摘要：隨著物聯(lián)網(wǎng)和5G通信技術(shù)的快速發(fā)展，兩者的結(jié)合已經(jīng)應(yīng)用于高速鐵路，加速了我國高速鐵路向智能化方向發(fā)展。牽引供電系統(tǒng)是高速鐵路智能運營的重要組成部分，智能牽引變電站是牽引供電系統(tǒng)智能運營的核心。本文通過闡述了智能牽引變電所的主要特點，提出了電氣化鐵路中的具體應(yīng)用，同時探討了智能牽引變電所的應(yīng)用優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：智能變電所；鐵路電氣化；應(yīng)用

引言：目前，智能牽引變電站在我國的應(yīng)用還處于起步階段。目前運營的電氣化鐵路大多以普通牽引變電站為主，設(shè)備智能化程度不夠，運行狀態(tài)主要靠人工判斷和調(diào)整，整個供電系統(tǒng)的故障判斷和恢復(fù)仍然以人工為主。隨著我國電氣化鐵路的快速發(fā)展，人工成本逐年增加。智能鐵路是鐵路發(fā)展的必然趨勢。智能牽引變電所的應(yīng)用是實現(xiàn)鐵路智能化運營的重要環(huán)節(jié)。

1、智能牽引變電所的主要技術(shù)特點

(1)將信息技術(shù)、傳感器技術(shù)、自動控制技術(shù)和牽引供電基礎(chǔ)設(shè)施有機融合，實時獲取牽引供電系統(tǒng)的監(jiān)測、監(jiān)控和運行信息，實現(xiàn)牽引供電系統(tǒng)的信息化，具有全息傳感能力。

(2)實現(xiàn)站內(nèi)和站間設(shè)備間的通信和信息交互，通過廣域測控保護(hù)系統(tǒng)實現(xiàn)分級保護(hù)，使?fàn)恳╇娤到y(tǒng)繼電保護(hù)具有全速度、全冗余、全選擇性的特點。

(3)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)保護(hù)，綜合分析牽引變電所、分區(qū)站、AT站信息，準(zhǔn)確判斷故障位置，快速定位切除故障區(qū)段；同時實現(xiàn)故障時的重建和自愈功能，快速恢復(fù)供電。

(4)建立綜合監(jiān)控平臺，整合全所數(shù)據(jù)信息，按照IEC61850協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn)所有信息的訪問和傳輸，實現(xiàn)運行狀態(tài)正常監(jiān)控之外的智能警報、綜合數(shù)據(jù)分析、視頻聯(lián)動等功能。

(5)實現(xiàn)電力環(huán)境綜合監(jiān)測、安全監(jiān)測、設(shè)備在線監(jiān)測等各種系統(tǒng)和信息的多平臺信息融合，實現(xiàn)平臺間信息警報、智能聯(lián)動等功能。

(6)智能牽引變電所基于建模和標(biāo)準(zhǔn)化的理念，實現(xiàn)鐵路供電調(diào)度電源的維護(hù)，通過供電設(shè)備監(jiān)控和供電調(diào)度運行管理系統(tǒng)的協(xié)調(diào)，實現(xiàn)運行信息的智能統(tǒng)計、運行計劃的智能審核和流轉(zhuǎn)、應(yīng)急處理的智能決策等功能。提高了供電調(diào)度的自動化程度和運行效率。

?(7)通過采集牽引供電系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備的實時運行和監(jiān)測數(shù)據(jù)，整合在線、離線和運行數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)故障預(yù)測和健康管理，實現(xiàn)關(guān)鍵設(shè)備的早期故障預(yù)警和快速診斷，對設(shè)備和系統(tǒng)進(jìn)行健康評估和可靠性分析，提出輔助維護(hù)決策，實現(xiàn)主動運行和維護(hù)。

2、電氣化鐵路智能牽引變電所的應(yīng)用

2.1總體要求

牽引變電所、開閉站、分區(qū)站、AT站的輔助監(jiān)控信息上傳至鐵路局供電調(diào)度站，設(shè)置調(diào)度二區(qū)(即輔助監(jiān)控區(qū))。同時，輔助監(jiān)控系統(tǒng)信息上傳至供電段主站系統(tǒng)，并重復(fù)至相關(guān)供電車間。牽引變電所、開關(guān)站、變電所、AT使用的20Mbit/s帶寬的兩個輔助監(jiān)控通道與相鄰站相連；調(diào)度站主站和供電段主站接入數(shù)據(jù)網(wǎng)的帶寬不小于100Mbit/s，供電段至供電車間的輔助監(jiān)控直放站通道帶寬不小于20mbit/s，牽引變電所、開閉站、分區(qū)站、AT站的輔助監(jiān)控系統(tǒng)由視頻監(jiān)控及巡檢、安全防范及門禁控制、環(huán)境監(jiān)控、火災(zāi)警報、電力照明控制、設(shè)備在線監(jiān)控及相關(guān)平臺軟硬件等子系統(tǒng)組成?？傮w架構(gòu)分為站控層、接入層和分離層。實現(xiàn)視頻監(jiān)控、巡查、環(huán)境信息采集與警報、信息共享聯(lián)動等功能。滿足牽引變電所無人值守和遠(yuǎn)程監(jiān)控的需要，各子系統(tǒng)按照適用性和經(jīng)濟性原則配置設(shè)備。

