自動化智能運(yùn)維系統(tǒng)在高鐵牽引變電所的研究與應(yīng)用

時間：2024-12-26作者：安科瑞電氣股份有限公司瀏覽：246

關(guān)鍵詞：高鐵；綜合自動化；智能運(yùn)維
0.引言
       牽引變電所綜合自動化系統(tǒng)是**高鐵安全運(yùn)營的重要設(shè)施，有效的運(yùn)營維護(hù)工作能夠很大限度地**高鐵牽引供電安全性。目前，高鐵還未針對綜合自動化系統(tǒng)維護(hù)維修進(jìn)行信息化管理，依然停留在“計劃修”“故障修”階段，自動化程度較低，維護(hù)顆粒度較粗。電力系統(tǒng)研究智能變電站的運(yùn)維，制定《智能變電站保護(hù)設(shè)備在線監(jiān)視與診斷裝置技術(shù)規(guī)范》（Q/GDW11361—2017）[1]標(biāo)準(zhǔn)。文章通過科研立項，針對傳統(tǒng)和智能牽引變電所綜合自動化系統(tǒng)的智能運(yùn)維進(jìn)行深入研究，現(xiàn)場搭建運(yùn)維管理系統(tǒng)，可以提高綜合自動化系統(tǒng)運(yùn)維智能化水平，促進(jìn)綜合自動化系統(tǒng)運(yùn)維向“狀態(tài)修”轉(zhuǎn)變。
1.課題研究內(nèi)容
1.1智能運(yùn)維管理平臺的搭建
       研究搭建針對既有和智能高鐵變電所綜合自動化系統(tǒng)的智能運(yùn)維管理平臺的系統(tǒng)構(gòu)成方案，作為實(shí)現(xiàn)智能運(yùn)維功能的硬件基礎(chǔ)。
1.2既有綜合自動化系統(tǒng)的智能運(yùn)維功能
       針對既有綜合自動化系統(tǒng)的研究，以不改動既有軟硬件、不影響既有線運(yùn)營為原則，采用深度挖掘既有數(shù)據(jù)潛力的方法在監(jiān)控后臺以增加軟件模塊的方式實(shí)現(xiàn)功能。
（1）實(shí)現(xiàn)綜合自動化系統(tǒng)履歷管理信息化與在線參數(shù)校核。
（2）利用綜合自動化系統(tǒng)裝置自診斷信息和有邏輯管線的監(jiān)測信息，通過深挖數(shù)據(jù)潛力，實(shí)現(xiàn)既有綜合自動化系統(tǒng)裝置的運(yùn)行狀態(tài)診斷。
1.3智能綜合自動化系統(tǒng)的智能運(yùn)維功能
       針對未來綜合自動化系統(tǒng)的研究，以適度完善軟硬件設(shè)備、不降低系統(tǒng)可靠性為原則，對綜合自動化系統(tǒng)相關(guān)保護(hù)測控裝置進(jìn)行軟、硬件升級，實(shí)現(xiàn)對裝置的詳細(xì)自診斷。除了實(shí)現(xiàn)原有功能外，針對智能綜合自動化系統(tǒng)的特點(diǎn)增加功能。
（1）增加裝置箱內(nèi)溫度采集回路，實(shí)現(xiàn)對裝置內(nèi)部環(huán)境參數(shù)的實(shí)時監(jiān)測。
（2）根據(jù)裝置MTBF時間與裝置運(yùn)行環(huán)境溫度計算裝置整體的預(yù)期剩余壽命，設(shè)置報警限值進(jìn)行預(yù)警。
（3）研究基于智能牽引變電所綜合自動化系統(tǒng)的虛端子可視化、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)監(jiān)控與診斷。
2.智能運(yùn)維系統(tǒng)的搭建
2.1傳統(tǒng)綜合自動化系統(tǒng)智能運(yùn)維系統(tǒng)的搭建
       傳統(tǒng)綜合自動化系統(tǒng)智能運(yùn)維實(shí)施方案如圖1所示。


