邵國棟　朱雙寶　范志鵬

摘要 近年來，城市地鐵線網(wǎng)規(guī)模不斷攀升，對地鐵運營技術(shù)管理水平提出了更高的要求，運營設(shè)備維護的精細化要求越來越高，必然推高了運維成本。盡管投入使用了地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)（ISCS），線網(wǎng)調(diào)度工作水平有所提高，且實現(xiàn)了監(jiān)控系統(tǒng)的集成化，但供電系統(tǒng)運維設(shè)備的智能化程度還比較低?；诖?，文章提出了地鐵供電智能運維系統(tǒng)，闡述了供電智能運維系統(tǒng)的系統(tǒng)目標、架構(gòu)與功能，從數(shù)據(jù)采集接口和傳輸標準、多維信息融合共享的技術(shù)平臺、基于關(guān)聯(lián)規(guī)則的綜合智能報警機制、數(shù)字孿生的監(jiān)控交互模式和無人化運維系統(tǒng)架構(gòu)五個方面的內(nèi)容，深度解析了該智能運維系統(tǒng)，旨在為同類地鐵企業(yè)提高供電設(shè)備的智能化管理水平提供參考。

關(guān)鍵詞 地鐵供電系統(tǒng)；智能運維；數(shù)字孿生

中圖分類號 U231.8文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2023）24-0023-03

0 引言

當前，整個地鐵行業(yè)研究的關(guān)注點是在確保地鐵安全穩(wěn)定運行的前提下，通過引進使用先進設(shè)備，提高地鐵智能化管理水平，縮減運維費用[1]。該文將某地鐵供電智能運維系統(tǒng)作為研究對象，全面深入地分析了系統(tǒng)的構(gòu)成與功能，證明該系統(tǒng)功能全面，在設(shè)備維保中發(fā)揮了巨大作用，有較大的推廣應(yīng)用價值。

1 供電智能運維系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)目標

供電智能運維系統(tǒng)的運行應(yīng)遵循三個原則，其一是安全穩(wěn)定，其二是高效運維，其三是設(shè)備資產(chǎn)的保值增值。采用該系統(tǒng)實時監(jiān)測變電所內(nèi)的各類設(shè)備及硬件系統(tǒng)的運行環(huán)境數(shù)據(jù)[2]，主要有開關(guān)柜、整流與動力變壓器、蓄電池、設(shè)備房及電纜夾層等，收集、處理、分析并存儲各類設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上，合理安排設(shè)備運維人員的工作任務(wù)，逐漸減少站內(nèi)設(shè)備值守人員數(shù)量，最終實現(xiàn)設(shè)備自動巡檢。

1.2 系統(tǒng)架構(gòu)

隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，構(gòu)建供電智能運維系統(tǒng)有了更多的技術(shù)支持，設(shè)計該系統(tǒng)的架構(gòu)，主要工作是：第一，做好供電設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測及診斷，準確預(yù)測潛在問題，做好風(fēng)險等級評估，科學(xué)分析各項故障數(shù)據(jù)，設(shè)備維修立足于確保設(shè)備穩(wěn)定運行，通過矩陣分析法有效評定不同設(shè)備及系統(tǒng)的風(fēng)險系數(shù)，在此基礎(chǔ)上制定針對性的設(shè)備檢修方案；第二，開發(fā)數(shù)據(jù)監(jiān)測平臺，基于對故障影響度及發(fā)生概率的分析，構(gòu)建系統(tǒng)風(fēng)險矩陣，并采用數(shù)字孿生技術(shù)，開發(fā)應(yīng)用于預(yù)測不同維度故障的數(shù)據(jù)模型，制定貫穿供電設(shè)備整個生命周期的運維管理方案；第三，運用環(huán)形通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，搭建起完整的數(shù)據(jù)傳輸通道[3]。

