轨道交通变电所设备智能运维系统研究与实践

刘 广

（中铁十一局集团电务工程有限公司，湖北 武汉 430000）

城市化交通不断发展，在新时期的轨道交通纲要中提出，未来要建立智能化的运维体系，为日常交通管理提供保障。轨道交通变电所日常巡检需要对设备外观、环境等因素检测，及时发现故障现象汇报。在对现有变电所运维的基础上，探究关键技术，开发智能化巡检系统，联合平台实现对系统的整合，利用传感器与采集设备，收集各项设备的运行数据，建立立体式巡检体系，实现智能化巡检，提高系统运行效能，最大限度保障轨道交通安全、高效运营。

1 轨道交通变电所构成与现有运维模式

1.1 轨道交通供电系统

城市轨道交通变电所负责管控运行中的各项电力系统，通过日常巡检电力设备，对高压输电网、配电网络进行检查和检修。轨道交通供电系统不仅为列车提供电能，还能保证车辆各个区间、调度中心的调度需求，满足动力系统与照明系统所需的电能。供电系统涉及牵引和降压变电所、监控、电缆等，供电系统稳定运行，能够保障轨道交通安全运行。

1.2 现有运维模式分析

城市轨道交通供电系统中，涉及的设备较多，为了保障合理运行，需要管理人员及时掌握各项设备运行情况。传统的运维模式，根据不同城市的轨道交通运营管理要求，对各个站点的变电所设备进行监管。当前，供电系统在运维管理中，管理方面更多是采用人工巡检的方式，需要对全部站点设备运维，整体工作量较大。人工巡检利用各个系统的操作站，根据人员日常监测数据，与综合监管系统对接，完成交通站整体检修工作。但是这种检修方式过于单一，在实际运维过程中，主要针对电能数据、设备闸门状态、设备过载等状态检修，管理工作响应时间长，且表达表示单一。信息从收集到传输，存在效率低下的现状，亟待加强维护。并且上述的工作并不能覆盖运维巡检的全部内容，设备环境因素、漏电放电、设备数据变化等异常信息，都无法通过人工巡检及时发觉。当前的人工巡检模式下，运维人员工作量较大，不能保障巡检质量，还会导致遗漏现象，需要对系统进行优化升级，利用高新技术代替人工巡检，强化设备运维状态，能够在日常巡检过程中，完成自动检测、主动预警，降低人工巡检导致的不确定因素。

为了全面做好供电设备运维工作，为轨道交通提供高质量服务，在事故发生第一时间快速响应，保障列车运行安全。在总结先进技术与管理经验的基础上，利用先进理念，综合运用云计算、物联网等技术进行管理，借助高新技术构建运维管理平台，实现对各节点的有效管理，开展全方位管理。建设智能运维系统，对不同状态下的供电设备运行情况监测，减少系统设备运维管理，实现交通变电系统全生命周期运维，降低实际检修成本，实现管理与交通平台信息交互，把控系统运维全过程。

2 智能化运维系统方案研究

当前城市轨道交通中，供电系统采用的设备包含监控功能，也为生产办公提供辅助。但是实际运行过程中，存在消息滞后，监控数据不共通的情况，导致监控数据应用不合理。数据分析停留在事故前，无法对隐患进行预警。现有系统未能结合智能技术，完成新的架构，实现对变电所设备巡检工作，实现各站点的数据交互。列车智能巡检涉及大量设备和数据，建立智能运维系统，能够基于平台实现数据共通，加强各系统之间的联系，采用智能化巡检模式，以直观的远程监控，完成自动化巡检要求。针对于系统优化升级，供电智能运维系统应满足以下要求。

2.1 建立综合监控

通过综合监控，对供电系统涉及的各项设备运行情况监管，统计设备运行数据与故障次数，收集故障频率参数，为设备运维提供参考，实现设备实时运行与管控。

2.2 生产管理系统的生产数据

系统管理数据，应包含管辖区域内全部设备数据，按照年度、月度计划，做好对设备的运维保养。特殊设备与重要设备，应采取差异化管理，保证设备运维可控。发挥运维计划与控制作用，提高智能巡视系统操作权限。生产数据包含降压变电所、巡检、设备启停等多项内容，升级后需要借助感应器和轨道机器人，实现自动化采集，保证各项数据准确性，深度掌握设备运行状态。通过平台对数据采集，将采集数据送至主站，实现对设备的自动检测，采取状态性检修模式，保证设备处于正常运行状态。

