王 志 文

(中國(guó)鐵建電氣化局集團(tuán)第五工程有限公司，四川 成都 610091)

0 引言

鐵路無(wú)人值班變配電所一般配置在鐵路站區(qū)或地區(qū)大中型建筑物構(gòu)筑物中，提供電能，安全不間斷地向建構(gòu)筑物中通信、信息、消防、調(diào)度、站段等生產(chǎn)辦公負(fù)荷供電。無(wú)人值班變配電所遇有突發(fā)情況諸如著火或爆炸或突然中斷供電不能及時(shí)處置，將會(huì)造成不可預(yù)見的后果，將直接影響正常的生產(chǎn)生活秩序。研發(fā)智能巡檢系統(tǒng)，以智能設(shè)備代替人工，能夠遠(yuǎn)程在線實(shí)時(shí)規(guī)范地巡視檢變配電所運(yùn)行和環(huán)境情況，能夠提高巡檢質(zhì)量，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常立即報(bào)警，用智能設(shè)備保安全、保運(yùn)行。

1 背景及目標(biāo)

1.1 鐵路無(wú)人值班變配電所巡檢存在的問(wèn)題

由于歷史原因，不同時(shí)期依據(jù)當(dāng)時(shí)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和需求將10 kV或35 kV變配電所建設(shè)為無(wú)人值班模式，且位置多為地下或偏遠(yuǎn)處所，布點(diǎn)多，未配套遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)。按照鐵路相關(guān)規(guī)定，無(wú)人值班變配電所每半月巡檢一次，為此巡檢存在以下問(wèn)題：

1)巡檢周期長(zhǎng)。遇有著火、爆炸、一路電源停電或兩路電源同時(shí)停電中斷供電等突發(fā)情況，維管人員不能實(shí)時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)信息，不能快速處置；

2)巡檢不到位，巡檢質(zhì)量不高。不同時(shí)期變配電所高低壓裝備技術(shù)不同，巡檢人員配置技術(shù)高低不一，即使到場(chǎng)，也不可能發(fā)現(xiàn)全部的設(shè)備隱患和安全問(wèn)題；

3)巡檢記錄不全、歷史資料溯源難，安全問(wèn)題處置跟蹤不及時(shí)。

1.2 意義

1.2.1實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班變配電所巡檢智能化

智能巡檢系統(tǒng)集成最新的機(jī)電一體化和信息化技術(shù)，采用自主或遙控方式，部分替代人對(duì)配電所進(jìn)行聲音、紅外、可見光、局放、運(yùn)行環(huán)境等高低壓柜要素檢測(cè)。對(duì)巡檢數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比和趨勢(shì)分析，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)高低壓開關(guān)柜運(yùn)行的安全隱患和故障先兆，將巡檢記錄和信息實(shí)時(shí)在線回傳至監(jiān)控終端，及時(shí)向監(jiān)控后臺(tái)發(fā)出預(yù)警報(bào)警，以提升變配電所全方位智能化監(jiān)控水平；制定全巡策略。智能巡檢機(jī)器人通過(guò)沿著預(yù)設(shè)的軌道自主進(jìn)行開關(guān)柜巡視檢查檢測(cè)，通過(guò)所內(nèi)站控后臺(tái)或主站系統(tǒng)對(duì)機(jī)器人進(jìn)行任務(wù)配置并建立例巡、特巡等巡檢模式，遇有故障發(fā)生可跟蹤巡檢，針對(duì)帶載特殊負(fù)荷的開關(guān)柜，可執(zhí)行特殊的全巡檢策略；實(shí)現(xiàn)普查和有針對(duì)性的定查，促進(jìn)運(yùn)維人員更好地掌握設(shè)備健康水平，針對(duì)性地制定檢修策略。同時(shí)在系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置了報(bào)警功能，自動(dòng)產(chǎn)生報(bào)警信息，運(yùn)維人員可在主站平臺(tái)實(shí)時(shí)查閱運(yùn)行信息，以保障設(shè)備運(yùn)行的可靠性和安全性；涵蓋巡檢功能。本系統(tǒng)可以替代人工完成巡檢、探測(cè)、監(jiān)控、故障診斷、預(yù)警報(bào)警等多種功能，對(duì)鐵路無(wú)人值班配電所內(nèi)設(shè)備進(jìn)行全天候監(jiān)控，大大提高實(shí)時(shí)在線巡檢質(zhì)量，降低配電所突發(fā)情況下的安全風(fēng)險(xiǎn)，降低人力成本。

