徐維甲

(上海地鐵維護(hù)保障有限公司供電分公司，201106，上海 ∥ 高級(jí)工程師)

隨著信息化和智能化的飛速發(fā)展，智能裝備在日常生活中得到了廣泛的應(yīng)用，是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛和最具發(fā)展?jié)摿Φ漠a(chǎn)業(yè)。為重點(diǎn)突破制約我國(guó)在軌道交通裝備的核心關(guān)鍵技術(shù)，國(guó)家科技部于2016年2月下達(dá)了“十三五”國(guó)家重點(diǎn)研究計(jì)劃先進(jìn)軌道交通重點(diǎn)專項(xiàng)課題，為完善我國(guó)現(xiàn)代交通運(yùn)輸核心技術(shù)體系，研發(fā)新一代高端軌道交通裝備提供了支持[1]。作為軌道交通裝備核心的供電智能運(yùn)維系統(tǒng)，通過建立大數(shù)據(jù)智能平臺(tái)和設(shè)備管理分析體系，對(duì)軌道交通供電關(guān)鍵設(shè)備的狀態(tài)及與之相關(guān)的管理活動(dòng)進(jìn)行全過程優(yōu)化、監(jiān)控和管理；通過對(duì)關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的分析，制定合理的設(shè)備檢修策略，最大程度保障軌道交通安全、準(zhǔn)點(diǎn)、高效運(yùn)營(yíng)。

隨著上海軌道交通供電設(shè)備體量日益增大，設(shè)備壽命進(jìn)入老化期，設(shè)備故障率逐步增加，供電安全性受到影響，因此建設(shè)一體化的設(shè)備設(shè)施安全運(yùn)行和維護(hù)維修的供電設(shè)備智能運(yùn)維系統(tǒng)勢(shì)在必行[2-3]。

1 城市軌道交通供電設(shè)備智能運(yùn)維現(xiàn)狀問題分析

目前，城市軌道交通供電設(shè)備智能運(yùn)維建設(shè)中存在的主要問題如下：

1) 系統(tǒng)間整合效率不高，各種運(yùn)維系統(tǒng)平臺(tái)之間業(yè)務(wù)板塊相對(duì)獨(dú)立，產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)無法共享應(yīng)用；

2) 系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)連續(xù)性和顆粒度較低，無法滿足系統(tǒng)運(yùn)維分析的需要；

3) 既有的運(yùn)維系統(tǒng)平臺(tái)不能滿足網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)維需求，僅以運(yùn)營(yíng)開通的基本需求為主，較少考慮后續(xù)的運(yùn)維管理功能需求；

4) 因缺乏頂層規(guī)劃設(shè)計(jì)，早期建設(shè)線路的設(shè)備，其功能改造和擴(kuò)展能力有限，導(dǎo)致在新線設(shè)備中已應(yīng)用的功能，無法在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)新老線之間的統(tǒng)一；

5) 應(yīng)用系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)傳輸缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，不同的專業(yè)間，不同的管理主體，均有各自的運(yùn)維系統(tǒng)，系統(tǒng)間沒有形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。

為此需要探索網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)維新模式，建立一個(gè)統(tǒng)一規(guī)劃、具備頂層設(shè)計(jì)、互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)化智能運(yùn)維體系。

2 城市軌道交通供電設(shè)備智能運(yùn)維系統(tǒng)

智能運(yùn)維系統(tǒng)作為供電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理核心，對(duì)運(yùn)維工作進(jìn)行協(xié)調(diào)指揮和專業(yè)化的維護(hù)提供支撐：監(jiān)測(cè)和采集獲得的變電所和觸網(wǎng)設(shè)備的狀態(tài)信息和數(shù)據(jù)，通過綜合通道網(wǎng)統(tǒng)一傳輸至運(yùn)維平臺(tái)，智能運(yùn)維系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)所呈現(xiàn)的趨勢(shì)和設(shè)備狀態(tài)做出預(yù)判斷，降低故障率并形成數(shù)據(jù)庫(kù)管理。EAM(資產(chǎn)管理系統(tǒng))系統(tǒng)、施工管理平臺(tái)、故障報(bào)修平臺(tái)等作為地鐵集團(tuán)內(nèi)部原有管理型平臺(tái)，平臺(tái)之間相互獨(dú)立，數(shù)據(jù)無法共享和關(guān)聯(lián)應(yīng)用。各管理性平臺(tái)與供電設(shè)備智能運(yùn)維系統(tǒng)形成數(shù)據(jù)對(duì)接，在智能運(yùn)維系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和業(yè)務(wù)聯(lián)動(dòng)作業(yè)。上海申通地鐵集團(tuán)的智能運(yùn)維平臺(tái)屬于集團(tuán)的總體數(shù)據(jù)中心，供電設(shè)備智能運(yùn)維系統(tǒng)作為集團(tuán)智能運(yùn)維平臺(tái)子系統(tǒng)之一，兩大系統(tǒng)的信息資源可相互共享。供電設(shè)備智能運(yùn)維系統(tǒng)以云平臺(tái)、微服務(wù)模式為架構(gòu)，滿足集團(tuán)智能運(yùn)維平臺(tái)數(shù)據(jù)納管和數(shù)據(jù)雙向傳輸要求，實(shí)現(xiàn)在集團(tuán)平臺(tái)中完成跨專業(yè)數(shù)據(jù)交互、應(yīng)用。城市軌道交通供電設(shè)備智能運(yùn)維系統(tǒng)體系架構(gòu)如圖1所示。

