城市軌道交通系統(tǒng)電力設(shè)備安裝質(zhì)量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)

張紅彬，周剛，商兆濤，夏琴，沈道賢，陳波，肖灑

（ 1.蕪湖市軌道（隧道）交通工程質(zhì)量安全監(jiān)督站，安徽 蕪湖 241005；2.合肥工業(yè)大學(xué) 電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院，安徽 合肥 230009 ）

0 引言

城市軌道交通系統(tǒng)是一種運(yùn)量大、密度高的交通系統(tǒng)，保證其安全性和可靠性的前提是保證系統(tǒng)建設(shè)質(zhì)量。城市軌道交通安裝施工建設(shè)過(guò)程中存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)、預(yù)防風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)而排除風(fēng)險(xiǎn)是質(zhì)量控制與管理研究重要課題。

蕪湖市城市軌道交通1號(hào)線(xiàn)、2號(hào)線(xiàn)一期工程采用跨座式單軌系統(tǒng)及全自動(dòng)無(wú)人駕駛系統(tǒng)，是國(guó)內(nèi)首個(gè)該型式跨座式單軌工程。土建工程完工后，系統(tǒng)安裝工程相繼進(jìn)場(chǎng)施工。系統(tǒng)安裝工程涉及專(zhuān)業(yè)門(mén)類(lèi)多、專(zhuān)業(yè)性極強(qiáng)，尤其是軌道交通變電所的電力設(shè)備，作為最基礎(chǔ)的設(shè)施，其安全、可靠至關(guān)重要[1]。本文結(jié)合跨座式單軌交通工程特點(diǎn)，針對(duì)牽引供電的電力設(shè)備安裝過(guò)程監(jiān)督和質(zhì)量驗(yàn)收實(shí)施方法進(jìn)行研究，有利于從源頭規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)源，降低事故發(fā)生概率。

1 概述

牽引供電的電力設(shè)備質(zhì)量問(wèn)題，直接影響軌道交通的正常運(yùn)行。目前安裝驗(yàn)收主要采用“各負(fù)其責(zé)”模式：軌道變電站（所）電力設(shè)備系統(tǒng)調(diào)試前，組織設(shè)備廠(chǎng)家人員到場(chǎng)，參與設(shè)備試驗(yàn)及調(diào)試工作。設(shè)備試驗(yàn)開(kāi)始前，將試驗(yàn)人員資質(zhì)，試驗(yàn)設(shè)備、儀器校驗(yàn)報(bào)告、試驗(yàn)方案及調(diào)試大綱報(bào)監(jiān)理單位審核批準(zhǔn)，試驗(yàn)過(guò)程嚴(yán)格按照試驗(yàn)方案及驗(yàn)收規(guī)范執(zhí)行。所有試驗(yàn)、調(diào)試項(xiàng)目結(jié)束后，邀請(qǐng)監(jiān)理單位對(duì)所調(diào)試項(xiàng)目進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證合格后出具報(bào)告，報(bào)監(jiān)理單位審批。

電力設(shè)備質(zhì)量檢測(cè)需針對(duì)不同種類(lèi)設(shè)備、不同廠(chǎng)家設(shè)備分別檢測(cè)，調(diào)試發(fā)現(xiàn)問(wèn)題需逐一排查故障，不僅影響整個(gè)交通系統(tǒng)建設(shè)過(guò)程，而且增加成本[2]。隨著技術(shù)更新，常規(guī)安裝質(zhì)量驗(yàn)收方法的高成本、低效率、及時(shí)性不足、需專(zhuān)業(yè)人員操作和設(shè)備成本過(guò)高等問(wèn)題日益凸顯。

本文提出的一種基于電力設(shè)備調(diào)試實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)的閉環(huán)安裝質(zhì)量驗(yàn)收方法。根據(jù)項(xiàng)目要求和技術(shù)條件，基于設(shè)備工作狀態(tài)選擇適用于監(jiān)測(cè)電力設(shè)備輸出信號(hào)傳感器，構(gòu)建可靠性高的無(wú)線(xiàn)信號(hào)傳輸網(wǎng)絡(luò)，建立設(shè)備工作模型，數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)安裝調(diào)試參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及故障判斷。

