淺談智能機(jī)器人智能電表運(yùn)維管理體系在鐵路牽引變電所建設(shè)構(gòu)想

淺談智能機(jī)器人智能電表運(yùn)維管理體系在鐵路牽引變電所建設(shè)構(gòu)想摘要：本文針對鐵路牽引變電所智能化建設(shè)面臨數(shù)字化、信息化、智能化應(yīng)用不足問題進(jìn)行闡述，提出利用智能移動(dòng)機(jī)器人巡檢系統(tǒng)、運(yùn)維管理系統(tǒng)等進(jìn)行融合，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、信息化、智能化運(yùn)維管理系統(tǒng)的智慧化牽引變電所建設(shè)，為決策層針對設(shè)備狀態(tài)檢修提供可靠及時(shí)的決策依據(jù)，實(shí)現(xiàn)具有革新意義的管理體系。關(guān)鍵詞：智能移動(dòng)機(jī)器人狀態(tài)檢測分析決策智能化管理0前言牽引變電所是鐵路機(jī)車供電的來源，是保障鐵路運(yùn)行的基本環(huán)節(jié)，經(jīng)過多年的改造和發(fā)展，牽引變電所在我國大部分的鐵路線路中已經(jīng)得到了合理的覆蓋，無人值班牽引變電所在鐵路運(yùn)行中的應(yīng)用也得到了較大的普及，進(jìn)而提高了牽引變電所的運(yùn)行效率。隨著數(shù)字化、智能化的發(fā)展，四遙（遙控、遙測、遙信、遙調(diào)）功能已經(jīng)基本可靠，通過增加遙視功能，可逐步實(shí)心牽引變電所的無人化建設(shè)條件。在從“無人值班”向“無人值守”的轉(zhuǎn)變過程中，不僅要解決設(shè)備和技術(shù)上的問題，還要深入分析日常運(yùn)行和維護(hù)過程中出現(xiàn)的問題，以對無人值守牽引變電所實(shí)現(xiàn)科學(xué)管理。1無人值班牽引變電所的運(yùn)行模式可以了解無人值班牽引變電所的運(yùn)行模式，需對“無人值班”能夠正確理解，“無人值班”并不是可以脫離鐵路工作人員的管理，而是借助技術(shù)設(shè)備，通過人與機(jī)器之間的合理協(xié)調(diào)來保障牽引變電所的正常運(yùn)行。在部分情形下，牽引變電所在經(jīng)過無人值班的改造之后，還需要配備現(xiàn)場值班人員，以確保設(shè)備隱患能夠可以被檢測出來，從而保證牽引變電所的安全運(yùn)行。按照目前牽引變電所的設(shè)計(jì)，其運(yùn)行模式在層級上可以分為四級。上層是總調(diào)度所，其下一層可以分為若干個(gè)調(diào)度臺。調(diào)度臺下屬操作臺和巡檢隊(duì)負(fù)責(zé)各個(gè)牽引變電所的具體工作。操作隊(duì)可以設(shè)在對應(yīng)的調(diào)度所和供電段，其作用主要是負(fù)責(zé)本轄段無人值班變電所的遙控、遙測，填寫運(yùn)行日志和事故異常、處理記錄，并對異?，F(xiàn)象進(jìn)行分析判斷，確保供電調(diào)度能夠?qū)崟r(shí)掌握運(yùn)行情況。巡檢隊(duì)一般設(shè)在變電所所在地的供電車間，其負(fù)責(zé)定期巡查所轄變電站內(nèi)的設(shè)備、設(shè)施和工具等，在常規(guī)年檢時(shí)，配合檢修車間辦理安全措施。在一些位置比較偏僻的變電所，還應(yīng)當(dāng)設(shè)立達(dá)到運(yùn)維要求的值守人員，以便在巡檢人員無法及時(shí)達(dá)到時(shí)，處理各項(xiàng)臨時(shí)故障。操作隊(duì)和巡檢隊(duì)需要堅(jiān)持24小時(shí)值班制度，并接受供電調(diào)度的指揮。2智能巡檢機(jī)器人應(yīng)用探索2015年10月，國自“輪式智能機(jī)器人巡測運(yùn)維管理系統(tǒng)”率先在上海鐵路局杭州供電段新上虞牽引所正式投入使用，實(shí)現(xiàn)人工巡檢到機(jī)器人智能巡測的跨越。該智能巡測運(yùn)維管理系統(tǒng)核心采用一套國自輪式移動(dòng)機(jī)器人，巡測覆蓋了室外變壓及室內(nèi)二次設(shè)備區(qū)域，實(shí)現(xiàn)牽引變電所單機(jī)器人室內(nèi)外全覆蓋巡視。智能巡測機(jī)器人工作主要包括：任務(wù)下達(dá)、表計(jì)識別、紅外測溫、自主充電、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、故障判斷、微氣象等內(nèi)容。機(jī)器人系統(tǒng)在運(yùn)行過程中也逐步暴露了一些問題，如在電纜夾層處，由于輪式機(jī)器人的局限性，導(dǎo)致無法進(jìn)入，需要補(bǔ)充額外的攝像頭進(jìn)行監(jiān)測，同時(shí)在一些高壓設(shè)備內(nèi)部增設(shè)了局部放電檢測設(shè)備，所有設(shè)備數(shù)據(jù)統(tǒng)一接入智能機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行分析。