程瑜

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

【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傳統牽引變電所的區別，并以京張高鐵為例結合智能牽引供電系統的應用，詳細闡述了高速鐵路牽引變電所無人值守的設計方案。

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系統，實現了牽引變電所的無人值班值守后，先后下發了《國鐵集團關于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系統的設計方案，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系統以智能牽引供電設施為基礎，運用測量、傳感、控制、通信、信息、人工智能等技術，以信息化、網絡化、自動化、互動化為特征，以“安全運行、系統可控、狀態可視、運維可循”的運維管理智能化為目標，具備全息感知、多維融合、重構自愈、智能運維特性，為鐵路提供安全可靠、快捷的牽引動力。京張高鐵設置的輔助監控系統通過綜合聯網實現牽引變電所亭統一監控和統一管理，通過系統無縫級聯實現分級控制、分域使用。不間斷的多媒體多方位實時監視，使調度室的值班人員擁有身臨其境的感覺，*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，產生了良好的經濟效益和社會效益，為鐵路安全、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

為實現牽引變電所亭的無人值守，需要對傳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有人值守傳統牽引變電所在隔離開關設計、交直流系統設計、一次設備在線監測系統等方面均有較大區別。

2.1隔離開關設計方案

在傳統牽引變電所中，檢修回路、27.5kV高壓母線分段用的隔離開關通常采用手動操作機構。在無人值守牽引變電所中，為實現遠動控制，所有隔離開關均采用電動操作機構，并納入遠動系統，以便實現無人值守。

2.2交直流系統設計

傳統交直流系統只是在進線及重要的饋線回路設置了電動操作機構。為了實現無人值守，所有進線及饋線開關均配置電動操作機構和相應的告警、位置節點，可通過監控單元與綜合自動化系統的通信接口實現所有開關的遙控、遙信。

2.3一次設備在線監測系統

牽引變電所實現無人值守后，對所內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+傳感器+智能組件”的設計方案，實現對設備運行狀態的實時監測，然后通過輔助監控系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開關柜等。

3.輔助監控系統的設計方案

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

3.1輔助監控主站系統

主站系統作為統一管理平臺，實現與管轄范圍內所有牽引變電所級系統的互聯，構建一套符合規范要求的遠程巡視、監控、監測平臺，實現統一監控、統一管理、分級控制、分域使用，使變電所前端的智能輔助監控站級系統能夠互聯互通，滿足智能巡視監控系統化、全局化、整體化的發展需求，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調度室SCADA系統的基礎上設置局級供電調度輔助監控主站系統，在北京供電段設置供電段級輔助監控主站系統，兩級主站系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。局級主站系統在權限上具有優先級，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，為實現無人值守提供了良好的保障。圖1所示為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在調度所輔助監控系統主站觀察到的各所亭實景和BIM模型

3.2輔助監控子系統

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系統，各所亭輔助監控子系統實現對牽引變電所亭各種輔助生產系統的整合、優化、管理及控制，主要包括視頻監控/巡檢子系統、環境監測子系統、安全防范子系統、火災報警子系統、動力照明控制子系統，接入27.5kV電纜監測子系統、SF6氣體監測子系統、智能一次設備監測子系統，并具備接入或擴展其他監控子系統的條件。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制，具備智能圖像識別、智能聯動和控制功能。各輔助系統內部模塊間可以進行信息交互，并且具備與廣域保護測控系統的信息共享及信息互動。圖2為牽引變電所輔助監控系統構成示意圖。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系統采用差異化配置。本文以牽引變電所為例，簡單介紹其輔助監控子系統配置方案。

圖2變電所輔助監控系統構成示意圖

3.2.1視頻巡檢子系統

視頻巡檢子系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，同時與其他子系統進行報警聯動，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制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系統。按照“看得清、看得全、經濟合理”的原則，在室外220kV進線系統及牽引變壓器區域共設置3臺紅外攝像機、8臺高清固定攝像機（帶云臺），在27.5kV饋線區域設置1臺紅外攝像機、2臺高清固定攝像機（帶云臺），在27.5kV高壓室設置1臺軌道式巡檢系統。利用各攝像機及其預置位，根據所內巡視要求制定巡檢計劃，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，巡檢完畢后形成巡檢記錄，并自動形成巡檢報告，報告涵蓋巡檢內容及巡檢正常或異常結果圖片，存儲于系統供供電段或局級輔助監控主站管理人員確認。