為了保證設(shè)備配置的經(jīng)濟性，輔助監(jiān)控系統(tǒng)中的監(jiān)控和巡檢攝影頭應(yīng)充分共享信息；當(dāng)現(xiàn)有牽引變電所亭無人值守時，需要充分利用現(xiàn)有的安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備，以節(jié)省建設(shè)投資。另外，攝影頭布局需要美觀，節(jié)省線纜和工程投資等。安裝攝影機時，應(yīng)首先考慮地鐵結(jié)構(gòu)的可用性。立桿的安裝應(yīng)滿足電氣安全距離的要求，采用高桿時應(yīng)檢查避雷針的防雷范圍。

2.2安全預(yù)防措施

2.2.1配置分析

(1)設(shè)置在圍墻上的周界入侵探測器應(yīng)采用激光相關(guān)技術(shù)，實現(xiàn)入侵破壞前的預(yù)警；對于其他類型的探測器，報警和防止人身傷害應(yīng)是設(shè)計原則。(2)控制室和高壓室的出入口應(yīng)設(shè)置紅外雙識別探測器；變電站入口大門應(yīng)設(shè)有門禁；高壓室、控制室、通訊室門口可設(shè)置門禁；高壓室、控制室和通訊室的窗戶應(yīng)安裝玻璃破損探測器。

2.2.2監(jiān)控設(shè)備的特性需求分析

(1)激光相關(guān)警報系統(tǒng)需要有不同的防御區(qū)。當(dāng)檢測到入侵事件時，警報主機可以向綜合測控裝置輸出相應(yīng)防御區(qū)的警報信息；綜合測控裝置可向綜合應(yīng)用服務(wù)器上傳警報信息，并可按照預(yù)設(shè)規(guī)則鏈接相應(yīng)功能：觸發(fā)聲光警報、鏈接相應(yīng)燈光、調(diào)用攝影機預(yù)設(shè)位置、開始錄音等。車站監(jiān)控單位的功能是采集、處理和轉(zhuǎn)發(fā)所有狀態(tài)監(jiān)控數(shù)據(jù)，具有數(shù)據(jù)分析診斷、監(jiān)控預(yù)警、綜合顯示和與綜合應(yīng)用服務(wù)器各種信息聯(lián)動的功能；對所有監(jiān)控設(shè)備具有監(jiān)控和管理功能。(2)系統(tǒng)可以根據(jù)牽引變電所周界的特點，結(jié)合各種檢測和傳感技術(shù)的綜合應(yīng)用，實時顯示安防設(shè)備的工作狀態(tài)和警報狀態(tài)，并可以部署和撤回安防設(shè)備，實現(xiàn)入侵和破壞前的預(yù)警，對非法入侵進(jìn)行提示和預(yù)警。

2.3智能檢測機器人

智能巡檢機器人是智能巡檢系統(tǒng)的核心，由巡檢機器人本體、本地監(jiān)控后臺、遠(yuǎn)程集中控制后臺、機器人充電室、導(dǎo)航設(shè)施等輔助設(shè)施組成。自主移動平臺配備可見光攝影頭、紅外熱像儀、聲音采集器等檢測設(shè)備。

智能巡檢機器人以導(dǎo)航技術(shù)和移動四輪驅(qū)動底盤為基礎(chǔ)，集成了圖像識別和自動控制等多種技術(shù)。它可以在不中斷供電的情況下，以自主或遙控方式對室內(nèi)(外)高壓設(shè)備進(jìn)行紅外溫度監(jiān)測，對儀表油位進(jìn)行圖像識別。它有遠(yuǎn)程檢查，視頻監(jiān)控，噪聲監(jiān)測、氣體泄漏檢測、紅外測溫、故障警報等功能。

2.4站域保護(hù)

