摘要：铁路牵引供电设备是保障铁路运输安全及正常的行车秩序的前提。但是因铁路行车密集,维修天窗时间有限,对牵引供电关键设备状态的检测监测与分析都提出了较高的标准和要求。本文对牵引供电关键设备的监测技术结合济南供电段的具体应用及解决的实际问题进行了研究。
关键字：牵引供电；检测监测；智能识别；自动告警；可视化
引言
随着我国铁路运输日新月异地发展，对铁路正常的行车秩序及运输的安全正点要求不断被提高。异物侵害对铁路正常运输造成的影响越来越突出，给供电专业造成的损失是巨大的。异物侵害无规律可循、具有突发性、不可预见性等特点。铁路供电设备相对固定、点多线长等特点给巡视检查、应急处置带来了困难。因此，开展铁路供电系统智能防灾预警技术的研究具有非常重要的意义。
1、现状分析
铁路供电系统中的线路主要沿铁路两侧及上方架设，受到地理环境的限制，运行条件恶劣，线路长期暴露在自然环境中，经受着风、雨、雷、电、污、雾的侵害，长期以来设备检查、故障处置、缺陷确认全部依靠人工现场巡视检查，给设备的可靠运行带来了安全隐患。多年来没有一套完善的具有智能识别报警功能的监测装置来替代人工巡视检查，减轻人员的劳动轻度，减少故障延时，提高缺陷确认的精准度。
2、供电系统设备特点
铁路供电系统主要由信号供电和牵引供电两部分组成，信号供电主要负责向自闭贯通线路提供电源，牵引供电主要负责向接触网提供电源。
2.1信号电源的高压线路主要包括自动闭塞线路(以下简称自闭线)和电力贯通线路(以下简称贯通线),线路沿铁路线分布,由两个相邻配电所的自闭馈出线或贯通馈出线构成一个供电区间(臂),两侧变配电所互为主备供。自闭、贯通线供电既具有各电力系统的特点,又有其特殊性。
2.2牵引供电设备主要由牵引变电所、支柱基础、接触线、承力索、隔离开关、锚段关节等设备组成。
接触网是架设在铁路上方负责给电力机车供电的线路。主要包括基础和支柱、定位装置、悬挂装置、线岔、分段绝缘器、锚段关节等，不同线路的装置类型不相同，视具体情况选择。定位装置由定位器和定位管两部分组合而成，它的作用是固定接触线高度以及使接触线在线路上空呈“之”字型布置。接触悬挂包括接触线、吊弦和承力索等，其功能主要是把电能传输给机车。支持装置由基础、支柱和腕臂等装置组成，其中腕臂装置包括平腕臂、斜腕臂、腕臂支撑和承力索座等几部分。支柱和基础的作用是承担负荷并固定接触悬挂的位置。
3、基于多源结构化数据与非结构化数据相融合的数据接入与价值挖掘技术研究
3.1通过与各类管理系统建立接口连接，同时获取各设备在线监测数据，建立多源异构数据库，经过数据清洗，筛选设备状态评价所需要的数据。以上跨桥、上跨线、隔离开关、施工重点处所和关键设备为中心，对筛选后的数据进行融合处理与深度挖掘，对设备运行状态变化进行综合监测并判断其变化趋势。
3.2研究可划分为多个技术层次：首先利用多源信息获取技术，从图像、视频数据、地理信息系统、周边环境等信息获得在线监测、报警等相关状态数据。基于上述数据，研究多源异构数据跨平台接入和预处理技术，对多源异构的数据源进行提取、转换、清理，实现供电系统状态评估相关数据的规约化处理。关键工作之一是对跨平台多源数据进行融合，实现基于Hadoop架构的供电系统设备状态评估相关数据的分布式存储和高效检索。基于分布式计算框架、分布式存储和高效检索技术，设计和实现常用的关联分析、统计分析、聚类分析等数据挖掘算法的并行化实现方法。最后，建立分布式并行计算的大数据分析挖掘平台，并实现对日常管理工作和供电系统运维的辅助决策功能。
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3.3基于深度学习图像智能识别的线路综合运行状态分析技术研究