圖1傳統(tǒng)綜合自動化系統(tǒng)智能運(yùn)維實(shí)施方案
       為了將對既有系統(tǒng)的影響降低至可控范圍內(nèi)，對既有綜合自動化系統(tǒng)通信管理機(jī)進(jìn)行軟件升級，站內(nèi)新增智能運(yùn)維管理機(jī)。在運(yùn)維管理后臺設(shè)置智能運(yùn)維后臺機(jī)，后臺機(jī)安裝含有裝置履歷管理、綜合診斷管理等模塊的智能運(yùn)維軟件平臺。
       智能運(yùn)維軟件平臺配置裝置自診斷信息、回路電氣量信息以及裝置的基本信息的組合關(guān)系和診斷邏輯，生成對應(yīng)裝置的*經(jīng)驗(yàn)庫。從通信層網(wǎng)絡(luò)獲取間隔層保護(hù)裝置的自檢告警信息、各類回路電氣量信息以及狀態(tài)量信息，與裝置*庫中的診斷邏輯以及歷史樣本做低值對比分析得到成功匹配的分析結(jié)果，提示運(yùn)維人員實(shí)施針對性維護(hù)維修操作。
       在既有通信管理機(jī)中增配智能運(yùn)維后臺的通信模塊，將運(yùn)行監(jiān)測信息、設(shè)備狀態(tài)信息和故障動作告警信息等數(shù)據(jù)通過新增的運(yùn)維管理機(jī)中轉(zhuǎn)，發(fā)送給智能運(yùn)維后臺機(jī)。智能運(yùn)維后臺機(jī)通過對綜合運(yùn)維信息進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選分類，結(jié)合*經(jīng)驗(yàn)庫和歷史診斷樣本，在智能運(yùn)維后臺機(jī)的HMI上顯示生成的運(yùn)維分析，提供給運(yùn)維針對性的維護(hù)措施。
2.2智能綜合自動化系統(tǒng)智能運(yùn)維的搭建
       智能牽引變電站綜合自動化系統(tǒng)采用典型的數(shù)字化變電站結(jié)構(gòu)，集過程層合并單元、智能終端與間隔層一體化設(shè)計。綜合自動化系統(tǒng)增設(shè)一臺運(yùn)維管理機(jī)，接入綜合自動化系統(tǒng)站控層網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)運(yùn)維相關(guān)數(shù)據(jù)的收發(fā)；增設(shè)一臺網(wǎng)絡(luò)分析儀，接入站控層網(wǎng)絡(luò)和過程層網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集與分析。所有數(shù)據(jù)由運(yùn)維管理機(jī)發(fā)送到智能運(yùn)維后臺機(jī)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理與分析。
3.傳統(tǒng)綜合自動化系統(tǒng)的智能運(yùn)維功能
3.1綜合自動化裝置履歷信息管理
（1）裝置臺賬信息管理。
       對設(shè)備信息實(shí)現(xiàn)記錄控制、存檔控制、基線控制分層管理，在運(yùn)維日常工作中，定期對裝置信息進(jìn)行校核。記錄控制用于管理裝置的相關(guān)生產(chǎn)信息，記錄裝置在服役時間內(nèi)發(fā)生的版本較新、歷史故障記錄等信息。存檔控制用于管理裝置的運(yùn)行信息及參數(shù)信息，并進(jìn)行定期檢查，防止誤修改而引起設(shè)備運(yùn)行異常?；€控制用于管理裝置的版本信息，記錄控制及存檔控制的相關(guān)內(nèi)容，同時進(jìn)行試驗(yàn)測試，以驗(yàn)證版本的有效性。