2 系統(tǒng)功能

軌道交通施工過(guò)程監(jiān)控及質(zhì)量驗(yàn)收是一個(gè)大型分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)，涉及多種配套系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)，各專(zhuān)業(yè)系統(tǒng)是相互關(guān)聯(lián)、協(xié)同作業(yè)的整體。因此，在聯(lián)調(diào)中要研究各個(gè)系統(tǒng)、人員、單位的協(xié)同配合主從式管理體系；在聯(lián)試中設(shè)計(jì)充分的監(jiān)控技術(shù)手段，獲取設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，分析發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并反饋至對(duì)應(yīng)管理層級(jí)，實(shí)現(xiàn)資源共享、互聯(lián)互通，聯(lián)動(dòng)各相關(guān)子系統(tǒng)投入機(jī)電設(shè)備監(jiān)控和管理、防災(zāi)和安全、服務(wù)、預(yù)警和管理等功能，在緊急情況下為決策者提供全面及時(shí)的信息，構(gòu)建系統(tǒng)施工技術(shù)與管理融合的質(zhì)量監(jiān)控閉環(huán)控制策略。

2.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由多部分組成。包括傳感器，用于采集變電站電力設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)電力設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)和主機(jī)之間數(shù)據(jù)傳遞；用于分析、顯示和保存數(shù)據(jù)的主機(jī)；電源供電部分[3]。

按照GB 50490-2009《城市軌道交通技術(shù)規(guī)范》以及國(guó)際電工技術(shù)委員會(huì)（IEC）相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，監(jiān)測(cè)終端安裝在各個(gè)電力設(shè)備旁，如屏柜、底架等，終端內(nèi)含有符合安全要求傳感器、數(shù)據(jù)采集模塊和4G/WIFI網(wǎng)絡(luò)無(wú)線(xiàn)傳輸部分[4]。服務(wù)器和計(jì)算機(jī)主機(jī)位于地面和機(jī)房。組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 電氣設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

具體流程如下：傳感器部分將物理現(xiàn)象、電壓和電流轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可處理的電信號(hào)；數(shù)據(jù)采集部分接收來(lái)自傳感器的輸入信號(hào)，將電信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、預(yù)處理等一系列操作轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)處理數(shù)字信號(hào)；傳輸部分，由基于4G/WIFI模塊和服務(wù)器組成，發(fā)送和接收來(lái)自主機(jī)的數(shù)據(jù)。主機(jī)配置數(shù)據(jù)采集部分通道分析、顯示和保存從傳輸部分接收的數(shù)據(jù)部分。電源部分為系統(tǒng)供電。流程如圖2所示。

圖2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3 監(jiān)控單元設(shè)計(jì)

電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需使用多種傳感器采集電力系統(tǒng)各設(shè)備自身工作狀態(tài)量。設(shè)備安裝質(zhì)量等外部影響將直接影響設(shè)備運(yùn)行效果，故有針對(duì)性地設(shè)計(jì)了便攜式檢測(cè)單元。

3.1 水平傾斜就地檢測(cè)單元

軌道施工設(shè)備安裝中，水平傾斜過(guò)大造成的安全事故較為突出。部分軌道電力設(shè)備為后期安全穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)水平安裝固定精度提出了較高要求。設(shè)計(jì)改進(jìn)了輕巧簡(jiǎn)便抗干擾的傾斜檢測(cè)裝置，應(yīng)對(duì)不同用戶(hù)水平傾斜度的超標(biāo)警示。檢測(cè)單元原理圖如圖3所示。

圖3 便攜式水平傾斜就地檢測(cè)單元

一種傾斜檢測(cè)開(kāi)關(guān)由金屬小球、檢測(cè)方筒和掛線(xiàn)組成，檢測(cè)方筒為塑料材質(zhì)，內(nèi)部鍍錫處理，外部具有絕緣功能，可用于普通平面傾斜檢測(cè)以及帶電危險(xiǎn)平面檢測(cè)。

小球懸垂在檢測(cè)方筒內(nèi)，位于方筒橫截面的中心位置。單片機(jī)、電源、蜂鳴器、藍(lán)牙通信模塊被集成至檢測(cè)方筒上方，裝置于被測(cè)平面。被測(cè)平面水平時(shí)，金屬小球受重力作用，保持豎直狀態(tài)，不與檢測(cè)板內(nèi)錫線(xiàn)接觸，即開(kāi)關(guān)斷開(kāi)狀態(tài)；被測(cè)平面傾斜時(shí)，金屬小球受重力作用，保持豎直狀態(tài)，與傾斜的檢測(cè)板內(nèi)部錫條接觸，即開(kāi)關(guān)閉合狀態(tài)。單片機(jī)IO1口接收高電平，賦予IO2、IO3口高電平，蜂鳴器報(bào)警，藍(lán)牙無(wú)線(xiàn)傳輸模塊發(fā)出警報(bào)信號(hào)至移動(dòng)端手機(jī)。

