高铁车站配电设备智能化运维管理系统的设计与应用

刘毛毛

摘要：以上海虹桥站配电设备运维管理为试点，建设“高铁车站配电设备智能化运维管理系统”，提高对配电设备的综合管理能力。从配电设备智能化监控管理、电气火灾预防性检测报警以及能耗监控管理等三个方面，结合数字化运维的整体思路，将大数据、人工智能技术引入到配电设备管理，构建智能化配电设备管理系统【1】。系统采用分层、分布式结构设计，整个系统为分为互联互通的产品层级、集中监视控制层级、集成管理平台层级，共三个层级。

关键词：高铁车站 配电设备 智能化运维管理系统

1、现状和遇到的问题

1.1配电设备的养、检、修主要是凭借电工的经验

随着运维车站数量的增多和使用年限的增加，客运设施设备处于高负荷运行和逐步趋于老化的状态，配电设备设施的养、检、修主要是靠电工凭经验来完成，难以对设备做到全面掌控。

1.2巡检和数据分析靠人工

安全生产方面，由于现场维管人员是采取被动进行设备运行维护方式，设备状态需要现场查看，关键的状态参数缺少技术手段进行检查，重要报警信息不能够及时发现和送达，相关人员对事故发生缺乏预判，降低了设备运行的安全性。

1.3人员技能参差不齐

运行维护方面，目前运营体系是采取依赖大量人力和经验的模式，过分依赖日常的人工巡检，传统的粗放式管理，人员基本素质与技术能力成为设备运行管理的瓶颈。

1.4电能源管理分析及响应滞后

消耗的电能难以准确、及时的掌控和分析，由于采用传统的运维方式，客运设施设备用电量的控制依靠人工抄表和分析控制，缺少智能化方式和手段对电能使用的分析和把控。

1.5设备生命周期管理不完整

面对逐年老化的配电设施设备，器件的使用寿命难以判定，需有效监控配电柜运行状态，掌握设备生命周期状况，在保证可靠性的基础上，实现设备检修，延长使用寿命、器件更换提示，降低运维费用，避免火灾事故发生，提高对配电设备可靠性的驾驭能力。

1.6资产管理更新不及时难以实现动态管理

资产管理方面，用电能耗状况不明，靠人工分析和管理，缺乏对配电设备实施有效的智能管理手段，资产管理单位难以动态掌握设备应用情况和数量。

2、解决方案

2.1建立车站的配电系统的智能配电监测管理系统。

车站的配电系统是保障车站安全可靠运行的关键基础设施，必须充分考虑配电智能化系统的安全性、稳定性、可靠性、管理平台的先进性和便捷性。全方位支撑变配电系统的实时监测管理、供给管理和运维管理等工作，对用能供能设备进行有效监管，最大力度实现优化运行以及供电可靠性，实现全面的运行维护管理功能。智能配电有效利用对全部配电系统运行数据进行分析、处理和加工，系统运行维护管理人员能实时掌握系统状态。优化运维管理，掌握设备状况，降低风险，保障设备良好运行，实现问题及风险预警，优化资源管理；控制成本，提高效率，优化运维，实现精细化管理，达到设备和器件的全生命周期有序可控、安全稳定【2】。运行维护管理者在全局层面对能源系统采用分散控制和集中管理，实现从全局的角度审视能源的基本管理需求，保障高铁车站的安全生产活动。

3、实现的具体功能

3.1本系统能够动态显示配电设备的运行状态，提升设备的运维效率

实现了配电设备数据的自动采集、自动诊断、自动选择运维策略、能耗监控、能源流管理、电气火灾监测管理、电气元器件生命周期管理。

3.2对配电设备实时实时监视及运行异常通知功能

所有设备、关键部件实时在线，呈现运行状况和数据，当发生问题、隐患、故障时，实施三级短信推送，视状况及紧急程度分级通知运维人员及时处置。预警和故障推送管理，意外故障分闸，可自定义运维策略，如根据设备故障等级、影响范围等将故障信息通过短信分级推送至管理人员的手机端，便于应急处置和系统指挥。

3.3自动化控制功能

监测供配电系统的实时状态、动作，须在系统内设定好各设备的控制逻辑、策略，保证系统任何位置在发生任何状况而未正常动作时，记录并判别故障原因，变配电智能管理系统能够发出报警并提示运维人员操作，指导对故障的处理。