1.2.2運(yùn)行工況實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

通過(guò)實(shí)時(shí)在線巡視監(jiān)測(cè)，可獲取以下運(yùn)行工況信息，視頻監(jiān)控；無(wú)線通信檢測(cè)；柜內(nèi)電纜終端溫度檢測(cè)；不間斷電源供電；開關(guān)分合狀態(tài)；指針式儀表指針指示；數(shù)字式儀表數(shù)顯；局放檢測(cè)；分合閘和儲(chǔ)能工作指示燈亮暗；顏色類儀表數(shù)據(jù)分析；所內(nèi)溫度、濕度、地溝水浸、煙霧濃度等環(huán)境監(jiān)測(cè)；智能報(bào)警等，以滿足變配電所正常運(yùn)行的條件。

1.3 基本內(nèi)容

1.3.1檢測(cè)傳感技術(shù)

變配電所采用視覺(jué)反饋技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量，尤其是電力高低壓環(huán)境，對(duì)于觀測(cè)者與被觀測(cè)者都不會(huì)產(chǎn)生任何不安全因素，從而提高系統(tǒng)的安全性和可靠性，對(duì)設(shè)備的柔性化裝配應(yīng)用提供了更大的可能性。

1.3.2模式識(shí)別技術(shù)

在變配電所視覺(jué)傳感器采集到的照片、圖像等信息，通過(guò)模式識(shí)別分析出具體儀器儀表數(shù)值、開關(guān)狀態(tài)、指示燈亮暗等可量化的信息，通過(guò)門限值等參量判斷設(shè)備工作狀態(tài)，結(jié)合運(yùn)行方案，進(jìn)行常態(tài)與非常態(tài)識(shí)別。

1.3.3可視化信息控制技術(shù)

在變配電所實(shí)現(xiàn)通過(guò)數(shù)據(jù)鏈的采集、輸送和分析，將人工智能化管理所需的各項(xiàng)指標(biāo)、設(shè)備狀態(tài)和分析結(jié)果實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程集中呈現(xiàn)在設(shè)備管理者眼前，為運(yùn)維人員提供了一套直觀的管理界面。

1.3.4智能報(bào)警技術(shù)

變配電所內(nèi)溫濕度、煙霧、開門、開關(guān)變位、局部放電、紅外測(cè)溫、無(wú)線測(cè)溫、電源停電、電量異常、機(jī)器人本體異常等采集量超過(guò)設(shè)定限值或有持續(xù)惡化的趨勢(shì)，在向遠(yuǎn)程終端發(fā)出告警的同時(shí)，向維管人員手機(jī)發(fā)出報(bào)警短信提示。

1.3.5多傳感器融合技術(shù)

在變配電所將分布在不同位置的多個(gè)同類或不同類傳感器所提供的局部數(shù)據(jù)資源加以綜合，采用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行分析，消除多傳感器信息之間可能存在的冗余和矛盾，加以互補(bǔ)，降低其不確定性，獲得被測(cè)對(duì)象的一致性解釋與描述，從而提高系統(tǒng)決策、規(guī)劃、反應(yīng)的快速性和正確性，使系統(tǒng)獲得更充分更精準(zhǔn)的信息。

1.3.6軟件開發(fā)應(yīng)用技術(shù)