目前，智能巡測運(yùn)維管理系統(tǒng)通過完全自主或遙控方式，代替人員對設(shè)備進(jìn)行巡視檢測，并與供電專業(yè)綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)，警報(bào)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)共享，綜自系統(tǒng)數(shù)據(jù)與現(xiàn)場機(jī)器人檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行校核，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的故障及趨勢問題，真實(shí)實(shí)現(xiàn)無人值守。上虞牽引變電所機(jī)器人的應(yīng)用為國內(nèi)鐵路智能巡測系統(tǒng)，保障鐵路供電系統(tǒng)地面設(shè)備的可靠與穩(wěn)定，大幅降低管理及維護(hù)成本，為鐵路供電系統(tǒng)的智能維護(hù)提供了創(chuàng)新型的技術(shù)手段。2018年10月，根據(jù)中國鐵路總公司發(fā)布的《牽引供變電所實(shí)施無人值班值守工作的指導(dǎo)意見》（工電函﹝2018﹞101號）所要求的內(nèi)容，杭州供電段在杭黃鐵路新建線中對富陽牽引變進(jìn)行了新一步的探索應(yīng)用，建設(shè)了以智能巡檢機(jī)器人為主的輔助監(jiān)控系統(tǒng)平臺。該系統(tǒng)平臺通過標(biāo)準(zhǔn)接口，采集所內(nèi)輔助設(shè)備信息，實(shí)現(xiàn)信息共享與告警聯(lián)動(dòng)功能，并將監(jiān)控和警報(bào)信息上傳。輔助監(jiān)控系統(tǒng)包含以下子系統(tǒng)：環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、安全防范及門禁系統(tǒng)、火災(zāi)消防警報(bào)子系統(tǒng)、監(jiān)控子系統(tǒng)（含紅外線測溫）、SF6氣體監(jiān)測及機(jī)器人巡檢系統(tǒng)等。牽引變電所采用分層分布式輔助監(jiān)控系統(tǒng)，通過通信網(wǎng)絡(luò)連接現(xiàn)場智能傳感設(shè)備，實(shí)現(xiàn)變電所的安全防范、環(huán)境監(jiān)測、火災(zāi)探測警報(bào)及聯(lián)動(dòng)控制、監(jiān)控（含紅外線測溫）、SF6氣體監(jiān)測及機(jī)器人巡檢等功能于一體的安全監(jiān)視和智能控制功能，以滿足鐵路運(yùn)營對牽引供電系統(tǒng)安全生產(chǎn)的要求，完成牽引變電所亭內(nèi)監(jiān)控、環(huán)境、安防、火災(zāi)探測等數(shù)據(jù)的集中采集處理，實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)內(nèi)的智能聯(lián)動(dòng)控制，并將輔助監(jiān)控系統(tǒng)信息通過上傳至供電段及路局調(diào)度大樓主站，為決策層針對設(shè)備狀態(tài)檢修提供可靠及時(shí)的決策依據(jù)，實(shí)現(xiàn)具有革新意義的管理體系。3提升無人值守牽引變電所運(yùn)行水平的措施3.1智能化系統(tǒng)建設(shè)改造目前在無人值守牽引變電所的改造運(yùn)行中，智能化系統(tǒng)無法得以完善的主要原因是在投入初期對資金的需求量比較大，并且還需要對相關(guān)的硬件進(jìn)行升級改造。據(jù)有關(guān)人員進(jìn)行分析，在采取4人值班的情況下，其在1-1.5年內(nèi)的資金消耗與一套完整智能機(jī)器人巡測系統(tǒng)投入相當(dāng)，但是在智能機(jī)器人巡測系統(tǒng)投入的情況下，其運(yùn)行效率將會(huì)大大提高，并且其使用壽命可以保持10年以上。這就要求管理部門的人員要能夠從長遠(yuǎn)角度出發(fā)，不斷加大投入力度，根據(jù)牽引變電所實(shí)際運(yùn)行的需要，逐步對軟件系統(tǒng)和相關(guān)的硬件設(shè)施進(jìn)行升級和完善，以便更好的達(dá)到無人值守的運(yùn)行要求。3.2完善智能化巡檢制度在對牽引變電所進(jìn)行無人值守的改造過程中，對于智能化管理工作提出了更高的要求，因此，需根據(jù)改造實(shí)施階段的不同，對管理制度進(jìn)行合理的調(diào)整。首先在制度內(nèi)容的制定上，要根據(jù)無人值守制度的特點(diǎn)，改進(jìn)原來的規(guī)章制度中與現(xiàn)行工作流程不相符的部分，減少因流程不符給工作人員帶來的重復(fù)工作或者操作不同的情形，切實(shí)提高工作人員日常巡檢和維修的效率。其次是要根據(jù)改造工作實(shí)施的步驟，及時(shí)對工作人員開展相關(guān)的培訓(xùn)工作，使其能夠在原有知識層次的基礎(chǔ)上深入了解無人值守模式下對檢修工作提出的要求，充分掌握檢修工作所需的基礎(chǔ)知識，快速處理檢修工作中出現(xiàn)的問題。后還要制定出針對無人值守模式運(yùn)行下統(tǒng)一驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，使工作人員能夠明確自身工作所應(yīng)達(dá)到的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，減少后期隱患的產(chǎn)生。