數(shù)碼通信設(shè)備在牽引供電檢修中的應(yīng)用

李佳樂

（山東黃金電力有限公司，山東 萊州 261400）

0 引 言

隨著高鐵技術(shù)的不斷發(fā)展，目前全國鐵路通車里程數(shù)正呈現(xiàn)逐年增長的趨勢[1-3]。牽引供電主要為拖動車輛提供電能，其電能輸入為地方電網(wǎng)220 kV高壓電源，借助變電所的變壓操作將其降低到合適值，然后將變壓之后的電壓傳輸至機車，為機車供電[4-8]。牽引供電系統(tǒng)目前是地方鐵路和電網(wǎng)管理過程中最為重視的供電環(huán)節(jié)，其檢修相對比較復(fù)雜，涉及到的干擾因素很多。基于此，為了保障機車車輛在運行過程中能夠有穩(wěn)定的電能輸入，對機車車輛運行過程中的牽引供電檢修技術(shù)開展研究十分有必要。

隨著電子技術(shù)和信息技術(shù)的不斷發(fā)展，近年來各類智能化和數(shù)字化產(chǎn)品不斷出現(xiàn)，為鐵路牽引供電的檢修提供了便利，提升了檢修效率，降低了檢修成本。但是在鐵路牽引供電發(fā)展過程中仍然存在許多問題，對這些問題開展研究有利于提升產(chǎn)品的智能化水平，保障其更好地服務(wù)于日常產(chǎn)品檢修作業(yè)，降低人員的勞動成本和工作量[9-12]。通過對數(shù)碼通信產(chǎn)品牽引供電檢修技術(shù)開展研究，提升檢修業(yè)務(wù)的自動化和信息化水平，提升檢修效率，規(guī)避檢修過程中出現(xiàn)的各類不可控因素，保障鐵路機車車輛的安全穩(wěn)定運行。

1 常見問題分析

1.1 工作效率低下

工作效率低下是牽引供電檢修過程中最主要的問題之一[13,14]。針對不同的地區(qū)，其供電設(shè)備也存在不同的損壞情況。一旦設(shè)備損壞，需要工作人員開展現(xiàn)場維修作業(yè)，甚至開展返廠檢修作業(yè)。但是在具體檢修作業(yè)執(zhí)行過程中，消耗的時間較長，作業(yè)效率低下。以2018年為例，國內(nèi)某大型城市出現(xiàn)了大批量的設(shè)備損壞現(xiàn)象，具體原因為設(shè)備操作不當，且備用設(shè)備也存在大量損壞現(xiàn)象。針對檢修設(shè)備的作業(yè)一般大于12 h，會導(dǎo)致供電線路在內(nèi)的交通設(shè)備短時間內(nèi)無法恢復(fù)。

1.2 干擾因素相對較多

供電活動涉及到的檢修因素較多，不可控因素會使檢修作業(yè)無法正常開展。為了減輕公共交通壓力，軌道交通設(shè)備的應(yīng)用頻次會顯著提升。一旦發(fā)生損壞，則會對城市交通造成很大程度的影響，檢修人員無法很快到達設(shè)備損壞現(xiàn)場，關(guān)鍵設(shè)備無法得到及時修復(fù)。此外，個別非可控因素會使牽引供電設(shè)備出現(xiàn)故障，增加了具體處理的難度。

1.3 牽引供電系統(tǒng)的安全問題

牽引供電系統(tǒng)的主要原理如圖1所示。

圖1 牽引供電系統(tǒng)的工作原理

安全問題是牽引系統(tǒng)中最重要的問題。在設(shè)備開展更新?lián)Q代的過程中，會出現(xiàn)檢修時間和具體的作業(yè)時間相互沖突的問題，同時檢修天窗的數(shù)量也會有不足的情況，這會對檢修工作的基本效率造成不同程度的影響。此外，設(shè)備絕緣性較差、出現(xiàn)線路短路等問題，會導(dǎo)致其供電電壓不足壓。在具體的檢修作業(yè)過程中，即使工作人員穿戴了相關(guān)的絕緣衣服，也仍會存在電擊受傷的風險（高壓電壓一般在20 kV以上，超過人體能夠承受的最大電壓）。在電車和列車的日常運行過程中，無法對其開展檢修作業(yè)。為了保障作業(yè)工作的順利安全進行，避免故障問題的進一步發(fā)展，需要對列車進行停運，這也給交通工作帶來了很大的影響。

2 數(shù)碼通信設(shè)備的價值

數(shù)碼通信設(shè)備的優(yōu)勢在于能夠?qū)崟r獲取到具體的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，第一時間為用戶提供數(shù)據(jù)資料，很大程度上提升了牽引供電系統(tǒng)的工作效率和安全級別。當牽引供電系統(tǒng)中出現(xiàn)欠壓問題時，工作人員能夠借助數(shù)碼設(shè)備第一時間了解具體情況并和檢修人員制定檢修方案。與此同時，使用數(shù)碼設(shè)備的數(shù)據(jù)收集功能對相關(guān)信息進行快速匯總并自動上報，為供電人員的日常檢修作業(yè)提供依據(jù)。供電牽引設(shè)備的故障原因一般都比較明確，數(shù)碼設(shè)備所提供的實時數(shù)據(jù)可以為檢修作業(yè)的開展和原因的判斷提供有效的支持，幫助檢修人員高效開展應(yīng)急操作。常見的應(yīng)急作業(yè)方式包括切斷電源、列車暫停運行等，基于以上操作能夠最大程度提升作業(yè)效率和安全水平。

