浅析轨道交通变电站运维安全及设备维护

程瑜 187 0211 2087

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：加强轨道交通变电运维安全，做好设备维护管理工作，则需要建立智能巡视平台，完善变电网络结构，不断提高供电系统的安全质量，从而能确保变电设备的安全运行，同时也是保证列车安全、快速、有用运行和提升客运服务质量不可缺少的关键系统。本文将简单分析变电运维安全及设备维护方案，探讨轨道交通变电所设备安全管理工作。

关键词：轨道交通；变电运维安全；设备维护

0引言

由地铁运营中，由设备因素引起的安全问题居首，地铁运营安全，需从“人机环管”系统性进行安全设计。在智能化时代，轨道交通供电设备具有先进性、智能化、环保性、集成性、可控性、有用性和安全性等优势，其组合元素是各种智能化设备，这些智能设备紧密组合,从而能够辅助加强供电设备信息数字化管理和安全建设，构建本站网络通信平台，实现变电运维信息共享。简而言之，加强变电运维安全管理，做好设备维护工作，首先要多面优化变电智能辅助控制系统功能，可以有用完成变网络息自动化采集工作，准确测量重要参数，确保供电系统变电设备的安全运行。与此同时，要建立智能巡视平台，做好各种设备保护工作和变电远程监控工作，提升电网自动控制水平。

1优化变电智能辅助控制系统功能

从基本功能来看，供电相关内部变电辅助控制系统对监视与智能控制进行了统一，充分借助先进的技术对供电相关内部变电设备的运行实施有用管控。优化变电智能辅助控制系统功能，多面监控变压器和一次设备的运行情况，收集和监测环境信息，加强安防控制，优化消防安全功能，通过SVG设备或者双向变流器实现智能无功补偿，对照明系统实施自动控制，做好采暖通风、音影频与门禁系统的集中管控工作。在供电系统，变电所辅助监控方法通过服务器、客户端以及终端智能辅助控制主机和各种传感设备来实现。安置智能辅助控制系统实现了对变电所内的环境和设备运行状况智能感知、智能分析、智能控制以及监控。

2健全供电公司变电设备维修管理机制

在供电公司设备运行过程中，应注意规范使用，避免违规操作造成设备损伤，着重健全设备维修管理机制，定期对设备进行检修以便于及时发现问题、修理故障。在维护和保养设备的过程中，需要对电气设备运行状态进行科学划分，结合不同运行状态，采取相应的保养措施。

其次，如果设备在运行过程中发生了故障，就要立刻实施多面检查，分析故障诱因，准确判断设备故障的等级，然后，根据故障类型与诱因采取科学、有成效的维修措施，必要时刻，要对设备参数实施相应调整，在维修工作中，应注意确保设备零部件的精度，初步完成维修工作中，应通过试验来检查设备运行效率与性能是否正常。再次，应针对设备的维修管理工作，制定科学、合理、统一的标准，明确设备维修工作人员的职责，完善供电公司设备安全运行管理规章制度，细化制度条文，确保制度的可行性，例如制定一套具有实效性的设备检查制度，对供电公司设备维修保养时间制度予以规范，以便于多面监督设备的制动运行状态，及时防止故障与事故。

另外，在设备维护管理工作中，应更加注重时间和效率。当设备运行中出现异常信息时，监控值班人员在通知变电运维人员的同时通知运维检修部负责人，由单点作业变成多点作业，而监控、调度就是这个点，将运维、检修、保护有成效地结合起来，由他根据信息情况安排相关检修、保护相关人员前往现场，与变电运维人员一起进行检查、分析、判断和处理，这样做，不仅可以简化工作流程，大大缩短了设备检查、处理时间，提高了工作效率，进一步保证设备运行安全。

3打造设备运维班组

运维班组对供电公司设备运维质量和风力发电效益的影响至关重要，做好设备运行管理工作，需要发挥班组的作用。当设备未出现故障时，作为工作人员，要认真监测系统的状态。当系统出现了问题，工作人员要在一时间制定科学的应急处理方案，及时排除风险。在当代供电公司内部，相关技术班组的重要地位是不可忽视的，因此为保证稳定供电，需要注重打造良好的运维班组，提高班组成员的整体素养，多面做好班组安全教育工作和职业技能培训工作。

