城市轨道交通供电设备运维智能管控系统分析

太原轨道交通集团有限公司 李奇峻

1 引言

轨道交通的快速发展缓解了地面交通的压力，为城市出行提供巨大便利。城市轨道交通规模不断扩大，其内部设备系统也逐渐复杂，供电设备运维工作难度不断加大。

2 城市轨道交通供电设备运维管理现状

目前，我国城市轨道交通供电设备维修系统大多采用周期性检修和故障性维修等两种方式，缺少实时动态监测和在线维修等模式，且大多采取人为运维和检修途径，导致运维效率受到一定的限制。在现代化城市进程不断推进下，城市轨道交通的运行规模不断扩大，其承担的运行任务不断加重，涉及的供电设备运维工作和所需工作人员人数持续增多，仍然沿用传统运维管理方式很难保证运维质量，甚至会产生安全隐患。

基于此，城市轨道交通单位不断探索和尝试智能管理模式，在设备运维管理中尝试应用先进技术，虽然这些技术的应用能够有效解决传统管理模式中的弊端，优化和完善管理体系，却仍难实现对系统的统一标准化管理和资源的高效利用、整合、共享，导致城市轨道交通供电设备运维工作在实际中没有突出性进步。

3 城市轨道交通供电设备运维智能管控系统

3.1 供电设备运维智能管控系统架构

3.1.1 数据监测

数据监测是智能管控平台中的基础架构，也是实施设备运维中的重点环节，只有保证充分的数据支持，才能为供电设备的运维工作提供必备参考依据。在数据监测中，可以结合各类监测设备和相关视频设备、传感器等对设备运维现场实时监测，全方位采集运维过程中的各类数据信息，包括状态情况、操作情况、测量数据等，为运维智能化管理工作提供有力的数据支撑。对CIOS系统电气参数实时监测和采集，掌握设备运行情况，利用线路级、网络级的电能量了解系统能源消耗情况。电气参数采集的过程中可以利用远程录波，根据数据分析判断故障的趋势。

3.1.2 智能决策

在数据监测和采集的基础上，执行智能决策任务是设备故障分析和运维检修的中心环节。在智能决策中，科学应用大数据分析技术、专家规则库，结合供电系统运行的各方面理论支持，检测和分析设备运行状态和预测未来运行趋势，诊断设备运行故障，通过智能联控、辅助决策等智能化技术的使用，对设备故障情况和运维需求进行全方位分析，保证决策的科学性和合理性。例如，在对城市轨道交通供电设备进行监测时，还需要对设备的等效运行时间进行计算，从而判断油浸式变压器的寿命。假设使用的时间为T，当变压器在不同条件下运行时，需要将时间T划分成不同的区间，即t1,t2,…,tn。每个区间绕组的热点温度需要保持恒定，则在计算油浸式变压器在一定的时间T内所消耗的绝缘寿命可以使用公式（1）进行计算：

式中：B为经验常数。

如果等效运行的时间可以进行计算，则可以计算出油浸式变压器的寿命。根据公式计算出的油浸式变压器的使用寿命以及剩余的寿命，工作人员就可以对油浸式变压器进行合理的维护。

3.1.3 设备运维

设备运维发挥核心作用，设备运维平台是所有架构中的中心力量。在该平台中，主要实施设备运行管理和设备检修管理工作。运行管理中，主要应用智能化巡检技术，例如虚拟可视化巡检技术，并对在设备运行的过程中的各类重要因素和系统进行监控，包括设备的门禁系统、消防系统、隧道、井盖等，同时包括辅助电源和抢险物资等辅助性设施。重点对供电设备进行监测，为安全运维打下重要基础。在检修管理中，当检测到故障设备时，管控系统自动将信息推送给运维人员，经确认后，向上提出施工申请。并且，设备运维过程自动关联作业指导和风险预案，形成对故障全过程、闭环形的追踪运维[1]。

