（广州地铁集团有限公司运营事业总部 广东广州 510310）
摘要：近二十年来，计算机、人工智能、包括移动互联网在内的通信网络、传感器（工业物联网）技术获得突飞猛进的发展。随着电力系统对电力设备数字化、网络化的要求不断提高，基于智能化一次设备、网络化二次设备的一二次设备的融合已成为变电站未来发展的大趋势。变电所智能运维对电力系统的安全性、可靠性、运行便利性、安装调试及维修维护的成本降低及效率提高产生了显著的效果。
关键词：智能运维；变电所；在线监测
1前言
供电系统变电所是地铁动力能源传输的中枢，列车和所有机电设备的动力来源。因此确保系统安全、供电可靠高质量的基础上，提高运维效率、优化系统建设及运行成本是供电系统技术发展的迫切需求。而地铁领域内近年来尝试了有限程度的网络化保护、电能质量自动化治理、运营管理辅助系统，在一定程度上推动了地铁供变电系统的技术水平进步和运行维护环境的改善。
在未来数年中，结合新线工程建设实践与人工智能的发展趋势，推动地铁供电系统变电所智能运维的技术发展。重点突破方向有：1、变电所综合自动化系统所内组网通信协议标准化；2、设备状态在线监测和评估；3、智能化的供电设备维护检修系统。
2变电所综合自动化系统方案
变电所综合自动化系统采用集中管理、分散分布式结构，整个系统由站级管理层、网络通信层和间隔设备层、维护设备构成。变电所综合自动化系统站级管理层为安装在控制信号屏上的主监控单元和液晶显示屏等；间隔设备层包括综合保护测控单元、监测装置等。站级管理层与间隔层设备层之间通过所内通信网络实现数据交换。所内主干通信网络采用以太网，10/100M 自适应以太网数据传输模式，遵从TCP/IP 协议；网络传输媒介优先选用光纤；对于部分节点量的传送采用屏蔽控制电缆。
通信网络是变电所综合自动化系统实现信息传输和信息共享的通道，按分层传输方式，分为调度层网络、站控层网络和间隔层网络，其中调度层网络由综合监控系统统一配置，本系统通过冗余双光纤以太网接入综合监控系统。根据主监控单元数量、交换机网络数量，组网方式推荐使用双机单网方式。
3设备状态在线监测系统方案
在供电系统一次设备上加装在线监测装置，并搭建以在线监测系统、状态评估系统、BIM 系统为主的系统框架，通过对设备核心状态量的在线数据获取、监测预警、分析诊断，实现对变电所内各类设备的自动巡检、自动预警、自动输出报表等功能，减少人员到现场巡视次数，及时发现设备隐患，为变电生产检修、运行、预试、调度、项目管理各业务的标准化、规范化管理提供有效的信息支撑平台，提高供电系统安全、稳定运行。
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3.1间隔层设备状态在线监测方案
（1）110kV 油式变压器在线监测方案
采用变压器色谱在线监测系统，基于色谱分析原理，实现对变压器油中 CH4、C2H4、C2H6、C2H2、H2、CO、CO2 七种气体组分及总烃含量全检测。通过对绝缘油中溶解气体的测量和分析，实现对变压器内部运行状态的在线监控，能够及时发现和诊断其内部故障。采用铁心接地电流在线监测系统对铁心进行连续、实时、在线监测。通过对铁心接地电流的监测，可以实时监视设备的绝缘状况，及时发现内部绝缘受潮或受损。电力设备内部出现局放，产生的脉冲电流通过接地引下线引到地上，同时电流流过接地线将会带动磁场的变化，信号属于高频区间（0.5MHz~300MHz）。采用在铁芯接地线和中性线上设置高频电流传感器，对变压器内可能产生的局部放电进行监测。
（2）110kVGIS 在线监测方案
当设备产生局部放电时，气体击穿过程和击穿时间很快，放电电流波形中的第一个波的宽度约为 1ns，其频率成分丰富，对时域信号进行频谱分析，发现其中有的频率超过 1GHz，为超高频信号（300MHz~3000MHz）。同时，设备内部出现的局部放电将会伴随产生超声波信号，通过超声波传感器采集超声波信号（20k-200K），可以有效的反映 GIS 设备的绝缘缺陷程度与位置。采用微水密度在线监测装置对 SF6 气体状态进行在线监测。装置内置温度、压力、露点三种传感器，用于对 GIS 等充气设备的气体状态进行现场数据采集，经过 A/D 模块转换成数字量，通过有线数据通讯方式接入后台监控软件进行分析处理。
（3）中低压开关柜在线监测方案
包括 33kVGIS 开关柜、400V 低压开关柜。这些设备由于工作电压低，局放信号更难以捕捉，故采用暂态地电波（TEV）技术监测其内部放电情况。采用断路器动作录波装置对开关的每次分、合闸动作时的相关参数进行记录，形成大量样本积累后用于分析断路器的综合状态优劣。对于直流开关柜和低压开关柜，由于大电流的工作特点，质量事故中发热、烧损等故障比较常见。故采用温度监测技术，对设备内的关键节点的温升进行实时监测，可及时发现异常温升，从而提前发现和消除故障隐患。
（4）干式变压器在线监测方案
采用在铁芯接地线和中性线上设置高频电流传感器，对变压器内可能产生的局部放电进行监测。采用红外成像仪对其运行中的温度进行带电检测。另采用声音传感器对变压器运行中的噪音进行带电检测。对干式变压器的空载电流和负荷电流进行监测，反映变压器空载损耗和三相负荷平衡性。
（5）直流馈线（含接触网）/框架绝缘在线监测方案
采用高精度电流传感器对整条直流馈线（直流电缆、隔离开关、接触网）上的泄漏电流进行实时监测，重点在于接触网上空载时的数据，并形成历史曲线。在直流开关设备的集中接地线处设置高精度的电流传感器，实时监测其泄漏电流，并形成历史曲线，可观察其趋势，提前预警。
4总结
数字化变电站是智能运维的主要发展方向，它的应用能够节约人力能源，降低地铁运营成本，提高经济效益，同时保证变电所设备的安全运行，因此对其进行相关研究具有重要的现实意义。本文的技术方案是采取设备状态在线监测、离线测试数据搜集以及从SCADA、LIMIS 等系统中接入有效数据等方式收集设备状态相关数据，结合大数据和互联网技术为供电系统全寿命周期管理提供一套先进的管理方法和技术体系，突破既有的设备检修模式，形成更加可靠、节省和先进的地铁供电设备检修模式。