高 勁，龐開(kāi)陽(yáng)，黃山山

?

城市軌道交通供電系統(tǒng)狀態(tài)維修模式研究

高 勁，龐開(kāi)陽(yáng)，黃山山

分析了廣州地鐵供電系統(tǒng)維修模式現(xiàn)狀及存在問(wèn)題，討論了計(jì)劃維修和狀態(tài)維修的研究?jī)?nèi)容。在現(xiàn)有技術(shù)條件下，針對(duì)設(shè)備綜合信息數(shù)據(jù)庫(kù)的建立、地鐵供電設(shè)備故障診斷、地鐵供電設(shè)備健康狀態(tài)評(píng)估、地鐵供電設(shè)備維修維護(hù)策略的4個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，提出城市軌道交通供電系統(tǒng)狀態(tài)維修模式研究思路。

供電系統(tǒng)；維修模式；狀態(tài)修

0 引言

城市軌道交通供電系統(tǒng)是為運(yùn)營(yíng)提供所需電能的系統(tǒng)，包括牽引用電以及動(dòng)力照明用電，是整個(gè)城市軌道交通的大動(dòng)脈。確保供電系統(tǒng)安全、可靠地運(yùn)行，是保障城市軌道交通正常運(yùn)營(yíng)的重中之重。廣州地鐵線(xiàn)網(wǎng)已經(jīng)具備一定規(guī)模，“十二五”計(jì)劃建設(shè)完成總運(yùn)營(yíng)里程將超過(guò)500 km，“十三五”建設(shè)規(guī)劃也正在啟動(dòng)，地鐵供電網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)形成，并在逐步擴(kuò)大。截止2016年底，廣州地鐵已開(kāi)通運(yùn)營(yíng)線(xiàn)路309 km，車(chē)站184個(gè)，各車(chē)站高中低壓設(shè)備數(shù)量已達(dá)近萬(wàn)臺(tái)。目前供電設(shè)備的檢修普遍依靠定期檢修方式，隨著計(jì)算機(jī)、通信技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，在設(shè)備的檢修中應(yīng)不斷積累經(jīng)驗(yàn)，積極探索最佳的檢修模式，逐步向狀態(tài)維修模式過(guò)渡。

1 供電系統(tǒng)計(jì)劃維修的現(xiàn)狀分析

基于軌道交通供電系統(tǒng)（圖1）的重要性，多年來(lái)供電設(shè)備的檢修已實(shí)現(xiàn)按計(jì)劃定期檢修，維修規(guī)程規(guī)定有巡視、小修、大修，按照維修規(guī)程使檢修工作形成制度化、規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，做到精檢細(xì)修，確保設(shè)備的維修質(zhì)量。根據(jù)檢修計(jì)劃進(jìn)行安排和落實(shí)并遵循以下原則：

（1）計(jì)劃?rùn)z修與巡視保養(yǎng)并重，以預(yù)防為主。計(jì)劃?rùn)z修與巡視保養(yǎng)相輔相成，設(shè)備保養(yǎng)和操作使用得當(dāng)可以延長(zhǎng)檢修周期或減少檢修工作量。

（2）檢修為變電所安全、可靠運(yùn)行服務(wù)。檢修班組必須在保證檢修質(zhì)量的前提下，盡量縮短設(shè)備停運(yùn)時(shí)間。

（3）利用現(xiàn)代化管理手段和方法，實(shí)行“三定四化記名檢修”。

但是計(jì)劃維修模式也存在2個(gè)方面的不足：

（1）供電設(shè)備的絕緣性能及機(jī)械性能等關(guān)鍵數(shù)據(jù)無(wú)法在線(xiàn)檢測(cè)，難以提前預(yù)判故障，排除隱患。

（2）當(dāng)供電設(shè)備狀態(tài)不佳時(shí)，因未到檢修時(shí)間而不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并排除隱患；而當(dāng)供電設(shè)備狀態(tài)良好時(shí)，卻已到檢修時(shí)間，須進(jìn)行例行檢修，造成人力、物力的浪費(fèi)，不能更好地實(shí)現(xiàn)預(yù)期檢修效果。

