城市轨道交通供电智能运维系统研究.pdf

文章编号:()收稿日期:网络首发日期:基金项目:中铁十一局集团有限公司科技研发计划项目()作者简介:王婷()女湖北武汉人高级经济师硕士主要研究方向为城市轨道交通运维及创新研发管理:.引文格式:王婷.城市轨道交通供电智能运维系统研究.铁道建筑技术():.城市轨道交通供电智能运维系统研究王 婷(中铁十一局集团电务工程有限公司 湖北武汉)摘 要:随着城市轨道交通行业的快速发展传统的轨道交通维保模式因成本高、效率低等问题已经不能满足日益扩大和延伸的城市轨道交通网络管理需求急需采用先进的、智能化的、信息化的现代管理手段推动城市轨道交通运营管理 本文提出了一种城市轨道交通供电智能运维系统利用数据采集、数据分析、数据共享等实现运维设备的在线监测实现运维设备的全生命周期管理 通过设备状态监测实现状态修避免过渡维修提高运维效率结合设备状态人料机信息化管理实现资源共享系统自动派工制定精准检修计划配以对应的维修人员、维修工器具实现资源最优化降低维修成本关键词:城市轨道交通 供电系统 智能运维 数据融合中图分类号:.文献标识码:./.(.):.:引言随着全国范围内城市轨道交通建设迅猛发展地铁设备数量快速增加全面保障运营安全、提高运营服务质量、降低运营成本已经出现巨大的刚性需求 伴随着物联网、云计算、云办公、大数据等新兴信息技术的发展如何实现城市轨道交通的智能运维管理提高运维管理效率成为各大城市轨道交通运维单位争先研究的方向 年 月中国城市轨道交通协会印发的中国城市轨道交通智慧城轨发展纲要更加明确了未来城轨将以新兴信息技术与城轨交通深度融合为主线推进城轨信息化发展智能系统建设智慧城轨助推交通强国崛起 传统依靠人为检修、全线巡检的运维模式已不能满足日益扩张的城市轨道交通发展的需求因此有必要开展基于大数据、物联网、云办公的城市轨道交通供电智能运维系统研究实现设备状态的在线监测、远程指挥、检修模式优化提高运维工作效率降低运维综合成本 供电运维现状分析目前国内城市轨道交通的运维模式以计划修、故障修为主供电系统运维目前处于传统运维向智能化铁道建筑技术 ()王婷:城市轨道交通供电智能运维系统研究运维转变的过渡阶段 北京、上海、深圳、南京等地的多家地铁运营公司近年来在通信、供电、机电等领域的自主维修、委外维修模式已经趋于成熟现正在大力推进智能化、信息化管理建设逐步向智能运维方向发展.传统供电运维技术城市轨道交通供电系统由牵引/混合变电所、接触网/轨、电力电缆以及电力监控系统等内容组成为轨道交通其他系统安全运行提供了保障 传统的维保模式以人工巡视、按计划检修、故障应急处理为主供电系统的日常维护因设备分布散、设备数量多、设备操作频次高等因素的影响传统运维模式的成本日益上升已经难以满足现在市场的发展需求 以接触网检修为例(见图)接触网大修改造一般在列车停运后 内需要 人以 人为一组进行全线范围检修检修时间紧、安全风险高、管理压力大图 城市轨道交通接触网夜间作业.现有智能运维技术近年来北京、上海、南京、长沙等城市轨道交通大力发展智能运维模式在系统平台方面大部分城市轨道交通系统专业已实现了自动化信息化的覆盖率甚至超过了 但现有的智能运维子系统均按专业类别分别建设和开发如:上海地铁维护保障公司通号分公司针对通信、信号专业积极探索数字化转型过程中的智能运维模式供电分公司已相继在上海地铁 号线、号线、号线及 号线实践供电系统智能运维管理平台长沙地铁集团在 号线增设一套自动扶梯智能运维系统均是以专业管理为需求分别开展智能运维系统的研究暂无统一管理平台 管理者目前考虑较多的是各子系统内部的技术问题对各系统间数据交换、数据共享、资源调配等外部关系缺乏统一的标准在智能运维设备方面智能装备厂商已研发出较为成熟的产品比如接触网几何参数智能监测装置、变电站智能巡检机器人等可以配合智能运维平台进行智能化管理从而减少巡检人员提升管理效率.