4搭建变电智能巡视平台

从基本构架来看，变电智能巡视平台主要分为主站平台和站内信息整体化平台。当前，各变电所在设置主站平台和站内信息整体化平台的同时还设置了视频监控单元、智能巡视单元、影频分析单元、环境监测单元、智能门禁单元、智能控制单元、门禁管理单元、安全警卫单元、红外测温单元、火灾警示单元和SCADA单元。其中，影频监控单元由影频监控设备组成，能够确保变电设备运维影频监控效果。智能巡视单元构成了智能巡检系统，为变电设备体系设置了完善的巡检路线和科学的巡检预案，能够做好整个变电所各监控点(设备、场地、不同摄影机以及同一摄影机的不同位置)的自动巡检工作，获取准确的巡检图像。巡检内容以变压器、刀闸、开关、临时接地设备仪表参数和外观。影频分析单元有助于实现全站影频智能化，能做好变配电场所区域入侵侦测工作、越界侦测工作、停车侦测工作、物品存留侦测工作、徘徊侦测工作等。环境监测单元配置了各种传感器，能够对温度、湿度、风速和水浸进行监测与处理。智能控制单元主要是运用远程灯光的控制主机对变电所所内部灯光予以控制，在夜巡视工作中，会自动启用远程灯光控制系统，巡检机器人进入某区域后，该区域的灯光会自动开启。门禁管理系统兼具自动化识别功能与现代安全管理功能，设置了出入权限，同时与影频监控系统相结合，具备实时监控能力，可以对数据进行存储。安全警卫单元是由红外对射、红外双鉴、电子围栏、振动探测器共同组成的安全警卫系统，该系统和监控警示主机相连接，一旦发现异常就会自动警示，以免造成更大损失。红外测温单元是运用红外热像仪对变电设备的温度予以测试，如果发现温度异常，就会将预警值传送给警示信号系统，然后，再上传至后台综合监控系统，便于及时做好维护管理工作。火灾警示单元主要用于监测火灾，警示主机会将警示信息及时传送给动环监控主机，然后发挥预制规则联动功能，将警示信息传送给安全管理机制，准确定位火灾位置，多面了解火势，及时做好消防安全灭火工作。同时，联动电源控制开关，自动切断变电设备电源。SCADA单元主要是对刀闸设备运行状况展开智能图像分析，如果发现刀闸存在异位现象，就会自动警示，联动影频监控系统进行录像和抓拍，实现事前预警、事中监控与事后追踪[2]。

5完善变电智能监控系统

完善供电系统变电智能监控系统，首先要根据变电所的具体情况做好监控点的分布工作。在整个输变电网中，变电所处于枢纽地位，不仅要安装大量的一次设备，而且要做好二次设备、通信设备、计算机设备的安装工作，这些设备均影响着变电设备体系的运行安全，与此同时，所处环境对变电设备的影响也不容忽视。因而，在分布监控点的过程中，需要根据变电所的不同电压等级，科学配置监控点，安置数量充足的摄影机。举例而言，在某地110kV的主变电所中，设置了40个摄影机，监控点分别位于变电所大门、围墙、全景、主变设备地、110kV场地、110kVGIS场地、35kV场地、高压室、室内重要区域等地方。在变电所大门，监控设备主要是对进出变电站的车辆和人员进行监控，该区域的监控点和智能门禁相匹配，会进行持卡或者刷脸和ID验证。在变电所的围墙区域，监控设备主要用于监视变电所的周边环境，防止入侵，监控设备通常与安防设备、警示系统紧密相连。在变电所全景区域，监控设备用于多面监控变电站现场状况，包括变电所建筑物、进出车辆和人员、变电所内部设备运行状况、环境状况等。在变电所主变场地，监控设备主要用于监视变电站主变外观、瓷瓶、套管、档位、油位、风扇状态和是否存在漏油问题。在110kV场地，监控设备主要用于监控该场地的隔离开关、断路器、并联电抗、分/合状态、接地刀闸外观状态、PT、CT、瓷瓶外观状态和避雷器。在35kV场地，监控设备主要用于监控隔离开关、断路器、并联电抗、分/合状态、接地刀闸外观状态、PT、CT、瓷瓶外观状态和避雷器。在高压室，监控设备用于监控高压室的环境状况和设备运行状况以及外观状况。在室内重要区域，监控设备会对主控室、通信室、主控楼继保室、蓄电池室、就地继保室等室内设备和进出人员实施监控。

