基于智能化系统优化地铁供电设备运维工作的研究_林炳城.pdf

2023.05/基于智能化系统优化地铁供电设备运维工作的研究林炳城1张俊强2余跃强2(1.广州地铁集团有限公司2.广州市扬新技术研究有限责任公司)摘要:本文介绍采用智能视频图像识别技术，结合变电所综合自动化系统及在线监测系统等多种技术手段，融合成一个全方位的智能化巡检系统平台，实现地铁变电所的智能无人巡检，提升供电系统运维工作的可视化、远程化和智能化，进而提高地铁供电设备运维的工作效率。关键词:供电系统;图像识别;智能化0引言目前城市轨道交通供电系统的运行维修多是采用人工巡检的方式，依赖大量的人力投入，同时对人员的工作态度、技术能力要求较高，巡检维修质量需要投入较高成本才能保持。因此采用先进的智能化方法，实现安全巡检监测的自动化，提升巡检维修质量、降低成本及确保城市轨道交通的安全可靠运行，是今后本领域技术革新的重要发展方向1。随着图像与视频处理和基于人工智能的计算机视觉技术近年来的快速发展，使用计算机图像识别供电设备，并且自动地监测与分析供电设备的日常运行状态成为实现变电所无人化运维的先进技术手段之一2。目前行业内尝试了巡检机器人、设备在线监测等方式来减轻巡检的工作量，但都存在无法全面覆盖巡检项目的问题。因此采用智能视频图像识别技术，利用摄像头取代巡检机器人，可以低成本、高效率地全面覆盖巡检设备。结合变电所综合自动化系统及在线监测系统等多种技术手段，融合成一个全方位的智能化巡检系统平台是一种比较符合运维需要的手段。智能化巡检系统平台可以降低人力物力的投入，全方面地实现地铁变电所的智能无人巡检，同时让包括变电所供电设备巡视在内的供电系统运维工作变得更加可视化、远程化和智能化，有利于供电系统的安全生产水平及运维工作效率，能够优化地铁供电设备巡检工作流程。1供电设备巡检范围及策略地铁变电所供电设备巡检范围包括 110kV GIS 开关、33kV 交 流 高 压 开 关 柜、1500V 直 流 开 关 柜、400V 低压开关柜、整流变压器、动力变压器等，根据其对运营生产安全重要性及影响，可以划分为 A、B、C 三类设备，如图 1 所示。图 1供电设备巡检范围及策略A 类设备属于重要设备，是指运行状态直接影响行车安全、消防安全和客运服务，或影响重要专业设备变电的设备。原则上采用日常巡检、小修、大修维修策略(部分特殊设备除外)，必要时结合专项修维52电气技术与经济/研究与开发/2023.05修策略，以保持其优良的安全质量状态。当设备运行到建议大修年限前两年时，应开展相应的设备评估，并根据综合评估结果决定是否开展相应项目的大修工作。B 类设备是指不直接影响行车，但影响设备监测效果或车辆段调试用电的设备。原则上采用计划性的日常巡检、小修、专项修策略，以保持其正常的安全质量状态。C 类设备是指故障状态下不影响系统功能的设备。原则上采用计划性的小修、并结合专项修的维修策略，以保持其安全质量状态，该类设备原则上没有大修的工作。2系统功能智能化巡检系统平台中的电力综合自动化系统、供电设备在线监测系统、视频巡检识别系统既作为独立的系统单独存在，又能在变电所站控层实现信息的安全交互。电力综合自动化系统与保护测控装置通信，采集变电所内供电设备的电气量信息;供电设备在线监测系统实时监测一次设备的运行状态，并且对设备的健康状况和剩余寿命进行评估;视频巡检识别系统能对利用摄像头采集的视频信号进行智能分析，抽取出所需要的信息，定时对设备进行自动巡检。系统的信息在站控层进行交互，使得智能化巡检系统平台能够智能联动各项功能，各系统间协调工作3。智能化巡检系统平台将变电站综合自动化、供电设备在线监测、视频巡检等各项功能进行融合(如图2 所示)，打破了各系统的信息壁垒，提高了各系统的互操作能力及信息共享能力。同时利用图像识别技术、大数据处理分析技术、故障智能分析算法等高新技术，智能化地监测与分析供电设备的日常运行状态，实现供电设备巡检运维的无人化。图 2系统功能结构图2.1变电站综合自动化系统功能变电站综合自动化系统实现的基本功能有数据采集、运行监测和控制、继电保护、现地后备控制和紧急控制及与远方控制中心的通信，能够随时在线监视电网运行参数和设备运行状态4。完成变电站运行参数的在线计算、存储、统计分析以及保证电能质量的自动遥控调整工作。