根據(jù)對現(xiàn)有數(shù)據(jù)的分析可知，供電檢修活動會對周圍的電子設(shè)備通信造成很大程度的影響。采用數(shù)碼通信產(chǎn)品以后，可以為維修人員進行指導(dǎo)，同時能夠使得檢修人員第一時間對牽引供電設(shè)備的異常情況進行識別。即便異常情況還沒有發(fā)生，也可以提前采用預(yù)警功能切斷電路裝置，從而將用電干擾造成的影響降到最低。此外，數(shù)碼通信產(chǎn)品還能對產(chǎn)品的實時參數(shù)進行可視化展示，幫助檢修人員了解相關(guān)問題，在檢修過程中提升檢修效率。

3 具體應(yīng)用

3.1 參數(shù)收集

數(shù)據(jù)分析的前提是得到牽引供電系統(tǒng)在運行過程中的所有參數(shù)，參數(shù)種類是否齊全、設(shè)備參數(shù)是否完善決定了數(shù)據(jù)的利用程度。在數(shù)碼通信產(chǎn)品檢修過程中，對參數(shù)的采集通常放在第一位。建立軟件控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)采集的軟件支撐。與此同時，建立基于物理連接方式的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，配置傳感器和其他通信設(shè)備，為數(shù)據(jù)采集提供硬件系統(tǒng)支撐。

數(shù)碼設(shè)備的最主要優(yōu)勢是實現(xiàn)產(chǎn)品參數(shù)的實時收集，在牽引系統(tǒng)檢修過程中，應(yīng)該對參數(shù)的實時收集高度重視。供電系統(tǒng)的主要工作參數(shù)相對固定，例如其基本的工作電壓為20～30 kV，對應(yīng)的溫度和電壓值存在一定的非線性關(guān)系。

3.2 數(shù)據(jù)積累

數(shù)據(jù)采集完成后，便要開始對數(shù)據(jù)存儲和積累。目前，數(shù)據(jù)的分析和存儲均是基于大數(shù)據(jù)平臺進行的。在大數(shù)據(jù)平臺中，對數(shù)據(jù)建立嚴格的分類和分級管理機制，例如在數(shù)據(jù)存儲過程中將數(shù)據(jù)的存儲層級分為操作型數(shù)據(jù)存儲（Operational Data Store，ODS）、數(shù)據(jù)倉庫（Data Warehouse Details，DWD）以及數(shù)據(jù)中間層（Data Warehouse Middle，DWM）等，每個層級分別負責數(shù)據(jù)的采集、抽取以及模型搭建等。在數(shù)據(jù)實時收集的過程中，掌握牽引供電設(shè)備具體工作過程中的變化規(guī)律，從而為設(shè)備的預(yù)防性維修和預(yù)測性維修提供數(shù)據(jù)支撐。采用數(shù)碼通信設(shè)備所提供的各類數(shù)據(jù)參數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的分析和挖掘，提供各類應(yīng)急處理措施。在每天的早間和晚間會出現(xiàn)欠壓或者電壓不穩(wěn)定的問題，可以對供電作業(yè)進行優(yōu)化，在早、晚高峰期提升輸電的總電量，從而保持電壓的穩(wěn)定。在眾多數(shù)碼通信產(chǎn)品中，機載預(yù)測與健康管理（Prognostics and Health Management，PHM）是應(yīng)用較為廣泛的產(chǎn)品之一，其技術(shù)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 機載PHM技術(shù)架構(gòu)

除此之外，數(shù)據(jù)的積累還包括對故障數(shù)據(jù)的長期積累。在眾多產(chǎn)品投入使用后，對供電設(shè)備的日常故障進行詳細記錄，例如每次故障發(fā)生的具體事件、具體現(xiàn)象、故障維修需要的時間、維修人員以及維修措施等。

3.3 信息快速交互

數(shù)據(jù)存儲和分析的最終目的是實現(xiàn)數(shù)據(jù)應(yīng)用，而數(shù)據(jù)應(yīng)用最主要的方式為信息快速交互，如何將即將發(fā)生或者已經(jīng)發(fā)生的事件快速發(fā)送給相關(guān)的客戶及其他人員是建立牽引供電檢修系統(tǒng)的重要目的。在牽引供電系統(tǒng)的運營過程中，利用數(shù)碼通信產(chǎn)品可以實現(xiàn)信息的快速交互。借助有線設(shè)備牽引供電電源，之后再通過無線模式發(fā)送信號，所有牽引供電設(shè)備的檢修人員和工作人員均可以獲取對應(yīng)信息，了解當前牽引供電設(shè)備的工作情況。如果設(shè)備存在問題，獲取各類信息的工作人員也能在第一時間進行處理，提升工作效率。

4 結(jié) 論

隨著人工智能和計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，將其融合運用于工業(yè)化裝備，在提升裝備智能化水平的同時，也提升了智能化產(chǎn)品的作業(yè)效率。對牽引供電檢修作業(yè)過程中數(shù)碼通信產(chǎn)品的應(yīng)用開展研究，能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的實時采集和對裝備異常的快速定位。從智能化角度來看，數(shù)碼通信設(shè)備的最大優(yōu)勢在于能夠從預(yù)測和預(yù)警的角度為維修人員提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐，為檢修人員的日常預(yù)測和預(yù)防性維修提供第一手數(shù)據(jù)資料，提升檢修效率。