既有鐵路牽引變電所輔助監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

田子昭

中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 北京 102600

目前，我國既有鐵路沿線牽引變電所多為有人值守模式，由此帶來的人力物力消耗較多，且由于在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，牽引所所址一般選在交通設(shè)施不發(fā)達(dá)地區(qū)及非農(nóng)田地區(qū)[1-2]，值守人員生活便利性欠佳。如何實(shí)現(xiàn)牽引所無人值守成為當(dāng)前主流，鐵路現(xiàn)行文件規(guī)定要求新建、既有牽引所應(yīng)設(shè)置輔助監(jiān)控系統(tǒng)。變電所無人值守是實(shí)現(xiàn)國鐵集團(tuán)牽引供電節(jié)支降耗、改革創(chuàng)新的重要要求，是鐵路向智能化發(fā)展的必要趨勢(shì)[3]。

本文以鐵路現(xiàn)行規(guī)定《牽引變電所實(shí)施無人值班值守工作的指導(dǎo)意見》為基點(diǎn)，執(zhí)行鐵路現(xiàn)有規(guī)范，設(shè)計(jì)廟梁牽引變電所無人值守系統(tǒng)。

廟梁牽引所目前采用有人值守的運(yùn)維模式。為提高供電可靠性，快速有效發(fā)現(xiàn)供電設(shè)備的缺陷，防止供電故障，變電所的傳統(tǒng)人工巡視及值守方式逐漸不能滿足需求。因此急需在后續(xù)運(yùn)維中設(shè)置無人值守輔助監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)應(yīng)用紅外在線測(cè)溫、高清視頻、防破壞環(huán)境異常告警等技術(shù)手段保障供電的安全與穩(wěn)定，對(duì)重要設(shè)備和運(yùn)行環(huán)境等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程監(jiān)控、智能巡檢，從而實(shí)現(xiàn)由傳統(tǒng)的人工巡視向智能巡視、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)監(jiān)控的發(fā)展趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)變電所的無人值守化運(yùn)行[4]。無人值守既可以保障牽引供電安全與穩(wěn)定，又有效提升了變電所運(yùn)維效率，同時(shí)降低人員管理及設(shè)備維護(hù)成本。

廟梁牽引所現(xiàn)階段技術(shù)設(shè)備情況為高壓側(cè)電力設(shè)備，其均為全戶外布置方式，所內(nèi)27.5kV設(shè)備均為戶內(nèi)網(wǎng)柵布置方式。生產(chǎn)生活房屋設(shè)有控制室、值守室、材料室、檢修室等；所內(nèi)設(shè)有安全監(jiān)控系統(tǒng)，相關(guān)信息通過綜合自動(dòng)化系統(tǒng)上傳調(diào)度；室外電壓互感器、所用變壓器均配置手動(dòng)隔離開關(guān)。室內(nèi)鋁扣板吊頂老化，破損脫落。變電所外墻面保溫巖棉材料破損脫落嚴(yán)重，以上房屋問題存在較大安全隱患，已不滿足無人化的標(biāo)準(zhǔn)和要求。

1 廟梁牽引所輔助監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)行鐵路規(guī)范文件，輔助監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)全所視頻監(jiān)視、環(huán)境信息監(jiān)測(cè)、安全防范、火災(zāi)報(bào)警、動(dòng)力照明控制、設(shè)備巡檢等功能，同時(shí)支持采集接入、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、告警處理、傳輸通信、聯(lián)動(dòng)和監(jiān)控等功能。同時(shí)應(yīng)能與其他系統(tǒng)進(jìn)行交互，縱向上與供電調(diào)度系統(tǒng)、上級(jí)視頻管理系統(tǒng)等信息交互，橫向上應(yīng)能與所內(nèi)保護(hù)測(cè)控系統(tǒng)進(jìn)行信息交互。

依據(jù)廟梁牽引所現(xiàn)階段技術(shù)設(shè)備條件，本次鐵路牽引變電所輔助監(jiān)控系統(tǒng)由軟件系統(tǒng)和硬件設(shè)備組成，設(shè)計(jì)輔助監(jiān)控系統(tǒng)子站包含視頻監(jiān)控及巡檢子系統(tǒng)、安全防范及門禁子系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)、動(dòng)力照明控制子系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警檢測(cè)子系統(tǒng)以及其他配套工程。主站按納入既有呼和浩特鐵路局輔助監(jiān)控主站和呼和浩特供電段輔助監(jiān)控主站設(shè)計(jì)。