根據(jù)智能牽引供電系統(tǒng)的概念，在牽引變電所增加了一套車站保護(hù)。車站保護(hù)基于牽引變電所的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)共享，綜合利用電氣量、開關(guān)量、就地保護(hù)設(shè)備狀態(tài)等信息。實現(xiàn)具有冗余、優(yōu)化和補充內(nèi)部保護(hù)功能的繼電保護(hù)。站內(nèi)保護(hù)不僅可以實現(xiàn)母線保護(hù)的主保護(hù)，還可以作為全站保護(hù)的冗余。站保需要采集整個變電站的信息。對于傳統(tǒng)的牽引變電站，可以將每條饋線的電流互感器接入保護(hù)裝置，或者安裝一個組合單元，通過網(wǎng)絡(luò)采集整個變電站的電氣信息。站用保護(hù)和常規(guī)保護(hù)裝置自主運行，保護(hù)出口與常規(guī)保護(hù)裝置并聯(lián)，實現(xiàn)了全站保護(hù)裝置的冗余設(shè)置，保證了其他保護(hù)裝置失靈時繼電保護(hù)的可靠性。

3、智能化牽引變電所的應(yīng)用優(yōu)勢

通過以上分析，智能牽引變電站可以節(jié)省大量的人力和設(shè)備資源，減少設(shè)備維護(hù)工作量，提高牽引供電系統(tǒng)的運行可靠性，實現(xiàn)供電系統(tǒng)的智能化運行。中國高速鐵路將迅速向智能化發(fā)展。但目前的智能牽引變電站需要從設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、施工標(biāo)準(zhǔn)、測試標(biāo)準(zhǔn)等方面規(guī)范智能牽引變電站的應(yīng)用，制定相應(yīng)的維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，提高運行的可靠性，實現(xiàn)無人值守。也需要大量積累的運營經(jīng)驗和成熟的技術(shù)支持。

4、安科瑞AcrelCloud-1000變電所運維云平臺

4.1概述

基于互聯(lián)網(wǎng)＋、大數(shù)據(jù)、移動通訊等技術(shù)開發(fā)的云端管理平臺，滿足用戶或運維公司監(jiān)測眾多變電所回路運行狀態(tài)和參數(shù)、室內(nèi)環(huán)境溫濕度、電纜及母線運行溫度、現(xiàn)場設(shè)備或環(huán)境視頻場景等需求，實現(xiàn)數(shù)據(jù)一個中心，集中存儲、統(tǒng)一管理，方便使用，支持具有權(quán)限的用戶通過電腦、手機、PAD等各類終端鏈接訪問、接收警報，并完成有關(guān)設(shè)備日常和定期巡檢和派單等管理工作。

4.2應(yīng)用場所

適用于電信、金融、交通、能源、醫(yī)用衛(wèi)生、文體、教育科研、農(nóng)林水利、商業(yè)服務(wù)、公用事業(yè)等行業(yè)變配電運行維護(hù)系統(tǒng)的新建、擴建和改建。

4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)可分為四層：即感知層、傳輸層、應(yīng)用層和展示層。

感知層：包含變電所安裝的多功能儀表、溫濕度監(jiān)測裝置、攝影頭、開關(guān)量采集裝置等。除攝影頭外，其它設(shè)備通過RS485總線接入現(xiàn)場智能網(wǎng)關(guān)RS485端口。

傳輸層：包含現(xiàn)場智能網(wǎng)關(guān)和交換機等設(shè)備。智能網(wǎng)關(guān)主動采集現(xiàn)場設(shè)備層設(shè)備的數(shù)據(jù)，并可進(jìn)行規(guī)約轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)存儲，并通過交換機把數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器端口，網(wǎng)絡(luò)故障時數(shù)據(jù)可存儲在本地，待網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時從中斷的位置繼續(xù)上傳數(shù)據(jù)，保證服務(wù)器端數(shù)據(jù)不丟失。

應(yīng)用層：包含應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，若變電所數(shù)量小于30個則應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器可以合一配置。服務(wù)器需要具備固定IP地址，以接收各智能網(wǎng)關(guān)主動傳送過來的數(shù)據(jù)。

展示層：用戶通過手機、平板、電腦等多終端的方式訪問平臺信息。

4.4系統(tǒng)功能

4.4.1用能月報

用能月報支持用戶按總用電量、變電站名稱、變電站編號等查詢所管理站所的用電量，查詢跨度可設(shè)置為月。

4.4.2站點監(jiān)測

站點監(jiān)測包括概況、運行狀態(tài)、當(dāng)日事件記錄、當(dāng)日逐時用電曲線、用電概況。

4.4.3變壓器狀態(tài)

變壓器狀態(tài)支持用戶查詢所有或某個站所的變壓器功率、負(fù)荷率、等運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，支持按負(fù)荷率、功率等升、降序排名。