將供電設(shè)備的維護(hù)模式由計(jì)劃維護(hù)逐步轉(zhuǎn)變?yōu)椤盃顟B(tài)性維修”，以彌補(bǔ)供電設(shè)備管理中存在的不足，相比現(xiàn)有的供電設(shè)備管理模式，不僅能及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患，提前排除設(shè)備故障，還能更有針對(duì)性地進(jìn)行供電設(shè)備維修，縮短停電檢修時(shí)間，減少人力物力的浪費(fèi)，提升維修效率。

圖1 地鐵供電系統(tǒng)示意圖

2 供電系統(tǒng)狀態(tài)維修研究?jī)?nèi)容

（1）更完善的供電系統(tǒng)一次設(shè)備狀態(tài)指標(biāo)體系。

根據(jù)供電系統(tǒng)設(shè)備自設(shè)計(jì)到報(bào)廢的整個(gè)生命周期實(shí)際運(yùn)行特性，以其工作狀況預(yù)防性試驗(yàn)既有表征參數(shù)為基礎(chǔ)，校核其局限、盲區(qū)，運(yùn)用最新技術(shù)、設(shè)備，研究更完善的能夠表征其供電系統(tǒng)一次設(shè)備狀態(tài)的指標(biāo)參數(shù)體系。

（2）更客觀(guān)的供電系統(tǒng)一次設(shè)備狀態(tài)判別體系。

在供電系統(tǒng)設(shè)備自設(shè)計(jì)到報(bào)廢的整個(gè)生命周期中，以可獲取的狀態(tài)指標(biāo)數(shù)據(jù)為依據(jù)，運(yùn)用最新技術(shù)、設(shè)備，結(jié)合對(duì)具體設(shè)備狀態(tài)優(yōu)劣進(jìn)行預(yù)警關(guān)注及提示維修、警示搶修、標(biāo)志報(bào)廢等既有識(shí)別指標(biāo)，校核其局限、盲區(qū)，研究、完善、確定供電系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)判別體系。

（3）更有效的供電系統(tǒng)一次設(shè)備全生命周期狀態(tài)在線(xiàn)實(shí)時(shí)技術(shù)監(jiān)測(cè)體系。

根據(jù)供電系統(tǒng)自設(shè)計(jì)到報(bào)廢的整個(gè)生命周期運(yùn)行特性，結(jié)合既有在線(xiàn)檢測(cè)技術(shù)、設(shè)備，校核其局限、盲區(qū)，充分開(kāi)發(fā)、運(yùn)用最新檢測(cè)技術(shù)、儀器、工具、方法，研究、開(kāi)發(fā)、完善以實(shí)現(xiàn)對(duì)其狀態(tài)進(jìn)行更有效的在線(xiàn)化、實(shí)時(shí)化、連續(xù)化檢測(cè)的監(jiān)測(cè)技術(shù)與設(shè)備體系。

3 供電系統(tǒng)狀態(tài)維修關(guān)鍵技術(shù)及思路

設(shè)備狀態(tài)維修的研究擬從以下幾方面開(kāi)展：設(shè)備綜合信息數(shù)據(jù)庫(kù)的建立、地鐵供電設(shè)備故障診斷、地鐵供電設(shè)備健康狀態(tài)評(píng)估、地鐵供電設(shè)備維修維護(hù)策略，具體思路框圖見(jiàn)圖2。

圖2 供電設(shè)備狀態(tài)維修思路框圖

3.1 設(shè)備綜合信息數(shù)據(jù)庫(kù)的建立

采用數(shù)據(jù)融合形成地鐵維修維護(hù)決策所需的設(shè)備綜合信息數(shù)據(jù)庫(kù)。由于供變電系統(tǒng)設(shè)備對(duì)運(yùn)行可靠度要求較高，因此對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的關(guān)注度也較高，此前沿用的計(jì)劃修模式，將檢修與設(shè)備試驗(yàn)相結(jié)合，由變電所巡視人員抄表記錄數(shù)據(jù)，并依據(jù)變電所運(yùn)行檢修規(guī)程等獲取設(shè)備的狀態(tài)量。