其次，要科学选用摄影机的型号。在选型过程中，应根据变电站各监控分布点的范围和实际工作需要，选用监控范围相符、影频采集质量清晰的摄影机。一般情况下，在变电站围墙区域，需要选用变焦镜头为一体的摄影机，当越界警示联动平台有影频弹出窗口后，变电站围墙区域范围广，工作人员可以通过变焦操作查看清晰的监控影频。在变电站大门外，通常会选用固定的红外枪机，这样能够发挥夜视功能，实现全天24小时清晰监控。对于全景监控工作，需要在主控楼顶安装高速球机，这样能够大范围区域实施监控，通常，要选用高清球机和智能化移动球。在变电站场地和高压室区域，需要安装高速球机，不仅能够监控大范围区域，而且可以对油温和油位实施监控。在蓄电池室和通信室，需要安装固定枪机。在主控室和继保室，需要安装中速球机。一般来讲，在选用模拟摄像机的过程中，需要确保其清晰度高达540线以上，网络的标清像素需要符合752*582的标准，高清像素需要达到720p以上。从摄影机的型号来看，围墙的摄像机型号为DS-2CZ282P；大门有两种摄影机型号，分别是DS-2CC172P-IR1,DS-2CD892P-IR1；全景区域的监控摄影机包括网络高速智能球(型号DS-2DF1-518)、网络高清智能球(型号DS-2DF1-672)和网络自动移动智能球(型号iDS-2DF1-515-B)；场地和高压室监控摄像机包括网络高速智能球(型号DS-2DF1-518)和网络高清智能球(型号DS-2DF1-672)；在蓄电池室和通信室，网络摄影机型号是DS-2CD892PF；在主控室和继保室，网络中速球机的型号DS-2DM1-516。

再次，应做好监控点的部署工作。在具体部署过程中，需要依次做好监控支架和补光灯的安装工作。在安装支架时，工作人员应坚持四项基本原则：一，在变电站内有大量的高压电器，在安装过程中，需要兼顾所有高压设备之间的安全距离。二，在安装摄像机支架的过程中，需要满足荷重与防腐防锈的要求。第三，安装需要牢固，不能倾斜。第四，对于部分特殊位置，做好摄影机安装工作。在安装补光灯的过程中，需要根据监控点的具体情况进行设置，如果光线暗或者夜晚照明度低，就可以自动启用补光灯。

另外，应有成效分析智能影频。做好智能影频分析工作，需要结合智能影频分析技术，即IVS技术，该技术会启用检测算法对影频进行分析和检测，及时发出预警。举例而言，如果影频监控发现变电站门外有非法停车或者可疑人员，智能影频分析技术会立刻将影频信息发送到iDS-6002HF(/B)，发出警示信号。

6加强变电设备安全系统建设

加强变电设备安全防范管理对于供电公司变电运维工作来讲，加强变电设备安全防范管理，需要设计好以下三大系统：

一，设计安全防范子系统。在变电设备安全防范系统中，智能机器人属于重要设备系统，该系统会采用遥控或者自动化方式来巡检室外高压设备，及时发现设备故障问题和磨损缺失，及时修理故障，控制存在安全隐患的设备，避免已有故障继续扩大。在整个智能机器人巡检系统配置中，智能机器人被安装了高精度测试仪和各种先进的传感器，启用智能机器人巡检系统，可以准确识别变电设备仪表参数，做好设备红外测温工作，及时将巡检数据信息传输给后台软件，然后，系统软件会多面分析所收到的数据，结合分析结果迅速判断是否存在异常，并及时警示。其次，智能机器人巡检系统自带准确的导航定位系统，能够对变配电场所内的路径进行合理规划，在巡视过程中收集准确的图像和数据信息，并提交给后台软件，为运维管理人员提供准确的参考。再次，智能机器人巡检系统的核心是机器人，其组合配置了集成了各种先进的传感器(包括红外线热成像器、超声传感仪和定点可见光摄影仪)，同时，设置了定位系统、激光雷达设备、人工智能系统、雨刷和夜间照明设备，能够适应各种天气，实施准确定位，自主完成巡视作业，实现多方位巡检。即使出现了导航失效问题，运维工作人员也可以采用遥控技术实施准确的操控。另外，安全防范子系统包括红外对射、红外双鉴、电子围栏与声光提醒，能够连接警示电缆和RPU，发出警示信号后，RPU可以及时收到警示信息，迅速启动联动设备，维护变电设备安全。