某地鐵供電智能運維系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示，通過分析圖1可知，該系統(tǒng)主要由三部分構(gòu)成，第一部分是中央級供電智能運維中心系統(tǒng)，該系統(tǒng)設(shè)置于“深云中心”；第二部分是現(xiàn)場級的輔助監(jiān)控系統(tǒng)，主要設(shè)置于不同的降壓變電所內(nèi)[4]；第三部分是供電智能運維終端設(shè)備，主要設(shè)置于設(shè)備運維場所內(nèi)。三部分有機結(jié)合，數(shù)據(jù)經(jīng)過通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傳輸。

1.3 系統(tǒng)功能

該地鐵的“深云中心”配置有中央級供電智能運維中心系統(tǒng)，這一系統(tǒng)的主要功能是管理供電設(shè)備、處理并存儲各項運行數(shù)據(jù)、評估設(shè)備系統(tǒng)運行狀態(tài)等。

降壓變電所中安裝有現(xiàn)場級的輔助監(jiān)控系統(tǒng)，其主要功能是收集、分析并保存供電設(shè)備的運維數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)內(nèi)容為設(shè)備巡檢視頻數(shù)據(jù)、在線監(jiān)測數(shù)據(jù)及現(xiàn)場操作記錄等，借助于環(huán)形網(wǎng)絡(luò)將各項數(shù)據(jù)發(fā)送至中央級供電智能設(shè)備，確保數(shù)據(jù)存儲完整[5]。

設(shè)備運行維修部門中安裝有終端級智能運維設(shè)備，使用供電智能運維重點設(shè)備檢查各項設(shè)備的運行情況，在此基礎(chǔ)上制定科學(xué)的設(shè)備維保措施。

環(huán)形光纖網(wǎng)絡(luò)的主要功能是傳輸供電設(shè)備運維數(shù)據(jù)，它屬于1 000 M的單環(huán)網(wǎng)絡(luò)。

2 實踐解析

2.1 數(shù)據(jù)采集接口和傳輸標準

供電智能運維系統(tǒng)外部數(shù)據(jù)采集接口如圖2所示，為適應(yīng)不同類型的數(shù)據(jù)傳輸，選用了三類傳輸協(xié)議，滿足實際需求。通過IEC104協(xié)議傳輸電力監(jiān)控裝置收集到的遙測及故障報告等數(shù)據(jù)，這類數(shù)據(jù)的傳輸時間不固定，具有突發(fā)性；通過在線監(jiān)測系統(tǒng)定時收集到的循環(huán)數(shù)據(jù)，適用于MODBUS傳輸協(xié)議；有些數(shù)據(jù)屬于接觸網(wǎng)狀態(tài)，一般是通過HTTP協(xié)議以離線方式傳輸?shù)街醒爰壪到y(tǒng)[6]。

2.2 多維信息融合共享的技術(shù)平臺

供電智能運維系統(tǒng)通過內(nèi)部互聯(lián)協(xié)調(diào)，已實現(xiàn)多維信息的融合共享。借助于維修中心的終端級供電智能運維設(shè)備，與不同的運營子系統(tǒng)建立聯(lián)系，從施工管理系統(tǒng)、電子工作票系統(tǒng)當中收集到各項數(shù)據(jù)信息，并將其傳輸至中央級智能運維系統(tǒng)，從而補位提升其功能數(shù)據(jù)。

供電智能運維系統(tǒng)的拓撲圖如圖3所示。單專業(yè)中包含不同的功能模塊，供電系統(tǒng)數(shù)據(jù)在其中實現(xiàn)流動共享，在不同模塊間可實現(xiàn)相互調(diào)用[7]。通過智能運維系統(tǒng)可將接觸網(wǎng)、軌道、隧道設(shè)備及檢修故障數(shù)據(jù)融合起來，設(shè)備運維人員能掌握整體數(shù)據(jù)信息，便于開展工作，提高設(shè)備運維水平。

2.3 基于關(guān)聯(lián)規(guī)則的綜合智能報警機制

在線監(jiān)測設(shè)備實時監(jiān)測供電設(shè)備的運行狀態(tài)，供電智能運維系統(tǒng)收集到其狀態(tài)數(shù)據(jù)后，會設(shè)定預(yù)警和告警閾值，供電設(shè)備的運行狀態(tài)被劃分為正常、預(yù)警與告警三種狀態(tài)[8]。

