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ANet 安科瑞无线智能网关综合管廊能效管理系统
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摘 要：随着智慧城市的发展，地下综合管廊的建设不断增多，建成后的管廊需要有科学合理的综合管理平台对其进行智能化管理。本文介绍了地下综合管廊的建设内容，从管廊智能化管理角度出发，在运用GIS、可视化、传感器、物联网等多种技术的基础上，搭建起智慧管廊综合管理平台，为实现管廊的安全管理提供有力保障。
关键词：综合管廊；地理信息系统；可视化管理；实时监测
0引言
地下综合管线是城市基础设施的重要组成部分，是保证城市生产、生活正常运转的重要基础条件，是城市的“生命线”。随着城市的不断发展，地下空间日趋紧张，管线单位各自为政，敷设混乱、道路反复施工、“马路拉链”难以闭合等问题突显。针对综合管网现状，国务院办公厅下发了《推进城市地下综合管廊建设的指导意见》。综合管廊的建设有利于节约土地资源，保证城市地下管线安全，集约化利用城市地下空间，消除“马路拉链”。
地下综合管廊是指在城市地下用于集中敷设电力、通信、广播电视、给水、排水、热力、燃气等市政管线的公共隧道。设有专门的检修口、吊装口和监测系统，实施统一规划、统一设计、统一建设和管理。地下综合管廊的建设，需满足维修与运行方面的需求，科学地进行设计，布设故障报警系统，及时发现故障管网，提维修效率，为城市居民的生活提供便利。
智慧管廊综合管理平台采用三维可视化技术将地上建筑、管廊本体、附属设施、入廊管线等进行三维建模，采用GIS、物联网、传感器等多种技术，实现综合管廊的数字化、集成化、智能化管理。
管廊本体：综合管廊的结构主体及人员出入口、吊装口、逃生口、通风口、管线分支口、支吊架、防排水设施、检修道及风道等构筑物。
附属设施：为保障综合管廊本体、内部环境、入廊管线稳定运行和人员安全，配套建设的消防、通风、供电、照明、监控与报警、给水排水和标识等设施。
入廊管线：敷设于综合管廊内的给水、雨水、污水、再生水、天然气、热力、电力、通信等各类城市工程管线。
日常监测：采用仪器量测、现场巡检或远程视频监控等手段和方法，采集反映综合管廊日常运行状态、变化特征及发展趋势的信息，并进行反馈的活动。
1平台架构
平台采用面向服务的体系架构(SOA,Service-oriented architecture)，基于WEB服务实现空间信息资源共享，模块化的设计实现跨平台异构多源数据的访问。全面支持OGC标准的接口，支持行业标准、国家标准以及扩展的SOAP和REST协议的服务接口。总体体系架构如图1所示。
图1体系架构
1）数据层：是平台的基础和核心，为管廊综合管理工作提供基本的数据信息，主要由基础地理信息数据、三维数据和业务数据构成。基础地理信息数据主要包括城市地图、地形数据、影像数据；三维数据主要包括地上建筑物、小品等；业务数据主要包括管廊运维、运营数据、监测数据等。
2）接口层：为应用层提供二三维地图服务、目录服务，同时接入外部系统的业务数据和监测数据，如报警系统、环境监测系统、消防系统等监测信息。
3）应用层：是面向用户的部分，基于接口层建立，调用环境监测、设备监控、安防、消防等多个系统数据，集成到智慧管廊综合管理平台。通过三维浏览可以身临其境地看到管廊内部实景、根据实时监测数据为管廊的日常运维和应急突发事件提供应急指挥协作等，从而实现对管廊的智能化管理。
2平台应用
智慧管廊综合管理平台包括管廊三维展示、管廊数据管理、管廊运维管理、可视化监测、指挥调度、应急管理等多个模块。
2.1管廊三维展示
实现地下管廊三维场景的浏览、二维地图浏览、二三维联动、路线浏览、图层分类控制、距离量算等功能。
2.2管廊数据管理
对管廊内的数据进行分类管理展示，廊内附属设施可以编辑关联基础信息，也可通过条件查询管廊设备信息并在地图上快速定位，另外提供分类统计管廊设备数据的功能。
