地铁供电智能运维系统实践探讨

邵国栋　朱双宝　范志鹏

摘要 近年来，城市地铁线网规模不斷攀升，对地铁运营技术管理水平提出了更高的要求，运营设备维护的精细化要求越来越高，必然推高了运维成本。尽管投入使用了地铁综合监控系统（ISCS），线网调度工作水平有所提高，且实现了监控系统的集成化，但供电系统运维设备的智能化程度还比较低。基于此，文章提出了地铁供电智能运维系统，阐述了供电智能运维系统的系统目标、架构与功能，从数据采集接口和传输标准、多维信息融合共享的技术平台、基于关联规则的综合智能报警机制、数字孪生的监控交互模式和无人化运维系统架构五个方面的内容，深度解析了该智能运维系统，旨在为同类地铁企业提高供电设备的智能化管理水平提供参考。

关键词 地铁供电系统；智能运维；数字孪生

中图分类号 U231.8文献标识码 A文章编号 2096-8949（2023）24-0023-03

0 引言

当前，整个地铁行业研究的关注点是在确保地铁安全稳定运行的前提下，通过引进使用先进设备，提高地铁智能化管理水平，缩减运维费用[1]。该文将某地铁供电智能运维系统作为研究对象，全面深入地分析了系统的构成与功能，证明该系统功能全面，在设备维保中发挥了巨大作用，有较大的推广应用价值。

1 供电智能运维系统

1.1 系统目标

供电智能运维系统的运行应遵循三个原则，其一是安全稳定，其二是高效运维，其三是设备资产的保值增值。采用该系统实时监测变电所内的各类设备及硬件系统的运行环境数据[2]，主要有开关柜、整流与动力变压器、蓄电池、设备房及电缆夹层等，收集、处理、分析并存储各类设备的状态数据。在此基础上，合理安排设备运维人员的工作任务，逐渐减少站内设备值守人员数量，最终实现设备自动巡检。

1.2 系统架构

随着人工智能、物联网等网络技术的不断涌现，构建供电智能运维系统有了更多的技术支持，设计该系统的架构，主要工作是：第一，做好供电设备的状态监测及诊断，准确预测潜在问题，做好风险等级评估，科学分析各项故障数据，设备维修立足于确保设备稳定运行，通过矩阵分析法有效评定不同设备及系统的风险系数，在此基础上制定针对性的设备检修方案；第二，开发数据监测平台，基于对故障影响度及发生概率的分析，构建系统风险矩阵，并采用数字孪生技术，开发应用于预测不同维度故障的数据模型，制定贯穿供电设备整个生命周期的运维管理方案；第三，运用环形通信网络系统，搭建起完整的数据传输通道[3]。

某地铁供电智能运维系统架构如图1所示，通过分析图1可知，该系统主要由三部分构成，第一部分是中央级供电智能运维中心系统，该系统设置于“深云中心”；第二部分是现场级的辅助监控系统，主要设置于不同的降压变电所内[4]；第三部分是供电智能运维终端设备，主要设置于设备运维场所内。三部分有机结合，数据经过通信网络系统传输。

1.3 系统功能

该地铁的“深云中心”配置有中央级供电智能运维中心系统，这一系统的主要功能是管理供电设备、处理并存储各项运行数据、评估设备系统运行状态等。

降压变电所中安装有现场级的辅助监控系统，其主要功能是收集、分析并保存供电设备的运维数据，数据内容为设备巡检视频数据、在线监测数据及现场操作记录等，借助于环形网络将各项数据发送至中央级供电智能设备，确保数据存储完整[5]。

