城市軌道交通電源系統(tǒng)綜合運(yùn)維管理淺析

孫晉敏

摘 要：軌道交通成為城市發(fā)展的一個(gè)重要標(biāo)志，軌道交通運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，運(yùn)維管理是一個(gè)要點(diǎn)。文章從軌道交通電源系統(tǒng)的組成入手，指出傳統(tǒng)運(yùn)維模式的弊端，分析了綜合性、智能化運(yùn)維管理的要求和技術(shù)支持，以及管理平臺(tái)的具體構(gòu)建方法，以期進(jìn)一步提高軌道交通電源系統(tǒng)的運(yùn)維管理質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通;電源系統(tǒng);運(yùn)維管理;綜合性;智能化

0 引言

在城市發(fā)展過(guò)程中，為了緩解交通擁堵問(wèn)題，提高環(huán)境質(zhì)量，大力發(fā)展軌道交通項(xiàng)目，具有安全性、舒適性、綠色環(huán)保的特點(diǎn)，深受民眾喜愛(ài)。軌道交通的運(yùn)行，離不開(kāi)電源系統(tǒng)的支持，提高電源系統(tǒng)的可靠性，加強(qiáng)運(yùn)維管理工作，才能保證軌道交通的穩(wěn)定運(yùn)行。新形勢(shì)背景下，傳統(tǒng)運(yùn)維模式的弊端一一突顯，必須進(jìn)行改進(jìn)，構(gòu)建綜合性、智能化的運(yùn)維管理系統(tǒng)。

1 城市軌道交通電源系統(tǒng)的組成部分

軌道交通的電源系統(tǒng)，是城市電力系統(tǒng)經(jīng)高壓輸電網(wǎng)、主變電所、配電網(wǎng)絡(luò)、牽引變電所、換流等環(huán)節(jié)，為列車組提供電能資源。電源系統(tǒng)的電力，一方面為列車組提供牽引動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)行;另一方面用于車站、區(qū)間、調(diào)度中心的照明、動(dòng)力、測(cè)試維修等。單純以列車組的牽引動(dòng)力為例，這部分電源系統(tǒng)是由變電所、動(dòng)力電纜、軌道、電力監(jiān)控系統(tǒng)組成。供電系統(tǒng)是否能可靠、持續(xù)運(yùn)行，直接決定了軌道交通的安全性[1]。

2 城市軌道交通電源系統(tǒng)傳統(tǒng)運(yùn)維模式分析

軌道交通電源系統(tǒng)的運(yùn)維管理，傳統(tǒng)模式是人工巡檢配合機(jī)電設(shè)備監(jiān)測(cè)，相比于單純?nèi)斯す芾恚m然提高了工作效率，但依然存在較多問(wèn)題，例如：（1）計(jì)劃編制單一，大多停留在手動(dòng)派工的層面;（2）信息傳輸?shù)乃俣嚷?，響?yīng)時(shí)間長(zhǎng)，遇到突發(fā)狀況難以及時(shí)處理;（3）信息表達(dá)方式單一，整體管理效率低;（4）存在過(guò)維護(hù)、欠維護(hù)現(xiàn)象。考慮到電源系統(tǒng)的設(shè)備復(fù)雜、專業(yè)性強(qiáng)，且隨著軌道交通的規(guī)模擴(kuò)大，運(yùn)維管理成本明顯提升，定期檢修、事后檢修不再適用，必須改進(jìn)運(yùn)維管理系統(tǒng)，提高綜合性、智能化程度[2]。

