張紅彬，周剛，商兆濤，夏琴，沈道賢，陳波，肖灑

（ 1.蕪湖市軌道（隧道）交通工程質(zhì)量安全監(jiān)督站，安徽 蕪湖 241005；2.合肥工業(yè)大學 電氣與自動化工程學院，安徽 合肥 230009 ）

0 引言

城市軌道交通系統(tǒng)是一種運量大、密度高的交通系統(tǒng)，保證其安全性和可靠性的前提是保證系統(tǒng)建設(shè)質(zhì)量。城市軌道交通安裝施工建設(shè)過程中存在一定的風險，及時發(fā)現(xiàn)風險、預(yù)防風險進而排除風險是質(zhì)量控制與管理研究重要課題。

蕪湖市城市軌道交通1號線、2號線一期工程采用跨座式單軌系統(tǒng)及全自動無人駕駛系統(tǒng)，是國內(nèi)首個該型式跨座式單軌工程。土建工程完工后，系統(tǒng)安裝工程相繼進場施工。系統(tǒng)安裝工程涉及專業(yè)門類多、專業(yè)性極強，尤其是軌道交通變電所的電力設(shè)備，作為最基礎(chǔ)的設(shè)施，其安全、可靠至關(guān)重要[1]。本文結(jié)合跨座式單軌交通工程特點，針對牽引供電的電力設(shè)備安裝過程監(jiān)督和質(zhì)量驗收實施方法進行研究，有利于從源頭規(guī)避風險源，降低事故發(fā)生概率。

1 概述

牽引供電的電力設(shè)備質(zhì)量問題，直接影響軌道交通的正常運行。目前安裝驗收主要采用“各負其責”模式：軌道變電站（所）電力設(shè)備系統(tǒng)調(diào)試前，組織設(shè)備廠家人員到場，參與設(shè)備試驗及調(diào)試工作。設(shè)備試驗開始前，將試驗人員資質(zhì)，試驗設(shè)備、儀器校驗報告、試驗方案及調(diào)試大綱報監(jiān)理單位審核批準，試驗過程嚴格按照試驗方案及驗收規(guī)范執(zhí)行。所有試驗、調(diào)試項目結(jié)束后，邀請監(jiān)理單位對所調(diào)試項目進行現(xiàn)場驗證合格后出具報告，報監(jiān)理單位審批。

電力設(shè)備質(zhì)量檢測需針對不同種類設(shè)備、不同廠家設(shè)備分別檢測，調(diào)試發(fā)現(xiàn)問題需逐一排查故障，不僅影響整個交通系統(tǒng)建設(shè)過程，而且增加成本[2]。隨著技術(shù)更新，常規(guī)安裝質(zhì)量驗收方法的高成本、低效率、及時性不足、需專業(yè)人員操作和設(shè)備成本過高等問題日益凸顯。

本文提出的一種基于電力設(shè)備調(diào)試實時狀態(tài)監(jiān)測的閉環(huán)安裝質(zhì)量驗收方法。根據(jù)項目要求和技術(shù)條件，基于設(shè)備工作狀態(tài)選擇適用于監(jiān)測電力設(shè)備輸出信號傳感器，構(gòu)建可靠性高的無線信號傳輸網(wǎng)絡(luò)，建立設(shè)備工作模型，數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)安裝調(diào)試參數(shù)的實時監(jiān)測及故障判斷。

2 系統(tǒng)功能

軌道交通施工過程監(jiān)控及質(zhì)量驗收是一個大型分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)，涉及多種配套系統(tǒng)的聯(lián)動，各專業(yè)系統(tǒng)是相互關(guān)聯(lián)、協(xié)同作業(yè)的整體。因此，在聯(lián)調(diào)中要研究各個系統(tǒng)、人員、單位的協(xié)同配合主從式管理體系；在聯(lián)試中設(shè)計充分的監(jiān)控技術(shù)手段，獲取設(shè)備運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，分析發(fā)現(xiàn)問題并反饋至對應(yīng)管理層級，實現(xiàn)資源共享、互聯(lián)互通，聯(lián)動各相關(guān)子系統(tǒng)投入機電設(shè)備監(jiān)控和管理、防災(zāi)和安全、服務(wù)、預(yù)警和管理等功能，在緊急情況下為決策者提供全面及時的信息，構(gòu)建系統(tǒng)施工技術(shù)與管理融合的質(zhì)量監(jiān)控閉環(huán)控制策略。

2.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

監(jiān)測系統(tǒng)由多部分組成。包括傳感器，用于采集變電站電力設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)進行預(yù)處理；數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)電力設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)和主機之間數(shù)據(jù)傳遞；用于分析、顯示和保存數(shù)據(jù)的主機；電源供電部分[3]。

按照GB 50490-2009《城市軌道交通技術(shù)規(guī)范》以及國際電工技術(shù)委員會（IEC）相關(guān)標準要求，監(jiān)測終端安裝在各個電力設(shè)備旁，如屏柜、底架等，終端內(nèi)含有符合安全要求傳感器、數(shù)據(jù)采集模塊和4G/WIFI網(wǎng)絡(luò)無線傳輸部分[4]。服務(wù)器和計算機主機位于地面和機房。組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 電氣設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)

具體流程如下：傳感器部分將物理現(xiàn)象、電壓和電流轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可處理的電信號；數(shù)據(jù)采集部分接收來自傳感器的輸入信號，將電信號進行放大、濾波、預(yù)處理等一系列操作轉(zhuǎn)化為計算機處理數(shù)字信號；傳輸部分，由基于4G/WIFI模塊和服務(wù)器組成，發(fā)送和接收來自主機的數(shù)據(jù)。主機配置數(shù)據(jù)采集部分通道分析、顯示和保存從傳輸部分接收的數(shù)據(jù)部分。電源部分為系統(tǒng)供電。流程如圖2所示。