2.3管廊运维管理
管廊的运维管理不仅保障了管廊工作人员的健康安全，而且合理的运维管理还可延长管道的使用寿命、避免事故的发生。具体包括工单管理、排班管理、人员管理、配置管理、巡检管理、维护管理等功能。通过对运维配置的管理，合理安排运维检修人员、设备等资源，保障管廊的运维管理工作有序、效地进行。
2.4可视化监测
通过与环境监测系统、安防系统、消防系统等进行对接，调取设备监测数据在地图中进行实时的可视化展示，及时掌握预警信息，为处理险情、安排维修人员提供有力支持。
2.5指挥调度
基于GIS的工作人员位置可视化管理，通过工单管理、调度管理，对工作人员的任务状态进行实时监控管理。
2.6应急管理
应急预案管理：支持用户根据不同险情新建不同的应急预案。应急物资管理：用户可以在地图上直观地查看所有应急物资的地理位置信息。当出现突发险情时，平台中可以显示相应的报警信息，搜索相关的应急预案，进行应急响应。险情结束后，在平台中形成此次险情的相关信息总结，形成知识库，便于后期查看。
3 AcrelEMS-UT综合管廊能效管理平台
3.1平台概述
AcrelEMS-UT综合管廊能效管理平台集电力监控、能源管理、电气安全、照明控制、环境监测于一体，为建立可靠、安全、效的综合管廊管理体系提供数据支持，从数据采集、通信网络、系统架构、联动控制和综合数据服务等方面的设计，解决了综合管廊在管理过程中存在内部干扰性强、使用单位多及协调复杂的根本问题，大大提了系统运行的可靠性和可管理性，提升了管廊基础设施、环境和设备的使用和恢复效率。
3.2平台组成
安科瑞城市地下综合管廊能效管理系统是一个深度集成的自动化平台，它集成了10KV/O.4KV变电站电力监控系统、变电所环境监控系统、智能马达监控系统、电气火灾监控系统、消防设备电源系统、防火门监控系统、智能照明系统、消防应急照明和疏散指示系统。用户可通过浏览器、手机APP获取数据，通过一个平台即可全局、整体的对管廊用电和用电安全进行进行集中监控、统一管理、统一调度，同时满足管廊用电可靠、安全、稳定、效、有序的要求。
3.3平台拓扑
3.4平台子系统
3.4.1电力监控
电力监控主要针对10/0.4kV地面或地下变电所，对变电所压回路配置微机保护装置及多功能仪表进行保护和监控，对0.4kV出线配置多功能计量仪表，用于测控出线回路电气参数和用能情况，可实时监控低压供配电系统开关柜、变压器微机保护测控装置、发电机控制柜、ATS/STS、UPS，包括遥控、遥信、遥测、遥调、事故报警及记录等。
3.4.2环境监测
环境监测包括温湿度、烟感温感、积水浸水、可燃气体浓度、门禁、视频、空调、消防数据的采集、展示和预警，同时也可接入管廊舱室内的水泵和通风排烟风机等设备集成的第三方系统完成管廊环境综合监控。
3.4.3电气安全
AcrelEMS-UT能效管理系统针对配电系统的电气安全隐患配置相应的电气火灾传感器、温度传感器，消防设备电源传感器、防火门状态传感器，接入消防疏散照明以及指示灯具的状态实时显示，并且对UPS的蓄电池温度、内阻进行实时监视，发生异常时通过声光、短信、APP及时预警。
3.5相关平台部署硬件选型清单
3.5.1电力监控及配电室环境监控系统
3.5.2电气火灾监控系统
3.5.3消防设备电源监控系统
3.5.4防火门监控系统
3.5.5消防应急照明和疏散指示系统
4 结语
综合管廊将给水、排水、热力、电力、通信等市政管线集中管理，不仅能解决城市“马路拉链”的问题，还能方便各管线的维护和检修。通过智慧管廊综合管理平台的建设，将管廊的日常管理等工作数字化、可视化、智能化，由纸质图表办公向电子可视化办公转变；由事后应急向预防预测转变；由信息孤岛各自为政向共享共用协同合作转变。智慧管廊综合管理平台让综合管廊的管理工作更直观、更智能。
参考文献
【1】田静，贾小娟.智慧管廊综合管理平台的建设及应用.