3.4电能管理及能源流报表功能

实时显示、统计各回路各时段的电度值，对电能数据进行分时计费统计，实时显示、统计各回路每日、每月、每年的有功电度总值和无功电度总值；自动准确的记录各种时刻的运行数据，实现自动记录功能，并可以随时调用，实现对单台设备，单个回路的能耗数据的采集、汇总、统计、分析、计算、分摊、上传的管理等。

3.5剩余电流电气火灾检测功能

实时检测负荷的剩余电流，发生异常电流时，即时告警提示和通知运维人员。

3.6器件的使用寿命检测

提供断路器老化程度分析报告，提示断路器的电气老化百分比、断路器的机械老化百分比信息，提供给运维工程师参考，相关的信息按照用户的管理逻辑进行编组和分类。

3.7设备资产管理

对配电设备进行检索和统计，实现每个配电柜或回路的元器件进行编辑、配置、统计，供用户预览和查询。

3.8电能质量监测和分析

设备级电源质量概要分析,总结带电能质量分析,将从电能质量计量表具上采集的数据进行归类和整理，交互式自动更新的仪表板视图，以电能耗的数据信息汇总、占比、同比环比分析，提供历史数据趋势、实时数据分析、嵌入分析图表等功能。

3.9监视内部&外部电能质量事件

可判别谐波、电压骤升/骤降、闪变、扰动方向，暂态和稳态的波形捕捉、记录至20μs的电压波动，分析127次谐波及2~40间谐波。电压偏差、频率偏差、三相不平衡分析、电压波动分析、记录每次电压上冲/下陷和短时中断发生的时刻和持续时间。

4、车站配电设备智能化运维管理系统

4.1系统采用局域网分层、分布式结构设计

整个系统为分为三层，结合智能化断路器、站控平台（包含配电状态拓扑、电能管理、设备资产管理、故障判断、短信推送），实现对配电设备运维的综合管控【3】。

4.2系统采用SCADA组态软件，基于面向对象的设计思路进行组态和配置

系统在配置时，调用相关的单元功能模型，完成相关的配置组态工作；响应方案可对配置方式进行详细的说明描述。支持Windows操作系统，全中文界面，操作、维护界面友好，可实现对配电设备的单线图显示和分析，并将运行数据实时显示。具有通用性强、易用性和可扩充性好等优点；易于现场人员掌握和对系统维护管理。

5、实现配电设备智能化管理的应用优势

5.1通过配电设备智能化监控及数字化运维管理设计与应用，实现生产效益、安全效益和经济效益的有效提升。

通过建立智能配电监测管理系统，全方位支撑变配电系统的实时监测管理、供给管理和运维管理等工作，对用能供能设备进行有效监管，最大力度实现优化运行以及供电可靠性，实现全面的运行维护管理功能。

5.2智能配电有效利用对全部配电系统运行数据进行分析、处理和加工，系统运行维护管理人员能实时掌握系统状态。

运行维护管理者在全局层面对能源系统采用分散控制和集中管理，实现从全局的角度审视能源的基本管理需求，保障车站的安全生产活动。

5.3配电设备智能化监控及数字化运维管理设计与应用，由于系统本身的高可靠性及准确性，大大降低了对维护人员的需求。

车站配电设备的巡检更加方便和安全，替代了传统的巡检方式，提高了设备巡检的可靠性和安全性，提升了人力资源及工时效益。

5.4实现配电设备关键器件全生命周期管理

通过档案管理、数据采集、整理和挖掘，预测电气故障，关键器件的寿命诊断，实现配电设备关键器件全生命周期管理。

6、结语

车站配电设备智能化运维管理系统自2019年11月份在上海虹桥站建成并投入使用，系统运行平稳，期间不断地通过现场需求进行多次优化和技术处理，消除了各项不足之处，例如对界面进行了调整，以不同颜色形象化显示带电与失电区域，按电压等级以标准颜色显示带电区域，表现整个车站电力系统的运行状态等，达到了预期的目标，隐患和故障最小化，效益最大化，设备的检、养、修合理化，实现了对配电设备全生命周期管理。

参考文献：

[1]任忠荣.建筑智能化系统运维管理探讨.《建筑实践》2020年33期. 

[2]詹伟.智能配电系统与运维管理.《中国电业》2021第122期.

[3]万尚军.配电房物联网关方案研究.《物联网技术》2023年第1期.