圖1 城市軌道交通供電設(shè)備智能運(yùn)維系統(tǒng)體系架構(gòu)

3 城市軌道交通供電設(shè)備智能運(yùn)維系統(tǒng)設(shè)計(jì)

隨著上海軌道交通里程數(shù)量的不斷增加和網(wǎng)絡(luò)化規(guī)模的不斷發(fā)展，供電系統(tǒng)所管轄的設(shè)施設(shè)備體量同步增長(zhǎng)，傳統(tǒng)的運(yùn)維模式和現(xiàn)有的電力監(jiān)控系統(tǒng)已無法滿足未來網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的需要，供電設(shè)備智能運(yùn)維已成為必然趨勢(shì)。

供電設(shè)備智能運(yùn)維系統(tǒng)由設(shè)備狀態(tài)實(shí)時(shí)感知預(yù)警、設(shè)備全壽命管理、生產(chǎn)業(yè)務(wù)流程管控、數(shù)據(jù)分析等子系統(tǒng)集成，是多維度的系統(tǒng)平臺(tái)。該系統(tǒng)平臺(tái)是整體的大腦，同時(shí)也是數(shù)據(jù)中心。通過該系統(tǒng)平臺(tái)能及時(shí)了解供電關(guān)鍵設(shè)備的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、健康狀態(tài)和環(huán)境的監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)能耗綜合自動(dòng)化管理；該系統(tǒng)平臺(tái)可對(duì)運(yùn)維工作的協(xié)調(diào)指揮和對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的專業(yè)化維護(hù)提供支撐，防止工作人員在工作或故障處理過程中發(fā)生事故，實(shí)現(xiàn)運(yùn)維系統(tǒng)“監(jiān)測(cè)、協(xié)調(diào)、指揮、分析“的一體化運(yùn)作，保障供電系統(tǒng)的安全運(yùn)行和智能運(yùn)維工作的穩(wěn)定高效[5-6]。城市軌道交通供電設(shè)備智能運(yùn)維系統(tǒng)功能架構(gòu)圖如圖2所示

圖2 城市軌道交通供電設(shè)備智能運(yùn)維系統(tǒng)功能架構(gòu)圖

3.1 設(shè)備狀態(tài)實(shí)時(shí)感知預(yù)警系統(tǒng)

為保障供電系統(tǒng)能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行，根據(jù)供電設(shè)備本身帶有的智能監(jiān)控單元，結(jié)合現(xiàn)行的智能巡檢、電能計(jì)量、變電環(huán)境、故障錄波、應(yīng)急電源等監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，獲取設(shè)備運(yùn)行的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息，實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)能耗、負(fù)荷、線路電流電壓等數(shù)據(jù)的采集，對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行感知預(yù)警。設(shè)備狀態(tài)實(shí)時(shí)感知預(yù)警系統(tǒng)的主要功能為：

1) 通過對(duì)線路級(jí)PSCAD(電力監(jiān)控系統(tǒng))或CIOS(中央一體化操作系統(tǒng))系統(tǒng)電氣參數(shù)的實(shí)時(shí)采集，掌握現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析提供有力支撐。

2) 通過網(wǎng)絡(luò)級(jí)、線路級(jí)、車站級(jí)的電能量，掌握能耗系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)能源優(yōu)化管理。