【2】朱艳．城市地下综合管廊智能化运营管理技术研究［J］．智能建筑与智慧城市
【3】安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022.05
1. 【技术支持卫星：CDD-9888】【公从号：安科瑞能效管理解决方案】
2. 云平台：变电所运维云平台、分布式光伏运维云平台、建筑能耗云平台、企业能源管控平台、远程预付费管控云平台、宿舍预付费管控云平台、充电桩收费运营云平台、智慧消防云平台、安全用电管理云平台、环保用电监管云平台；
3. 系统解决方案：变电站综合自动化系统、电力监控系统、配电室综合监控系统、能耗管理系统、电能管理系统、马达保护与监控系统、动环监控及能效分析系统、智能照明监控系统、消防设备电源监控装置、防火门监控系统、余压监控系统、消防应急照明和疏散指示系统；无线测温系统；
4. 中压测控装置：环网柜综合保护装置、微机保护装置、开关柜综合测控装置、线路保护装置、配电变保护装置、电动机保护装置、备自投保护装置、电容器保护装置、PT检测装置、低压备自投装置、公共测控装置、防孤岛保护装置、电流互感器过电压保护器、温湿度控制器、无源无线测温传感器、CT取电无线测温传感器；
5. 电力监控与保护：弧光保护装置、电能质量在线监测装置、电气接点在线测温装置（智能湿度巡检仪）、电动机(马达）保护器、低压线路保护器、智能剩余电流继电器、三遥单元；
6. 电能管理：可编程交流电测仪表、可编程直流电测仪表、多功能全电量电表、精度网络电力仪表、谐波表、电能质量表、海拔仪表、逆电流监测电表、电子式电能表、导轨式电能表、面板表嵌入式电表、预付费表、多用户计量箱、物联网仪表、无线多回路计量交流/直流表、无线多回路环保检测模块、正反向直流电能表、无线通讯转换器、智能照明控制装置；
7. 电能质量治理：有源电力滤波器、中线安防保护器、谐波保护器、静止无功发生器、滤波补偿装置、电力电容补偿装置、集成式谐波抑制电力电容补偿装置、投切开关、功率因数补偿控制器、自愈式低压并联电容器、串联电抗器；
8. 电气安全：电气火灾监控探测器、剩余电流探测器、电气火灾监控装置、在线监控路灯计量、无线测温显示单元、故障电弧探测器、故障电弧传感器、隔离电源绝缘监测装置、医疗机构绝缘报警显示仪、医疗医院用隔离变压器、工业用绝缘监测装置、电气防火限流式保护器；
9. 新能源：光伏采集装置、电瓶车智能充电桩、汽车充电桩、光伏汇流采集装置；
10. 数据中心/铁塔基站：数据采集模块、机房数据柜监控装置、多回路电表、母线监控装置、电力监控屏；
11. 智能网关：通信管理机、无线通信终端（无线通讯转换器）、数据转换模块、串口服务器；
12. 电量传感器：低压电流互感器、开口式互感器、一次小电流互感器、0.2级电流互感器、低压电动机保护器专用互感器、剩余电流互感器、霍尔传感器、罗氏线圈电流变送器、模拟信号隔离器、有功功率变送器、无功功率变送器、直流电压传感器、浪涌保护器；
13. 环保监控：油烟在线监测仪、环保数据采集传输装置；
卫星：CDD-9888（分享资源 合作共赢）
摘 要：速铁路电力智能运维管理系统采用终端感知层、系统网络层、系统平台层的三层网络架构模式，通过集成网关，共享通信传输设备，利用铁路专用运维传输网络通道将各类监测数据上传至运维管理平台数据进行实时分析，建立了统一的智能运维建设标准、一体化共享的运维管理平台，实现了铁路全线电力在线监测、智能化预报警及故障的智能化判断定位，大大提了铁路电力设施的运行维护管理效率，充分保障了供电的可靠性。
关键词：速铁路；铁路电力；状态在线监测；智能运维管理
1、引言
随着铁路建设的速发展和运维工作量的增加，运维管理的重要性日益凸显，传统的铁路电力运维管理模式已难以满足智能的运行维护管理需求[1]。