通信通道方面，輔助監(jiān)控子站至局級(jí)調(diào)度所輔助監(jiān)控主站設(shè)輔助監(jiān)控專用通道需2路專用通道，帶寬要求為輔助監(jiān)控子站至車站20M，車站至主站100M；輔助監(jiān)控子站至供電段輔助監(jiān)控主站設(shè)輔助監(jiān)控專用通道需2路專用通道：帶寬子站至車站20M，車站至主站100M；供電段輔助監(jiān)控主站至檢修車間設(shè)輔助監(jiān)控復(fù)示通道需2路專用通道，帶寬要求20M/路。通道采用以太總線方式，接口采用FE接口。系統(tǒng)構(gòu)成設(shè)計(jì)內(nèi)容如圖1所示。

圖1 廟梁輔助監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成圖

系統(tǒng)攝像機(jī)由中心集中環(huán)形供電，按不同區(qū)域設(shè)置配電箱，電源箱內(nèi)配置開關(guān)電源，變壓后采用DC12V/24V為攝像機(jī)進(jìn)行供電。攝像機(jī)的供電距離必須滿足供電壓降不大于2V。在系統(tǒng)整體傳輸過程為保證畫面質(zhì)量，編解碼設(shè)備均采用1080P分辨率，解碼設(shè)備支持1080P高清分辨率，視頻保存時(shí)間不低于30天。

所內(nèi)一次設(shè)備和輔助監(jiān)控設(shè)備均可以和視頻監(jiān)控及巡檢子系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，事故發(fā)生時(shí)能夠及時(shí)切換攝像機(jī)，顯示到設(shè)備位置查看，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)設(shè)備遠(yuǎn)程操作。

2 鐵路輔助監(jiān)控系統(tǒng)子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 視頻監(jiān)控及巡檢子系統(tǒng)

視頻監(jiān)控及巡檢子系統(tǒng)具有視頻顯示、圖像存儲(chǔ)與回放、視頻控制、視頻巡檢、圖像識(shí)別、紅外成像監(jiān)測(cè)等功能。對(duì)室外設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)多維度監(jiān)視，能夠準(zhǔn)確監(jiān)視主變的油位、斷路器面板的分合指示燈、避雷器的計(jì)數(shù)器等內(nèi)容。

針對(duì)室外設(shè)計(jì)，全景攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)牽引所整體的視頻采取，一般在牽引所對(duì)角線位置兩側(cè)設(shè)置2臺(tái)，云臺(tái)攝像機(jī)則采取數(shù)據(jù)的范圍為所內(nèi)變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、熔斷器等電力一次設(shè)備等，紅外成像儀放置在進(jìn)線高壓側(cè)、饋線側(cè)及斷路器處，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備及運(yùn)行溫度。球形攝像機(jī)為輔助監(jiān)控系統(tǒng)主攝像機(jī)，一般放置在牽引所各個(gè)電力一次、二次設(shè)備處，進(jìn)行牽引所整體性監(jiān)控，槍機(jī)攝像機(jī)放置在牽引所所址四周，共計(jì)4臺(tái)。

針對(duì)室內(nèi)設(shè)計(jì)，在主控室放置一定數(shù)量的球形攝像機(jī)，設(shè)計(jì)放置臺(tái)數(shù)宜監(jiān)測(cè)到每一面屏幕，在27.5kV高壓室配置球形攝像機(jī)、紅外成像儀及微距攝像頭，其作用分別為監(jiān)測(cè)室內(nèi)高壓室溫度及設(shè)備運(yùn)行情況，球形攝像機(jī)如圖2、圖3所示。

圖2 主控室視頻監(jiān)控及巡檢系統(tǒng)示意圖

圖3 高壓室視頻監(jiān)控及巡檢系統(tǒng)示意圖

2.2 安防及門禁子系統(tǒng)

安防及門禁子系統(tǒng)包含電子圍欄、門禁、紅外雙鑒、紅外對(duì)射、碎窗等內(nèi)容，能夠?qū)ψ冸娝M(jìn)行安全防范，當(dāng)存在非法入侵時(shí)能夠進(jìn)行報(bào)警并關(guān)聯(lián)視頻進(jìn)行確認(rèn)。所內(nèi)場(chǎng)地大門和主控室門設(shè)置門禁系統(tǒng)進(jìn)行管理，具備人臉識(shí)別、電磁鎖、出門按鈕等功能。所有人員進(jìn)入主控樓對(duì)身份核實(shí)放行，采用智能刷卡的模式，并與視頻監(jiān)控聯(lián)動(dòng)抓圖。