传统供电运维模式和智能运维技术对比分析城市轨道交通运营线路由于数量多、运量大、设备使用环境复杂、网络化程度高等综合特征从安全、效益、效率等方面给运营带来了严峻的挑战 其中城市轨道供电系统因设备种类多、分布范围广、检修频次高、检修安全风险高等特点受到运维单位的广泛关注 对比传统运维技术与智能运维技术在人员、设备、数据、效益方面的区别(见表)供电智能运维成为运维管理的发展方向表 传统供电运维模式和智能运维技术对比分析类别性能指标人员数据设备管理综合效益传统供电运维技术()运维人员数量大(供电系统每公里需要.人)()检修效率低(每次维修时间约 )人为记录误差大易遗失供电设备种类多、分布广易造成“过剩维修”或者“维修不足”人力成本高综合效益低供电智能运维技术()运维人员降低()精准派工准确定位故障点缩小检修时间 系统自动派工数据自动存储数据共享设备状态监测精准检修提高维修效率数据分析智能判定资源优化综合效益高 经分析传统运维技术和智能运维技术在人员、设备管理、运维数据管理均存在较大差异智能运维因检修效率高、精准检修、综合效益高得到运维单位的高度认可 目前全国轨道交通已开通运营线路城市达到 个开通里程达到 其中地铁运营 运维前景十分广阔对智能运维的需求量极大开展供电智能运维系统研究成为占领运维市场、提高自身竞争力水平的主要手段 供电智能运维系统以往供电系统运营维护生产和管理工作存在纸质台账多、监测信息不全、数据利用率低、应用系统分散、故障定位不精确、应急处置效率不高等问题以人工为主的运维模式已经无法满足当前运营管理对设备稳定运行及故障及时处理提出的要求现阶段急需通过智能化技术解决传统人工运维效率低、成本高、安全风险高等难题 本文介绍了一种综合运用数据融合、人工智能、云计算等关键技术实现设备在线检测、云办公、资源共享、远程指挥的供电智能运维平台有效保证供电系统设备、运营线路的安全平稳运行.系统目标供电智能运维系统是集标准化、智能化为一体的铁道建筑技术 ()王婷:城市轨道交通供电智能运维系统研究智能运维管理平台以安全生产为前提实行统一管理、实施标准化流程降低运维人员的出错率 管理平台包括设备状态检测及在线管理、人员安全管理、检修管理、物料管理等功能全方位覆盖供电运维管理的人、机、料同时采用智能巡检设备、智能传感器和兼容性数据接口提高运维管理智能化水平为实现城市轨道交通全面智能运维管理提供了方向供电智能运维系统建立了标准化的设备管理体系和数据中心通过对供电机房设备、区间设备、设备及电缆温湿度环境数据等进行监测实现对变电所内设备、接触网状态参数的获取、存储、分析和处理功能结合运维人员生产活动的实际需求实现设备房及区间自动巡检的运维管理目标强化设备与业务之间的联系实现精准检修.系统架构供电智能运维系统主要包括基础层、核心层、应用层、展示层(见图)其中基础层主要由设置在主机房、设在沿线各站点的在线监测设备组成用于基础数据采集、指令执行核心层指数据共享、数据处理的业务中台、数据中台主要是利用采集的数据做出一定判断实现设备状态与业务的数据融合核心层可兼容、协议、/等协议增加平台的可兼容性和拓展性应用层主要包括运维平台的人、机、料的管理借助核心层的数据对维修人员、检修计划、工器具调配实现生产管理信息化生产组织标准化设备运行、维修管理、物资使用等生产管理要素的有机联动降低人为参与程度实现维护作业模式向智能化方向转变展示层利用大数据技术对被监测对象的工作状态、稳定性情况和故障情况的监测数据进行分析实现隐患预警、智能诊断、健康评估并根据设备状态给出一定维修建议用于线路运维的辅助决策提高运维效率图 系统架构示意.