3.2.2環境監測子系統

環境監測子系統主要包括溫濕度監測部分、風速監測部分、水浸監測部分。溫濕度傳感器采集溫濕度、氣體信息，將監測信息上傳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系統及其他系統能隨時查閱設備運行場地的環境溫濕度情況，并與相關設備進行聯動（如根據室內溫度情況遠程開閉空調等）。所內設置風速傳感器，風速傳感器將監測到的信息上傳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系統及其他系統能隨時查閱設備運行場地的風速，并做出相應的處理。在電纜夾層和電纜溝內設置水浸傳感器，當水浸傳感器監測到積水時，通過開關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安全防范子系統

安全防范子系統主要包括設置在變電所亭圍墻上的激光對射報警、門禁控制系統、玻璃破碎探測器等。當激光對射檢測到入侵情況時，不僅將報警信息上傳至主站系統，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、生產房屋面向室外設備區的大門處設置門禁系統，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，并大大降低人力成本。在生產房屋各窗戶處設置玻璃破碎探測器，當檢測到入侵事件時，不僅將報警信息上傳至主站系統，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門禁子系統

京張高鐵各牽引變電所亭設置了門禁子系統，在進所大門、控制室及高壓室大門處設置門禁終端。門禁控制系統與視頻巡檢子系統進行聯動，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，并大大降低人力成本。

3.2.5動力照明控制系統

牽引變電所內的相關輔助控制設備較多，許多設備都只能在前端進行控制，為了滿足牽引變電所無人化要求，需對所內的動力照明等設備實現遠程控制功能，如遠程打開照明燈光、風機、水泵、空調等，可通過主站系統將變電所輔助控制設備集中、整合，能夠遠程手動、聯動控制所內的動力照明設備。

4.安科瑞AcrelCloud-1000變電所運維云平臺

4.1概述

基于互聯網＋、大數據、移動通訊等技術開發的云端管理平臺，滿足用戶或運維公司監測眾多變電所回路運行狀態和參數、室內環境溫濕度、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*，集中存儲、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，并完成有關設備日常和定期巡檢和派單等管理工作。

4.2應用場所

適用于電信、金融、交通、能源、*衛生、文體、教育科研、農林水利、商業服務、公用事業等行業變配電運行維護系統的新建、擴建和改建。

4.3系統結構

系統可分為四層：即感知層、傳輸層、應用層和展示層。

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

傳輸層：包含現場智能網關和交換機等設備。智能網關主動采集現場設備層設備的數據，并可進行規約轉換，數據存儲，并通過交換機把數據上傳至*的服務器端口，網絡故障時數據可存儲在本地，待網絡恢復時從中斷的位置繼續上傳數據，保證服務器端數據不丟失。

應用層：包含應用服務器和數據庫服務器，若變電所數量小于30個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，以接收各智能網關主動傳送過來的數據。

展示層：用戶通過手機、平板、電腦等多終端的方式訪問平臺信息。

4.4系統功能

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面（視頻直播），選中京張一個變配電站，即可查看該變配電站內視頻信息。

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

對平臺所有報警信息進行分析。

4.4.9任務管理

任務管理頁面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的巡檢信息。

4.4.10用戶報告

用戶報告頁面主要用于對選定的變配電站自動匯總一個月的運行數據，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，并列出在該周期內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“監控系統”、“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系統硬件配置

