鐵路無人值班變配電所智能巡檢系統(tǒng)的探討

王 志 文

(中國鐵建電氣化局集團第五工程有限公司，四川 成都 610091)

0 引言

鐵路無人值班變配電所一般配置在鐵路站區(qū)或地區(qū)大中型建筑物構(gòu)筑物中，提供電能，安全不間斷地向建構(gòu)筑物中通信、信息、消防、調(diào)度、站段等生產(chǎn)辦公負荷供電。無人值班變配電所遇有突發(fā)情況諸如著火或爆炸或突然中斷供電不能及時處置，將會造成不可預(yù)見的后果，將直接影響正常的生產(chǎn)生活秩序。研發(fā)智能巡檢系統(tǒng)，以智能設(shè)備代替人工，能夠遠程在線實時規(guī)范地巡視檢變配電所運行和環(huán)境情況，能夠提高巡檢質(zhì)量，能夠及時發(fā)現(xiàn)異常立即報警，用智能設(shè)備保安全、保運行。

1 背景及目標(biāo)

1.1 鐵路無人值班變配電所巡檢存在的問題

由于歷史原因，不同時期依據(jù)當(dāng)時技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和需求將10 kV或35 kV變配電所建設(shè)為無人值班模式，且位置多為地下或偏遠處所，布點多，未配套遠動系統(tǒng)。按照鐵路相關(guān)規(guī)定，無人值班變配電所每半月巡檢一次，為此巡檢存在以下問題：

1)巡檢周期長。遇有著火、爆炸、一路電源停電或兩路電源同時停電中斷供電等突發(fā)情況，維管人員不能實時掌握現(xiàn)場信息，不能快速處置；

2)巡檢不到位，巡檢質(zhì)量不高。不同時期變配電所高低壓裝備技術(shù)不同，巡檢人員配置技術(shù)高低不一，即使到場，也不可能發(fā)現(xiàn)全部的設(shè)備隱患和安全問題；

3)巡檢記錄不全、歷史資料溯源難，安全問題處置跟蹤不及時。

1.2 意義

1.2.1實現(xiàn)無人值班變配電所巡檢智能化

智能巡檢系統(tǒng)集成最新的機電一體化和信息化技術(shù)，采用自主或遙控方式，部分替代人對配電所進行聲音、紅外、可見光、局放、運行環(huán)境等高低壓柜要素檢測。對巡檢數(shù)據(jù)進行對比和趨勢分析，能夠及時發(fā)現(xiàn)高低壓開關(guān)柜運行的安全隱患和故障先兆，將巡檢記錄和信息實時在線回傳至監(jiān)控終端，及時向監(jiān)控后臺發(fā)出預(yù)警報警，以提升變配電所全方位智能化監(jiān)控水平；制定全巡策略。智能巡檢機器人通過沿著預(yù)設(shè)的軌道自主進行開關(guān)柜巡視檢查檢測，通過所內(nèi)站控后臺或主站系統(tǒng)對機器人進行任務(wù)配置并建立例巡、特巡等巡檢模式，遇有故障發(fā)生可跟蹤巡檢，針對帶載特殊負荷的開關(guān)柜，可執(zhí)行特殊的全巡檢策略；實現(xiàn)普查和有針對性的定查，促進運維人員更好地掌握設(shè)備健康水平，針對性地制定檢修策略。同時在系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置了報警功能，自動產(chǎn)生報警信息，運維人員可在主站平臺實時查閱運行信息，以保障設(shè)備運行的可靠性和安全性；涵蓋巡檢功能。本系統(tǒng)可以替代人工完成巡檢、探測、監(jiān)控、故障診斷、預(yù)警報警等多種功能，對鐵路無人值班配電所內(nèi)設(shè)備進行全天候監(jiān)控，大大提高實時在線巡檢質(zhì)量，降低配電所突發(fā)情況下的安全風(fēng)險，降低人力成本。

1.2.2運行工況實時監(jiān)測

通過實時在線巡視監(jiān)測，可獲取以下運行工況信息，視頻監(jiān)控；無線通信檢測；柜內(nèi)電纜終端溫度檢測；不間斷電源供電；開關(guān)分合狀態(tài)；指針式儀表指針指示；數(shù)字式儀表數(shù)顯；局放檢測；分合閘和儲能工作指示燈亮暗；顏色類儀表數(shù)據(jù)分析；所內(nèi)溫度、濕度、地溝水浸、煙霧濃度等環(huán)境監(jiān)測；智能報警等，以滿足變配電所正常運行的條件。

1.3 基本內(nèi)容

1.3.1檢測傳感技術(shù)