设备运行维修部门中安装有终端级智能运维设备，使用供电智能运维重点设备检查各项设备的运行情况，在此基础上制定科学的设备维保措施。

环形光纤网络的主要功能是传输供电设备运维数据，它属于1 000 M的单环网络。

2 实践解析

2.1 数据采集接口和传输标准

供电智能运维系统外部数据采集接口如图2所示，为适应不同类型的数据传输，选用了三类传输协议，满足实际需求。通过IEC104协议传输电力监控装置收集到的遥测及故障报告等数据，这类数据的传输时间不固定，具有突发性；通过在线监测系统定时收集到的循环数据，适用于MODBUS传输协议；有些数据属于接触网状态，一般是通过HTTP协议以离线方式传输到中央级系统[6]。

2.2 多维信息融合共享的技术平台

供电智能运维系统通过内部互联协调，已实现多维信息的融合共享。借助于维修中心的终端级供电智能运维设备，与不同的运营子系统建立联系，从施工管理系统、电子工作票系统当中收集到各项数据信息，并将其传输至中央级智能运维系统，从而补位提升其功能数据。

供电智能运维系统的拓扑图如图3所示。单专业中包含不同的功能模块，供电系统数据在其中实现流动共享，在不同模块间可实现相互调用[7]。通过智能运维系统可将接触网、轨道、隧道设备及检修故障数据融合起来，设备运维人员能掌握整体数据信息，便于开展工作，提高设备运维水平。

2.3 基于关联规则的综合智能报警机制

在线监测设备实时监测供电设备的运行状态，供电智能运维系统收集到其状态数据后，会设定预警和告警阈值，供电设备的运行状态被划分为正常、预警与告警三种状态[8]。

基于对不同设备故障特征的分析，赋予设备具体的功能，可以比较分析监测数据与设备特征数据，便于更全面地了解供电设备，准确判断其故障。供电设备发生故障时，监测系统能自动收集其故障信息数据，从而判断设备的故障特征，机器可定期更新故障特征库[9]。通过智能识别、自主学习以及对比分析等方式，采用智能仪表定位仪有效识别稳定仪表状态、指针读数及各类开关的状态。

采用在线监测设备，准确跟踪监测对象的变动情况，如果发现供电设备运行状态出现异常，或状态量发生大幅变动，会立即向外发布警告。此外，还需要对在线监测设备收集到的数据进行分析，判断其是否发生异常，将数据警告受到装置异常的影响降到最低，有效过滤掉误告警。

2.4 数字孪生的监控交互模式

运用物理模型、传感器更新等，集成具体的仿真过程，这一过程中包含不同学科、不同尺度，概率也存在差异，通过虚拟空间的映射，对实体设备的整个生命周期进行反映，这就是数字孪生技术。

为使供电设备管理人员能真实、全面地观察设备的运行状态，首先是构建起变电所及接触网数字孪生模型，通过设备模型对在线监测系统收集到的数据进行处理，实现三维立体的可视化呈现，最终将设备的真实运行工况展示出来。借助于数字孪生模型技术，重构变电所的真实场景，设计出其三维模型展现实景，将摄像机的整体分布信息展示出来[10]。供电设备运维人员可通过该实景模型，将实时视频数据快速调取出来，更全面细致地观察设备实际状态，实现现实场景的再现，便于开展设备运维工作，提高设备运行效率。

2.5 无人化运维系统架构

供电智能运维系统中的设备建模工具具有一致性，从而有效提升设备管理的标准化程度，这对于线路扩容有巨大作用。借助于在线监测系统、自动巡检设备对变电所进行自动巡检，将供电设备的实时运行数据全面收集起来，对于三维模型及巡检进度都能实现同步管理。通过无人化运维系统，融合供电设备的静态数据、动态数据及生产管理数据，最终有效监控设备运行情况。

3 结论

综上所述，该文选取某地铁供电智能运维系统作为研究对象，对该系统进行了全面解析，主要是从数据采集接口和传输标准、多维信息融合共享的技术平台、基于关联规则的综合智能报警机制、数字孪生的监控交互模式和无人化运维系统架构等方面展开，论述了这一系统的组成方案以及在设备维保中的功能，对同类地铁企业提升供电设备的智能化管理水平有一定的指导意义。

参考文献

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