摘要：本文通过阐述了智能牵引变电所的主要特点，提出了电气化铁路中的具体应用，同时探讨了智能牵引变电所的应用优势。

 

关键词：智能变电所；铁路电气化；应用

0、引言

随着物联网和5G通信技术的快速发展，两者的结合已经应用于高速铁路，加速了我国高速铁路向智能化方向发展。牵引供电系统是高速铁路智能运营的重要组成部分，智能牵引变电站是牵引供电系统智能运营的核心。目前，智能牵引变电站在我国的应用还处于起步阶段。目前运营的电气化铁路大多以普通牵引变电站为主，设备智能化程度不够，运行状态主要靠人工判断和调整，整个供电系统的故障判断和恢复仍然以人工为主。随着我国电气化铁路的快速发展，人工成本逐年增加。智能铁路是铁路发展的必然趋势。智能牵引变电所的应用是实现铁路智能化运营的重要环节。

1、智能牵引变电所的主要技术特点

(1)将信息技术、传感器技术、自动控制技术和牵引供电基础设施有机融合，实时获取牵引供电系统的监测、监控和运行信息，实现牵引供电系统的信息化，具有全息传感能力。(2)实现站内和站间设备间的通信和信息交互，通过广域测控保护系统实现分级保护，使牵引供电系统继电保护具有全速度、全冗余、全选择性的特点。(3)构建网络保护，综合分析牵引变电所、分区站、AT站信息，准确判断故障位置，快速定位切除故障区段；同时实现故障时的重建和自愈功能，快速恢复供电。(4)建立综合监控平台，整合全所数据信息，按照IEC61850协议标准实现所有信息的访问和传输，实现运行状态正常监控之外的智能警报、综合数据分析、视频联动等功能。(5)实现电力环境综合监测、安全监测、设备在线监测等各种系统和信息的多平台信息融合，实现平台间信息警报、智能联动等功能。(6)智能牵引变电所基于建模和标准化的理念，实现铁路供电调度电源的维护，通过供电设备监控和供电调度运行管理系统的协调，实现运行信息的智能统计、运行计划的智能审核和流转、应急处理的智能决策等功能。提高了供电调度的自动化程度和运行效率。 (7)通过采集牵引供电系统关键设备的实时运行和监测数据，整合在线、离线和运行数据信息，实现故障预测和健康管理，实现关键设备的早期故障预警和快速诊断，对设备和系统进行健康评估和可靠性分析，提出辅助维护决策，实现主动运行和维护。

2、电气化铁路智能牵引变电所的应用

2.1总体要求

牵引变电所、开闭站、分区站、AT站的辅助监控信息上传至铁路局供电调度站，设置调度二区(即辅助监控区)。同时，辅助监控系统信息上传至供电段主站系统，并重复至相关供电车间。牵引变电所、开关站、变电所、AT使用的20Mbit/s带宽的两个辅助监控通道与相邻站相连；调度站主站和供电段主站接入数据网的带宽不小于100Mbit/s，供电段至供电车间的辅助监控直放站通道带宽不小于20mbit/s，牵引变电所、开闭站、分区站、AT站的辅助监控系统由视频监控及巡检、安全防范及门禁控制、环境监控、火灾警报、电力照明控制、设备在线监控及相关平台软硬件等子系统组成。总体架构分为站控层、接入层和分离层。实现视频监控、巡查、环境信息采集与警报、信息共享联动等功能。满足牵引变电所无人值守和远程监控的需要，各子系统按照适用性和经济性原则配置设备。

为了保证设备配置的经济性，辅助监控系统中的监控和巡检摄影头应充分共享信息；当现有牵引变电所亭无人值守时，需要充分利用现有的安全监控系统设备，以节省建设投资。另外，摄影头布局需要美观，节省线缆和工程投资等。安装摄影机时，应首先考虑地铁结构的可用性。立杆的安装应满足电气安全距离的要求，采用高杆时应检查避雷针的防雷范围。

2.2安全预防措施

2.2.1配置分析

(1)设置在围墙上的周界入侵探测器应采用激光相关技术，实现入侵破坏前的预警；对于其他类型的探测器，报警和防止人身伤害应是设计原则。(2)控制室和高压室的出入口应设置红外双识别探测器；变电站入口大门应设有门禁；高压室、控制室、通讯室门口可设置门禁；高压室、控制室和通讯室的窗户应安装玻璃破损探测器。

2.2.2监控设备的特性需求分析

(1)激光相关警报系统需要有不同的防御区。当检测到入侵事件时，警报主机可以向综合测控装置输出相应防御区的警报信息；综合测控装置可向综合应用服务器上传警报信息，并可按照预设规则链接相应功能：触发声光警报、链接相应灯光、调用摄影机预设位置、开始录音等。车站监控单位的功能是采集、处理和转发所有状态监控数据，具有数据分析诊断、监控预警、综合显示和与综合应用服务器各种信息联动的功能；对所有监控设备具有监控和管理功能。(2)系统可以根据牵引变电所周界的特点，结合各种检测和传感技术的综合应用，实时显示安防设备的工作状态和警报状态，并可以部署和撤回安防设备，实现入侵和破坏前的预警，对非法入侵进行提示和预警。