在科技发展的背景下，越来越多的智能化监测技术已在铁路电力系统中实现了应用，但由于缺少统一的信息化建设标准、一体化共享的信息平台，存在许多智能化的监测设备重复配置、标准不统一且不能数据共享，各智能监测子系统相互孤立形成信息孤岛等问题，进而造成铁路运维服务的数据综合应用难以展开[2]。
针对上述问题，本文提出了一种适用于速铁路的电力智能运维管理系统，通过统一的运维数据传输网络，充分利用共享数据交互设计以及铁路互联网地址资源，实现各类运维系统数据传输。系统深度集成各运维监测功能，通过模块化方式，实现运维平台系统无缝衔接，使系统具备良好的扩展性和可维护性。
2、系统构成
系统由智能运维管理主站、通信传输网络、数据采集及通信管理终端三部分组成，即终端感知层、系统网络层、系统平台层的三层网络架构模式，如图１所示。
系统通过终端感知层内的各个监测子系统来采集数据，通过数据交换机或路由器将所采集到的数据上传给系统网络层，系统网络层对各类数据进行统一管理，并通过铁路通信专用光纤维护通道或共用移动通信网络通信接口接入系统平台层。
2.1智能运维管理主站
电力智能运维管理系统主站按照运营单位要求一般集中设置于供电段内，主要包括两套并行运行的监控调度工作站，用于管理和调度整个系统运行；为数据库系统的性能运行提供硬件支持和保障的数据库服务器；具有多个通信输入/输出端口的信息集成网关，作为在线监测系统和主站平台之间的数据和命令交换；用于接收卫星对时的GPS时钟；为计算机系统供电的UPS电源，以及打印机、调度台等设备和系统服务软件，系统具备可扩展功能[3]。
图1 速铁路电力智能运维管理系统构成图
作为系统平台层，运维管理主站可实现各在线监测子系统的信息统一接入，并集成优化和信息共享，实现数据采集、数据库管理、运行监视、告警、报表、系统维护管理等功能[4]。
2.2通信传输网络
近年来，随着铁路通信网络建设的逐步加强，为铁路电力智能运维管理系统的发展提供了便利，系统通过专用的铁路运维传输网络通道，将各类子系统终端的监测数据传送至运维管理平台数据进行实时分析处理，与采用GPRS等移动通信网络接入的方式相比，受环境影响更小，且更能保证网络。
本系统的电力维护通道按照《铁路供电调度系统通信组网技术方案指导意见》（运电通信函（2012）428号）设置，如图2所示。系统设置１条通信通道，维护通道一个2Mb/s电路挂接终端站的数量不大于10个，维护通道利用传输系统接入层以太网通道，经车站（或通信站）的传输设备与数据网设备互连，在运行维护管理主站设置10M数字通道。
图2 维护通道示意图
就地设置的通信管理单元设备与通信传输网络设备间的连接可采用以下方案：对于10kV配电所、通信信号变电所等设有通信机械室的房屋，终端设备与通信传输设备间为室内布线且布线距离小于100ｍ，采用FE（e）电接口连接；对于区间箱变终端设备与通信传输设备间为室外布线或室内布线距大于100ｍ，采用工作在1310nm窗口的单模光纤以FE（o）光接口连接。
2.3数据采集及通信管理终端
数据采集及通信管理终端主要由设置于铁路变配电所、箱式变电站等电力设施处的各类在线监测子系统的电气监测模块以及统一的通信管理单元组成。
各个分散的电气监测模块的测量单元部署在开关柜等设备处，采集进出线开关的各种电气运行参数，并通过RS485总线接入到通信管理单元，利用通信处理设备，通过专用的电力运维管理通道将数据传入主站进行统一监测。
2.3.1子系统功能
铁路电力变配电设备主要包括10kV压开关柜、压环网柜、变压器、低压柜、配电箱和控制箱等，在沿线各车站及区间设置。特别是为区间通信基站、直放站，信号中继站等负荷供电的箱变一般按照每3Km一处设置于区间路基外侧、架桥下或隧道洞室内，具有点多线长，交通不便，运行环境恶劣，巡视检查须天窗点进行等特点，给设备的巡视检查造成了很大难度。
综上所述，通过设置在线监测子系统，应能实时掌握铁电力供电系统运行中影响电气设备运行的主要和重要的核心关键设备和部位的运行状态，提状态监测的自动化水平，以适应无人值班及需要天窗点巡视的电力供电系统设备管理运营维护要求。速铁路电力智能运维管理系统可包含以下子系统功能，并具备接入扩展其他系统的功能：
