淺析高鐵牽引變電所無人值守方案設計

hth下载地址 陳聰

【摘要】本文結合牽引變電所無人值守的要求，闡述了無人值守牽引變電所與(yu) 傳(chuan) 統牽引變電所的區別，並以京張高鐵為(wei) 例結合智能牽引供電係統的應用，詳細闡述了高速鐵路牽引變電所無人值守的設計方案。

【關(guan) 鍵詞】無人值守；智能牽引供電係統；輔助監控係統

1. 引言

國鐵集團非常重視牽引變電所無人化發展，繼在京張高鐵各牽引變電所亭設置了智能牽引供電係統，實現了牽引變電所的無人值班值守後，先後下發了《國鐵集團關(guan) 於(yu) 做好鐵路牽引變電所無人化實施工作的通知》（鐵工電電[2020]84號）、《鐵路電力牽引供電無人值守工程設計施工補充規定》（鐵建設[2020]112號）等文件，進一步明確了無人值守牽引變電所的設計標準。本文結合京張高鐵智能牽引供電係統的設計方案，提出無人值守牽引變電所亭的設計方案。

1.無人值守牽引變電所的設施組成

京張高鐵智能牽引供電係統以智能牽引供電設施為(wei) 基礎，運用測量、傳(chuan) 感、控製、通信、信息、人工智能等技術，以信息化、網絡化、自動化、互動化為(wei) 特征，以“安全運行、係統可控、狀態可視、運維可循”的運維管理智能化為(wei) 目標，具備全息感知、多維融合、重構自愈、智能運維特性，為(wei) 鐵路提供安全可靠、快捷的牽引動力。京張高鐵設置的輔助監控係統通過綜合聯網實現牽引變電所亭統一監控和統一管理，通過係統無縫級聯實現分級控製、分域使用。不間斷的多媒體(ti) 多方位實時監視，使調度室的值班人員擁有身臨(lin) 其境的感覺，*地降低了維護人員的工作量，提高運維管理的效率，完整實現了牽引變電所亭的無人值班值守，產(chan) 生了良好的經濟效益和社會(hui) 效益，為(wei) 鐵路安全、可靠、高質量、*運行提供了保障。

2.無人值守牽引變電所的特點

為(wei) 實現牽引變電所亭的無人值守，需要對傳(chuan) 統有人值守的牽引變電所進行適當調整。無人值守牽引變電所與(yu) 有人值守傳(chuan) 統牽引變電所在隔離開關(guan) 設計、交直流係統設計、一次設備在線監測係統等方麵均有較大區別。

2.1隔離開關(guan) 設計方案

在傳(chuan) 統牽引變電所中，檢修回路、27.5kV高壓母線分段用的隔離開關(guan) 通常采用手動操作機構。在無人值守牽引變電所中，為(wei) 實現遠動控製，所有隔離開關(guan) 均采用電動操作機構，並納入遠動係統，以便實現無人值守。

2.2交直流係統設計

傳(chuan) 統交直流係統隻是在進線及重要的饋線回路設置了電動操作機構。為(wei) 了實現無人值守，所有進線及饋線開關(guan) 均配置電動操作機構和相應的告警、位置節點，可通過監控單元與(yu) 綜合自動化係統的通信接口實現所有開關(guan) 的遙控、遙信。

2.3一次設備在線監測係統

牽引變電所實現無人值守後，對所內(nei) 一次設備運行狀態的監視顯得非常重要。對一次設備可采用“一次設備本體(ti) +傳(chuan) 感器+智能組件”的設計方案，實現對設備運行狀態的實時監測，然後通過輔助監控係統對監測到的數據進行分析，實現對設備狀態的實時監測。牽引供電一次設備主要包括牽引變壓器、自耦變壓器、高壓斷路器、互感器、避雷器、組合電器、27.5kVGIS開關(guan) 櫃等。