3) 通過智能巡檢的自動(dòng)識(shí)別，提高現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控效率，降低人員現(xiàn)場(chǎng)巡檢工作量，優(yōu)化生產(chǎn)組織模式。

4) 通過變電所環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及報(bào)警，避免因環(huán)境突變導(dǎo)致的供電設(shè)備、電子設(shè)備、通信設(shè)備、電源設(shè)備的使用效率降低、故障率提高等安全隱患。

5) 通過應(yīng)急電源實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)UPS、EPS下級(jí)一類特別重要負(fù)荷的用電質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控，提高下級(jí)負(fù)載用電可靠性。

6) 通過遠(yuǎn)程錄波對(duì)電氣參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集分析，根據(jù)變化趨勢(shì)預(yù)判故障發(fā)生的可能性，并及時(shí)采取應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制。

7) 通過對(duì)不同季節(jié)、不同時(shí)段、不同運(yùn)行方式下供電系統(tǒng)負(fù)荷進(jìn)行監(jiān)測(cè)、分析，優(yōu)化應(yīng)急處置運(yùn)行方式并及時(shí)制定預(yù)案，于日后網(wǎng)絡(luò)電力調(diào)度的指揮提供技術(shù)保障。

8) 通過設(shè)備本體加裝的傳感器等設(shè)備的應(yīng)用，對(duì)局放量等電氣量參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并通過在線和離線相結(jié)合方式強(qiáng)化設(shè)備監(jiān)控力度。

3.2 設(shè)備全壽命管理系統(tǒng)

設(shè)備是企業(yè)的重要資產(chǎn)，也是保障系統(tǒng)運(yùn)行的物質(zhì)基礎(chǔ)，供電系統(tǒng)中所有的運(yùn)行、維修和維護(hù)活動(dòng)都是圍繞設(shè)備進(jìn)行的。系統(tǒng)在設(shè)備臺(tái)賬支持下，以單體設(shè)備、設(shè)備部位和設(shè)備履歷為主要數(shù)據(jù)管理對(duì)象，建立動(dòng)態(tài)的設(shè)備設(shè)施基礎(chǔ)管理體系[7-8]。設(shè)備管理與資產(chǎn)管理相結(jié)合，對(duì)設(shè)備進(jìn)行運(yùn)行管控和全壽命周期管理，對(duì)設(shè)備中使用的可更換零部件從投用、維護(hù)、維修、更換、報(bào)廢進(jìn)行全程跟蹤，對(duì)不同品牌設(shè)備和部件進(jìn)行可靠性分析，同時(shí)建立設(shè)備運(yùn)行管控重要參數(shù)以及用于設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控的閾值管理。并根據(jù)設(shè)備和材料日常的損耗和維修需求，制定正確的存儲(chǔ)方針，提供合適的備件以滿足維護(hù)工作的需要[9]。

全壽命管理根據(jù)設(shè)施設(shè)備全壽命維護(hù)數(shù)據(jù)信息化統(tǒng)計(jì)積累，從設(shè)備出廠試驗(yàn)、新線交接試驗(yàn)、預(yù)防性試驗(yàn)，以及日常維護(hù)、大修改造交接試驗(yàn)等維護(hù)作業(yè)所形成的維護(hù)數(shù)據(jù)積累開始，逐步形成供電系統(tǒng)運(yùn)維數(shù)據(jù)庫(kù)。

3.3 生產(chǎn)業(yè)務(wù)流程管控系統(tǒng)

當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，生產(chǎn)業(yè)務(wù)流程管控系統(tǒng)將信息推送至運(yùn)維人員，并經(jīng)運(yùn)維人員確認(rèn)后形成施工申請(qǐng)，以及自動(dòng)生成工單、工作票、標(biāo)準(zhǔn)的安全交底信息。同時(shí)，將自動(dòng)關(guān)聯(lián)相關(guān)的作業(yè)指導(dǎo)書、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)案對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)進(jìn)行指導(dǎo)。生產(chǎn)業(yè)務(wù)流程管控系統(tǒng)將從故障觸發(fā)直至工單閉環(huán)形成全流程的跟蹤，統(tǒng)計(jì)故障信息，補(bǔ)充專家系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)儲(chǔ)備，將重大故障納入風(fēng)險(xiǎn)源管控。生產(chǎn)業(yè)務(wù)管控系統(tǒng)的架構(gòu)圖如圖3所示。