智能巡檢系統(tǒng)主控系統(tǒng)采用的是Linux系統(tǒng)，以QT為開發(fā)平臺(tái)，集成web server對(duì)機(jī)器人的各個(gè)軸的直接移動(dòng)控制，機(jī)器人服務(wù)站采用Nodejs模塊轉(zhuǎn)發(fā)對(duì)機(jī)器人進(jìn)行控制，以PHP Server模塊進(jìn)行處理，Nodejs和PHP共享MySql數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)機(jī)器人的各個(gè)巡檢任務(wù)進(jìn)行控制，并以此為橋梁連接機(jī)器人、監(jiān)控后臺(tái)和監(jiān)控主站，主站系統(tǒng)裝備服務(wù)站的客戶端進(jìn)行監(jiān)控和各個(gè)任務(wù)的編制。

2 總體架構(gòu)

2.1 基本原則

一是安裝條件要求低。智能巡檢系統(tǒng)只需單相220 V電源即可安裝，用滑觸線安裝的導(dǎo)軌供電可以給巡檢系統(tǒng)全天供電；二是布線要求少，不改變既有設(shè)備，無(wú)任何高低壓電電氣接觸或雖有接觸但采用無(wú)線通信，保障高低壓信息傳導(dǎo)的安全性；三是功能要求按需選配。巡檢系統(tǒng)需搭載多組高性能監(jiān)測(cè)儀器對(duì)配電所內(nèi)設(shè)備進(jìn)行全天候監(jiān)控，可以按照現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和本身需求選配客戶需要的功能，包括部分硬件，如UPS、硬盤錄像機(jī)等可與固定式監(jiān)控共用；可靠性要求高。巡檢系統(tǒng)本身兼容多種渠道與遠(yuǎn)程端通信，可加密通訊并有嚴(yán)格的身份認(rèn)證措施，對(duì)于非核心敏感的數(shù)據(jù)安全性可以信賴；四是后臺(tái)操作要求簡(jiǎn)易。巡檢系統(tǒng)分為特巡、例巡、定巡、跟蹤巡、手動(dòng)定置等，能實(shí)現(xiàn)一鍵式智能巡檢，鼠標(biāo)操作，簡(jiǎn)單明了。

2.2 架構(gòu)組成和軟硬件配置方案

1)架構(gòu)組成。

系統(tǒng)由機(jī)器人巡檢系統(tǒng)、站控系統(tǒng)、主站后臺(tái)和無(wú)線通信系統(tǒng)四部分構(gòu)成。機(jī)器人巡檢系統(tǒng)用于執(zhí)行設(shè)定任務(wù)，監(jiān)測(cè)設(shè)備狀態(tài)并反饋配電所設(shè)備及環(huán)境信息；站控系統(tǒng)用于儲(chǔ)存信息，集中監(jiān)控，并將信息進(jìn)行通訊與執(zhí)行反饋；主站后臺(tái)集中監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)并及時(shí)傳達(dá)，建立無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)。

2)軟件配置方案。

軟件配置方案由數(shù)據(jù)采集、運(yùn)動(dòng)控制、數(shù)據(jù)分析、網(wǎng)絡(luò)傳輸和后臺(tái)管理軟件五大系統(tǒng)組成。硬件配置方案。硬件配置由運(yùn)動(dòng)控制、供電、機(jī)器人儀器艙+多組傳感器及數(shù)據(jù)采集、通信等5個(gè)系統(tǒng)組成。

2.3 重點(diǎn)模塊化構(gòu)思

智能巡檢系統(tǒng)中機(jī)器人艙體、站控系統(tǒng)和主站后臺(tái)、巡檢任務(wù)調(diào)度及控制模塊、巡查信息反饋模塊、健康評(píng)價(jià)體系、后臺(tái)應(yīng)用管理軟件包括任務(wù)層、系統(tǒng)層和應(yīng)用層；監(jiān)測(cè)點(diǎn)管理、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)展示、監(jiān)測(cè)指標(biāo)管理和隱患預(yù)測(cè)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)報(bào)告、供電系統(tǒng)包括巡檢機(jī)器人及站控平臺(tái)分為三種供電模式：1)所內(nèi)供電+不間斷電源；2)滑觸線供電；3)無(wú)源CT取電；運(yùn)動(dòng)定位系統(tǒng)，結(jié)合激光定位技術(shù)和激光條碼定位技術(shù)，實(shí)現(xiàn)巡檢機(jī)器人在所內(nèi)水平垂直軸的精準(zhǔn)定位等作為重點(diǎn)進(jìn)行探討。

