既有铁路牵引变电所辅助监控系统设计研究

田子昭

中铁第五勘察设计院集团有限公司 北京 102600

目前，我国既有铁路沿线牵引变电所多为有人值守模式，由此带来的人力物力消耗较多，且由于在实际工程设计中，牵引所所址一般选在交通设施不发达地区及非农田地区[1-2]，值守人员生活便利性欠佳。如何实现牵引所无人值守成为当前主流，铁路现行文件规定要求新建、既有牵引所应设置辅助监控系统。变电所无人值守是实现国铁集团牵引供电节支降耗、改革创新的重要要求，是铁路向智能化发展的必要趋势[3]。

本文以铁路现行规定《牵引变电所实施无人值班值守工作的指导意见》为基点，执行铁路现有规范，设计庙梁牵引变电所无人值守系统。

庙梁牵引所目前采用有人值守的运维模式。为提高供电可靠性，快速有效发现供电设备的缺陷，防止供电故障，变电所的传统人工巡视及值守方式逐渐不能满足需求。因此急需在后续运维中设置无人值守辅助监控系统，系统应用红外在线测温、高清视频、防破坏环境异常告警等技术手段保障供电的安全与稳定，对重要设备和运行环境等进行实时监测、远程监控、智能巡检，从而实现由传统的人工巡视向智能巡视、远程监测监控的发展趋势，实现变电所的无人值守化运行[4]。无人值守既可以保障牵引供电安全与稳定，又有效提升了变电所运维效率，同时降低人员管理及设备维护成本。

庙梁牵引所现阶段技术设备情况为高压侧电力设备，其均为全户外布置方式，所内27.5kV设备均为户内网栅布置方式。生产生活房屋设有控制室、值守室、材料室、检修室等；所内设有安全监控系统，相关信息通过综合自动化系统上传调度；室外电压互感器、所用变压器均配置手动隔离开关。室内铝扣板吊顶老化，破损脱落。变电所外墙面保温岩棉材料破损脱落严重，以上房屋问题存在较大安全隐患，已不满足无人化的标准和要求。

1 庙梁牵引所辅助监控系统总体设计

根据现行铁路规范文件，辅助监控系统应实现对全所视频监视、环境信息监测、安全防范、火灾报警、动力照明控制、设备巡检等功能，同时支持采集接入、数据存储、告警处理、传输通信、联动和监控等功能。同时应能与其他系统进行交互，纵向上与供电调度系统、上级视频管理系统等信息交互，横向上应能与所内保护测控系统进行信息交互。

依据庙梁牵引所现阶段技术设备条件，本次铁路牵引变电所辅助监控系统由软件系统和硬件设备组成，设计辅助监控系统子站包含视频监控及巡检子系统、安全防范及门禁子系统、环境监控子系统、动力照明控制子系统、火灾报警检测子系统以及其他配套工程。主站按纳入既有呼和浩特铁路局辅助监控主站和呼和浩特供电段辅助监控主站设计。

通信通道方面，辅助监控子站至局级调度所辅助监控主站设辅助监控专用通道需2路专用通道，带宽要求为辅助监控子站至车站20M，车站至主站100M；辅助监控子站至供电段辅助监控主站设辅助监控专用通道需2路专用通道：带宽子站至车站20M，车站至主站100M；供电段辅助监控主站至检修车间设辅助监控复示通道需2路专用通道，带宽要求20M/路。通道采用以太总线方式，接口采用FE接口。系统构成设计内容如图1所示。

图1 庙梁辅助监控系统构成图

系统摄像机由中心集中环形供电，按不同区域设置配电箱，电源箱内配置开关电源，变压后采用DC12V/24V为摄像机进行供电。摄像机的供电距离必须满足供电压降不大于2V。在系统整体传输过程为保证画面质量，编解码设备均采用1080P分辨率，解码设备支持1080P高清分辨率，视频保存时间不低于30天。

所内一次设备和辅助监控设备均可以和视频监控及巡检子系统联动，事故发生时能够及时切换摄像机，显示到设备位置查看，实现相应设备远程操作。

2 铁路辅助监控系统子系统设计

2.1 视频监控及巡检子系统

视频监控及巡检子系统具有视频显示、图像存储与回放、视频控制、视频巡检、图像识别、红外成像监测等功能。对室外设备能够实现多维度监视，能够准确监视主变的油位、断路器面板的分合指示灯、避雷器的计数器等内容。

