趙文勝

0 引言

隨著我國鐵路事業(yè)的蓬勃發(fā)展，牽引變電所作為鐵路牽引供電系統(tǒng)的核心，其數(shù)量也在逐年增長。如今，鐵路行業(yè)對“安全、智能、經(jīng)濟”的需求不斷加大，牽引供電系統(tǒng)減能增效、綠色環(huán)保，牽引變電所無人值班值守運行模式等均成為必然發(fā)展趨勢。為此，國鐵集團于2018—2020年發(fā)布了一系列關(guān)于鐵路牽引變電所實施無人化工作的技術(shù)條件與政策文件，要求今后新建牽引變電所需按照無人值守的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)一次性建設(shè)完成，既有牽引變電所則按照無人值守的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)逐步進行改造。

輔助監(jiān)控系統(tǒng)作為實現(xiàn)牽引變電所無人值守的重要硬件基礎(chǔ)，通過對牽引變電所亭內(nèi)設(shè)備運行狀態(tài)、運行環(huán)境、安全防范及火災(zāi)報警等信息的集中監(jiān)測，報警信息與動力照明等設(shè)備的聯(lián)動控制，實現(xiàn)向調(diào)度端上傳告警信息及設(shè)備運行狀態(tài)。輔助監(jiān)控系統(tǒng)不僅完善了既有牽引供電系統(tǒng)“五遙”（遙控、遙信、遙測、遙調(diào)、遙視）功能，同時，在保證安全、可靠供電的前提下，能夠完成牽引變電所亭值班人員例行工作內(nèi)容，減少鐵路運營過程中的維護成本、增加運營效益。本文結(jié)合贛深鐵路建設(shè)工程中輔助監(jiān)控系統(tǒng)的實際應(yīng)用，重點闡述其系統(tǒng)框架、設(shè)備配置、功能實現(xiàn)等內(nèi)容，探究輔助監(jiān)控系統(tǒng)對于無人值守牽引變電所亭的重要意義。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

輔助監(jiān)控系統(tǒng)以機器視覺為核心，集成各類變電所輔助子系統(tǒng)，以各類豐富的傳感器代替人眼、人耳，對牽引變電所內(nèi)環(huán)境和設(shè)備進行綜合感知和控制。贛深鐵路采用輔助監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了對牽引變電所亭內(nèi)環(huán)境及設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)控[1]，其采用主站系統(tǒng)與被控站系統(tǒng)的層級架構(gòu)，系統(tǒng)架構(gòu)見圖1。

圖1 輔助監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

輔助監(jiān)控系統(tǒng)主站通過與遠動監(jiān)控系統(tǒng)進行信息交互，完善遠動監(jiān)控系統(tǒng)既有的“五遙”功能；遠動監(jiān)控系統(tǒng)通過輔助監(jiān)控系統(tǒng)收集更多的“人眼”、“人耳”信息，能夠制定更完備的各種突發(fā)故障處理方案。被控站系統(tǒng)安裝在電氣化鐵路沿線各變電所亭，實現(xiàn)對變電所內(nèi)設(shè)備的綜合輔助監(jiān)控，并通過鐵路數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，連同調(diào)度端輔助監(jiān)控單元形成一個結(jié)構(gòu)完整、聯(lián)系緊密的多級聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。視頻監(jiān)控、安全防范、環(huán)境監(jiān)測、火災(zāi)消防、動力照明控制、設(shè)備在線監(jiān)測等子系統(tǒng)集成于所亭級輔助監(jiān)控系統(tǒng)平臺[2]，各子系統(tǒng)可根據(jù)應(yīng)用場景需求靈活配置，可擴展性強。系統(tǒng)設(shè)計上充分考慮功能可靠性和運維便捷性，遵循模塊化、層次化設(shè)計原則，并具備圖形化展示功能，滿足牽引變電所亭安全運行和無人值守的技術(shù)要求。

2 輔助監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用效果

由于輔助監(jiān)控被控站系統(tǒng)的監(jiān)控平臺能夠展示被控站所有應(yīng)用效果，因此，主站系統(tǒng)的應(yīng)用效果在此不再贅述。如圖1所示，牽引變電所輔助監(jiān)控被控站采用分層式的系統(tǒng)架構(gòu)[3]，主要包含間隔層及站控層。間隔層由前端輔助設(shè)備、動環(huán)測控裝置及視頻服務(wù)器組成，站控層包含綜合應(yīng)用服務(wù)器、交換機、遠動通信單元等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。所亭級輔助監(jiān)控系統(tǒng)平臺集成了視頻監(jiān)控、視頻巡檢、安全防范、環(huán)境監(jiān)測、火災(zāi)消防、動力照明控制、設(shè)備在線監(jiān)測等子系統(tǒng)[4]，本節(jié)對各子系統(tǒng)實施方案與應(yīng)用效果進行簡述。