系统功能设计系统应用层作为管理运维线路的人、料、机的重要环节其应用效果是保证智能运维管理的主要影响因素 应用层主要包括用户管理、设备管理、物料管理、检修管理、故障管理、任务统计等 展示层对设备状态、检修综合情况进行综合展示实现运维的集中管理和整体决策提高运维效率()任务统计采用主要包含计划任务、抢修任务、临修任务、配合任务、其他任务、特殊任务 种任务类型(见图)以环状图的形式展示各类任务已完成的数量和各类任务总数的比例使用户更加直观地了解各类任务的完成情况 如图 所示不同类型的任务完成情况都可以汇总点击进去可查看具体情况图 任务统计()用户管理可实现对运维管理人员的综合调配实现最优配备 通过对不同岗位工种检修频次的统计在制定检修计划时给予检修班组人员建议提高检修效率()检修管理全面覆盖各作业人员通过发布检修计划作业人员在移动端接收并查看检修详情(见图)并及时填报计划执行详情进行大数据收集实现检修过程的全覆盖管理图 检修管理铁道建筑技术 ()王婷:城市轨道交通供电智能运维系统研究()故障管理通过显示不同类型故障内容、故障等级、处理情况及相关操作等内容收集不同类型故障发生的频率和范围为后续精准制定检修计划提供数据基础同时根据故障数据库可提前对设备状态进行预警()设备管理包括设备信息综合管理、设备状态实时监测、设备状态综合评估等功能可准确覆盖设备全方位信息并持续收集设备工作时长、设备当前运行参数、设备故障信息为制定合理有效的设备检修计划提供数据参考实现设备全生命周期管理()物料管理结合检修计划准确配置检修所需物料并及时查看物料各项信息为物料采购和配置提供实时数据()展示层作为一个综合性展示界面(见图)实现对设备信息、故障情况的统一管理和可视化分析并且对多条线路进行统一管理图 供电运维平台展示界面 供电智能运维平台应用为推动上海轨道交通运营从高速向高质量发展从单一交通运营转向地铁综合服务上海轨道交通先后应用了不同阶段的供电智能运维平台现以公司承担的上海地铁 号线运维为例对供电智能运维平台的应用情况进行分析 上海地铁 号线市光路 沈杜公路站全长.供电系统包括:接触网.条公里变电站 座(其中 座主变、座牵引变电所、座降压变电所、座跟随变电所)变电站间不同电压等级的电力电缆与信号电缆、接触网设备、变电站辅助设施、杂散电流监测系统、系统、电能计量系统、系统设备、设备等.设备信息综合管理供电智能运维平台对运维线路的设备信息、设备故障、故障等级进行可视化统计分析有利于运维管理人员对设备做出综合判定调整检修计划提高检修效率 上海智能维保供电平台展示界面可精准查看 个未处理故障的详细情况(见图)故障修复完成后对应故障修复率等数据会实时变化显示在故障情况栏检修计划将根据故障情况优先制定提高工作效率.设备状态实时监测供电智能运维平台结合智能巡检机器人、电能量监测、直流监测等方式实时监测供电系统的能耗、负荷、线路电流电压等情况并实时显示实现远程监控、有效管理经分析系统可对主变、整流变、降压变等站房内设备的 三相电流及负荷率进行实时监测(见图)其中:为停运阶段设备电流及负荷都相对较小而早高峰的、点对应电流及负荷变化较大 从图中监测数据看出设备的负荷率未超出 均在合理范围内 通过对电流、电压的负荷调取变化曲线分析设备不同时段运行的数据自动对比预先设定的标准数值系统可以实现对设备状态的实时预警图 电流实时监测分析.设备状态综合评估根据设备各项指标和信息对设备状态进行综合评估有效判定设备维修维护、更新替换的准确时间实现线路使用经济最优化 平台根据设备使用的年限、维修的次数及频率以及对设备实时监测分析通过大数据技术分析判断设备目前的状态为设备中修、大修乃至更新改造提供参考分析 直流馈线柜上行设备预期能使用至 年(见图)系统平台通过对设备的健康状态进行评估在 年以大修的方式对设备进行维护可实现设备继续正常使用 目前该设备健康评分为 分预计在 年左右到达更新改造状态从而延长设备生命周期 年左右提高了设备的综合性能图 设备健康评估(下转第 页)铁道建筑技术 ()李鹏:隧道施工高瓦斯运移扩散规律及防治措施研究 结论以贵州省金沙经仁怀至桐梓高速公路梭萝坪隧道为研究对象运用现场实测的方法研究瓦斯的赋存特征以及施工阶段的运移扩散规律并提出相应的防治措施得到以下几个结论:()孔内测试表明瓦斯浓度随着深度的增加而不断增加瓦斯气体的赋存深度主要集中在 以下在埋深 位置主要为瓦斯气体的扩散区取样测试表明隧道穿越煤层段具有瓦斯含量高、瓦斯压力大的特点甲烷含量为总含气量为./煤层瓦斯压力 为.