面對(duì)傳統(tǒng)運(yùn)維管理的不足，國(guó)內(nèi)部分廠家也積極投入研發(fā)與測(cè)試，優(yōu)特科技致力于供電運(yùn)維智能化安全管理，創(chuàng)新研發(fā)出多項(xiàng)供電運(yùn)維安全管控技術(shù)，推出了針對(duì)供電系統(tǒng)安全作業(yè)的整體解決方案，在軌道交通運(yùn)行、保護(hù)設(shè)備安全和維護(hù)人員安全、提高工作效率等方面，具有重要意義。白云電器則充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)和人工智能技術(shù)，立足于故障預(yù)測(cè)和健康管理，整合工業(yè)大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等技術(shù)，制定了供電系統(tǒng)的維修和狀態(tài)檢修方法，形成健康評(píng)價(jià)、在線監(jiān)測(cè)、剩余壽命預(yù)估等技術(shù)方案;針對(duì)直流開(kāi)關(guān)、交流開(kāi)關(guān)的特征，研發(fā)出開(kāi)關(guān)動(dòng)作監(jiān)測(cè)裝置;在軌道交通運(yùn)行方面，建立了供電全壽命周期智能化運(yùn)維管理系統(tǒng)，改變了傳統(tǒng)的維修作業(yè)模式，具有安全性、穩(wěn)定性、可靠性。

3 綜合性、智能化運(yùn)維管理的要求和技術(shù)支持

3.1 要求

為了更好地對(duì)電源系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)維管理，發(fā)生故障時(shí)能及時(shí)響應(yīng)，確保軌道交通安全性，應(yīng)該將5G通訊、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)建綜合性、智能化的運(yùn)維管理平臺(tái)。對(duì)該管理平臺(tái)的要求是：（1）能對(duì)軌道交通的供電系統(tǒng)進(jìn)行全流程、全方位管理;（2）能對(duì)不同狀態(tài)的供電設(shè)備，制定適宜的維修策略;（3）能減少維修工作量，降低檢修成本;（4）提高管理系統(tǒng)的自動(dòng)化、智能化，適應(yīng)軌道交通運(yùn)行的新需求。

3.2 技術(shù)支持

針對(duì)傳統(tǒng)運(yùn)維管理模式的弊端，構(gòu)建綜合性、智能化運(yùn)維管理系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享，根據(jù)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、生產(chǎn)管理，自動(dòng)生成作業(yè)要求;配合手持式巡檢終端設(shè)備，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)流程進(jìn)行監(jiān)控記錄，確保管理系統(tǒng)嚴(yán)格規(guī)范運(yùn)行。其中，設(shè)備監(jiān)控和生產(chǎn)管理共享數(shù)據(jù)，技術(shù)支持如下：

（1）電源系統(tǒng)中的變電所，其設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，監(jiān)控系統(tǒng)能獲得歷史數(shù)據(jù)、故障信息，對(duì)設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制，將事后控制轉(zhuǎn)變?yōu)槭虑邦A(yù)測(cè)、事中控制。（2）生產(chǎn)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，主要有生產(chǎn)計(jì)劃數(shù)據(jù)、設(shè)備維修數(shù)據(jù)、保養(yǎng)數(shù)據(jù)、元器件數(shù)據(jù)等，要做到全生命周期維護(hù)控制，滿足軌道交通的安全持續(xù)運(yùn)行需求。（3）能采集生產(chǎn)環(huán)節(jié)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，例如生產(chǎn)人員的個(gè)人信息、工具設(shè)備的檢驗(yàn)信息、儀器儀表的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)等，為運(yùn)維工作的開(kāi)展提供支持。（4）整個(gè)運(yùn)維管理期間，能得到標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)流程、操作手冊(cè)、部門生產(chǎn)管理規(guī)定、設(shè)備圖紙、維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)等資料。

3.3 預(yù)期管理目標(biāo)

基于該運(yùn)維管理系統(tǒng)下，能監(jiān)控設(shè)備的全生命周期狀態(tài)，對(duì)歷史數(shù)據(jù)、運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：（1）在業(yè)務(wù)邏輯下，對(duì)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行循環(huán)卡控，可以自動(dòng)更新設(shè)備信息、物資庫(kù)存，自動(dòng)統(tǒng)計(jì)工時(shí)。（2）SCADA系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，能及時(shí)預(yù)警;EAM平臺(tái)出現(xiàn)故障后，能進(jìn)行統(tǒng)計(jì);并對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃智能分析、分類處理，生成差異化維修方案。（3）分析標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)結(jié)果，為設(shè)備故障匹配近似的檢修方案，推送故障地點(diǎn)、設(shè)備圖紙等信息，利用故障專家系統(tǒng)指導(dǎo)維修過(guò)程。