2.1 視頻監(jiān)控及巡檢

視頻監(jiān)控子系統(tǒng)通過攝像機對牽引變電所的工作環(huán)境及所內(nèi)設(shè)備運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控，為運維人員提供設(shè)備當(dāng)前的狀態(tài)，便于及時檢修[5]。視頻監(jiān)控子系統(tǒng)配置高清攝像機、網(wǎng)絡(luò)視頻錄像機（NVR）等設(shè)備。攝像機主要安裝于需要巡視的重點場所，如二次設(shè)備室、高壓室、室外設(shè)備區(qū)等。攝像機一般選用高清的高速球機，經(jīng)同軸電纜或光纜連接至輔助監(jiān)控系統(tǒng)機柜中的NVR[6]。NVR通過局域網(wǎng)與智能輔助監(jiān)控平臺管理機通信，實現(xiàn)視頻巡檢和聯(lián)動控制等功能。監(jiān)控平臺可從NVR中調(diào)閱攝像機列表，具備錄像管理、實時圖像顯示、攝像機參數(shù)設(shè)置等功能。當(dāng)相關(guān)監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)變化或產(chǎn)生告警信號時，監(jiān)控平臺發(fā)送調(diào)用預(yù)置位的命令給 NVR，觸發(fā)攝像機聯(lián)動，同時采集和傳輸監(jiān)控目標(biāo)的視頻信息，并控制攝像機進行變焦、轉(zhuǎn)動，通過圖像切換、視頻錄像、回放及逐幀畫面搜索，實現(xiàn)靈活的報警聯(lián)動視頻功能。

紅外熱成像測溫系統(tǒng)是視頻監(jiān)控子系統(tǒng)的重要組成部分，如圖2所示，采用非接觸的方式實時監(jiān)測設(shè)備溫度及其運行狀態(tài)，使得在設(shè)備發(fā)生過熱故障時安全、精確、直接地定位故障點，有助于維護人員迅速采取措施，防止問題進一步擴大，將設(shè)備故障消滅在萌芽狀態(tài)。紅外熱成像測溫系統(tǒng)能夠全天候監(jiān)視牽引變電所一次設(shè)備主導(dǎo)流回路，采集變壓器、互感器、避雷器、導(dǎo)線、線夾等設(shè)備的熱像圖譜，通過同類比較判斷法、表面溫度判斷法、圖像特征判斷法等評估設(shè)備的運行狀態(tài)，并在達到警戒值時進行告警。

圖2 實測熱成像

視頻巡檢子系統(tǒng)通過采用遠程智能巡視的手段，模擬和代替人工對牽引變電所進行巡視。系統(tǒng)主要采用固定的紅外攝像機、高清攝像機，或采用導(dǎo)軌式/輪式巡檢機器人搭載不同種類的攝像機等設(shè)備，實現(xiàn)對變電所24 h不間斷巡視。

視頻巡檢子系統(tǒng)在獲得巡視對象的標(biāo)準(zhǔn)圖譜數(shù)據(jù)庫后，通過智能圖像識別，對牽引變壓器油位表上的刻度、氣壓表指針、戶內(nèi)高壓開關(guān)柜的分/合指示牌等進行信息處理和判斷。系統(tǒng)一旦識別出異常，可自動報警。系統(tǒng)通過軌道上的局放檢測儀檢測開關(guān)柜內(nèi)部放電現(xiàn)象，可實現(xiàn)開關(guān)柜全方位的局部放電監(jiān)測。

2.2 智能控制

輔助監(jiān)控系統(tǒng)可實現(xiàn)對照明、風(fēng)機、水泵、空調(diào)、門禁、攝像頭等設(shè)備的遠程控制，并根據(jù)用戶需求配置上述輔助生產(chǎn)設(shè)備間的聯(lián)動關(guān)系[7]。聯(lián)動控制在下述事件觸發(fā)后啟動：（1）開關(guān)量變化：包含開關(guān)狀態(tài)變化、告警信號變化、設(shè)備其他狀態(tài)信息變化等；（2）遙測越限：測量值超出系統(tǒng)設(shè)定的閾值，產(chǎn)生越限事件；（3）遙控操作：對設(shè)備進行遙控操作，導(dǎo)致開關(guān)閉合、設(shè)備狀態(tài)改變等。