變配電所采用視覺反饋技術(shù)可以實現(xiàn)非接觸測量，尤其是電力高低壓環(huán)境，對于觀測者與被觀測者都不會產(chǎn)生任何不安全因素，從而提高系統(tǒng)的安全性和可靠性，對設(shè)備的柔性化裝配應(yīng)用提供了更大的可能性。

1.3.2模式識別技術(shù)

在變配電所視覺傳感器采集到的照片、圖像等信息，通過模式識別分析出具體儀器儀表數(shù)值、開關(guān)狀態(tài)、指示燈亮暗等可量化的信息，通過門限值等參量判斷設(shè)備工作狀態(tài)，結(jié)合運行方案，進行常態(tài)與非常態(tài)識別。

1.3.3可視化信息控制技術(shù)

在變配電所實現(xiàn)通過數(shù)據(jù)鏈的采集、輸送和分析，將人工智能化管理所需的各項指標(biāo)、設(shè)備狀態(tài)和分析結(jié)果實時遠程集中呈現(xiàn)在設(shè)備管理者眼前，為運維人員提供了一套直觀的管理界面。

1.3.4智能報警技術(shù)

變配電所內(nèi)溫濕度、煙霧、開門、開關(guān)變位、局部放電、紅外測溫、無線測溫、電源停電、電量異常、機器人本體異常等采集量超過設(shè)定限值或有持續(xù)惡化的趨勢，在向遠程終端發(fā)出告警的同時，向維管人員手機發(fā)出報警短信提示。

1.3.5多傳感器融合技術(shù)

在變配電所將分布在不同位置的多個同類或不同類傳感器所提供的局部數(shù)據(jù)資源加以綜合，采用計算機技術(shù)對其進行分析，消除多傳感器信息之間可能存在的冗余和矛盾，加以互補，降低其不確定性，獲得被測對象的一致性解釋與描述，從而提高系統(tǒng)決策、規(guī)劃、反應(yīng)的快速性和正確性，使系統(tǒng)獲得更充分更精準(zhǔn)的信息。

1.3.6軟件開發(fā)應(yīng)用技術(shù)

智能巡檢系統(tǒng)主控系統(tǒng)采用的是Linux系統(tǒng)，以QT為開發(fā)平臺，集成web server對機器人的各個軸的直接移動控制，機器人服務(wù)站采用Nodejs模塊轉(zhuǎn)發(fā)對機器人進行控制，以PHP Server模塊進行處理，Nodejs和PHP共享MySql數(shù)據(jù)庫，對機器人的各個巡檢任務(wù)進行控制，并以此為橋梁連接機器人、監(jiān)控后臺和監(jiān)控主站，主站系統(tǒng)裝備服務(wù)站的客戶端進行監(jiān)控和各個任務(wù)的編制。

2 總體架構(gòu)

2.1 基本原則

一是安裝條件要求低。智能巡檢系統(tǒng)只需單相220 V電源即可安裝，用滑觸線安裝的導(dǎo)軌供電可以給巡檢系統(tǒng)全天供電；二是布線要求少，不改變既有設(shè)備，無任何高低壓電電氣接觸或雖有接觸但采用無線通信，保障高低壓信息傳導(dǎo)的安全性；三是功能要求按需選配。巡檢系統(tǒng)需搭載多組高性能監(jiān)測儀器對配電所內(nèi)設(shè)備進行全天候監(jiān)控，可以按照現(xiàn)場環(huán)境和本身需求選配客戶需要的功能，包括部分硬件，如UPS、硬盤錄像機等可與固定式監(jiān)控共用；可靠性要求高。巡檢系統(tǒng)本身兼容多種渠道與遠程端通信，可加密通訊并有嚴(yán)格的身份認(rèn)證措施，對于非核心敏感的數(shù)據(jù)安全性可以信賴；四是后臺操作要求簡易。巡檢系統(tǒng)分為特巡、例巡、定巡、跟蹤巡、手動定置等，能實現(xiàn)一鍵式智能巡檢，鼠標(biāo)操作，簡單明了。

2.2 架構(gòu)組成和軟硬件配置方案

1)架構(gòu)組成。

系統(tǒng)由機器人巡檢系統(tǒng)、站控系統(tǒng)、主站后臺和無線通信系統(tǒng)四部分構(gòu)成。機器人巡檢系統(tǒng)用于執(zhí)行設(shè)定任務(wù)，監(jiān)測設(shè)備狀態(tài)并反饋配電所設(shè)備及環(huán)境信息；站控系統(tǒng)用于儲存信息，集中監(jiān)控，并將信息進行通訊與執(zhí)行反饋；主站后臺集中監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)并及時傳達，建立無線通訊網(wǎng)絡(luò)。