2.3 运维管理平台

系统日常管控的所有内容，都基于整个系统运行，实现各项系统深度融合。采用全景监视、智能决策等应用，提高平台服务质量。与列车故障预测形成联动，综合管理的同时，实现各端口数据互通，对设备运行情况实时判断，累积设备损伤与温度环境因素，对设备科学评估，基于数据库综合信息展示。

3 运维系统设计与应用

现有的轨道交通变电所设备系统，在综合管理方面存在不足，无法满足新时期的轨道交通供电系统运维需求。借助大数据、人工智能等技术，对系统升级优化，构建智能化运维平台，对智能运维平台设计，完善平台功能，根据设计需求，完成日常管理以及设备运行故障诊断过程。

3.1 智能运维平台架构设计

结合智能化运行需求与关键技术，设置B-S 架构的运维平台，实现分布式信息管理。系统由多个维护工作站构成，通过维护服务器传递信息，成立架构的核心单元。借助服务器实现各项数据交互，完成相应的任务。智能运维系统包括信号系统与监测装置、工作站、信号系统安全网，具备有力的防御功能，还能完成网络自动检测，及时处理系统漏洞。平台配置控制中心、设备层、仿真层，构建完善的轨道交通智能运维平台，具体功能如下，能够自动完成作业监管等工作。

（1）在轨道交通关键设备上，设置传感器，对设备运行状态实时监管。通过传感器与数据中心联动，将监控采集的数据传输到数据中心，保障数据传输的实时性，建立数据采集模块。

（2）储存平台。存储平台充分考虑数据多样性的需求，采取多种数据形式传输的方式，满足数据存储要求。数量级达到PB 级别，能够通过语言处理对非结构化数据处理，满足存储要求。提供公共接口，满足数据清洗、转化的服务需求，保证数据共享。

（3）应用平台。集成先进的算法，采用虚拟现实技术、红外感应技术等，利用运维系统中的算法模型，匹配行业场景需求。为各项设备提供健康评价、电源故障诊断，通过端口不断获取数据，将分析结果传输到数据中心，存储在数据库中，为服务层、解决层等提供相应服务。

3.2 智能运维平台主要功能设计

结合智能化运行管理，运维平台功能按照变电所管控内容进行划分，根据线路级功能聚焦线路运行状态，对设备进行监测和运维，实现应急管理，通过采集数据与应用层算法相互作用，实现功能多样化，对设备和线路运行状态实时监控。

（1）功能设计。智能运维平台功能，实现了设备故障实时监测，通过数据层收集各个子系统设备运行状态，对设备进行监测，统计故障具体信息；根据不同设备的规格信号，快速定位设备故障，便于技术人员技术运维检修。能够在第一时间发出故障告警提示，根据不同故障等级，采用差异性报警提示，提示技术人员快速发现重点内容；设置报警统计，便于人员了解设备故障，进行对应处理；维护人员可以通过平台查询设备以往状态数据，明确设备变化趋势，为维护保养提供参考。通过对设备运行状态全过程监控，根据知识库诊断模型对比分析，为人员提供相应的故障解决方案。

（2）网级功能设计。线网级运维系统化整合多个线路与专业数据，利用大数据等技术，形成智能管理体系。线路与设备基于远程监控，根据任务执行情况分析；数据分析能够预测设备性能以及可能存在的故障，开展逻辑关联分析，减少设备运维成本；根据轨道交通实际需求，关注重点设备，对设备状态跟踪分析，生成相关报告。对线路级故障运营风险评估，实现统一监督。

3.3 系统智能化运行应用主要技术

（1）智能巡视与联动。联合高清摄像，红外摄像，自动巡检机器人等设备，对变电站设备进行全天候监管，实现智能运维管理。覆盖全部设备巡视的同时，根据需求设置不同巡视方式。越限告警与保护动作时，能够通过摄像实时记录，对事故过程追溯复核。智能联动系统检测到逻辑信号，自动执行其策略。如检测到危险信号，能够启动危险巡视系统，对可能发生故障区域进行扫描，判断是否存在危险。