综合考虑影响线路整体综合运行状态的内部因素和外部因素，对包括线路重要程度、电压等级、外部隐患和气象条件等因素进行关联度分析并确定各因素权重；按照各影响因素分析结果和权重指标，对线路综合运行状态进行评价并预测其变化趋势，同时根据实际运维要求制定分级依据；基于多种数据类型，通过层次分析法或神经网络等方法建立线路综合运行状态评价功能。
3.4线路隐患自动发现与运维策略最优规划技术研究
对排查出来的每个技术要素的隐患按要素相同且连续的支柱区间作为一个通道区间进行评估。采用HIRA（危险源辨识及风险评估）方法进行风险值计算。利用风险值计算公式，确定风险值：
风险计算值（R’）=可能性（L）×暴露时间（E）×后果（C）
风险值（R） =风险计算值（R’）×风险调整系数（K）
4、系统原理及设备选型
4.1系统原理介绍
系统以可视化前端装置为核心智能探针，以多元化功能模块为辅助，将大量的多源异构数据进行分析、清洗、集成和规范化转换，并通过大数据分析平台，进行智能化分析，综合实现供电设备外部环境、设备状态、异物侵害、施工现场可视化。通过前端装置实施采集现场的图像、视频等多种数据，利用智能分析、微信、手机应用、云推送等技术手段，将发现的问题及时准确的在空间和时间序列上进行有序管理和明显提示，方便各级管理、技术人员随时随地查看供电设备实时状态。
4.2系统部署层级
主要分为三个层级：1系统采用集群云服务器，数据上传至服务器后，通过互联网客户端电脑即可正常查看前端数据。2监控中心：实现对辖区内关键设备、周边环境、设备状态的可视化数据采集，在软件平台上实现多种检索、分析功能。3移动终端：实现对监测数据利用手机APP实时查看，并通过微信、短信，将预警信息推送到指定技术科、车间、工区管理及技术人员的移动终端上。
4.3设备选型
根据铁路供电系统的特点及现场安装的实际条件，选择了工业级高清枪式摄像头，最高支持2100万，可按现场需求设置，分辨率不低于3200*2400像素；数据传输：采用无线传输，满足电信、联通、移动自适应，支持三个运营商的2G、3G、4G网络，并可根据现场情况选择运营商；结合现场实际，选择了具备自供电功能的储能模块。
5、可视化解决方案
充分考虑现场作业及监测方式，选择监测终端与移动终端相结合的方式，对采集的信息进行查看、分析。系统主要包含可视化装置、服务端、监测终端、移动终端等方面。
实现功能：图片轮巡：可进行全部轮巡及预警轮巡，提高检测分析人员工作效率、降低工作强度。智能分析预警：对图片进行智能分析，利用对比法+深度学习达到情景理解，高效准确对图片进行处理，上传可能存在隐患的图片，过滤正常图片。查询统计：提供多种统计信息，包括：历史照片查询，告警信息记录，自动生成统计报表并可导出excel表格。人工巡检签到：可实现对巡视人员每天是否按时进行电子巡视操作进行轨迹记录，对巡视及时率进行考核。重点分组：根据隐患点不同等级设置重点分组，对隐患点进行重点关注及操作。
6、总结及展望
为考虑到后续系统及装置的扩展性，在满足现有使用条件的情况下，充分预留了多元化功能模块，主要包括声光告警装置、测温模块、副机、云台、24小时全天候监控（星光级夜视）、微气象（温度、湿度、风速、风向、雨量和大气压等）等。可以根据日后现场实际需要不断对装置及系统进行升级。更好的发挥检测监测装置保障铁路供电系统安全运行的作用。
参考文献
[1]中国铁路总公司.普速铁路接触网运行维修规则（TG/GD 116-2017）2017.01.
[2]中国铁路总公司.高速铁路供电安全检测监测系统(6C系统)总体技术规范.2012.07.
论文作者:孙亚林,李舒妤,任涛
论文发表刊物:《电力设备》2018年第24期
论文发表时间:2019/1/8
标签：数据论文; 设备论文; 供电系统论文; 装置论文; 线路论文; 铁路论文; 终端论文; 《电力设备》2018年第24期论文;