（2）裝置運(yùn)維記錄管理。
        運(yùn)維系統(tǒng)獲取變電所裝置的運(yùn)維信息，可以進(jìn)行智能化分析，提供運(yùn)維診斷的結(jié)論和處理措施。
3.2綜合自動化裝置運(yùn)行狀態(tài)診斷
（1）動態(tài)自診斷管理。
        對變電所內(nèi)綜合自動化裝置自診斷信息分類匯總，對故障設(shè)備進(jìn)行標(biāo)記，并提出處理措施。
（2）綜合診斷管理。
        實(shí)現(xiàn)對全站信息電氣量比較分析，判斷存在的故障。
①比較進(jìn)線保護(hù)裝置采集的電壓互感器電壓與自投裝置采集的進(jìn)線抽壓裝置電壓，判斷兩個電壓采集回路的故障。
②比較變壓器高壓側(cè)保護(hù)裝置采集的保護(hù)電流與測控裝置采集的測量電流，判斷兩個電流采集回路的故障。
③比較中壓進(jìn)線、饋線各間隔采集的中壓母線電壓，判斷各電壓采集回路的故障。
④比較變壓器原邊電流與次邊電流，判斷各電流采集回路故障。
⑤比較中壓進(jìn)線電流與各饋線電流之和，判斷各電流采集回路故障。
⑥比較控制回路采集的斷路器位置信號與測控裝置采集的位置信號，判斷斷路器位置信號故障。
⑦比較斷路器位置信號與測量電流，有電流、斷路器為分位時，判斷位置信號故障。
4.智能綜合自動化系統(tǒng)的智能運(yùn)維功能
4.1智能保護(hù)裝置履歷管理
       建立“電子卡片”，實(shí)現(xiàn)對裝置板件的自我身份識別，可查詢、可追溯。實(shí)現(xiàn)板件的精細(xì)化管理，可以對設(shè)備板卡信息進(jìn)行全生命過程跟蹤。記錄設(shè)備板卡更換信息，進(jìn)行統(tǒng)計分析，提供決策所需數(shù)據(jù)依據(jù)。建立設(shè)備履歷管理系統(tǒng)，進(jìn)行設(shè)備臺賬管理，記錄追溯資產(chǎn)事件?？梢葬槍ρb置信息實(shí)現(xiàn)記錄控制、存檔控制、基線控制分層管理。
4.2智能變電站運(yùn)維狀態(tài)診斷
（1）運(yùn)行狀態(tài)自診斷。
       包括保護(hù)裝置的CPU板件、模擬量插件、開入插件、操作插件、內(nèi)部工作電源監(jiān)視回路、過程層光口的監(jiān)視的自診斷。自動化裝置定時向運(yùn)維終端傳送裝置的日志文件。
       運(yùn)維終端通過日志文件對裝置的自檢和動態(tài)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行正確分析。
       設(shè)置對板件5V工作電源回路的采樣回路，實(shí)時監(jiān)測工作電壓波動。電壓**出設(shè)置的工作范圍時，裝置發(fā)出告警信號，及時在裝置故障之前進(jìn)行維修檢查。
（2）裝置MTBF與剩余壽命估算。
       參考TelcordiaSR-332Issue42016標(biāo)準(zhǔn)，利用元器件計數(shù)可靠性預(yù)計法預(yù)測裝置的MTBF值。設(shè)置裝置箱體內(nèi)部溫度采集回路，根據(jù)箱內(nèi)實(shí)時溫度計算裝置剩余壽命。裝置壽命計算利用內(nèi)部元器件的短板即電解電容的溫度老化特性，結(jié)合實(shí)時測量溫度進(jìn)行計算，計算采用阿列紐斯方程：