（2）故障识别与判别。相较于传统识别技术，智能化平台运用深度学习，建立智能算法的识别技术，对设备特征有效识别。通过深度学习框架，采用相应算法，对检测的设备进行分析，判断设备异常故障、缺陷等。数据采集与处理模块，是由系统接收多个接口信息，采集多渠道信息，将外部系统信息转化为适合本系统存储的信息格式，存储完毕后对设备故障情况检测。如根据设备读数、状态判断设备运行状态；根据表盘、绝缘子、箱门闭合情况等判断设备是否存在缺陷；根据设备运行实际数据，根据表盘数值、画面异物、指示灯等判断设备运行状态是否正常。通过神经元参数，对前馈操作反馈，更新参数获得最终结果。随着数据量与维度增加，诊断算法与故障判断，可以通过算法模型推算设备运行情况，是运维平台承载的重要功能。智能算法通过采集相关数据，利用好边缘计算与信息汇总分析，对设备健康情况评价，自动生成检测报告。如，系统根据设备的运行峰值、电流电压等关键参数，对设备实时监控，实现对设备故障的判断。

（3）红外诊断与分析。红外诊断与分析是利用设备辐射传感信号，对设备运行状态判断。该技术有热谱图、温度判断法等方式，数据库根据专家知识库，对电气设备检测。专家分析系统能够对设备运行数据、业务处理等数据分类和分析，保障供电系统稳定、安全运行。挖掘各类数据，形成故障分析体系，对故障预警，生成RAMS 分析报表。结合深度学习对设备运行状态全面检测，深度解析设备各项零部件运行状态，对存在的缺陷问题告警，帮助技术人员判断。故障诊断通过专家系统与决策树等的方式判定，通过收集数据信息，对设备特征参数分析。建立时序特征与故障类别，分析设备电路、机械部分工作原理与功率曲线。根据不同阶段可能出现的故障进行诊断，结合设备功率曲线，判断不同节点可能出现的故障，根据曲线波动，找出故障点。具体分析可以通过深度学习模型，通过前向和反向的递归迭代更新模型参数，提高数据故障分析的准确性。智能运维平台通过人机交互界面，展示不同场景下设备运行情况，对设备运行情况评估。提供全线网设备状态情况，完成车载、通信设备检测工作，对设备健康情况评估。根据设备不同健康等级，根据占比比率与评估情况，对可能存在隐患的设备进行隐患排查，自动开展运行条件下的设备运维监测工作。

（4）三维实景技术与可视化。采用激光扫描的方式，获取三维全景点云数据，建立虚拟数字映像，对设备各维度数据监测，对设备开关、电流电压等数据信息收集，将信息与数字场景结合，呈现可视化场景给运维人员。借助系统接受子系统数据信息，对不同数据进行统计，结合人工智能，生成自动分析报告。

4 轨道交通变电所设备智能化运维系统应用效果

根据文章设计的轨道交通变电所设备智能化运维系统，将系统应用在某城市X 号线列车行程中，经过测试与应用。验证该系统智能化程度满足要求。基于大数据平台，实现对设备的多维度检测，有效通过平台掌握各项设备运行概况。能够实现运行与监测同步进行，保证设备智能化管理，发挥系统最大效能，降低轨道交通变电所设备运维管理成本，从人力巡检转变为智能化运维管理，提高管理质量。

5 结论

综上所述，借助新时期的高新技术优化轨道交通变电所，提升运维管理效率。通过升级变电所系统与设备，获取系统日常运行状态，保证信息收集的时效性。结合消防、环境等全景数据，保证信息安全的基础上，实现变电所运维管理升级。能够基于系统运行进行全面感知，实现智能化管控，及时查看故障缺陷，发出告警指令，实现运维工作从“人工管控”到“智能数据管理”的转变，改变人力巡检模式，推动轨道交通领域变电所智能化运维，促使运维工作更加高效规范。