二，设计火灾警示系统。在变电所内部，一旦发生火灾，必然会造成巨大损失，很容易引起人员伤亡事故，因此，需要设计完善的火灾警示系统，加强变电设备消防安全管理。目前，变电所内部的火灾报警系统具有自主性，可以在每个防火区设置相应的火灾探测器、灭火设备、烟雾监测器等，这样可以及时发现火灾风险，迅速进行灭火。在火灾警示系统组合中能够经过火灾警示主机系统和开关量警示电缆做好通讯工作，对火灾警示信息予以及时相应。

第三，智能门禁系统。供电企业变配电场所的智能门禁系统组合包括门禁操控器、门磁、电控锁、读卡器、电锁电源，该系统通常安置在变配电场所出入口和各机房的通道口，这样可以对进出变电所内部以及各机房进行控制。一般情况下，变电所各机房配置的门禁系统可以对人员进出进行自动化感应，进行启动或停止操作。通常，只会在机房内部必要的工作的过程中打开或者关闭，不得随意开关，同时，禁止非工作人员进入。门禁操控器是变电站智能门禁系统的核心，负责整个门禁系统的输入与输出信息存储、整合与处理工作，经过RS-485接口和RPU综合监控系统相连接。在变配电场所内部，门禁操控器需要使用能够支持广域网和局域网的门禁安保操控器，同时，要采取加密技术，这样才能确保数据的安全性。

7、概述

7.1 AcrelCloud-1000变电所运维云平台基于互联网＋、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、现场设备或环境影频场景等需求，实现数据一个机制，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、接收警示，并完成有关设备日常和定期巡检和派单等管理工作[5]。

7.2 应用场所

适用于网络、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。

7.3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]

