摘" 要：随着社会的不断进步，国家的不断强盛，人们对生活的标准也不断提高，日常的交通出行就是最重要的体现。安全、绿色、优质、高效的出行方式是人们不断的追求，轨道交通在城市公共交通中扮演着重要角色，是贯彻国家“交通强国”战略的重要支撑。为了更好地实现安全、绿色、优质、高效，节能的运营目标，南宁轨道交通依托着物联网、云计算、大数据、人工智能等先进技术的支撑，在南宁轨道交通5号线建立了智能运维在线监测平台，为机电维保提供了有利的工具，通过在线监测系统完成系统设备的实时监测、远程巡检、故障定位、预警数据分析，降低了现场检修人员的工作量，保证设备安全稳定运行的同时有效降低了设备维护成本。
关键词：城市轨道交通；智能运维；低压配电；在线监测
中图分类号：TP39；TP311" 文献标识码：A" 文章编号：2096-4706（2024）24-0105-06
Application Research on Professional Intelligent Operation and Maintenance System for Low-voltage Power Distribution
HE Jicui1， HUANG Yushang1， PENG Chaofang2
（1.Baosight Software （Guangxi） Co.， Ltd.， Nanning" 530200; 2.Nanning Rail Transit Operation Co.， Ltd.， Nanningnbsp; 530029）
Abstract： With the continuous progress of society and the continuous prosperity of the country， peoples living standards have also been continuously improved， and the daily transportation is the most important embodiment. A safe， green， high-quality and efficient way of travel is the continuous pursuit for people. The rail transit plays an important role in urban public transportation and is the important support to implement the strategy of “strong transportation country”. In order to better achieve the safety， green， high-quality， efficient and energy-saving operation target， Nanning Rail Transit relies on the support of Internet of Things， cloud computing， Big Data， Artificial Intelligence and other advanced technologies， to establish an intelligent operation and maintenance online monitoring platform on Line 5 of Nanning Rail Transit. It provides favorable tools for electromechanical maintenance， and completes the real-time monitoring， remote inspection， fault location， early warning data analysis of the system equipment through online monitoring system， reducing the workload of on-site maintenance personnel. While ensuring the safe and stable operation of the equipment， it reduces the cost of equipment maintenance effectively.
Keywords： urban rail transit; intelligent operation and maintenance; low-voltage power distribution; online monitoring
0" 引" 言
轨道交通运营主要面向乘客服务和现场各专业设备检修维护及设备故障处理为主，为了给乘客提供工优质的服务及乘车环境，确保各系统设备的健康平稳运行，确保运营高质量高效率的开展又是重中之中的任务，因此轨道交通行业自己也形成了一套比较完备的检修修程，根据现场设备编制了较为完备的检修工艺标准[1]。传统的轨道交通维保周期主要划分为日巡检、周巡、双周巡、月检、季检、年检、故障修、中修、大修、专项修等；一般情况下设备维护部门会根据设备的检修要求，根据上述相应的检修周期检修工艺要求对设备进行检修，现场维护人员会根据各专业设备的检修修程要求，制定相应的检修计划，再根据设备检修计划进行相应检修，检修过程中打印相应的检修材料如检修记录表，检修工艺卡等，完成检修后进检修材料进行存档。