（1）式中：L——環(huán)境溫度為T時的使用壽命（h）；L0——峰值溫度時額定壽命（h）；T0——額定峰值使用溫度(℃);T——環(huán)境溫度(℃)。
        保護(hù)測控裝置壽命預(yù)測曲線如圖2所示。



圖2保護(hù)測控裝置壽命預(yù)測曲線
4.3虛端子可視化與數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)分析診斷
       系統(tǒng)采集過程層交換機(jī)和站控層的管理數(shù)據(jù)，結(jié)合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)對虛端子回路實(shí)路徑進(jìn)行在線監(jiān)視，實(shí)現(xiàn)智能變電站虛端子回路的可視化，符合NB/T42015-2013[2]的相關(guān)規(guī)定。
       系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)分析裝置可以實(shí)時記錄各個裝置接入的網(wǎng)絡(luò)報文，分析網(wǎng)絡(luò)報文的錯誤和故障。繼電保護(hù)裝置對接入的過程層的SV和GOOSE相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)。
5.安科瑞AcrelCloud-1000變電所運(yùn)維云平臺
5.1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(yùn)維公司監(jiān)測眾多變電所回路運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)、室內(nèi)環(huán)境溫濕度、電纜及母線運(yùn)行溫度、現(xiàn)場設(shè)備或環(huán)境視頻場景等需求，實(shí)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(jī)、PAD等各類終端鏈接訪問、接收報警，并完成有關(guān)設(shè)備日常和定期巡檢和派單等管理工作。
5.2應(yīng)用場所
       適用于電信、金融、交通、能源、醫(yī)療衛(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(yùn)行維護(hù)系統(tǒng)的新建、擴(kuò)建和改建。


5.3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、攝像頭、開關(guān)量采集裝置等。除攝像頭外，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(jī)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(jī)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(jī)、平板、電腦等多終端的方式訪問平臺信息。
5.4系統(tǒng)功能
5.4.1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，

5.4.2站點(diǎn)監(jiān)測
       站點(diǎn)監(jiān)測包括概況、運(yùn)行狀態(tài)、當(dāng)日事件記錄、當(dāng)日逐時用電曲線、用電概況。

5.4.3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(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，支持按負(fù)荷率、功率等升、降序排名。

5.4.4運(yùn)維
        運(yùn)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。

5.4.5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(yùn)行狀態(tài)及信息，支持電壓、電流、功率等詳細(xì)運(yùn)行參數(shù)查詢。




5.4.6視頻
     視頻展示了當(dāng)前實(shí)時畫面（視頻），選中某一個變配電站，即可查看該變配電站內(nèi)視頻信息。

5.4.7電力運(yùn)行報表
        電力運(yùn)行報表顯示選定站所選定設(shè)備各回路采集間隔運(yùn)行參數(shù)和電能抄表的實(shí)時值及平均值行統(tǒng)計。

5.4.8報警信息
       對平臺所有報警信息進(jìn)行分析。
5.4.9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(diǎn)擊查看任務(wù)查看具體的巡檢信息。




5.4.10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(yùn)行數(shù)據(jù)，對變壓器負(fù)荷、配電回路用電量、功率因數(shù)、報警事件等進(jìn)行統(tǒng)計分析，并列出在該周期內(nèi)巡檢時發(fā)現(xiàn)的各類缺陷及處理情況。

5.4.11APP監(jiān)測
        APP支 電力運(yùn)維支持“監(jiān)控系統(tǒng)”、“設(shè)備”、“待辦事項”、“巡檢記錄”、“缺陷記錄”、“文檔管理”和“用戶”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、各種事件報警查詢，設(shè)備查詢、待辦事件處理、巡檢查詢、用戶報告、文檔管理等。







5.5系統(tǒng)硬件配置

6.結(jié)語
       通過研究與開發(fā)，在京滬高鐵現(xiàn)場搭建了綜合自動化系統(tǒng)智能運(yùn)維管理平臺。該平臺通過近半年的掛網(wǎng)試運(yùn)行，初步實(shí)現(xiàn)對綜合自動化系統(tǒng)裝置的故障預(yù)警和壽命預(yù)測，高鐵運(yùn)維在該方面的空白。該智能運(yùn)維管理平臺也可以引入城市軌道交通領(lǐng)域，為智慧地鐵的建設(shè)提供參考。

參考文獻(xiàn)
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安科瑞電氣股份有限公司專注于10KV饋線保護(hù)裝置,電流互感器,溫濕度控制器,有源電力濾波器,混合動態(tài)濾波補(bǔ)償裝置,有源濾波器廠家,低壓饋線保護(hù)器等

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