4 綜合性、智能化運(yùn)維管理平臺(tái)的構(gòu)建

4.1 工作流程

該運(yùn)維管理系統(tǒng)的工作流程如下：

第一步，在電源系統(tǒng)上安裝電力監(jiān)控裝置，配合人工巡檢、現(xiàn)場(chǎng)電子巡檢等方式，獲得供電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)。

第二步，經(jīng)傳輸系統(tǒng)，將供電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)傳遞到智能運(yùn)維管理平臺(tái)，基于大數(shù)據(jù)技術(shù)、數(shù)據(jù)融合算法，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，降低后續(xù)處理難度。

第三步，利用5G或光纖網(wǎng)絡(luò)，將預(yù)處理后的數(shù)據(jù)傳輸至生產(chǎn)管理單元，采用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、數(shù)據(jù)融合算法，獲得數(shù)據(jù)的特征，進(jìn)一步分析并監(jiān)測(cè)各個(gè)設(shè)備的狀態(tài)，將數(shù)據(jù)儲(chǔ)存到數(shù)據(jù)庫(kù)。

第四步，提取特征后的數(shù)據(jù)，利用AI技術(shù)判斷是否出現(xiàn)故障，結(jié)合歷史數(shù)據(jù)、關(guān)鍵參數(shù)、運(yùn)行模型，初步判斷故障的位置和類型。

第五步，發(fā)出故障預(yù)警信息，系統(tǒng)自動(dòng)生成維修計(jì)劃，調(diào)配人員和備件，配合手持終端設(shè)備監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，直至故障解除。

4.2 平臺(tái)架構(gòu)

該運(yùn)維管理系統(tǒng)的平臺(tái)架構(gòu)如下圖1所示，主要包括數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、應(yīng)用層三個(gè)層級(jí)。

第一，數(shù)據(jù)層。軌道交通運(yùn)行期間，對(duì)供電系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、養(yǎng)護(hù)維修數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，并配合現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)進(jìn)行管理。這些數(shù)據(jù)分為兩大類：（1）關(guān)系型數(shù)據(jù)，以MySQL數(shù)據(jù)為主體;（2）非結(jié)構(gòu)化文件服務(wù)器，存儲(chǔ)對(duì)象是視頻、音頻、圖片、大容量文件等。

第二，服務(wù)層。服務(wù)層是連接數(shù)據(jù)層和應(yīng)用層的橋梁，能實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)業(yè)務(wù)功能，包括數(shù)據(jù)的接收、處理、存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)挖掘、生產(chǎn)報(bào)表、人工智能學(xué)習(xí)等。此外，在服務(wù)層中，還設(shè)置了連接GIS服務(wù)器、FTP服務(wù)器的入口。

第三，應(yīng)用層。應(yīng)用層基于B/S應(yīng)用服務(wù)、C段應(yīng)用系統(tǒng)下，提供業(yè)務(wù)邏輯和底層訪問(wèn)接口，用來(lái)展示數(shù)據(jù)、用戶交互。例如：傳輸維修檢測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)，能提供客戶端程序;分析檢測(cè)數(shù)據(jù)和維修方案時(shí)，提供Web頁(yè)面。

4.3 功能模塊

該運(yùn)維管理系統(tǒng)的平臺(tái)上，包括任務(wù)池、綜合管理、人員管理、維修中心、數(shù)據(jù)中心5大功能模塊，簡(jiǎn)要介紹如下：

第一，任務(wù)池。該模塊采用權(quán)限管理模式，管理者登錄后，能對(duì)生產(chǎn)任務(wù)進(jìn)行發(fā)起、審核、批準(zhǔn)，生產(chǎn)部門和技術(shù)部門的負(fù)責(zé)人，可對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行抽檢，確保生產(chǎn)計(jì)劃的合理性、可行性。