圖2 監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3 監(jiān)控單元設(shè)計

電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)需使用多種傳感器采集電力系統(tǒng)各設(shè)備自身工作狀態(tài)量。設(shè)備安裝質(zhì)量等外部影響將直接影響設(shè)備運行效果，故有針對性地設(shè)計了便攜式檢測單元。

3.1 水平傾斜就地檢測單元

軌道施工設(shè)備安裝中，水平傾斜過大造成的安全事故較為突出。部分軌道電力設(shè)備為后期安全穩(wěn)定運行，對水平安裝固定精度提出了較高要求。設(shè)計改進了輕巧簡便抗干擾的傾斜檢測裝置，應(yīng)對不同用戶水平傾斜度的超標警示。檢測單元原理圖如圖3所示。

圖3 便攜式水平傾斜就地檢測單元

一種傾斜檢測開關(guān)由金屬小球、檢測方筒和掛線組成，檢測方筒為塑料材質(zhì)，內(nèi)部鍍錫處理，外部具有絕緣功能，可用于普通平面傾斜檢測以及帶電危險平面檢測。

小球懸垂在檢測方筒內(nèi)，位于方筒橫截面的中心位置。單片機、電源、蜂鳴器、藍牙通信模塊被集成至檢測方筒上方，裝置于被測平面。被測平面水平時，金屬小球受重力作用，保持豎直狀態(tài)，不與檢測板內(nèi)錫線接觸，即開關(guān)斷開狀態(tài)；被測平面傾斜時，金屬小球受重力作用，保持豎直狀態(tài)，與傾斜的檢測板內(nèi)部錫條接觸，即開關(guān)閉合狀態(tài)。單片機IO1口接收高電平，賦予IO2、IO3口高電平，蜂鳴器報警，藍牙無線傳輸模塊發(fā)出警報信號至移動端手機。

單片機加入防抖程序，即IO1口檢測至高電平信號，延遲數(shù)秒后對IO1口電平進行判斷，如仍為高電平，即表明檢測平面傾斜。若為低電平，則表明受外界抖動，風吹干擾，導(dǎo)致金屬小球誤觸現(xiàn)象。通過對單片機編程，使水平傾斜檢測裝置具有防抖動、防風吹的抗干擾功能，有效實現(xiàn)平面傾斜檢測以及遠程監(jiān)控，檢測裝置具有絕緣功能，適用于用于帶電平面。裝置示意圖如圖4所示。

圖4 傾斜檢測檢測開關(guān)

3.2 設(shè)備內(nèi)部狀態(tài)檢測單元

要求盡可能全面、詳細了解系統(tǒng)內(nèi)微小變化。為此布置多點采樣。配備在線監(jiān)測系統(tǒng)采集電氣量數(shù)據(jù)以及溫濕度等非電氣量數(shù)據(jù)，既有結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，也有視頻監(jiān)控等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。

4 遠程質(zhì)量控制分析系統(tǒng)

軌道供電變電站電力設(shè)備種類繁多、數(shù)量較大，這些設(shè)備在電能傳輸過程中起關(guān)鍵作用，其運行的可靠性與穩(wěn)定性直接關(guān)系到變電站系統(tǒng)運行，設(shè)備狀態(tài)分析研究是研究熱點。設(shè)計采用專用傳感器，驗收調(diào)試前后采集變電站設(shè)備運行狀態(tài)數(shù)據(jù)信息。

設(shè)計完成了從分離式帶電測試向系統(tǒng)聯(lián)調(diào)數(shù)字化設(shè)備監(jiān)測轉(zhuǎn)換，獲得大量設(shè)備靜態(tài)信息和實時數(shù)據(jù)。從反映設(shè)備參數(shù)信息及運行數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對設(shè)備動態(tài)運行狀態(tài)的建模和質(zhì)量判斷。遠程質(zhì)量控制分析系統(tǒng)如圖5所示。

圖5 變電站遠程質(zhì)量控制分析系統(tǒng)

5 結(jié)語

本文面向于跨座式單軌道設(shè)計一種便攜式電力設(shè)備安裝質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)。檢測軌道交通變電所電力設(shè)備安裝的實時狀態(tài)，監(jiān)控安裝質(zhì)量，在設(shè)備調(diào)試運行中實現(xiàn)部分運行參數(shù)實時監(jiān)測，為軌道交通電力設(shè)備的安全質(zhì)量監(jiān)控提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

當前電力設(shè)備質(zhì)量評估數(shù)據(jù)主要覆蓋設(shè)備靜態(tài)信息和實時數(shù)據(jù)，僅反映設(shè)備參數(shù)信息及調(diào)試運行數(shù)據(jù)，設(shè)備故障、維護等工作還需大量依靠人的經(jīng)驗和知識，可見傳統(tǒng)的檢測流程和分析方法難以滿足高效建設(shè)的要求。本文提出在蕪湖市軌道交通主變電站電氣設(shè)備安裝工程質(zhì)量驗收中，對設(shè)備動態(tài)運行狀態(tài)的建模和管理，對設(shè)備運行進行仿真模擬，通過理論計算和實測信號進行數(shù)據(jù)分析，走智能化的方向，推動設(shè)備狀態(tài)感知技術(shù)與傳統(tǒng)質(zhì)量驗收工作的整合，加快智能運檢體系建設(shè)。