3.輔助監控係統的設計方案

輔助監控係統由部署在調度室和供電段的輔助監控主站係統（以下簡稱主站係統）、部署在各牽引變電所亭的輔助監控子係統組成。

3.1輔助監控主站係統

主站係統作為(wei) 統一管理平台，實現與(yu) 管轄範圍內(nei) 所有牽引變電所級係統的互聯，構建一套符合規範要求的遠程巡視、監控、監測平台，實現統一監控、統一管理、分級控製、分域使用，使變電所前端的智能輔助監控站級係統能夠互聯互通，滿足智能巡視監控係統化、全局化、整體(ti) 化的發展需求，實現綜合維護維修的全流程化管理。京張高鐵在北京局客專(zhuan) 調度室SCADA係統的基礎上設置局級供電調度輔助監控主站係統，在北京供電段設置供電段級輔助監控主站係統，兩(liang) 級主站係統實現輔助監控的數據管理、視頻巡檢、聯動（故障跳閘現場視頻查看和停送電操作設備視頻確認等）等功能。局級主站係統在權限上具有優(you) 先級，在段級主站上可以實現對各所亭設備的巡檢、狀態監測等。

另外，京張高鐵各牽引變電所亭實現了全BIM設計。在調度室及供電段的輔助監控主站上可以實現現場實景、三維BIM模型的統一展示、告警，為(wei) 實現無人值守提供了良好的保障。圖1所示為(wei) 在調度室輔助監控主站上顯示的所亭實景和BIM模型的結合展示。

圖1在調度所輔助監控係統主站觀察到的各所亭實景和BIM模型

3.2輔助監控子係統

新建京張鐵路在牽引變電所、分區所、AT所、開閉所設置了輔助監控子係統，各所亭輔助監控子係統實現對牽引變電所亭各種輔助生產(chan) 係統的整合、優(you) 化、管理及控製，主要包括視頻監控/巡檢子係統、環境監測子係統、安全防範子係統、火災報警子係統、動力照明控製子係統，接入27.5kV電纜監測子係統、SF6氣體(ti) 監測子係統、智能一次設備監測子係統，並具備接入或擴展其他監控子係統的條件。其實現了對智能一次設備的在線監測、對輔助設備的管理控製，具備智能圖像識別、智能聯動和控製功能。各輔助係統內(nei) 部模塊間可以進行信息交互，並且具備與(yu) 廣域保護測控係統的信息共享及信息互動。圖2為(wei) 牽引變電所輔助監控係統構成示意圖。綜合考慮投資等因素，牽引變電所、分區所、AT所、開閉所的輔助監控子係統采用差異化配置。本文以牽引變電所為(wei) 例，簡單介紹其輔助監控子係統配置方案。

圖2變電所輔助監控係統構成示意圖

3.2.1視頻巡檢子係統

視頻巡檢子係統主要負責對全所電氣設備狀態、安裝地點及周邊環境進行實時巡視及監控，利用圖像識別技術判斷各設備的運行狀態是否正常，同時與(yu) 其他子係統進行報警聯動，滿足運行管理對安全、巡視的要求。京張高鐵普通半室外布置牽引變電所在控製室及室外設備區設置了固定式巡檢攝像頭，在室外設備區設置了紅外測溫攝像機，在27.5kV高壓室設置了軌道式巡檢係統。按照“看得清、看得全、經濟合理”的原則，在室外220kV進線係統及牽引變壓器區域共設置3台紅外攝像機、8台高清固定攝像機（帶雲(yun) 台），在27.5kV饋線區域設置1台紅外攝像機、2台高清固定攝像機（帶雲(yun) 台），在27.5kV高壓室設置1台軌道式巡檢係統。利用各攝像機及其預置位，根據所內(nei) 巡視要求製定巡檢計劃，可手動或按時自動執行巡檢計劃。巡檢過程中利用圖像智能識別判斷設備運行狀態，巡檢完畢後形成巡檢記錄，並自動形成巡檢報告，報告涵蓋巡檢內(nei) 容及巡檢正常或異常結果圖片，存儲(chu) 於(yu) 係統供供電段或局級輔助監控主站管理人員確認。