以南宁轨道交通低压配电系统为例，低压配电系统通常分为动力配电箱、照明系统、环控系统、接地系统等。传统维保主要以检修业务及故障响应及处理为主，主要通过检修人员现场巡、检的方式对现场设备进行参数记录和设备检查，并通过打印相关设备检修记录表，巡检人员现场填写相关设备检修情况并收集检修记录表对相关设备检修记录进行统计、分析、存档。轨道交通各系统设备数量庞大，设备类型多样，设备维护要求不一，维护工艺要求高，维护人员技术水平不一等突出问题等特点，大大增加了现场设备有效维护的困难，通过传统维保难以对设备进行实时性的监管，通过加密检修来确保设备正常运行大大增加了人力成本。同时人员技术水平参差不齐，日常巡检趋于表面，设备潜在缺陷难以及时发现，也不利与对设备系统实时的分析确保系统安全有效运行，传统维保面临的挑战包括：
1）设备数量庞大、设备类型多样性，运营周期长，检修任务重，维保技术资源跟不上发展速度。
2）检修规程缺乏针对性，专业性，部分检修项目存在过度修、疲劳修，大大增加维护成本。
3）缺乏设备状态感知和预警能力，以被动维修为主。
4）故障从发现、提报到派工、处置的各环节均严重依赖人工和经验，无法快速精准地定位和消除问题。
5）对于设备管理水平的提升，缺乏数据化的分析、指导及决策支持。
6）维保业务的资源投入持续升高，难以在确保维保生产质量的前提下有效降低成本[2]。
1" 智能运维系统设计理念
2020年3月，中国城市轨道交通协会印发了《中国城市轨道交通智慧城轨发展纲要》[3]，对轨道交通设计及发展做了深刻的分析，指出了信息化，智能化是智慧城轨建设的基础和核心。南宁轨道交通5号线智能运维系统设计以“优化修程、优化流程、优化指标”为核心目标，针对前端维保工作提供以在线监测为核心的设备健康大数据平台，针对后端维保管理提供以业务流程为核心的业务管理信息化平台，智能模式不再依赖传统人工的检测模式，而是在计算机设备、工业控制网络的支持下，对自动化系统进行全域化检索，其也不局限于特定的工业应用范畴上，还能够通过与自动化、数字化、信息化相关联的各类载体，实现多点并行的智能监控[4]，最终实现优化管理、降本增效、提高产能的目标。
智能运维实现关键设备健康管理。通过全面感知设备状态和数据分析实现关键设备健康状态评估和故障预测，在设备异常时能够及时发现、及时处理，降低故障发生率[5]。以感知型状态修为主，经验性计划修和专家型故障修为辅的智慧运维管理，以期将智慧地铁架构体系深度融合到信息化体系中，促进轨道交通系统向网联化、协同化、智慧化方向发展。通过引入智慧物联、大数据等先进技术，及时收集现场设备的状态数据，做到执行有监管，操作有指引，数据可分析[6]。逐步建立一套符合轨道交通各系统专业设备维修精细化、标准化、智能化要求的智能运维系统[7]。提供覆盖运营管理、设备维修保障的全层次、全流程服务。
2" 智能运维系统架构
基于南宁轨道交通研发的机电智能运维系统包括智能运维数据平台、智能运维调度管理平台和5个子系统在线监测，包括通风空调在线监测、给排水在线监测、低压配电在线监测、BAS在线监测、TIAS在线监测；其中智能运维数据平台与各子系统在线监测建立数据接口，并对采集到的设备数据进行处理、建模、分析及存储；智能运维调度管理平台，对各子系统在线监测进行设备状态监测、分析展示及业务功能联动，达到通过信息化系统与设备状态决策进行有效的数据融合[8]。
智能运维总体架构分为监测层、接入层、数据层、应用层、展示层。如图1所示，系统功能界面分为驾驶舱、调度总览、设备监测、决策中心、生产管理、全生命周期等。
低压配电在线监测子系统，对南宁轨道交通5号线一期工程17个地下站（含区间、出入段线）、那洪车辆基地采集的EPS设备信息、消防电源双切箱设备状态、环控电控柜设备状态、400 V开关柜的表计数据、故障数据等进行预处理，将预处理的数据上传至线路智能运维数据平台，建立综合维修场景模型。低压配电在线监测包括但不限于远程巡检、故障诊断、系统预警、400 V开关柜自动填报等功能。
3.1" 低压配电远程巡检功能
低压配电系统通过系统在线监测数据采集，实现低压配电设备重要点位采集，包括设备状态，设备报警，设备预警，设备故障等，通过系统对设备在线实时监测，由系统远程巡检，代替人工巡检，避免人工巡检时差导致设备漏巡漏检，从而降低人工巡检成本，提高准确性，降低故障率。设备监测界面如图2所示。低压配电远程巡检具体功能需求参如表2所示。
3.2" 低压配电故障诊断及处理
根据低压配电远程巡检数据，对设备状态信息建模分析，输出精准的故障报警定位，从而自动触发精准的故障修，加快维保人员定位故障原因，提高维修效率，缩短故障处理时间[9]。
传统的维保故障主要由现场巡检人员发现故障后提报给调度人员，或者由监控系统平台设备故障报警，然后由调度人员查看确认后，再编辑故障文本通过第三方软件下发到各专业系统管理群，现场检修班组根据调度问题去现场进行现场检查处理，在这个故障发现和故障信息多方流转的过程中容易造成信息失真，和信息传递不及时，加上现场维护人员技能水平参差不齐，现场遇到问题基本都是通过发消息或者电话询问，从而导致故障得不到及时响应与处理。