针对室外设计，全景摄像机实现牵引所整体的视频采取，一般在牵引所对角线位置两侧设置2台，云台摄像机则采取数据的范围为所内变压器、断路器、隔离开关、熔断器等电力一次设备等，红外成像仪放置在进线高压侧、馈线侧及断路器处，实时监测设备及运行温度。球形摄像机为辅助监控系统主摄像机，一般放置在牵引所各个电力一次、二次设备处，进行牵引所整体性监控，枪机摄像机放置在牵引所所址四周，共计4台。

针对室内设计，在主控室放置一定数量的球形摄像机，设计放置台数宜监测到每一面屏幕，在27.5kV高压室配置球形摄像机、红外成像仪及微距摄像头，其作用分别为监测室内高压室温度及设备运行情况，球形摄像机如图2、图3所示。

图2 主控室视频监控及巡检系统示意图

图3 高压室视频监控及巡检系统示意图

2.2 安防及门禁子系统

安防及门禁子系统包含电子围栏、门禁、红外双鉴、红外对射、碎窗等内容，能够对变电所进行安全防范，当存在非法入侵时能够进行报警并关联视频进行确认。所内场地大门和主控室门设置门禁系统进行管理，具备人脸识别、电磁锁、出门按钮等功能。所有人员进入主控楼对身份核实放行，采用智能刷卡的模式，并与视频监控联动抓图。

系统采用网络型门禁控制器，通过局域网连接到管理机，室外围墙设置红外对射装置。安防及门禁子系统利用各种探测和传感技术，针对变电所所址周围实现预警作用。对围墙、大门、窗户进行监视和入侵探测，对非法侵入进行提示警告，以保障变电所场地及周边环境的安全。实时展示安防设备的工作状态、告警状态，可对安防设备进行布防和撤防。门禁支持远方控制及音频、视频对话、权限设定等功能，并应能从内部手动解锁；门禁系统支持应急情况下的解锁功能。

2.3 环境监控子系统

环境监控子系统能对站内的温度、湿度、风力、水浸浓度、雨雪量等环境信息进行实时采集、处理和上传，采集周期小于5秒，实时监视变电所内环境情况。环境监控主要以各类探测器为主，设置温湿探测器、碎窗探测器、水浸探测器。

温湿探测器和水浸探测器一般放置在室内、室外电缆槽处，碎窗探测器放置在室内窗内侧处，当满足触发条件时及时进行反馈。

2.4 动力照明及火灾控制子系统

动力照明控制子系统中，灯光、水泵、空调、风机控制器通过控制电缆接入监控主机。灯光控制可分组实现控制功能，其他设备控制宜设置一对一控制。

火灾监测系统包含烟感、温感等内容，设置感温、感烟探测器，监视变电所内火灾情况。本系统与既有火灾自动报警系统具备通信功能，可以上传火灾自动报警信号至调度所，火灾监测系统信息通过485线纳入辅助监控系统。火灾探测区域按独立房间划分，有高压室、控制室、通信机械室等场所。感烟探测器、感温探测器放置在27.5kV高压室成对布置，主控室双温探测器与视频巡检子系统摄像机位置相同。

2.5 其他配套工程

为满足庙梁牵引变电所无人化远程操作的需求，对手动隔离开关进行电动改造：110kV电压互感器侧手动隔开、主变压器高压侧断路器前手动隔开、27.5kV电压互感器侧手动隔开、27.5kV和10kV所用变压器手动隔开增加电动操作机构，增加控制电缆和电源电缆。其中110kV电动操作机构主要技术参数如右表所示。

依据庙梁牵引所土建设施情况，部分严重开裂或倾斜围墙拆除重做，具体措施如下：

(1)基础底部以下处理深度根据开挖后情况确定，预估1.9米。

(2)围墙内外散水均重新翻做，室外散水下方挖除重新回填，预估0.5米，采用0.5m厚3∶7灰土整片换填，每0.3m分层压实，压实系数0.95。

(3)庙梁变电所外墙面保温岩棉材料破损脱落严重处，翻新重做保温岩棉板，并重新刷外墙涂料。

110kV电动操作机构主要技术参数表

图4 110kV电压互感器侧电动隔开

结语

根据铁路生产运营管理及高速铁路现行规范的需求，设计庙梁牵引所无人化改造工程，系统包含视频监控及巡检子系统、安防及门禁子系统、环境监控子系统、动力照明及火灾控制子系统，以及其他配套工程。

根据系统中子系统设备信息传至综自系统并在段内复示，实现远程监测、远程操作，从而减少人力输入，同时也尽最大可能性减少因操作人员误触而导致的危险发生。