設(shè)備綜合信息數(shù)據(jù)庫(kù)的建立主要通過(guò)以下方式收集設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)：

（1）在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，即在設(shè)備工作狀態(tài)下，實(shí)時(shí)在線(xiàn)連續(xù)對(duì)狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，這需要增加傳感器等在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備。

（2）帶電檢測(cè)，即在設(shè)備工作狀態(tài)下利用專(zhuān)用儀器進(jìn)行檢測(cè)（含目測(cè)、巡檢等）。

（3）離線(xiàn)檢測(cè)，即在設(shè)備非工作狀態(tài)（停電）下進(jìn)行的檢測(cè)（含出廠(chǎng)數(shù)據(jù)和家族性缺陷數(shù)據(jù)、停電試驗(yàn)數(shù)據(jù)等）。

（4）系統(tǒng)原有數(shù)據(jù)的接入。涉及供電設(shè)備的系統(tǒng)有多個(gè)，包括PSCADA、LIMIS等，通過(guò)接入這些系統(tǒng)的原有數(shù)據(jù)，能夠避免數(shù)據(jù)的重復(fù)采集，從而減少投資。

3.2 地鐵供電設(shè)備故障診斷

地鐵供電系統(tǒng)故障診斷主要包括：關(guān)鍵設(shè)備故障樹(shù)模型（FTA）和故障模式及影響分析（FMEA）；變壓器、斷路器、電纜等關(guān)鍵設(shè)備的潛隱故障預(yù)測(cè)；供電設(shè)備故障診斷。

3.3 地鐵供電設(shè)備健康狀態(tài)評(píng)估

按照標(biāo)準(zhǔn)格式建立狀態(tài)指標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、共享等功能。在建設(shè)設(shè)備綜合信息數(shù)據(jù)庫(kù)及專(zhuān)家知識(shí)庫(kù)的基礎(chǔ)上，搭建一個(gè)計(jì)算機(jī)管理平臺(tái)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和分析，對(duì)地鐵供電設(shè)備進(jìn)行健康狀態(tài)評(píng)估。

3.3.1 評(píng)估對(duì)象的選擇

供電系統(tǒng)核心評(píng)估對(duì)象初步擬定為油浸式變壓器及斷路器（包括SF6斷路器、真空斷路器、空氣斷路器）。

（1）油浸式變壓器。110 kV主變壓器（油浸式變壓器）是連接地鐵與市電電網(wǎng)之間的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其運(yùn)行狀態(tài)直接影響運(yùn)營(yíng)安全。

（2）斷路器。斷路器為可關(guān)合、承載和開(kāi)斷正?；芈窏l件下的電流并可關(guān)合、規(guī)定時(shí)間內(nèi)承載和開(kāi)斷異?；芈窏l件下電流的開(kāi)關(guān)裝置。

（3）油浸式變壓器及斷路器的共性。變壓器及斷路器均采用密封式結(jié)構(gòu)，通過(guò)外觀(guān)檢查無(wú)法發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部故障，且通過(guò)現(xiàn)有的試驗(yàn)和監(jiān)測(cè)手段也無(wú)法判斷其內(nèi)部故障。因此，建立多維度的評(píng)估體系，對(duì)于變壓器內(nèi)部故障的預(yù)判有十分重要的意義。

3.3.2 狀態(tài)量權(quán)重

視狀態(tài)量對(duì)被評(píng)估設(shè)備安全運(yùn)行的影響程度，從小到大分為4個(gè)等級(jí)，對(duì)應(yīng)的權(quán)重分別為權(quán)重1、權(quán)重2、權(quán)重3、權(quán)重4，其系數(shù)為1、2、3、4。權(quán)重1、權(quán)重2與一般狀態(tài)量對(duì)應(yīng)，權(quán)重3、權(quán)重4與重要狀態(tài)量對(duì)應(yīng)。