圖3 生產(chǎn)業(yè)務(wù)管控系統(tǒng)構(gòu)架圖

在原有的生產(chǎn)模式中，是通過人工管控業(yè)務(wù)流程的，多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的管理平臺(tái)通過人工進(jìn)行信息交互，平臺(tái)之間缺乏數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通。供電設(shè)備智能運(yùn)維系統(tǒng)將各管理平臺(tái)數(shù)據(jù)相互關(guān)聯(lián)，形成統(tǒng)一管理，數(shù)據(jù)之間能夠相互交互，可以真正實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的一站式服務(wù)和全流程管控。

3.4 專家分析系統(tǒng)

供電設(shè)備智能運(yùn)維系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中會(huì)生成大量的數(shù)據(jù)信息，需要按照實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)處理數(shù)據(jù)、故障信息等分類對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類管理和分析，并根據(jù)分析結(jié)果建立相應(yīng)的專家系統(tǒng)，支持設(shè)備運(yùn)維決策，保障供電系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)技能管理和可持續(xù)的數(shù)據(jù)維護(hù)，實(shí)現(xiàn)故障的根因分析。此外，積累的數(shù)據(jù)信息能一定程度上影響設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)，為維修策略調(diào)整提供依據(jù)。

根據(jù)挖掘的各類數(shù)據(jù)，可形成故障分析體系，建立預(yù)防性維護(hù)的特征參數(shù)模型，可對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析，可對(duì)故障預(yù)警、故障診斷進(jìn)行分析，可生成RAMS(可靠性、可用性、可維護(hù)性和安全性)分析報(bào)表。

已處理的數(shù)據(jù)，可為設(shè)施設(shè)備狀態(tài)提供決策依據(jù)，可據(jù)此及時(shí)調(diào)整處置方案，完善專家分析系統(tǒng)。

4 城市軌道交通供電設(shè)備智能運(yùn)維系統(tǒng)的應(yīng)用

本文所設(shè)計(jì)的城市軌道交通供電設(shè)備智能運(yùn)維系統(tǒng)已在上海軌道交通17號(hào)線的建設(shè)過程中得到了測(cè)試和應(yīng)用。該智能運(yùn)維系統(tǒng)的供電設(shè)備智能運(yùn)維大數(shù)據(jù)平臺(tái)，可多維度展示設(shè)備實(shí)施運(yùn)行如能耗、環(huán)境等狀態(tài)數(shù)據(jù)，通過該數(shù)據(jù)平臺(tái)能夠從宏觀上掌握供電設(shè)備智能運(yùn)維系統(tǒng)的運(yùn)行概況，動(dòng)態(tài)的掌握線路的工作狀態(tài)和運(yùn)行狀態(tài)。通過該系統(tǒng)的供電設(shè)備資產(chǎn)管理界面、變電所電量統(tǒng)計(jì)界面、主變電所負(fù)荷(電壓、電流數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì))監(jiān)控界面等可對(duì)供電設(shè)備進(jìn)行智能化管理和監(jiān)控。

為了能使供電系統(tǒng)設(shè)備設(shè)施和相關(guān)資源發(fā)揮出最佳的效能，實(shí)現(xiàn)對(duì)供電系統(tǒng)設(shè)備設(shè)施資產(chǎn)的全生命周期管理和壽命管理，達(dá)到降低成本、提高效益的目的，城市軌道交通供電設(shè)備智能運(yùn)維系統(tǒng)在完成供電一次設(shè)備數(shù)據(jù)采集和狀態(tài)監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，完善了二次設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)，并開發(fā)了維修管理、工單管理以及智能巡檢等功能模塊，并將功能進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了各功能模塊的互聯(lián)互通和數(shù)據(jù)共享。基于該系統(tǒng)平臺(tái)，既保障了供電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，又進(jìn)一步提高了供電分公司的管理水平。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)城市軌道交通供電系統(tǒng)智能運(yùn)維需求，建立了以服務(wù)為導(dǎo)向、數(shù)據(jù)為核心、設(shè)備為基礎(chǔ)的設(shè)備智能運(yùn)維系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)備數(shù)據(jù)的全方位采集。該系統(tǒng)基于云平臺(tái)維服務(wù)架構(gòu)建設(shè)，具有高度開放性，可以接入目前既有的各子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，也可以向外輸出各類運(yùn)行數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)能夠滿足城市軌道交通供電系統(tǒng)智能運(yùn)維的需求，可以顯著提升設(shè)備的利用效率和設(shè)備的管理信息化水平，使城市軌道交通的運(yùn)行和維護(hù)工作更加高效規(guī)范化。