2.3智能检测机器人

智能巡检机器人是智能巡检系统的核心，由巡检机器人本体、本地监控后台、远程集中控制后台、机器人充电室、导航设施等辅助设施组成。自主移动平台配备可见光摄影头、红外热像仪、声音采集器等检测设备。

智能巡检机器人以导航技术和移动四轮驱动底盘为基础，集成了图像识别和自动控制等多种技术。它可以在不中断供电的情况下，以自主或遥控方式对室内(外)高压设备进行红外温度监测，对仪表油位进行图像识别。它有远程检查，视频监控，噪声监测、气体泄漏检测、红外测温、故障警报等功能。

2.4站域保护

根据智能牵引供电系统的概念，在牵引变电所增加了一套车站保护。车站保护基于牵引变电所的网络数据共享，综合利用电气量、开关量、就地保护设备状态等信息。实现具有冗余、优化和补充内部保护功能的继电保护。站内保护不仅可以实现母线保护的主保护，还可以作为全站保护的冗余。站保需要采集整个变电站的信息。对于传统的牵引变电站，可以将每条馈线的电流互感器接入保护装置，或者安装一个组合单元，通过网络采集整个变电站的电气信息。站用保护和常规保护装置自主运行，保护出口与常规保护装置并联，实现了全站保护装置的冗余设置，保证了其他保护装置失灵时继电保护的可靠性。

3、智能化牵引变电所的应用优势

通过以上分析，智能牵引变电站可以节省大量的人力和设备资源，减少设备维护工作量，提高牵引供电系统的运行可靠性，实现供电系统的智能化运行。中国高速铁路将迅速向智能化发展。但目前的智能牵引变电站需要从设计标准、施工标准、测试标准等方面规范智能牵引变电站的应用，制定相应的维护标准，提高运行的可靠性，实现无人值守。也需要大量积累的运营经验和成熟的技术支持。

4、安科瑞AcrelCloud-1000变电所运维云平台

4.1概述

基于互联网＋、大数据、移动通讯等技术开发的云端管理平台，满足用户或运维公司监测众多变电所回路运行状态和参数、室内环境温湿度、电缆及母线运行温度、现场设备或环境视频场景等需求，实现数据一个中心，集中存储、统一管理，方便使用，支持具有权限的用户通过电脑、手机、PAD等各类终端链接访问、接收警报，并完成有关设备日常和定期巡检和派单等管理工作。

4.2应用场所

适用于电信、金融、交通、能源、医用卫生、文体、教育科研、农林水利、商业服务、公用事业等行业变配电运行维护系统的新建、扩建和改建。

4.3系统结构

系统可分为四层：即感知层、传输层、应用层和展示层。

 

感知层：包含变电所安装的多功能仪表、温湿度监测装置、摄影头、开关量采集装置等。除摄影头外，其它设备通过RS485总线接入现场智能网络RS485端口。

 

传输层：包含现场智能网络和交换机等设备。智能网络主动采集现场设备层设备的数据，并可进行规约转换，数据存储，并通过交换机把数据上传至指定的服务器端口，网络故障时数据可存储在本地，待网络恢复时从中断的位置继续上传数据，保证服务器端数据不丢失。

 

应用层：包含应用服务器和数据库服务器，若变电所数量小于30个则应用服务器和数据库服务器可以合一配置。服务器需要具备固定IP地址，以接收各智能网络主动传送过来的数据。

 

展示层：用户通过手机、平板、电脑等多终端的方式访问平台信息。[6]

 

4.4系统功能

 

4.4.1用能月报

 

用能月报支持用户按总用电量、变电站名称、变电站编号等查询所管理站所的用电量，查询跨度可设置为月。

4.4.2站点监测

 

站点监测包括概况、运行状态、当日事件记录、当日逐时用电曲线、用电概况。

 

4.4.9任务管理

 

任务管理页面可以发布巡检或消缺任务，查看巡检或消缺任务的状态和完成情况，可以点击查看任务查看具体的巡检信息。

4.4.10用户报告

 

用户报告页面主要用于对选定的变配电站自动汇总一个月的运行数据，对变压器负荷、配电回路用电量、功率因数、警示事件等进行统计分析，并列出在该周期内巡检时发现的各类缺失及处理情况。

 

4.4.11APP监测

 

电力运维手机支持“监控系统”、“设备档案”、“待办事项”、“巡检记录”、“缺失记录”、“文档管理”和“用户报告”七大模块，支持一次图、需量、用电量、影频、曲线、温湿度、同比、环比、电能质量、各种事件警示查询，设备档案查询、待办事件处理、巡检记录查询、用户报告、文档管理等。