應用場合	型號	外觀圖	型號、規格
變電所運維云平臺	AcrelCloud-1000		AcrelCloud-1000變電所運維云平臺基于互聯網＋、大數據、移動通訊等技術開發的云端管理平臺，滿足用戶或運維公司監測眾多變電所回路運行狀態和參數、室內環境溫濕度、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*，集中存儲、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，并完成有關設備日常和定期巡檢和派單等管理工作。
網關	ANet-2E4SM		4路RS485串口，光耦隔離，2路以太網接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPCUA、ModbusTCP（主、從）、104（主、從）、建筑能耗、SNMP、MQTT；（主模塊）輸入電源：DC12V～36V。支持4G擴展模塊，485擴展模塊。
	擴展模塊ANet-485		M485模塊：4路光耦隔離RS485
	擴展模塊ANet-M4G		M4G模塊：支持4G全網通
中壓進線	AM6-L		三段式過流保護（帶方向、低壓閉鎖）、過負荷保護、PT斷線告警、逆功率保護、三相一次重合閘、低頻減載、檢同期、合環保護、斷路器失靈保護
	APM810		三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序電流In；四象限電能；實時及需量；電流、電壓不平衡度；負載電流柱狀圖顯示；66種報警類型及外部事件（SOE）各16條事件記錄，支持SD卡擴展記錄；2-63次諧波；2DI+2DO RS485/Modbus；LCD顯示；
中壓進線	APView500		相電壓電流＋零序電壓零序電流，電壓電流不平衡度，有功無功功率及電能、事件告警及故障錄波，諧波（電壓／電流63次諧波、63組間諧波、諧波相角、諧波含有率、諧波功率、諧波畸變率、K因子）、波動／閃變、電壓暫升、電壓暫降、電壓瞬態、電壓中斷、1024點波形采樣、觸發及定時錄波，波形實時顯示及故障波形查看，PQDIF格式文件存儲，內存32G,16D0+22D1,通訊 2RS485+1RS232+1GPS,3以太網接口（＋1維護網口）＋1USB接口，支持U盤讀取數據，支持61850協議。
中壓饋線	AM6-L		三段式過流保護（帶方向、低壓閉鎖）、過負荷保護、PT斷線告警、逆功率保護、三相一次重合閘、低頻減載、檢同期、合環保護、斷路器失靈保護
	APM810		三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序電流In；四象限電能；實時及需量；電流、電壓不平衡度；負載電流柱狀圖顯示；66種報警類型及外部事件（SOE）各16條事件記錄，支持SD卡擴展記錄；2-63次諧波；2DI+2DO RS485/Modbus；LCD顯示；
低壓進線	AEM96		三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，總正反向有功電能統計，正反向無功電能統計；2-31次分次諧波及總諧波含量分析、分相諧波及基波電參量（電壓、電流、功率）；電流規格3×1.5(6)A，有功電能精度0.5S級,無功電能精度2級；工作溫度：-10℃～+55℃；相對濕度：≤95不結露
低壓出線	AEM72		三相電參量U、1、P、Q、S、PF、F測量，總正反向有功電能統計，正反向無功電能統計；2-31次分次諧波及總諧波含量分析、低壓出線分相諧波及基波電參量（電壓、電流、功率）；電流規格3x1.5(6)A,有功電能精度0.5S級，無功電能精度2級
	ADW300		三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，有功電能計量（正、反向）、四象限無功電能、總諧波含量、分次諧波含量（2～31次）；A、B、C、N四路測溫；1路剩余電流測量；支持RS485/LoRa/2G/4G/NB；LCD顯示；有功電能精度：0.5S級（改造項目*）
無線測溫	ATE-400		合金片固定，CT感應取電，啟動電流大于5A,測溫范圍－50-125℃,測量精度±1℃;傳輸距離空曠150米
	ATC-600		兩種工作模式：終端、中繼。ATC600-Z做中繼透傳，ATC600-Z到ATC600-C的傳輸距離空曠1000m,ATC600-C可接收ATE系列傳感器、 AHE等傳輸的數據，1路485,2路報警出口。
環境溫濕度	WHD		WHD溫濕度控制器產品主要用于中高壓開關柜、端子箱、環網柜、箱變等設備內部溫度和濕度調節控制。工作電源：AC/DC85～265V工作溫度：-40.0℃～99.9℃工作濕度：0RH～99RH
水浸傳感器	RS-SJ-*-2		接觸式水浸傳感器，監測變電所、電纜溝、控制室等場所積水情況，工作電源：DC10-30V工作溫度：－20℃+60℃工作濕度：0%RH~80%RH響應時間：1s繼電器輸出：常開觸點。
攝像機	CS-C5C-3B1WFR		支持720P高清圖像，*支持分辨率可達到130萬像素（1280*960)內置麥克風與揚聲器具有語音雙向對講功能，支持螢石云互聯網服務，通過手機、PC等終端實現遠程互動和視頻觀看。
煙霧傳感器	BRJ-307		光電式煙霧傳感：電源正*（DC12V):+12V 繼電器輸出：常開觸點
門禁	MC-58(常開型）		常開型；感應距離：30-50mm材質：鋅合金，銀灰色電度，干接點輸出。
配套附件	ARTU-K16		常開型；感應距離：30-50mm材質：鋅合金，銀灰色電度干接點輸出
	KDYA-DG30-24K		輸出DC24V;24V電源

5.結束語

通過分析無人值守牽引變電所與傳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系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系統暫行技術條件》，提出牽引變電所亭無人值守方案，為后續變電所無人值守方案設計提供借鑒。