7.4系统功能

7.4.1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。

7.4.2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。

7.4.3变压器状态

变压器状态支持用户查询所有或某个站所的变压器功率、负荷率、等运行状态数据，支持按负荷率、功率等升、降序排名。

7.4.4运维

运维展示当前用户管理的有关变电所在地图上位置及总量信息。

7.4.5配电图

配电图展示被选中的变电所的配网络息，配电图显示各回路的开关状态、电流等运行状态及信息，支持电压、电流、功率等详细运行参数查询。

7.4.6影频监控

影频监控展示了当前实时画面（影频直播），选中某一个变配电站，即可查看该变配站内影频信息。

7.4.7电力运行报表

电力运行报表显示选定站所选定设备各回路指定采集间隔运行参数和电能抄表的实时值及平均值行统计。

7.4.8警示信息

对平台所有警示信息进行分析。

7.4.9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。

7.4.10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。

7.4.11APP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。

7.5 系统硬件配置

应用场合	型号	外观图	型号、规格
变电所运维云平台	AcrelCloud-1000		AcrelCloud-1000变电所运维云平台基于互联网＋、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、现场设备或环境影频场景等需求，实现数据一个机制，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、接收警示，并完成有关设备日常和定期巡检和派单等管理工作。
网络	ANet-2E4SM		4路RS485串口，光耦隔离，2路以太网接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPCUA、ModbusTCP（主、从）、104（主、从）、建筑能耗、SNMP、MQTT；（主模块）输入电源：DC12V～36V。支持4G扩展模块，485扩展模块。
	扩展模块ANet-485		M485模块：4路光耦隔离RS485
	扩展模块ANet-M4G		M4G模块：支持4G全网通
中压进线	AM6-L		三段式过流保护（带方向、低压闭锁）、过负荷保护、PT断线告警、逆功率保护、三相一次重合闸、低频减载、检同期、合环保护、断路器失灵保护
	APM810		三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序电流In；四象限电能；实时及需量；电流、电压不平衡度；负载电流柱状图显示；66种警示类型及外部事件（SOE）各16条事件记录，支持SD卡扩展记录；2-63次谐波；2DI+2DO RS485/Modbus；LCD显示；
中压进线	APView500		相电压电流＋零序电压零序电流，电压电流不平衡度，有功无功功率及电能、事件告警及故障录波，谐波（电压／电流63次谐波、63组间谐波、谐波相角、谐波含有率、谐波功率、谐波畸变率、K因子）、波动／闪变、电压暂升、电压暂降、电压瞬态、电压中断、1024点波形采样、触发及定时录波，波形实时显示及故障波形查看，PQDIF格式文件存储，内存32G,16D0+22D1,通讯 2RS485+1RS232+1定位,3以太网接口（＋1维护网口）＋1USB接口，支持U盘读取数据，支持61850协议。
中压馈线	AM6-L		三段式过流保护（带方向、低压闭锁）、过负荷保护、PT断线告警、逆功率保护、三相一次重合闸、低频减载、检同期、合环保护、断路器失灵保护
	APM810		三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序电流In；四象限电能；实时及需量；电流、电压不平衡度；负载电流柱状图显示；66种警示类型及外部事件（SOE）各16条事件记录，支持SD卡扩展记录；2-63次谐波；2DI+2DO RS485/Modbus；LCD显示；
低压进线	AEM96		三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，总正反向有功电能统计，正反向无功电能统计；2-31次分次谐波及总谐波含量分析、分相谐波及基波电参量（电压、电流、功率）；电流规格3×1.5(6)A，有功电能精度0.5S级,无功电能精度2级；工作温度：-10℃～+55℃；相对湿度：≤95不结露
低压出线	AEM72		三相电参量U、1、P、Q、S、PF、F测量，总正反向有功电能统计，正反向无功电能统计；2-31次分次谐波及总谐波含量分析、低压出线分相谐波及基波电参量（电压、电流、功率）；电流规格3x1.5(6)A,有功电能精度0.5S级，无功电能精度2级
	ADW300		三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，有功电能计量（正、反向）、四象限无功电能、总谐波含量、分次谐波含量（2～31次）；A、B、C、N四路测温；1路剩余电流测量；支持RS485/LoRa/2G/4G/NB；LCD显示；有功电能精度：0.5S级（改造项目推荐）
无线测温	ATE-400		合金片固定，CT感应取电，启动电流大于5A,测温范围－50-125℃,测量精度±1℃;传输距离空旷150米
	ATC-600		两种工作模式：终端、中继。ATC600-Z做中继透传，ATC600-Z到ATC600-C的传输距离空旷1000m,ATC600-C可接收ATE系列传感器、 AHE等传输的数据，1路485,2路警示出口。
环境温湿度	WHD		WHD温湿度操控器产品主要用于中高压开关柜、端子箱、环网柜、箱变等设备内部温度和湿度调节控制。工作电源：AC/DC85～265V工作温度：-40.0℃～99.9℃工作湿度：0RH～99RH
水浸传感器	RS-SJ-*-2		接触式水浸传感器，监测变电所、电缆沟、控制室等场所积水情况，工作电源：DC10-30V工作温度：－20℃+60℃工作湿度：0%RH~80%RH响应时间：1s继电器输出：常开触点。
摄影机	CS-C5C-3B1WFR		支持720P高清图像，可以支持分辨率可达到130万像素（1280*960)内置麦克风与扬声器具有语言双向对讲功能，支持萤石云互联网服务，通过手机、PC等终端实现远程互动和影频观看。
烟雾传感器	BRJ-307		光电式烟雾传感：电源正极（DC12V):+12V 继电器输出：常开触点
门禁	MC-58(常开型）		常开型；感应距离：30-50mm材质：锌合金，银灰色电度，干接点输出。
配套附件	ARTU-K16		常开型；感应距离：30-50mm材质：锌合金，银灰色电度干接点输出
	KDYA-DG30-24K		输出DC24V;24V电源

8、结束语

综上所述，加强供电系统运维安全管理，做好供电设备维护工作，需要搭建自动化巡检平台，建立智能化监控系统，发挥智能诊断技术的作用，可以提高城轨交通的运营效率和安全管控水平，同时可以确保设备和人员安全及降低运维成本。

参考文献

[1]周俊杰,顾天逸,刘嘉雯.智能变电站的设备维护与安全分析[J].电子技术,2021(8):190-191.

[2]方立刚.智能变电站继电保护系统的安全性分析[J].集成电路应用,2021(7)98-99.

[3]贾志飞.智能变电站几点运维关键技术研究[J].电力设备管理,2021(9):39-40.

[4]李清,吴奇,余妍,等.智能变电站二次设备在线监测与故障诊断技术[J].电子技术与软件工程,2019(18):246-247.

[5]郭怀涨，变电运维安全及设备维护浅析[J].

[6]安科瑞企业微电网设计与应用手册,2019.11版.

审核编辑 黄宇