第二，綜合管理。該模塊存儲(chǔ)了大量數(shù)據(jù)資料，例如供電系統(tǒng)的圖紙、設(shè)備構(gòu)造和功能資料、生產(chǎn)中使用的工具設(shè)備資料，以及維護(hù)物料的信息。通過(guò)分析能了解合格性信息，例如工具校驗(yàn)的合格期、備件的儲(chǔ)存量等。

第三，人員管理。該模塊記錄了工作人員的詳細(xì)資料，包括個(gè)人信息、入職教育經(jīng)歷、崗位工作內(nèi)容、獎(jiǎng)懲記錄等。其中，考慮到不少崗位工作具有特殊性，還能對(duì)特種作業(yè)證的持證情況進(jìn)行檢查，常見(jiàn)如高壓證、低壓證等，能檢索出證件的有限期。如果快要到失效期，就會(huì)自動(dòng)報(bào)警，提醒工作人員考試取證。

第四，維修中心。該模塊記錄了設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，執(zhí)行生產(chǎn)計(jì)劃時(shí)，能自動(dòng)檢索設(shè)備的履歷，了解重要的技術(shù)參數(shù);當(dāng)生產(chǎn)作業(yè)完成后，就能自動(dòng)更新履歷數(shù)據(jù)。

第五，數(shù)據(jù)中心。該模塊記錄了供電系統(tǒng)的故障檢修情況，內(nèi)容包括故障描述、原因、處理過(guò)程，并且有相應(yīng)的圖片和視頻資料。作業(yè)設(shè)備和巡檢設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)，可以輸入數(shù)據(jù)中心，開(kāi)展智能分析;此外還包括維修知識(shí)、設(shè)備廠家提供的檢修手冊(cè)、故障預(yù)測(cè)模型、監(jiān)控規(guī)則庫(kù)等內(nèi)容，為運(yùn)維管理提供支持。

5 實(shí)際管理成果

以上海市為例，截止2018年底，共有軌道交通線路17條，車站共計(jì)395個(gè);通行里程達(dá)到673km，位居全國(guó)第一。隨著原線路延伸、新線路試運(yùn)營(yíng)，通行里程依舊在不斷增加，領(lǐng)跑全國(guó)。但在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，部分線路隨著運(yùn)營(yíng)時(shí)間延長(zhǎng)，針對(duì)電源系統(tǒng)的運(yùn)維管理工作不到位，提高了故障發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。為了進(jìn)一步提高供電安全性、可靠性，保證列出正常運(yùn)行，決定對(duì)運(yùn)維管理系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)。

選取軌道交通5號(hào)線、17號(hào)線，分析供電系統(tǒng)的基礎(chǔ)情況，采用綜合性、智能化運(yùn)維管理系統(tǒng)。結(jié)果顯示管理成果如下：（1）供電系統(tǒng)內(nèi)的各個(gè)設(shè)備，能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)運(yùn)行情況，對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸、處理，開(kāi)展智能診斷、故障預(yù)分析和處理等工作。（2）依據(jù)設(shè)備監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，自動(dòng)生成生產(chǎn)計(jì)劃，根據(jù)設(shè)備的不同重要程度，實(shí)現(xiàn)差異化運(yùn)行維護(hù)。（3）整個(gè)運(yùn)維管理期間，能對(duì)人員、材料、儀器、生產(chǎn)流程等要素進(jìn)行控制，避免出現(xiàn)不合格作業(yè)的情況。（4）能對(duì)多種故障進(jìn)行預(yù)分析、預(yù)處理，且可以外接多種終端巡檢設(shè)備，提高了現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的數(shù)字化、智能化程度。

6 結(jié)語(yǔ)

城市軌道交通快速發(fā)展的同時(shí)，運(yùn)維管理工作也要不斷更新，只有保證電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性，才能確保軌道交通正常運(yùn)行。分析可知，傳統(tǒng)的電源系統(tǒng)運(yùn)維管理模式存在一些弊端，文章介紹了綜合性、智能化運(yùn)維管理系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)、構(gòu)建方法、功能模塊。結(jié)合上海軌道交通的運(yùn)維管理成果，表明該管理模式是可行的，能推動(dòng)軌道交通安全可靠運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

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