瓦斯放散初速度 为 /坚固系数为.判别隧道穿越煤层段具有煤与瓦斯突出性可能隧道开挖过程中易产生瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出等灾害()瓦斯的压力释放过程有 个阶段在阶段瓦斯压力呈现双曲线降低趋势在阶段瓦斯压力趋于稳定和收敛瓦斯压力的释放速率、收敛值与贯穿煤层的空间位置相关在爆破后 内瓦斯的浓度经历先增加后降低最后稳定的过程拱顶位置的瓦斯浓度峰值最大下降速率最快拱腰和拱底位置的浓度峰值和下降速率相近()针对高瓦斯浓度的隧道施工提出了 个方面的防控措施分别是:基于 型矿井综合安全监控系统对瓦斯浓度进行监控采用 隧道车辆瓦斯监控装置对机械设备进行防爆改装在施工工艺方面提出“错洞施工、分段探测”的施工方法降低瓦斯的突涌参考文献 李科王方程亮等.高海拔穿山隧道施工期瓦斯运移分布规律研究.现代隧道技术():.苏培东曹津铭舒鸿燚等.构造复杂区非煤地层隧道有害气体成因机制及运移模式.中国铁道科学():.高峰唐宇辰张根思等.高原区螺旋隧道 运移规律研究.重庆交通大学学报(自然科学版)():.王林峰钟宜宏李鸣等.高瓦斯隧道温湿度联合作用下瓦斯分布以及运动规律.重庆交通大学学报(自然科学版)():.任宏伟.穿突出煤层隧道瓦斯抽排参数对抽排效果的影响分析:以扎西隧道为例.隧道建设(中英文)():.张超林王奕博王恩元等.煤与瓦斯突出煤粉在巷道内运移分布规律试验研究.煤田地质与勘探():.丁鑫肖晓春潘一山.瓦斯压力影响下煤岩力学性质与冲击能量指数演化规律及机制.煤田地质与勘探():.冉楗王林峰李鸣等.考虑开挖过程的瓦斯隧道施工通风影响机制:以鸡鸣隧道为例.科学技术与工程():.孙意.成贵铁路四川红层段瓦斯特征分析及勘察阶段划分隧道瓦斯工区类别的建议.现代隧道技术():.许汝杭王海洋柯善剑等.多煤层高瓦斯隧道爆破后瓦斯异常涌出量预测模型分析.现代隧道技术():.刘维青.复杂地质条件下大断面隧道揭煤防突技术研究.铁道建筑技术():.牛公却尚.基于 的煤矿瓦斯防控在高瓦斯隧道中的应用.铁道建筑技术():.周洋赵宇张志强等.隧道通风管道布置参数对瓦斯运移特性的影响.科学技术与工程():.张小林蔡建华廖烟开.成都地铁龙泉山隧道瓦斯赋存特征分析与预测评价.现代隧道技术():.(上接第 页)结语通过对供电智能运维平台的研究提出了一种基于数据采集、分析和数据融合的供电智能运维平台可全面覆盖设备全生命周期管理形成标准化、规范化的运维管理体系降低运维线路人员投入提高运维整体效率 随着城市轨道交通正与新兴技术进行深度融合城市轨道交通智能运维已经成为今后发展的必然趋势 供电运维系统具备多类型数据接口实现城市轨道交通运维统一化管理有效保障轨道交通安全、有序、稳定地运行参考文献 马正强.智能运维对城市轨道交通运营维护提质增效的可行性研究.流体测量与控制():.郭泽阔贺莉娜王璐.城市轨道交通车辆智能运维系统的建设方案.城市轨道交通研究():.孙有为弓敏张霞等.基于大数据的城市轨道交通运维信息化技术应用.技术与市场():.方俊乔素华谯都督.城市轨道交通智能运维现状分析及发展建议.铁路技术创新():.白丽王石生姚湘静等.城市轨道交通综合智能运维平台研究与设计.铁路计算机应用():.常占宁.基于大数据的牵引供电智能运维系统研究与实践.电气化铁道():.段亚美.上海城市轨道交通信号系统智能运维需求分析.城市轨道交通研究():.王保红冯瑜刘国帅.城市轨道交通智能运维需求探讨.郑州铁路职业技术学院学报():.谢伟.地铁供电智能运维系统实践解析.现代城市轨道交通():.徐余明黎家靖张宁等.基于云 边 端架构的城市轨道交通智能运维系统.都市快轨交通():.徐维甲.城市轨道交通供电设备智能运维系统.城市轨道交通研究():.娄亭.轨道交通车站机电设备智能运维系统研究与实践.交通世界():.铁道建筑技术 ()