基于有效解决传统维保的各种弊端，智能运维系统开发了系统工单自动派发功能，当系统收设备故障报警或者预警后，系统根据系统建立的模板，自动生成相应的故障工单或者检修工单，并自动派发到相应设备管理班组及当班人员并作出提示，避免工单遗漏，同时检修人员可以通过手持移动端或者收集APP登录个人账号进行工单处理，并通过系统跟进工单进度，做好统计及分析，形成相应的管理台账。
智能运维系统通过长时间的数据收集与分析形成了系统故障“三码”，即“现象码、原因码、行动码”。系统根据现场的故障信息情况，进行三码匹配，形成一个完整的故障处理流程，解决了现场维护人员的技术水平参差不齐的问题，常规故障现场人员都能有效快速处理。例如开关跳闸后，“现象码”为跳闸，“原因码”自动提醒相关开关跳闸的原因，如开关本体故障、线路短路、线路接地、用电设备故障等，“行动码”根据原因码进行行动匹配，包含了检查现场设备的方法，准备的工器具，还有需要执行的安全措施，结合智能运维系统的物资管理功能匹配相关备件，便于抢修人员准备合理的工具材料，方便人员最快速、安全地完成设备抢修。同时智能运维系统还集成了强大的“专家库”数据，平时维护人员不仅可以通过“专家库”进行学习资料查询，同时为现场人员的故障处理和人员技能提升提供了强有力的支撑。智能运维系统将系统数据监控与故障直接相关联，无论监控值班员还是检修人员，都可以直接查看故障的准确信息，避免信息传递差异造成的运营维护不及时，实现车站设备融合监控的理念[10]。系统工单如图3所示，专家库如图4所示。
3.3" 系统预警功能
通过对系统设备信息在线监测，对重要设备建立系统在线监测预警模型，当设备异常，及时输出状态异常预警，从而触发预防性状态修，降低设备故障的发生率。如对于环控设备冷水机组，隧道风机，轨排风机，大系统风机，消防风机等重要设备，通过对设备运行电压、电流、电机转速、启动时间、振动、噪音、累计故障次数等数据进行数据采集分析，形成设备运行状态模型。如现场风机常见故障堵转脱扣，主要由电机异常，阀体故障风路异常等原因导致设备运行电流异常，环控抽屉柜马保装置脱扣，通过故障关联到相关电流、压力、风阀状态等，精准定位故障点。低压配电系统预警功能如表3所示。
3.4" 400 V开关柜自动填报
基于PSCADA与400 V开关柜接口基础数据，对400 V开关柜（含进线柜、母联柜、控制柜、馈线柜）的电压、电流、功率因数、有功电能等内容进行报表的制作、统计和智能分析，形成数据报表包括但不限于日报、周报、月报、季报、年报或任意指定的时间段，依据大数据分析，统计各低压用电报表、趋势表、TOP排行等。系统抄表如图5所示。
1）400 V开关柜自动填报软件基于TIAS既有400 V开关柜数据的基础上，进行报表数据的采集、平台报表的制作、统计和智能分析，形成数据报表。
2）针对400 V开关柜电力的常用统计分析：实时值、最大值、最小值、平均值、负荷率等，统计的区段可以是日、周、月、季度、年度或任意指定的时间段。
3）针对显示的数据进行二次统计分析：单元格平均值、单元格最大值、单元格最小值、单元格求和等。
4）计算功能，具备丰富的运算符、运算函数以及可自定义函数、公式，可以进行如下计算：数学计算、逻辑计算、统计计算、概率统计、任意组合的计算公式等。
4" 实施效果
4.1" 优化修制修程
智能运维系统通过系统采集设备的状态，进行设备实施监控。系统会对设备异常状态和故障做出相应的报警，并及时对故障做出响应，及时派单给维修人员，使维护人员及时响应及处理故障，通过远程监测设备运行关键参数，对参数进行趋势分析，提前预判设备故障并开展预防性检修工作，提升故障处置、响应准确性及处置效率，减少不必要的过度修、被动修、疲劳修，从而达到优化修制修程的目标。低压配电在线监测修制修程对照如表4所示。
4.2" 降低故障率
智能运维巡检系统对设备异常状态和故障提前预判，通过远程监测设备运行关键参数，对参数进行趋势分析，建立系统在线监测预警模型，提前预判设备故障并开展预防性、针对性检修工作，提升故障处置、响应准确性及处置效率，从而降低设备故障率。
4.3" 优化成本
智能运维系统通过远程巡检，设备在线监测实现远程状态诊断，可大大缩短人员现场巡视周期及过度检修等工作，各系统可以结合专业进行优化配置，优化修制修程，减少巡视消耗的人工时，以达到降低维保成本的目的。
5" 结" 论
轨道交通智能运维系统是一个高集成化的系统，是现代信息化，智能化的重要体现，文中阐述的低压配电专业智能运维是轨道交通智能运维的重要组成部分，对后期智能运维技术在轨道交通全面推广应用和产业化提供重要技术指导及数据支撑，从而实现安全、绿色、优质、高效，节能的运营目标。
参考文献：
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作者简介：何基催（1992—），男，壮族，广西来宾人，助理工程师，本科，研究方向：城市轨道交通电气自动化；黄育尚（1989—），男，壮族，广西河池人，工程师，本科，研究方向：计算机技术；彭朝仿（1984—），男，汉族，广西玉林人，高级工程师，本科，研究方向：城市轨道交通计算机技术。