2)軟件配置方案。

軟件配置方案由數(shù)據(jù)采集、運動控制、數(shù)據(jù)分析、網(wǎng)絡(luò)傳輸和后臺管理軟件五大系統(tǒng)組成。硬件配置方案。硬件配置由運動控制、供電、機器人儀器艙+多組傳感器及數(shù)據(jù)采集、通信等5個系統(tǒng)組成。

2.3 重點模塊化構(gòu)思

智能巡檢系統(tǒng)中機器人艙體、站控系統(tǒng)和主站后臺、巡檢任務(wù)調(diào)度及控制模塊、巡查信息反饋模塊、健康評價體系、后臺應(yīng)用管理軟件包括任務(wù)層、系統(tǒng)層和應(yīng)用層；監(jiān)測點管理、監(jiān)測數(shù)據(jù)展示、監(jiān)測指標(biāo)管理和隱患預(yù)測、監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計報告、供電系統(tǒng)包括巡檢機器人及站控平臺分為三種供電模式：1)所內(nèi)供電+不間斷電源；2)滑觸線供電；3)無源CT取電；運動定位系統(tǒng)，結(jié)合激光定位技術(shù)和激光條碼定位技術(shù)，實現(xiàn)巡檢機器人在所內(nèi)水平垂直軸的精準(zhǔn)定位等作為重點進行探討。

2.4 預(yù)期目標(biāo)

硬件部分：包括巡檢機器人艙體及運行軌道、附在設(shè)備上的無線傳感器、站控系統(tǒng)、主站后臺、無線通信系統(tǒng)、不間斷電源各一套。

軟件部分：系統(tǒng)應(yīng)具備可視化管理界面，系統(tǒng)數(shù)據(jù)支持文本、圖標(biāo)、電網(wǎng)圖形可視化等多種方式展現(xiàn)，并支持在變配電所可視圖形下的遠程操控。遠程后臺通過內(nèi)網(wǎng)收取本地監(jiān)控后臺的匯總數(shù)據(jù)及報警信息。系統(tǒng)應(yīng)實現(xiàn)與生產(chǎn)管理、保電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享和業(yè)務(wù)互動。系統(tǒng)獲取例巡、定巡、特巡、跟蹤巡任務(wù)，并根據(jù)計劃時間或指令執(zhí)行巡檢任務(wù)，回傳數(shù)據(jù)，自動完成巡檢作業(yè)單。系統(tǒng)應(yīng)具備變配電所數(shù)據(jù)綜合分析能力，建立系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)與生產(chǎn)管理、在線監(jiān)測智能化、用電采集的運行、測量數(shù)據(jù)聯(lián)動的分析模型，評估設(shè)備的健康水平和整體運行水平，作為狀態(tài)檢修、保電預(yù)案等業(yè)務(wù)的分析數(shù)據(jù)源。遠程后臺可展示巡檢設(shè)備及巡檢結(jié)果，每臺設(shè)備巡檢結(jié)果的多張照片要統(tǒng)一歸集于每臺設(shè)備目錄下，并自動生成巡檢單、試驗單。

3 結(jié)語

自2017年10月在太原南站10 kV北配電所搭建了智能巡檢系統(tǒng)后，改變了配電所的巡檢方式，實現(xiàn)了坐在監(jiān)控中心就可掌握該配電所內(nèi)的設(shè)備情況，實現(xiàn)了配電所實時在線遠程監(jiān)測的可視化管理。經(jīng)過安裝調(diào)試，根據(jù)監(jiān)控需要，通過任務(wù)參數(shù)的設(shè)置和巡檢任務(wù)定制，對智能巡檢系統(tǒng)的性能和功能進行了全方位全過程的現(xiàn)場測定顯示，現(xiàn)場巡檢機器人走行自如、在XYZ軸上精準(zhǔn)對位；分別在站控系統(tǒng)和監(jiān)控中心點擊鼠標(biāo)，各個界面不斷刷新，文字、數(shù)字、畫面一一與現(xiàn)場設(shè)備運行信息相匹配；人為設(shè)置拉合開關(guān)、施放煙霧、開門、制造異音、機器人斷電、室溫變化等突發(fā)情況，巡檢系統(tǒng)均顯示電源中斷供電、著火、爆炸、巡檢系統(tǒng)異常等報警信息。對開關(guān)柜的全方位的立體巡檢，高效準(zhǔn)確的記錄了設(shè)備的運行工況，替代了運維人員前往配電所的巡檢工作，保證了巡檢質(zhì)量，實現(xiàn)了無人值班變配電所遠程在線可視化管理，確保了隱患排查和運行監(jiān)測依據(jù)的真實度，為保障變配電所安全可靠不間斷供電提供了堅實的技術(shù)支撐。