3.1.4 运维管控

运维管控平台是整个运维智能管控系统中的核心，在运维管控平台的作用下，实现各架构间的信息共享功能，并对供电设备运维过程进行全方位监管和智能化分析，控制整个运维流程并实现与其他各接口之间的关联和信息共享。管控系统可以运用低压开关柜中回路所配备的检测表盘，对回路进行实时监控。当监测过程中发现明显问题时，包括故障引起的漏水、震动等问题，系统都能够对其完成信息收集和状态监控，维护整体正常运行[2]。该平台还与人力资源系统相接通，将运维情况传输到人力资源系统，统一管理和调度平台实施指挥和运维等工作，并将其中的各类信息统一在平台界面加以展示。城市轨道交通运维管控框架结构图如图1所示。

图1 城市轨道交通运维管控框架结构图

3.1.5 预测建模

城市轨道交通的运维智能管控系统需要应用PHM技术对相关的供电设备进行故障的预测与健康的管理工作。由于当前的轨道交通在设备维修阶段，需要避免客流量激增造成的不利影响，因此需要对设备采取预防与维修相结合的检修体系，构建动态的故障监控体系，对轨道交通的故障进行预测、对维修的模式进行优化，建立实时的监控模型，保障工作顺利开展。

应用PHM技术，可以实现对各项设备的运行状态进行监控，在设备可能出现故障时，提前给出预警信息。应用PHM 技术，可以实现基于监测信息、数据驱动以及时效性物理模型的故障预测，在构建物理模型时，PHM技术可以通过获取到的准确且全面的数据信息对各种数据的关系以及参数进行描述，对设备实现状态预测。同时，PHM技术需要确定设备的故障以及健康状况的指标，基于PHM技术获取的数据对设备的故障以及健康数据进行推测，应用传感器技术，开展建模工作，对相关设备进行有效评估，预测设备的未来状态以及变化情况，给出调整的意见。

3.2 供电设备运维智能管控系统中主要技术应用

3.2.1 3D全景监视技术

3D技术效果图如图2所示。

图2 3D技术效果图

3D全景监视技术可以在智能管控系统中全方位应用，并实现全程监控。在供电设备运行的过程中，以城市轨道交通整个运行场地为基本进行3D 建模，保证建模的精准强度，使其将设备运行环境和情况高度模拟仿真，形成与设备运行和实际操作相一致的流程[3]。在3D 模型中使用热点将各种相关信息关联到设备中，包括监视技术所记录的数据、监测画面和数据、相关运维和巡检记录等，保证对设备运行状态的全景监视。

3.2.2 虚拟可视化巡检技术

虚拟可视化巡检技术是基于以往相关的巡检技术和视频监控技术的基础上研究并优化产生的技术。结合3D全景监视技术，可以在实景内按照所规定的巡检路线完成巡检任务，将所要检测设备的各项参数以视频画面的形式呈现并自动分析生成巡检报告。虚拟可视化巡检技术为电气设备的运维工作提供重要的立体巡检信息和可视化信息，提高巡检的准确性和高效性，使巡检工作发挥价值。

3.2.3 视频智能识别技术

视频智能识别技术通常需要与全景监视技术相结合，在平台内部对所监控到的视频画面和数据信息等加以识别，尤其对设备的运行状态、运行环境和运维操作实现精准识别和定位分析。在智能管控系统中，视频智能识别技术的应用能够有效识别安全问题，如火灾烟雾等，识别遗留或丢失的物品，甚至完成人脸及相关人员方面信息的识别，加强对异常行为的监测，使系统本身能够智能化识别和管理各类因素，保障系统的高效运行。

4 结语

在轨道交通中，供电设备的运维工作是一项重点环节，只有提高运维智能管控才能保证运维效果，提高城市轨道交通运行的安全性和稳定性。对此，相关部门应加强对供电设备运维智能管控系统的研发和优化，从智能管控系统的功能架构和应用的技术两方面重点研究和完善，提高供电设备的运维水平，推动城市轨道交通发展。