3.3.3 狀態(tài)分級(jí)

視狀態(tài)量的劣化程度從小到大分為4級(jí)，分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ級(jí)，其對(duì)應(yīng)的基本扣分值為2、4、8、10分。

3.3.4 狀態(tài)量扣分值

狀態(tài)量應(yīng)扣分值由狀態(tài)量劣化程度和權(quán)重共同決定，即狀態(tài)量應(yīng)扣分值等于該狀態(tài)量的基本扣分值乘以權(quán)重系數(shù)（表1）。狀態(tài)量正常時(shí)不扣分。

表1 狀態(tài)量扣分值表

3.3.5 狀態(tài)量的選取

（1）狀態(tài)量的構(gòu)成。

a.原始資料。設(shè)備的原始資料主要包括：銘牌、型式試驗(yàn)報(bào)告、訂貨技術(shù)協(xié)議、設(shè)備監(jiān)造報(bào)告、出廠(chǎng)試驗(yàn)報(bào)告、運(yùn)輸安裝記錄、交接驗(yàn)收?qǐng)?bào)告、安裝使用說(shuō)明書(shū)等。

b.運(yùn)行資料。設(shè)備的運(yùn)行資料主要包括：斷路器動(dòng)作次數(shù)、斷路器故障跳閘記錄（故障跳閘次數(shù)、繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置提供的故障電流的波形、相別、幅值、持續(xù)時(shí)間等）、設(shè)備巡視記錄、歷年缺陷及異常記錄、紅外測(cè)溫記錄等。

c.檢修試驗(yàn)資料。設(shè)備的檢修試驗(yàn)資料主要包括：檢修報(bào)告、預(yù)防性試驗(yàn)報(bào)告、保護(hù)校驗(yàn)報(bào)告、SF6氣體及變壓器油檢驗(yàn)報(bào)告、在線(xiàn)監(jiān)測(cè)信息、特殊測(cè)試報(bào)告、有關(guān)反措執(zhí)行情況、設(shè)備技改及主要部件更換情況等。

d.其他資料。設(shè)備的其他資料主要包括：同型（同類(lèi)）設(shè)備的運(yùn)行、修試、缺陷和故障的情況；設(shè)備運(yùn)行環(huán)境的變化、系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化；安裝地點(diǎn)短路電流計(jì)算報(bào)告；其他影響評(píng)估對(duì)策安全穩(wěn)定運(yùn)行的因素等。

（2）狀態(tài)量獲取方式及周期。

各種狀態(tài)量獲取來(lái)源于現(xiàn)有的設(shè)備維修手段，包括日常巡視，定期的預(yù)防性試驗(yàn)、校驗(yàn)、檢測(cè)等。

由于供電設(shè)備維修規(guī)程已涵蓋了其中的常規(guī)項(xiàng)目，僅需采集計(jì)劃維修的數(shù)據(jù)即可；而發(fā)生故障或開(kāi)展大修評(píng)估需要采集非常規(guī)檢修試驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行復(fù)雜關(guān)鍵部件拆解檢查和深度檢測(cè)，故需委托具有相關(guān)資質(zhì)的單位進(jìn)行。

3.3.6 輸出部件評(píng)估結(jié)論

整體評(píng)價(jià)應(yīng)綜合其部件的評(píng)價(jià)結(jié)果。當(dāng)所有部件評(píng)價(jià)為正常狀態(tài)時(shí)，整體評(píng)價(jià)則為正常狀態(tài)；當(dāng)任一部件狀態(tài)為注意狀態(tài)、異常狀態(tài)或嚴(yán)重狀態(tài)時(shí)，整體評(píng)價(jià)則為其中最嚴(yán)重的狀態(tài)。評(píng)估結(jié)論最終形成評(píng)估表。

