淺析高鐵牽引變電所無人值守方案設計

張穎姣

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(tǒng)牽引變電所的區(qū)別，并以京張高鐵為例結合智能牽引供電系統(tǒng)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。

【關鍵詞】無人值守；智能牽引供電系統(tǒng)；輔助監(jiān)控系統(tǒng)

引言

國鐵集團非常重視牽引變電所無人化發(fā)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(tǒng)，實現了牽引變電所的無人值班值守后，先后下發(fā)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(guī)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)可控、狀態(tài)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(jiān)控系統(tǒng)通過綜合聯網實現牽引變電所亭統(tǒng)一監(jiān)控和統(tǒng)一管理，通過系統(tǒng)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(jiān)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(tǒng)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(tǒng)牽引變電所在隔離開關設計、交直流系統(tǒng)設計、一次設備在線監(jiān)測系統(tǒng)等方面均有較大區(qū)別。

2.1隔離開關設計方案

在傳統(tǒng)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(tǒng)，以便實現無人值守。

2.2交直流系統(tǒng)設計

傳統(tǒng)交直流系統(tǒng)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(jié)點，可通過監(jiān)控單元與綜合自動化系統(tǒng)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(jiān)測系統(tǒng)

牽引變電所實現無人值守后，對所內一次設備運行狀態(tài)的監(jiān)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(tài)的實時監(jiān)測，然后通過輔助監(jiān)控系統(tǒng)對監(jiān)測到的數據進行分析，實現對設備狀態(tài)的實時監(jiān)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(jiān)控系統(tǒng)的設計方案

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

3.1輔助監(jiān)控主站系統(tǒng)

主站系統(tǒng)作為統(tǒng)一管理平臺，實現與管轄范圍內所有牽引變電所級系統(tǒng)的互聯，構建一套符合規(guī)范要求的遠程巡視、監(jiān)控、監(jiān)測平臺，實現統(tǒng)一監(jiān)控、統(tǒng)一管理、分級控制、分域使用，使變電所前端的智能輔助監(jiān)控站級系統(tǒng)能夠互聯互通，滿足智能巡視監(jiān)控系統(tǒng)化、全局化、整體化的發(fā)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(tǒng)的基礎上設置局級供電調度輔助監(jiān)控主站系統(tǒng)，在北京供電段設置供電段級輔助監(jiān)控主站系統(tǒng)，兩級主站系統(tǒng)實現輔助監(jiān)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(tǒng)在權限上具有優(yōu)先級，在段級主站上可以實現對各所亭設備的巡檢、狀態(tài)監(jiān)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(jiān)控主站上可以實現現場實景、三維BIM模型的統(tǒng)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(jiān)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(jiān)控系統(tǒng)主站觀察到的各所亭實景和BIM模型

3.2輔助監(jiān)控子系統(tǒng)

新建京張鐵路在牽引變電所、分區(qū)所、AT所、開閉所設置了輔助監(jiān)控子系統(tǒng)，各所亭輔助監(jiān)控子系統(tǒng)實現對牽引變電所亭各種輔助生產系統(tǒng)的整合、優(yōu)化、管理及控制，主要包括視頻監(jiān)控/巡檢子系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)、安全防范子系統(tǒng)、火災報警子系統(tǒng)、動力照明控制子系統(tǒng)，接入27.5kV電纜監(jiān)測子系統(tǒng)、SF6氣體監(jiān)測子系統(tǒng)、智能一次設備監(jiān)測子系統(tǒng)，并具備接入或擴展其他監(jiān)控子系統(tǒng)的條件。其實現了對智能一次設備的在線監(jiān)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(tǒng)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(tǒng)的信息共享及信息互動。圖2為牽引變電所輔助監(jiān)控系統(tǒng)構成示意圖。綜合考慮投資等因素，牽引變電所、分區(qū)所、AT所、開閉所的輔助監(jiān)控子系統(tǒng)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(jiān)控子系統(tǒng)配置方案。

圖2變電所輔助監(jiān)控系統(tǒng)構成示意圖

3.2.1視頻巡檢子系統(tǒng)

視頻巡檢子系統(tǒng)主要負責對全所電氣設備狀態(tài)、安裝地點及周邊環(huán)境進行實時巡視及監(jiān)控，利用圖像識別技術判斷各設備的運行狀態(tài)是否正常，同時與其他子系統(tǒng)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(qū)設置了固定式巡檢攝像頭，在室外設備區(qū)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(tǒng)。按照“看得清、看得全、經濟合理”的原則，在室外220kV進線系統(tǒng)及牽引變壓器區(qū)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(qū)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(tǒng)。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(zhí)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(tài)，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(tǒng)供供電段或局級輔助監(jiān)控主站管理人員確認。

3.2.2環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)

環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)主要包括溫濕度監(jiān)測部分、風速監(jiān)測部分、水浸監(jiān)測部分。溫濕度傳感器采集溫濕度、氣體信息，將監(jiān)測信息上傳到智能環(huán)境綜合監(jiān)控主機。智能環(huán)境綜合監(jiān)控主機按照統(tǒng)一規(guī)約上送至綜合應用服務器。通過信息交互使主站系統(tǒng)及其他系統(tǒng)能隨時查閱設備運行場地的環(huán)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(jiān)測到的信息上傳至智能環(huán)境綜合監(jiān)控主機，智能環(huán)境綜合監(jiān)控主機按照統(tǒng)一規(guī)約上送至綜合應用服務器。通過信息交互使主站系統(tǒng)及其他系統(tǒng)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(jiān)測到積水時，通過開關量輸出報警信號至智能環(huán)境綜合監(jiān)控主機，啟動水泵排水。

3.2.3安全防范子系統(tǒng)

安全防范子系統(tǒng)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(tǒng)、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(tǒng)，觸發(fā)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(qū)的大門處設置門禁系統(tǒng)，可提高無人值守變電所的實時監(jiān)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(tǒng)，觸發(fā)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(tǒng)

京張高鐵各牽引變電所亭設置了門禁子系統(tǒng)，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(tǒng)與視頻巡檢子系統(tǒng)進行聯動，可以提高無人值守變電所的實時監(jiān)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(tǒng)

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(tǒng)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(fā)的云端管理平臺，滿足用戶或運維公司監(jiān)測眾多變電所回路運行狀態(tài)和參數、室內環(huán)境溫濕度、電纜及母線運行溫度、現場設備或環(huán)境視頻場景等需求，實現數據一個*，集中存儲、統(tǒng)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(wèi)生、文體、教育科研、農林水利、商業(yè)服務、公用事業(yè)等行業(yè)變配電運行維護系統(tǒng)的新建、擴建和改建。

4.3系統(tǒng)結構

系統(tǒng)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(jiān)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(guī)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(xù)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(tǒng)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(jiān)測

站點監(jiān)測包括概況、運行狀態(tài)、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(tài)

變壓器狀態(tài)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(tài)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(tài)、電流等運行狀態(tài)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(jiān)控

視頻監(jiān)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(tǒng)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(fā)布巡檢或消缺任務，查看巡檢或消缺任務的狀態(tài)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(tǒng)計分析，并列出在該周期內巡檢時發(fā)現的各類缺陷及處理情況。

審核編輯 黃宇