3.2.2環境監測子係統

環境監測子係統主要包括溫濕度監測部分、風速監測部分、水浸監測部分。溫濕度傳(chuan) 感器采集溫濕度、氣體(ti) 信息，將監測信息上傳(chuan) 到智能環境綜合監控主機。智能環境綜合監控主機按照統一規約上送至綜合應用服務器。通過信息交互使主站係統及其他係統能隨時查閱設備運行場地的環境溫濕度情況，並與(yu) 相關(guan) 設備進行聯動（如根據室內(nei) 溫度情況遠程開閉空調等）。所內(nei) 設置風速傳(chuan) 感器，風速傳(chuan) 感器將監測到的信息上傳(chuan) 至智能環境綜合監控主機，智能環境綜合監控主機按照統一規約上送至綜合應用服務器。通過信息交互使主站係統及其他係統能隨時查閱設備運行場地的風速，並做出相應的處理。在電纜夾層和電纜溝內(nei) 設置水浸傳(chuan) 感器，當水浸傳(chuan) 感器監測到積水時，通過開關(guan) 量輸出報警信號至智能環境綜合監控主機，啟動水泵排水。

3.2.3安全防範子係統

安全防範子係統主要包括設置在變電所亭圍牆上的激光對射報警、門禁控製係統、玻璃破碎探測器等。當激光對射檢測到入侵情況時，不僅(jin) 將報警信息上傳(chuan) 至主站係統，觸發聲光報警器，還可聯動燈光照明，調用攝像機預置位，啟動錄像。在牽引變電所亭的大門、生產(chan) 房屋麵向室外設備區的大門處設置門禁係統，可提高無人值守變電所的實時監控能力和出入權限的管理能力，提高運行維護的效率，並大大降低人力成本。在生產(chan) 房屋各窗戶處設置玻璃破碎探測器，當檢測到入侵事件時，不僅(jin) 將報警信息上傳(chuan) 至主站係統，觸發聲光報警器，還可聯動燈光照明，調用攝像機預置位，啟動錄像。

3.2.4門禁子係統

京張高鐵各牽引變電所亭設置了門禁子係統，在進所大門、控製室及高壓室大門處設置門禁終端。門禁控製係統與(yu) 視頻巡檢子係統進行聯動，可以提高無人值守變電所的實時監控能力和出入權限的管理能力，*杜絕管理漏洞，提高運行維護的效率，並大大降低人力成本。

3.2.5動力照明控製係統

牽引變電所內(nei) 的相關(guan) 輔助控製設備較多，許多設備都隻能在前端進行控製，為(wei) 了滿足牽引變電所無人化要求，需對所內(nei) 的動力照明等設備實現遠程控製功能，如遠程打開照明燈光、風機、水泵、空調等，可通過主站係統將變電所輔助控製設備集中、整合，能夠遠程手動、聯動控製所內(nei) 的動力照明設備。

4.hth下载地址AcrelCloud-1000變電所運維雲(yun) 平台

4.1概述

基於(yu) 互聯網＋、大數據、移動通訊等技術開發的雲(yun) 端管理平台，滿足用戶或運維公司監測眾(zhong) 多變電所回路運行狀態和參數、室內(nei) 環境溫濕度、電纜及母線運行溫度、現場設備或環境視頻場景等需求，實現數據一個(ge) *，集中存儲(chu) 、統一管理，方便使用，支持具有權限的用戶通過電腦、手機、PAD等各類終端鏈接訪問、接收報警，並完成有關(guan) 設備日常和定期巡檢和派單等管理工作。

4.2應用場所

適用於(yu) 電信、金融、交通、能源、*衛生、文體(ti) 、教育科研、農(nong) 林水利、商業(ye) 服務、公用事業(ye) 等行業(ye) 變配電運行維護係統的新建、擴建和改建。