3.4 地鐵供電設(shè)備維修維護(hù)策略的制定

以設(shè)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)檢測(cè)數(shù)據(jù)以及維修規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)等作為基本輸入，考慮故障原因、類(lèi)型和故障后果影響，根據(jù)故障診斷信息和健康狀態(tài)評(píng)估信息制定相關(guān)的設(shè)備全生命周期維修及維護(hù)策略。

供電設(shè)備從傳統(tǒng)計(jì)劃修到狀態(tài)修，利用所采集的數(shù)據(jù)綜合評(píng)價(jià)獲得設(shè)備的狀態(tài)，并依此獲得設(shè)備狀態(tài)的判定結(jié)果，對(duì)故障進(jìn)行預(yù)警和診斷并及時(shí)通知維修人員，指導(dǎo)維修人員及時(shí)維修。

4 結(jié)語(yǔ)

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，以工業(yè)化和信息化融合為核心的新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命正在孕育興起，德國(guó)提出“工業(yè)4.0”概念，美國(guó)GE公司提出“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”概念，中國(guó)則提出中國(guó)版的“工業(yè)4.0”—《中國(guó)制造2025》，其核心是將互聯(lián)網(wǎng)運(yùn)用到企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)中以提升效率?；诠I(yè)互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)的理念，將供電設(shè)備的維護(hù)模式由計(jì)劃維護(hù)逐步轉(zhuǎn)變?yōu)椤盃顟B(tài)性維修”，建立供電設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)，將設(shè)備原始資料、運(yùn)行資料、檢修試驗(yàn)資料全部錄入系統(tǒng)，并自動(dòng)形成對(duì)比或評(píng)估結(jié)果、設(shè)備狀態(tài)趨勢(shì)圖；研究增設(shè)在線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的可行性，獲取更多、更直接的設(shè)備狀態(tài)量；同時(shí)開(kāi)展設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)評(píng)估，真正實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障提前預(yù)判；搭建設(shè)備評(píng)估模型，制定具指導(dǎo)意義的維修策略。隨著廣州地鐵部分供電設(shè)備逐漸進(jìn)入到大修階段，考慮維修成本及設(shè)備的可靠性，研究全供電設(shè)備全生命周期體系的狀態(tài)維修，使維修行為建立在對(duì)設(shè)備和維修的理性分析上，將對(duì)供電設(shè)備維修體系優(yōu)化產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

[1] Q/GDW169-2008 油浸式變壓器（電抗器）狀態(tài)評(píng)價(jià)導(dǎo)則 國(guó)家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[S]. 北京，2008.

[2] Q/GDW171-2008 SF6高壓斷路器狀態(tài)評(píng)價(jià)導(dǎo)則 國(guó)家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[S]. 北京，2008.

[3]曾聲奎. 故障預(yù)測(cè)與健康管理（PHM）技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J]. 航空學(xué)報(bào)，2005（5）：627-632.

[4] 何霖. 變電檢修工分冊(cè)/城市軌道交通崗位技能培訓(xùn)教材[M]. 北京：中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2010.

[5] GDY/QW-JG-GD-01廣州地鐵變電設(shè)備維修規(guī)程[S]. 廣州，2015.

The paper analyzes the situations of power supply system maintenance mode for Guangzhou subway, discusses the contents of planning maintenance and status maintenance. And the paper puts forward the way of study for status maintenance mode for power supply system in urban rail transit, on the basis of the existing technical conditions of 4 key technologies of establishing the equipment integrated information database, failure diagnosis, healthy status evaluation and maintenance strategy for subway power supply equipment.

Power supply system; maintenance mode; status maintenance

U231.8

B

1007-936X(2017)03-0017-04

2017-03-31

高 勁.廣州地鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)營(yíng)事業(yè)總部，工程師，電話(huà)：13609747592；龐開(kāi)陽(yáng).廣州地鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)營(yíng)事業(yè)總部，高級(jí)工程師；黃山山.廣州地鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)營(yíng)事業(yè)總部，工程師。