系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)型門禁控制器，通過局域網(wǎng)連接到管理機(jī)，室外圍墻設(shè)置紅外對(duì)射裝置。安防及門禁子系統(tǒng)利用各種探測(cè)和傳感技術(shù)，針對(duì)變電所所址周圍實(shí)現(xiàn)預(yù)警作用。對(duì)圍墻、大門、窗戶進(jìn)行監(jiān)視和入侵探測(cè)，對(duì)非法侵入進(jìn)行提示警告，以保障變電所場(chǎng)地及周邊環(huán)境的安全。實(shí)時(shí)展示安防設(shè)備的工作狀態(tài)、告警狀態(tài)，可對(duì)安防設(shè)備進(jìn)行布防和撤防。門禁支持遠(yuǎn)方控制及音頻、視頻對(duì)話、權(quán)限設(shè)定等功能，并應(yīng)能從內(nèi)部手動(dòng)解鎖；門禁系統(tǒng)支持應(yīng)急情況下的解鎖功能。

2.3 環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)

環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)能對(duì)站內(nèi)的溫度、濕度、風(fēng)力、水浸濃度、雨雪量等環(huán)境信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、處理和上傳，采集周期小于5秒，實(shí)時(shí)監(jiān)視變電所內(nèi)環(huán)境情況。環(huán)境監(jiān)控主要以各類探測(cè)器為主，設(shè)置溫濕探測(cè)器、碎窗探測(cè)器、水浸探測(cè)器。

溫濕探測(cè)器和水浸探測(cè)器一般放置在室內(nèi)、室外電纜槽處，碎窗探測(cè)器放置在室內(nèi)窗內(nèi)側(cè)處，當(dāng)滿足觸發(fā)條件時(shí)及時(shí)進(jìn)行反饋。

2.4 動(dòng)力照明及火災(zāi)控制子系統(tǒng)

動(dòng)力照明控制子系統(tǒng)中，燈光、水泵、空調(diào)、風(fēng)機(jī)控制器通過控制電纜接入監(jiān)控主機(jī)。燈光控制可分組實(shí)現(xiàn)控制功能，其他設(shè)備控制宜設(shè)置一對(duì)一控制。

火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包含煙感、溫感等內(nèi)容，設(shè)置感溫、感煙探測(cè)器，監(jiān)視變電所內(nèi)火災(zāi)情況。本系統(tǒng)與既有火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)具備通信功能，可以上傳火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警信號(hào)至調(diào)度所，火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)信息通過485線納入輔助監(jiān)控系統(tǒng)。火災(zāi)探測(cè)區(qū)域按獨(dú)立房間劃分，有高壓室、控制室、通信機(jī)械室等場(chǎng)所。感煙探測(cè)器、感溫探測(cè)器放置在27.5kV高壓室成對(duì)布置，主控室雙溫探測(cè)器與視頻巡檢子系統(tǒng)攝像機(jī)位置相同。

2.5 其他配套工程

為滿足廟梁牽引變電所無人化遠(yuǎn)程操作的需求，對(duì)手動(dòng)隔離開關(guān)進(jìn)行電動(dòng)改造：110kV電壓互感器側(cè)手動(dòng)隔開、主變壓器高壓側(cè)斷路器前手動(dòng)隔開、27.5kV電壓互感器側(cè)手動(dòng)隔開、27.5kV和10kV所用變壓器手動(dòng)隔開增加電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)，增加控制電纜和電源電纜。其中110kV電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)主要技術(shù)參數(shù)如右表所示。

依據(jù)廟梁牽引所土建設(shè)施情況，部分嚴(yán)重開裂或傾斜圍墻拆除重做，具體措施如下：

(1)基礎(chǔ)底部以下處理深度根據(jù)開挖后情況確定，預(yù)估1.9米。

(2)圍墻內(nèi)外散水均重新翻做，室外散水下方挖除重新回填，預(yù)估0.5米，采用0.5m厚3∶7灰土整片換填，每0.3m分層壓實(shí)，壓實(shí)系數(shù)0.95。

(3)廟梁變電所外墻面保溫巖棉材料破損脫落嚴(yán)重處，翻新重做保溫巖棉板，并重新刷外墻涂料。

110kV電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)主要技術(shù)參數(shù)表

圖4 110kV電壓互感器側(cè)電動(dòng)隔開

結(jié)語

根據(jù)鐵路生產(chǎn)運(yùn)營管理及高速鐵路現(xiàn)行規(guī)范的需求，設(shè)計(jì)廟梁牽引所無人化改造工程，系統(tǒng)包含視頻監(jiān)控及巡檢子系統(tǒng)、安防及門禁子系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)、動(dòng)力照明及火災(zāi)控制子系統(tǒng)，以及其他配套工程。

根據(jù)系統(tǒng)中子系統(tǒng)設(shè)備信息傳至綜自系統(tǒng)并在段內(nèi)復(fù)示，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程操作，從而減少人力輸入，同時(shí)也盡最大可能性減少因操作人員誤觸而導(dǎo)致的危險(xiǎn)發(fā)生。