4.3係統結構

係統可分為(wei) 四層：即感知層、傳(chuan) 輸層、應用層和展示層。

感知層：包含變電所安裝的多功能儀(yi) 表、溫濕度監測裝置、攝像頭、開關(guan) 量采集裝置等。除攝像頭外，其它設備通過RS485總線接入現場智能網關(guan) RS485端口。

傳(chuan) 輸層：包含現場智能網關(guan) 和交換機等設備。智能網關(guan) 主動采集現場設備層設備的數據，並可進行規約轉換，數據存儲(chu) ，並通過交換機把數據上傳(chuan) 至*的服務器端口，網絡故障時數據可存儲(chu) 在本地，待網絡恢複時從(cong) 中斷的位置繼續上傳(chuan) 數據，保證服務器端數據不丟(diu) 失。

應用層：包含應用服務器和數據庫服務器，若變電所數量小於(yu) 30個(ge) 則應用服務器和數據庫服務器可以合一配置。服務器需要具備固定IP地址，以接收各智能網關(guan) 主動傳(chuan) 送過來的數據。

展示層：用戶通過手機、平板、電腦等多終端的方式訪問平台信息。

4.4係統功能

4.4.1用能月報

用能月報支持用戶按總用電量、變電站名稱、變電站編號等查詢所管理站所的用電量，

4.4.2站點監測

站點監測包括概況、運行狀態、當日事件記錄、當日逐時用電曲線、用電概況。

4.4.3變壓器狀態

變壓器狀態支持用戶查詢所有或京張個(ge) 站所的變壓器功率、負荷率、等運行狀態數據，支持按負荷率、功率等升、降序排名。

4.4.4運維

運維展示當前用戶管理的有關(guan) 變電所在地圖上位置及總量信息。

4.4.5配電圖

配電圖展示被選中的變電所的配電信息，配電圖顯示各回路的開關(guan) 狀態、電流等運行狀態及信息，支持電壓、電流、功率等詳細運行參數查詢。

4.4.6視頻監控

視頻監控展示了當前實時畫麵（視頻直播），選中京張一個(ge) 變配電站，即可查看該變配電站內(nei) 視頻信息。

4.4.7電力運行報表

電力運行報表顯示選定站所選定設備各回路*采集間隔運行參數和電能抄表的實時值及平均值行統計。

4.4.8報警信息

對平台所有報警信息進行分析。

4.4.9任務管理

任務管理頁麵可以發布巡檢或消缺任務，查看巡檢或消缺任務的狀態和完成情況，可以點擊查看任務查看具體(ti) 的巡檢信息。

4.4.10用戶報告

用戶報告頁麵主要用於(yu) 對選定的變配電站自動匯總一個(ge) 月的運行數據，對變壓器負荷、配電回路用電量、功率因數、報警事件等進行統計分析，並列出在該周期內(nei) 巡檢時發現的各類缺陷及處理情況。

4.4.11APP監測

3.12APP支 電力運維手機支持“監控係統”、“設備檔案”、“待辦事項”、“巡檢記錄”、“缺陷記錄”、“文檔管理”和“用戶報告”七大模塊，支持一次圖、需量、用電量、視頻、曲線、溫濕度、同比、環比、電能質量、各種事件報警查詢，設備檔案查詢、待辦事件處理、巡檢記錄查詢、用戶報告、文檔管理等。

4.5係統硬件配置

5.結束語

通過分析無人值守牽引變電所與(yu) 傳(chuan) 統牽引變電所的差異，提出無人值守變電所設計的特點，結合京張高鐵智能牽引供電係統的設計及原中國鐵路總公司印發的《牽引變電所輔助監控係統暫行技術條件》，提出牽引變電所亭無人值守方案，為(wei) 後續變電所無人值守方案設計提供借鑒。

參考文獻

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[3]趙春豔.高鐵牽引變電所無人值守設計方案淺析

[4]hth下载地址企業(ye) 微電網設計與(yu) 應用設計,2022,05版.