当系统发现变电站设备异常变化或装置内部存在异常时，能够立即自动报警并相应的闭锁出口动作，以防止事态扩大。当电网出现事故时，可以快速采样、判断、决策，迅速隔离和消除事故，将故障限制在最小范围。综合监控异常处理流程如图 3 所示。图 3综合监控异常处理流程2.2供电设备在线监测系统功能供电设备在线监测系统以列表、曲线和图谱等方式，实时显示供电设备的运行状态参数，实现设备状态运行监测功能、开关动作特性波形分析功能、预测参数变化趋势曲线功能和事件记录功能，为运维人员提供日常巡检记录，充当设备健康状态评估工作的辅助工具，减少运维人员的工作量，提升供配电系统运行可靠性。同时提供设备状态评估功能，能够评估设备的健康状态和剩余寿命，并能提供对于设备的维修策略。结合设备及站点场景的 3D 虚拟化，能够反映设备外观及运行环境，实现设备的可视化报警和故障快速定62电气技术与经济/研究与开发2023.05/位。在线监测功能分类情况如图 4 所示。图 4在线监测功能分类2.3视频巡检系统功能视频巡检系统运用图像识别技术针对供电设备所拍摄的图像数据，可以识别供电设备的状态信号，其中包括开关位置信号、刀闸位置信号、指示灯信号、压板位置、远方就地把手信息、测量表信息和供电设备屏柜上其他各类信息，也可以对供电设备的外观破损、元件缺失、漏油等异常情况进行监测。同时视频巡检系统可以识别明火、烟雾以及异物入侵等安全隐患。系统对异常情况进行报警提醒，能够使运维人员进行高效的运维巡检工作。视频巡检系统通过图像识别对运维人员进行相关的安全管理，可针对性识别安全帽佩戴情况，还可识别穿拖鞋、凉鞋、高跟鞋、裙子、短裤、背心等违反安全规定的着装情况并进行报警提醒，确保运维人员按照安全管理规定进行运维工作，保障人员安全。巡检数据处理过程如图 5 所示。图 5巡检数据处理过程2.4运行管理功能智能化巡检系统平台可将各类供电设备的巡检维保流程标准化，按照巡检维保计划周期或定时生成一个完整的任务。在设备巡检维保过程中，维保人员可对发现的设备故障进行故障信息上报处理，由系统生成故障维修任务推送给维修人员。平台运用设备知识库体系，将不同设备的故障类型、现象及其对应的维修策略进行分类处理，以指导维修人员进行维修。同时根据现场运维物品的消耗情况，及时进行消耗物料、备品备件、运维工器具、仪器仪表、劳保用品等的库存管理，同时进行采购管理、出入库管理、调拨管理，以确保各项物料能够满足运维现场的使用需求，提升工作效率。运行管理流程如图 6 所示。图 6运行管理流程3实现目标智能化巡检系统平台可以常态化地按用户的检修周期自动地开展设备智能巡检，对巡检数据进行分析，产生巡检报告，对异常信息进行提醒或者建议用户干预处理。在设备处于故障状态或当开关跳闸时，系统平台可抓取故障设备及设备房内的图像信息，上传至系统平台，便于技术人员对故障进行分析诊断及处理。智能巡检流程如图 7 所示。72电气技术与经济/研究与开发/2023.05图 7智能巡检流程智能化巡检系统平台可对供电设备实现全面监控，形成完整的实时监控及评价管理体系，将各个管理对象有效地组织起来，对每个运维环节可能出现的问题，及时发现、快速定位，提前发现潜在的风险。智能化巡检系统平台对各种设备巡检实行量化、动态管理的现代化手段，能促进设备运维的科学化管理，提高运维管理水平。4结束语融合多种功能的智能化无人巡检系统平台，具备设备自动巡检技术，极大地优化了各项运维巡检工作的流程并提高了运维巡检工作的及时性，可以让运维人员第一时间获得设备的状态信息，调配各项维保物料和维保人员，根据设备故障维修建议有针对性地进行维修，有利于提高维保人员的技术水平和工作效率，积累维保工作经验。智能化巡检系统平台还能随着设备技术的提升，不断优化完善自身的系统功能，实现设备运维手段的持续迭代。参考文献 1段亚美，戴翌清，王历珘 基于智能运维系统的地铁信号设备维护管理研究 J 铁道通信信号，2020，56(4):4 2王世宏 人工智能技术在电力设备运维检修中的研究及应用 J 轻松学电脑，2019(30):1 3张志鹏，赵晗 地铁机电设备运维管理和故障分析系统的研究 J 计算机光盘软件与应用，2015，18(2):2 4赵永胜 提高城市地铁机电系统设备的维护管理效率的探讨 J 科技与企业，2013(6):105(收稿日期:2023-03-16)82电气技术与经济/研究与开发