2.4 預(yù)期目標(biāo)

硬件部分：包括巡檢機(jī)器人艙體及運(yùn)行軌道、附在設(shè)備上的無(wú)線傳感器、站控系統(tǒng)、主站后臺(tái)、無(wú)線通信系統(tǒng)、不間斷電源各一套。

軟件部分：系統(tǒng)應(yīng)具備可視化管理界面，系統(tǒng)數(shù)據(jù)支持文本、圖標(biāo)、電網(wǎng)圖形可視化等多種方式展現(xiàn)，并支持在變配電所可視圖形下的遠(yuǎn)程操控。遠(yuǎn)程后臺(tái)通過(guò)內(nèi)網(wǎng)收取本地監(jiān)控后臺(tái)的匯總數(shù)據(jù)及報(bào)警信息。系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)與生產(chǎn)管理、保電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享和業(yè)務(wù)互動(dòng)。系統(tǒng)獲取例巡、定巡、特巡、跟蹤巡任務(wù)，并根據(jù)計(jì)劃時(shí)間或指令執(zhí)行巡檢任務(wù)，回傳數(shù)據(jù)，自動(dòng)完成巡檢作業(yè)單。系統(tǒng)應(yīng)具備變配電所數(shù)據(jù)綜合分析能力，建立系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)與生產(chǎn)管理、在線監(jiān)測(cè)智能化、用電采集的運(yùn)行、測(cè)量數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)的分析模型，評(píng)估設(shè)備的健康水平和整體運(yùn)行水平，作為狀態(tài)檢修、保電預(yù)案等業(yè)務(wù)的分析數(shù)據(jù)源。遠(yuǎn)程后臺(tái)可展示巡檢設(shè)備及巡檢結(jié)果，每臺(tái)設(shè)備巡檢結(jié)果的多張照片要統(tǒng)一歸集于每臺(tái)設(shè)備目錄下，并自動(dòng)生成巡檢單、試驗(yàn)單。

3 結(jié)語(yǔ)

自2017年10月在太原南站10 kV北配電所搭建了智能巡檢系統(tǒng)后，改變了配電所的巡檢方式，實(shí)現(xiàn)了坐在監(jiān)控中心就可掌握該配電所內(nèi)的設(shè)備情況，實(shí)現(xiàn)了配電所實(shí)時(shí)在線遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的可視化管理。經(jīng)過(guò)安裝調(diào)試，根據(jù)監(jiān)控需要，通過(guò)任務(wù)參數(shù)的設(shè)置和巡檢任務(wù)定制，對(duì)智能巡檢系統(tǒng)的性能和功能進(jìn)行了全方位全過(guò)程的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定顯示，現(xiàn)場(chǎng)巡檢機(jī)器人走行自如、在XYZ軸上精準(zhǔn)對(duì)位；分別在站控系統(tǒng)和監(jiān)控中心點(diǎn)擊鼠標(biāo)，各個(gè)界面不斷刷新，文字、數(shù)字、畫面一一與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行信息相匹配；人為設(shè)置拉合開關(guān)、施放煙霧、開門、制造異音、機(jī)器人斷電、室溫變化等突發(fā)情況，巡檢系統(tǒng)均顯示電源中斷供電、著火、爆炸、巡檢系統(tǒng)異常等報(bào)警信息。對(duì)開關(guān)柜的全方位的立體巡檢，高效準(zhǔn)確的記錄了設(shè)備的運(yùn)行工況，替代了運(yùn)維人員前往配電所的巡檢工作，保證了巡檢質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值班變配電所遠(yuǎn)程在線可視化管理，確保了隱患排查和運(yùn)行監(jiān)測(cè)依據(jù)的真實(shí)度，為保障變配電所安全可靠不間斷供電提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐。