对城市轨道交通牵引供电智能运维系统的思考与认识

对城市轨道交通牵引供电智能运维系统的思考与认识

彭永红

中铁二院工程集团有限公司

摘要：近年来，我国城市轨道交通事业发展迅速，并且在牵引供电系统的完善方面取得了十分显著的成就，但是依然存在牵引供电系统智能化水平不足以及维护手段单一等方面的问题。这些问题的存在，在很大程度上制约了城市轨道交通事业的发展。在此背景下，构建智能化的高效牵引供电运维系统成为行业发展亟待解决的问题。基于此，本文就城市轨道交通牵引供电智能运维系统的完善方案进行探究，仅供大家参考。

关键词：城市轨道交通；牵引供电；智能运维系统

引言：我国近年来在轨道交通建设方面取得了十分显著的成就，截止2020年，全国铁路运营里程已经超过了120000千米，电气化率也超过了60%。作为轨道交通系统的重要组成部分，牵引供电系统至关重要，是轨道交通运营的电能来源，直接影响着轨道交通的安全性与稳定性。但是目前对牵引供电系统的运维手段单一，并且运维技术水平已经难以满足轨道交通事业发展的需求。因此需要我们积极探索更加高效、更具智能化的牵引供电运维系统。

1牵引供电智能运维系统总体框架思路

1.1牵引供电智能运维系统总体架构

牵引供电智能运维系统包括：部署在云平台的供电智能运维中心系统、部署在变电所的变电所辅助监控系统、部署在维修中心和个车间/工班的供电智能运维终端三部分构成，并通过环形网络进行数据传输。

云平台的供电智能运维中心系统具备接触网、变电、轨道、隧道等设备的管理、巡检、运维数据管理和分析、健康状态评估等功能。

变电所辅助监控系统部署于各车站变电所内，完成变电所内视频巡检设备、在线监测设备、动环设备等的数据集中采集、分析和存储、转发，以及现场的操作等功能。

各运维车间、车站值守点通过运维终端对系统各设备状态进行浏览、查询等运维工作。其系统包括：接触网智能运维管理系统、变电智能运维管理系统、轨道智能运维管理系统、隧道智能运维管理系统等。

环形网络由1000M的供电运维单环网络构成，完成供电运维的数据和视频传输。

1.2牵引供电智能运维系统硬件架构

1.2.1变电所辅助监控系统

变电所辅助监控系统部署于各车站变电所内，分为站控层、网络层、现场层，站控层由辅助监控通信及应用服务器、NVR、环网交换机等构成，网络层由通信接口装置、汇聚交换机等构成，现场层由供电一次设备在线监测设备、巡检视频设备、动环设备等构成，完成变电所内视频巡检设备、在线监测设备、动环设备等的数据集中采集、分析和存储、转发，以及现场的操作等功能。其中，辅助监控通信及应用控制器完成对所内视频及在线监测各类数据的采集和智能分析，并实现设备操作和故障情况下的视频联动控制。

1.2.2供电智能运维中心系统

供电智能运维中心系统规模可随站点的接入数量和电气化地铁里程不断增加而扩展，包括：云计算服务器节点数、通信接口设备数量、运维终端、软件平台容量、云存储设备容量和数据存储区域。
1）局域网络设备：应采用冗余配置的核心交换机，端口传输速率应不低于1000Mbps。
2）服务器设备：包括流媒体服务器、通信/应用服务器、数据库服务器、病毒防护服务器等，用于完成对智能供电运维中心系统各装置所采集的图像/视频/数值数据的分析与处理、与智能供电运维中心系统各装置的实时数据通信/离线数据导入/数据预处理、历史及基础数据存储管理、WEB页面展示等功能，服务器应采用双机冗余配置。
3）存储系统：应采用SAN区域存储网络,配置光纤存储交换机和磁盘阵列。考虑到数据安全性要求，磁盘阵列的RAID级别不宜采用RAID 0模式。硬盘需采用光纤硬盘，容量需满足段级历史数据的存储要求。
4）网络安全设备：应配置域管理服务器、防火墙设备以实现统一的用户权限和安全管理功能，确保系统及地铁数据通信网的接入安全。局域网无线安全接入，应符合国家和地铁有关技术规范，满足接入可靠性要求。
5）运维终端：包括车间/车间值守点的维护终端，以及运维中心的大屏显示灯，数量按实际需要配置。

1.3牵引供电智能运维系统软件架构

1.3.1变电所辅助监控系统

变电所辅助监控站级系统基于.NET框架、嵌入式数据库实现，包括如下三层：

数据层
数据层包括数据访问层和数据存储层。站级系统因为需要进行定期巡检，所以需要存储巡检策略等相关配置信息和图片、视频等巡检结果数据。其中一些策略配置信息是结构化数据，且量不大，可以采用嵌入式数据库存储；图片和视频是非结构化数据，且量较大，需要采用本地文件系统来存储。

应用层
应用层主要为支撑段级系统提供一些基础功能，包括：算法分析、云台控制、图像拍摄、视频录制、信息采集、命令下发、数据上传、图像智能识别、自动巡检、权限控制等，并且对上层系统传入的参数进行校验和会话管理。

支撑子系统
具备与站内其它系统能够进行数据通信,包括动环子系统、视频子系统、综自子系统、在线监测装置、巡检机器人子系统、其他子系统等。

1.3.2供电智能运维中心系统

中心智能供电运维系统软件架构包括以下五各部分：

全方位的数据采集
对变电所的在线监测、接触网的检测监测、以及各种试验和巡检数据，以及既有的运检修系统的数据进行采集、转换和处理。

统一的软件硬件平台
整个系统统一部署在地铁集团的云平台上，各车间/值守点根据业务划分直接访问相应的硬件及软件资源。

协同的生产管理

变电所辅助监控与接触网的检测监测实现无缝数据交互与协同工作，为生产运维提供完整的数据查询、分析等支撑服务。

全生命周期的大数据管理
对变电所的一台一档和接触网一杆一档设备的静态数据、动态数据进行全生命周期管理，通过大数据分析手段实现多维度的数据访问服务。

智能化的决策分析

利用全生命周期的大数据对设备健康评估、故障预测、维修策略等健康管理，同时也为供电应急处置提供全方位的数据支撑。

2牵引供电智能运维系统的研究方向

目前，针对智能运维系统的研发时间较短，虽然取得了显著的成果，但是依然有着巨大的开发潜力，未来的研发将主要朝着提升体统完善性和智能化水平的方向发展。智能运维系统的研发，将会构建大数据分析模型，转变以往简单的数据对比分析模型，通过大数据分析模型，可以充分发挥大数据技术的优势，进一步提升对数据的处理能力。同时，还将构建更加完善的高压设备在线监测系统，实现对变电所高压设备的在线监测。除此之外，随着系统研发的深入，未来还会实现对智能运维信息的可视化处理，并且能够在维修现场通过可视化技术向运维人员直观地提供运维信息，进而降低运维工作的难度，提升运维工作的效果和质量。未来，还要加强供电智能运维系统的信息化建设，比如实现履历信息电子化等。另外，由于目前牵引供电智能运维系统需要由多个子系统共同组成，未来，针对各类子功能系统的融合研究也将成为主要的研究方向，最终实现子系统的集成。

结束语：相较于传统的牵引供电运维系统，供电智能运维系统的优势更加明显，作用更加完善，其智慧化功能更加全面，对于促进城市轨道交通事业的发展具有十分重要的意义。因此应注重对供电智能运维系统的研发，不断提升系统的完善性与智能化水平。

参考文献：

[1]段亚美，施聪，黄晓荣. 基于故障预测与健康管理技术的城市轨道交通信号系统健康管理体系[J]. 城市轨道交通研究，2020,23(12):177-181.

[2]何洋阳，黄康，王涛，张葛祥. 轨道交通牵引供电系统综述[J]. 铁道科学与工程学报，2016,13(02):352-361.