4安科瑞AcrelCloud-1000變電所運(yùn)維云平臺4.1概述基于互聯(lián)網(wǎng)＋、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)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)境場景等需求，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)一個(gè)中心，集中存儲(chǔ)、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、接收警報(bào)，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)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。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(dòng)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(chǔ)，并通過交換機(jī)把數(shù)據(jù)上傳至相應(yīng)的服務(wù)器端口，網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)數(shù)據(jù)可存儲(chǔ)在本地，待網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時(shí)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(gè)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(dòng)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。4.4系統(tǒng)功能4.4.1用能月報(bào)用能月報(bào)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(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(shí)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(gè)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。4.4.4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。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(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。4.4.6監(jiān)控監(jiān)控展示了當(dāng)前實(shí)時(shí)畫面（直播），選中某一個(gè)變配電站，即可查看該變配電站內(nèi)信息。4.4.7電力運(yùn)行報(bào)表電力運(yùn)行報(bào)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(shí)值及平均值行統(tǒng)計(jì)。4.4.8警報(bào)信息對平臺所有警報(bào)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(diǎn)擊查看任務(wù)查看具體的巡檢信息。4.4.10用戶報(bào)告用戶報(bào)告頁面主要用于對選定的變配電站自動(dòng)匯總一個(gè)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)、警報(bào)事件等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并列出在該周期內(nèi)巡檢時(shí)發(fā)現(xiàn)的各類缺陷及處理情況。4.4.11APP監(jiān)測3.12APP支電力運(yùn)維手機(jī)支持“監(jiān)控系統(tǒng)”、“設(shè)備檔案”、“待辦事項(xiàng)”、“巡檢記錄”、“缺陷記錄”、“文檔管理”和“用戶報(bào)告”七大模塊，支持一次圖、需量、用電量、、曲線、溫濕度、同比、環(huán)比、電能質(zhì)量、各種事件警報(bào)查詢，設(shè)備檔案查詢、待辦事件處理、巡檢記錄查詢、用戶報(bào)告、文檔管理等。4.5系統(tǒng)硬件配置應(yīng)用場合型號外觀圖型號、規(guī)格變電所運(yùn)維云平臺AcrelCloud-1000AcrelCloud-1000變電所運(yùn)維云平臺基于互聯(lián)網(wǎng)＋、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)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)境場景等需求，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)一個(gè)中心，集中存儲(chǔ)、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、接收警報(bào)，并完成有關(guān)設(shè)備日常和定期巡檢和派單等管理工作。