觸發(fā)后可實現(xiàn)的聯(lián)動功能如下[8]：（1）遙控：控制設(shè)備的開關(guān)狀態(tài)、啟停等；（2）遙調(diào)：調(diào)整設(shè)備的檔位或數(shù)值量，使其達到目標(biāo)狀態(tài)；（3）攝像機移動至預(yù)置位、開啟錄像功能等；（4）如果 3D電子地圖中配置好事件觸發(fā)關(guān)聯(lián)場景，當(dāng)出現(xiàn)告警事件時，能將畫面切換到對應(yīng)的場景，并對報警設(shè)備進行動畫顯示等。

觸發(fā)后對可聯(lián)動的動作序列可進行編輯，可以觸發(fā)多個連續(xù)的動作，并且可以制定動作序列的啟動和退出條件。

傳統(tǒng)的事故處理程序為：故障出現(xiàn)—人為發(fā)現(xiàn)—人力解決，輔助監(jiān)控系統(tǒng)的智能控制功能將事故處理程序變?yōu)椋汗收铣霈F(xiàn)—智能聯(lián)動，從根本上解決了發(fā)現(xiàn)故障難、處理故障慢的問題。由人為預(yù)先配置的智能聯(lián)動，將故障發(fā)生信號直接融合進故障解決方案中，減少了人為控制環(huán)節(jié)，實現(xiàn)各種異常及故障情況下的全面高效管控。

2.3 在線監(jiān)測

贛深鐵路配置的接地及回流智能監(jiān)測子系統(tǒng)如圖3所示，通過接地網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測單元、牽引變壓器鐵心接地狀態(tài)監(jiān)測單元、回流電纜狀態(tài)監(jiān)測單元及前端傳感器，實現(xiàn)對牽引變電所內(nèi)變壓器鐵心接地電流、土壤腐蝕狀態(tài)、地網(wǎng)完整性以及牽引回流的在線監(jiān)測。前端設(shè)備的監(jiān)測信息通過后臺服務(wù)器存儲和顯示，并根據(jù)設(shè)定的閾值觸發(fā)告警。

圖3 接地及回流智能監(jiān)測設(shè)備布置

2.4 環(huán)境監(jiān)測、安全防范、火災(zāi)消防

環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)主要包括溫/濕度傳感器、風(fēng)速傳感器、水浸探測器、SF6氣體探測器、水泵遠程控制器等設(shè)備[9]，主要監(jiān)測控制室、高壓室以及戶外的環(huán)境溫度和濕度，戶外風(fēng)力、雨量、雪量以及排水溝、電纜溝的積水情況和高壓室SF6氣體含量、氧氣含量等。

安全防范子系統(tǒng)設(shè)備主要有激光對射探測器、碎窗探測器、蜂鳴器等。激光對射探測器安裝于變電所圍墻；碎窗探測器安裝于二次設(shè)備室和高壓室的窗戶；蜂鳴器設(shè)置于所內(nèi)房屋外側(cè)。激光對射探測器、碎窗探測器和蜂鳴器均采用硬接點接線方式接入動環(huán)裝置，實現(xiàn)圍墻翻入報警、變電所房屋玻璃破碎告警、人畜闖入時現(xiàn)場自動鳴笛報警等。報警信息與視頻子系統(tǒng)聯(lián)動，有告警時，攝像機轉(zhuǎn)到告警位置，并啟動錄像。

火災(zāi)消防子系統(tǒng)設(shè)備主要包含感煙及感溫探測器、手動火災(zāi)報警按鈕、纜式線型定溫感溫火災(zāi)探測器等。纜式線型定溫感溫火災(zāi)探測器將監(jiān)測位置設(shè)置在電纜夾層，各報警信號通過硬接點接線的方式接入動環(huán)裝置，實現(xiàn)室內(nèi)火災(zāi)安全監(jiān)測以及電纜夾層線纜的火災(zāi)安全監(jiān)測?；馂?zāi)告警信息自動聯(lián)動攝像機，完成起火位置錄像，自動斷電，自動關(guān)閉空調(diào)、風(fēng)機等[5]。

3 結(jié)語

本文結(jié)合國鐵集團相關(guān)的文件規(guī)范以及贛深鐵路牽引變電所亭無人化值守工程應(yīng)用實例，總結(jié)了工程實施過程中輔助監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)、系統(tǒng)配置、功能實現(xiàn)等整體方案，為牽引變電所亭無人化的推廣提供參考與借鑒。輔助監(jiān)控系統(tǒng)在牽引變電所亭內(nèi)的實施及應(yīng)用，替代了變電所人工值守模式，有效提升了牽引變電所亭的運維水平，減少人力成本，契合變電所智能化的發(fā)展方向。