自如、在XYZ轴上精准对位；分别在站控系统和监控中心点击鼠标，各个界面不断刷新，文字、数字、画面一一与现场设备运行信息相匹配；人为设置拉合开关、施放烟雾、开门、制造异音、机器人断电、室温变化等突发情况，巡检系统均显示电源中断供电、着火、爆炸、巡检系统异常等报警信息。对开关柜的全方位的立体巡检，高效准确的记录了设备的运行工况，替代了运维人员前往配电所的巡检工作，保证了巡检质量，实现了无人值班变配电所远程在线可视化管理，确保了隐患排查和运行监测依据的真实度，为保障变配电所安全可靠不间断供电提供了坚实的技术支撑。