網(wǎng)關(guān)ANet-2E4SM4路RS485串口，光耦隔離，2路以太網(wǎng)接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPCUA、ModbusTCP（主、從）、104（主、從）、建筑能耗、SNMP、MQTT；（主模塊）輸入電源：DC12V～36V。支持4G擴(kuò)展模塊，485擴(kuò)展模塊。擴(kuò)展模塊ANet-485M485模塊：4路光耦隔離RS485擴(kuò)展模塊ANet-M4GM4G模塊：支持4G全網(wǎng)通中壓進(jìn)線AM6-L三段式過流保護(hù)（帶方向、低壓閉鎖）、過負(fù)荷保護(hù)、PT斷線告警、逆功率保護(hù)、三相一次重合閘、低頻減載、檢同期、合環(huán)保護(hù)、斷路器失靈保護(hù)APM810三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序電流In；四象限電能；實(shí)時(shí)及需量；電流、電壓不平衡度；負(fù)載電流柱狀圖顯示；66種警報(bào)類型及外部事件（SOE）各16條事件記錄，支持SD卡擴(kuò)展記錄；2-63次諧波；2DI+2DORS485/Modbus；LCD顯示；中壓進(jìn)線APView500相電壓電流＋零序電壓零序電流，電壓電流不平衡度，有功無功功率及電能、事件告警及故障錄波，諧波（電壓／電流63次諧波、63組間諧波、諧波相角、諧波含有率、諧波功率、諧波畸變率、K因子）、波動(dòng)／閃變、電壓暫升、電壓暫降、電壓瞬態(tài)、電壓中斷、1024點(diǎn)波形采樣、觸發(fā)及定時(shí)錄波，波形實(shí)時(shí)顯示及故障波形查看，PQDIF格式文件存儲(chǔ)，內(nèi)存32G,16D0+22D1,通訊2RS485+1RS232+1GPS,3以太網(wǎng)接口（＋1維護(hù)網(wǎng)口）＋1USB接口，支持U盤讀取數(shù)據(jù)，支持61850協(xié)議。中壓饋線AM6-L三段式過流保護(hù)（帶方向、低壓閉鎖）、過負(fù)荷保護(hù)、PT斷線告警、逆功率保護(hù)、三相一次重合閘、低頻減載、檢同期、合環(huán)保護(hù)、斷路器失靈保護(hù)APM810三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序電流In；四象限電能；實(shí)時(shí)及需量；電流、電壓不平衡度；負(fù)載電流柱狀圖顯示；66種警報(bào)類型及外部事件（SOE）各16條事件記錄，支持SD卡擴(kuò)展記錄；2-63次諧波；2DI+2DORS485/Modbus；LCD顯示；低壓進(jìn)線AEM96三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，總正反向有功電能統(tǒng)計(jì)，正反向無功電能統(tǒng)計(jì)；2-31次分次諧波及總諧波含量分析、分相諧波及基波電參量（電壓、電流、功率）；電流規(guī)格3×1.5(6)A，有功電能精度0.5S級,無功電能精度2級；工作溫度：-10℃～+55℃；相對濕度：≤95不結(jié)露低壓出線AEM72三相電參量U、1、P、Q、S、PF、F測量，總正反向有功電能統(tǒng)計(jì)，正反向無功電能統(tǒng)計(jì)；2-31次分次諧波及總諧波含量分析、低壓出線分相諧波及基波電參量（電壓、電流、功率）；電流規(guī)格3x1.5(6)A,有功電能精度0.5S級，無功電能精度2級ADW300三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，有功電能計(jì)量（正、反向）、四象限無功電能、總諧波含量、分次諧波含量（2～31次）；A、B、C、N四路測溫；1路剩余電流測量；支持RS485/LoRa/2G/4G/NB；LCD顯示；有功電能精度：0.5S級（改造項(xiàng)目）無線測溫ATE-400合金片固定，CT感應(yīng)取電，啟動(dòng)電流大于5安培,測溫范圍－50-125℃,測量精度±1℃;傳輸距離空曠150米ATC-600兩種工作模式：終端、中繼。ATC600-Z做中繼透傳，ATC600-Z到ATC600-C的傳輸距離空曠1000m,ATC600-C可接收ATE系列傳感器、AHE等傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，1路485,2路警報(bào)出口。環(huán)境溫濕度WHDWHD溫濕度控制器產(chǎn)品主要用于中高壓開關(guān)柜、端子箱、環(huán)網(wǎng)柜、箱變等設(shè)備內(nèi)部溫度和濕度調(diào)節(jié)控制。工作電源：AC/DC85～265V工作溫度：-40.0℃～99.9℃工作濕度：0RH～99RH水浸傳感器RS-SJ-*-2接觸式水浸傳感器，監(jiān)測變電所、電纜溝、控制室等場所積水情況，工作電源：DC10-30V工作溫度：－20℃+60℃工作濕度：0%RH~80%RH響應(yīng)時(shí)間：1s繼電器輸出：常開觸點(diǎn)。攝像機(jī)CS-C5