單片機(jī)加入防抖程序，即IO1口檢測(cè)至高電平信號(hào)，延遲數(shù)秒后對(duì)IO1口電平進(jìn)行判斷，如仍為高電平，即表明檢測(cè)平面傾斜。若為低電平，則表明受外界抖動(dòng)，風(fēng)吹干擾，導(dǎo)致金屬小球誤觸現(xiàn)象。通過(guò)對(duì)單片機(jī)編程，使水平傾斜檢測(cè)裝置具有防抖動(dòng)、防風(fēng)吹的抗干擾功能，有效實(shí)現(xiàn)平面傾斜檢測(cè)以及遠(yuǎn)程監(jiān)控，檢測(cè)裝置具有絕緣功能，適用于用于帶電平面。裝置示意圖如圖4所示。

圖4 傾斜檢測(cè)檢測(cè)開(kāi)關(guān)

3.2 設(shè)備內(nèi)部狀態(tài)檢測(cè)單元

要求盡可能全面、詳細(xì)了解系統(tǒng)內(nèi)微小變化。為此布置多點(diǎn)采樣。配備在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集電氣量數(shù)據(jù)以及溫濕度等非電氣量數(shù)據(jù)，既有結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，也有視頻監(jiān)控等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。

4 遠(yuǎn)程質(zhì)量控制分析系統(tǒng)

軌道供電變電站電力設(shè)備種類(lèi)繁多、數(shù)量較大，這些設(shè)備在電能傳輸過(guò)程中起關(guān)鍵作用，其運(yùn)行的可靠性與穩(wěn)定性直接關(guān)系到變電站系統(tǒng)運(yùn)行，設(shè)備狀態(tài)分析研究是研究熱點(diǎn)。設(shè)計(jì)采用專(zhuān)用傳感器，驗(yàn)收調(diào)試前后采集變電站設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)信息。

設(shè)計(jì)完成了從分離式帶電測(cè)試向系統(tǒng)聯(lián)調(diào)數(shù)字化設(shè)備監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)換，獲得大量設(shè)備靜態(tài)信息和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。從反映設(shè)備參數(shù)信息及運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備動(dòng)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)的建模和質(zhì)量判斷。遠(yuǎn)程質(zhì)量控制分析系統(tǒng)如圖5所示。

圖5 變電站遠(yuǎn)程質(zhì)量控制分析系統(tǒng)

5 結(jié)語(yǔ)

本文面向于跨座式單軌道設(shè)計(jì)一種便攜式電力設(shè)備安裝質(zhì)量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。檢測(cè)軌道交通變電所電力設(shè)備安裝的實(shí)時(shí)狀態(tài)，監(jiān)控安裝質(zhì)量，在設(shè)備調(diào)試運(yùn)行中實(shí)現(xiàn)部分運(yùn)行參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為軌道交通電力設(shè)備的安全質(zhì)量監(jiān)控提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

當(dāng)前電力設(shè)備質(zhì)量評(píng)估數(shù)據(jù)主要覆蓋設(shè)備靜態(tài)信息和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，僅反映設(shè)備參數(shù)信息及調(diào)試運(yùn)行數(shù)據(jù)，設(shè)備故障、維護(hù)等工作還需大量依靠人的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，可見(jiàn)傳統(tǒng)的檢測(cè)流程和分析方法難以滿(mǎn)足高效建設(shè)的要求。本文提出在蕪湖市軌道交通主變電站電氣設(shè)備安裝工程質(zhì)量驗(yàn)收中，對(duì)設(shè)備動(dòng)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)的建模和管理，對(duì)設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行仿真模擬，通過(guò)理論計(jì)算和實(shí)測(cè)信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，走智能化的方向，推動(dòng)設(shè)備狀態(tài)感知技術(shù)與傳統(tǒng)質(zhì)量驗(yàn)收工作的整合，加快智能運(yùn)檢體系建設(shè)。