4.4.4運維

運維展示當(dāng)前用戶管理的有關(guān)變電所在地圖上位置及總量信息。

4.4.5配電圖

配電圖展示被選中的變電所的配電信息，配電圖顯示各回路的開關(guān)狀態(tài)、電流等運行狀態(tài)及信息，支持電壓、電流、功率等詳細(xì)運行參數(shù)查詢。

4.4.6視頻監(jiān)控

視頻監(jiān)控展示了當(dāng)前實時畫面（視頻直播），選中某一個變配電站，即可查看該變配電站內(nèi)視頻信息。

4.4.7電力運行報表

電力運行報表顯示選定站所選定設(shè)備各回路采集間隔運行參數(shù)和電能抄表的實時值及平均值行統(tǒng)計。

4.4.8警報信息

對平臺所有警報信息進(jìn)行分析。

4.4.9任務(wù)管理

任務(wù)管理頁面可以發(fā)布巡檢或消缺任務(wù)，查看巡檢或消缺任務(wù)的狀態(tài)和完成情況，可以點擊查看任務(wù)查看具體的巡檢信息。

4.4.10用戶報告

用戶報告頁面主要用于對選定的變配電站自動匯總一個月的運行數(shù)據(jù)，對變壓器負(fù)荷、配電回路用電量、功率因數(shù)、警報事件等進(jìn)行統(tǒng)計分析，并列出在該周期內(nèi)巡檢時發(fā)現(xiàn)的各類缺失及處理情況。

4.4.11APP監(jiān)測

電力運維手機支持“監(jiān)控系統(tǒng)”、“設(shè)備檔案”、“待辦事項”、“巡檢記錄”、“缺失記錄”、“文檔管理”和“用戶報告”七大模塊，支持一次圖、需量、用電量、視頻、曲線、溫濕度、同比、環(huán)比、電能質(zhì)量、各種事件警報查詢，設(shè)備檔案查詢、待辦事件處理、巡檢記錄查詢、用戶報告、文檔管理等。

4.5系統(tǒng)硬件配置

5、結(jié)語

智能牽引供電系統(tǒng)以先進(jìn)的信息和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)突破了牽引變電站間信息孤島的瓶頸，進(jìn)行系統(tǒng)集成和多源數(shù)據(jù)共享，建立廣域測控保護(hù)、故障自愈重構(gòu)、故障警報預(yù)警機制和系統(tǒng)健康評估體系，對提高牽引供電系統(tǒng)的安全性、可靠性和可維護(hù)性具有重要意義。目前，電氣化鐵路智能牽引供電系統(tǒng)剛剛起步。雖然智能變電站的功能要求可以在技術(shù)層面上實現(xiàn)，但運行的可靠性和各項智能指標(biāo)還需要進(jìn)一步驗證。要實現(xiàn)全智能變電站，實現(xiàn)無人值守，未來鐵路智能牽引變電站的建設(shè)和應(yīng)用仍有許多技術(shù)問題需要解決和進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn)

[1]智慧.鐵路樞紐牽引供電系統(tǒng)方案優(yōu)化設(shè)計[J].中國鐵路,2021(3):106-110.

[2]張華志,黃軍,湛博,等.牽引供電系統(tǒng)與牽引傳動系統(tǒng)穩(wěn)定性機理分析[J].機車電傳動,2021(2):134-139.

[3]張曉鵬,孟志強,夏小舫,等.高速鐵路牽引變電所功率因數(shù)異常分析[J].電氣化鐵道,2021,32(1):21-25.

[4]張效楠,嚴(yán)希.亞吉鐵路牽引變電所進(jìn)線相關(guān)電氣參數(shù)的研究[J].電氣化鐵道,2021,32(1):91-94.

[5]邢志杰,宋金川,閆雪松,等.復(fù)線電氣化鐵路直供牽引網(wǎng)故障測距研究[J].電氣化鐵道,2021,32(1):11-15.

[6]李彥吉,鄭捷曾,牛紅艷.牽引變電所二次系統(tǒng)綜合防雷電實踐[J].電工技術(shù),2021(3):55-57.

[7]張開波.牽引網(wǎng)不停電運行方式轉(zhuǎn)換方案及其運用[J].都市快軌交通,2021,34(1):132-137.

[8]王曉玲,李昌.鐵路牽引變高壓斷路器分合狀態(tài)指示牌圖像識別方法[J].中國科技信息,2021(1):129-132.

[9]張文陶.電氣化鐵路智能牽引變電所的應(yīng)用淺析.

[10]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用設(shè)計,2022.05版.