基于對不同設(shè)備故障特征的分析，賦予設(shè)備具體的功能，可以比較分析監(jiān)測數(shù)據(jù)與設(shè)備特征數(shù)據(jù)，便于更全面地了解供電設(shè)備，準確判斷其故障。供電設(shè)備發(fā)生故障時，監(jiān)測系統(tǒng)能自動收集其故障信息數(shù)據(jù)，從而判斷設(shè)備的故障特征，機器可定期更新故障特征庫[9]。通過智能識別、自主學(xué)習(xí)以及對比分析等方式，采用智能儀表定位儀有效識別穩(wěn)定儀表狀態(tài)、指針讀數(shù)及各類開關(guān)的狀態(tài)。

采用在線監(jiān)測設(shè)備，準確跟蹤監(jiān)測對象的變動情況，如果發(fā)現(xiàn)供電設(shè)備運行狀態(tài)出現(xiàn)異常，或狀態(tài)量發(fā)生大幅變動，會立即向外發(fā)布警告。此外，還需要對在線監(jiān)測設(shè)備收集到的數(shù)據(jù)進行分析，判斷其是否發(fā)生異常，將數(shù)據(jù)警告受到裝置異常的影響降到最低，有效過濾掉誤告警。

2.4 數(shù)字孿生的監(jiān)控交互模式

運用物理模型、傳感器更新等，集成具體的仿真過程，這一過程中包含不同學(xué)科、不同尺度，概率也存在差異，通過虛擬空間的映射，對實體設(shè)備的整個生命周期進行反映，這就是數(shù)字孿生技術(shù)。

為使供電設(shè)備管理人員能真實、全面地觀察設(shè)備的運行狀態(tài)，首先是構(gòu)建起變電所及接觸網(wǎng)數(shù)字孿生模型，通過設(shè)備模型對在線監(jiān)測系統(tǒng)收集到的數(shù)據(jù)進行處理，實現(xiàn)三維立體的可視化呈現(xiàn)，最終將設(shè)備的真實運行工況展示出來。借助于數(shù)字孿生模型技術(shù)，重構(gòu)變電所的真實場景，設(shè)計出其三維模型展現(xiàn)實景，將攝像機的整體分布信息展示出來[10]。供電設(shè)備運維人員可通過該實景模型，將實時視頻數(shù)據(jù)快速調(diào)取出來，更全面細致地觀察設(shè)備實際狀態(tài)，實現(xiàn)現(xiàn)實場景的再現(xiàn)，便于開展設(shè)備運維工作，提高設(shè)備運行效率。

2.5 無人化運維系統(tǒng)架構(gòu)

供電智能運維系統(tǒng)中的設(shè)備建模工具具有一致性，從而有效提升設(shè)備管理的標準化程度，這對于線路擴容有巨大作用。借助于在線監(jiān)測系統(tǒng)、自動巡檢設(shè)備對變電所進行自動巡檢，將供電設(shè)備的實時運行數(shù)據(jù)全面收集起來，對于三維模型及巡檢進度都能實現(xiàn)同步管理。通過無人化運維系統(tǒng)，融合供電設(shè)備的靜態(tài)數(shù)據(jù)、動態(tài)數(shù)據(jù)及生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)，最終有效監(jiān)控設(shè)備運行情況。

3 結(jié)論

綜上所述，該文選取某地鐵供電智能運維系統(tǒng)作為研究對象，對該系統(tǒng)進行了全面解析，主要是從數(shù)據(jù)采集接口和傳輸標準、多維信息融合共享的技術(shù)平臺、基于關(guān)聯(lián)規(guī)則的綜合智能報警機制、數(shù)字孿生的監(jiān)控交互模式和無人化運維系統(tǒng)架構(gòu)等方面展開，論述了這一系統(tǒng)的組成方案以及在設(shè)備維保中的功能，對同類地鐵企業(yè)提升供電設(shè)備的智能化管理水平有一定的指導(dǎo)意義。

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