（1）贯通电缆线路在线故障定位系统
速铁10kV综合负荷贯通线和负荷贯通线均采用全电缆线路，在运行过程中出现的电缆故障会严重影响电力供电的可靠性，影响铁路的正常运行。目前故障点的查找一般采用发生故障后断电隔离故障区段后利用天窗点进行，故障查找和检修难度较大。贯通电缆线路在线故障定位系统在10kV配电所、车站通信信号变电所、区间箱变或变电所等处设置故障定位装置，从电压互感器和电流互感器的二次侧采集电压和电流信号，对基波和行波电流、基波和行波电压等信号实时监测，通过行波理论、双端行波定位理论与小波变换原理，采用精度GPS/BDS多源时钟授时系统，实现贯通电缆线路故障的实时定位，大大减小查找电缆故障点的工作量，缩短检修抢修时间，从而提速铁路电力供电的可靠性[5]。
(2)电缆头在线光纤测温系统
电缆头的温度的变化直接反映电缆的运行状态，电缆头温度过后应及时处理，避免电缆事故的扩大甚至烧毁电缆。目前常规的温度检测均需要检测人员到设备现场进行，且电缆头可视，已不能适应智能运维管理要求[6]。电缆头在线光纤测温系统由传感器和处理器两部分构成，在电缆接头处设置荧光光纤温度传感器，并由处理器发出光源，基于荧光测温原理，通过测试光发射余辉衰减的时间，将其转换为可测的光信号。处理器接收到传感器发出的光信号后，将其转换为温度信号，其数据可通过现场通信装置传输至智能在线监测运维管理系统主站。系统可在线、实时地准确测量电缆接头的接点温度。做到对电缆头温度的实时监测，进行温度异常时的报警[6]。
(3)电力成套开关设备局部放电监测系统
局部放电是绝缘损坏的重要标征，是局部过热，电器元件和机械元件老化的预兆，并造成压电气设备发生绝缘击穿。通过在压开关柜等设备中设置局部放电智能监测装置，能监测到主绝缘材料故障、绝缘材料表面及空气介质故障所激发的超声波信号；接触不良或过载引起的温度过；绝缘材料污秽引起的表面爬电、闪络等。可对开关柜由于绝缘缺陷和老化造成绝缘内部气隙形成的气隙放电，以及内部的金属毛刺、悬浮颗粒，绝缘子表面脏污，接触不良等缺陷进行预警。
(4)变配电所接地电阻监测系统
变配电所的设备保护接地、防雷接地等共用接地系统，与运行密切相关。系统采用接地电阻在线监测仪作为核心监测设备，内置传感器与电路板，金属壳屏蔽设计，适用于户外环境的使用，监测多个关键接地点的接地电阻值，并通过通信传输数据实现远程在线监测，系统软件能描述接地电阻的变化趋势、周期，并可以设定相关的阈值给予警示，在线监测接地引下线的连接状况、回路接地电阻、金属回路联结电阻。确保接地系统良好运行。
(5)箱变弧光保护监测系统
开关柜由于电路元器件损坏、绝缘破坏、过电压、意外短路等原因产生弧光短路故障会对人身和设备造成大的损害。由于铁路箱变内各类电气设备布置比较紧凑，很容易发生电弧光事故，且大多设置于区间，巡视检查不便，因此可通过配置弧光保护系统，将弧光传感器安装在柜内各间隔中，当弧光故障时，采集检测突然增加的电弧紫外光，并通过光纤传输光信号至主控单元，当检测到电弧光时及时跳闸。
2.3.2通信管理单元
速铁路电力智能运维管理系统由于现场采集终端设备数据接口的不同，通信管理单元需要具备自适应工业以太网接口和RS485串口，根据运维子系统的数量进行配置以太网接口和串口的数量，满足系统需要。
3、系统设计方案
系统软件包括系统应用服务和数据服务软件，提供了包括基础信息管理服务、数据采集和存储服务、运行监视和告务、运行分析服务、数据分析服务等多种功能模块[8]。
系统软件系统遵循分层式和模块化结构，主要由表示层、业务层及数据层等多层次模型构成，各层遵循标准数据接口和交换方式，使得系统构架符合通用性和可扩展性原则。系统的数据层和业务层部署在运维平台服务器上，表示层则通过WEB客户端、移动APP和SNS（微信）等多种访问接口和客户端应用界面实现，系统软件平台架构详如图3所示。
图3 系统软件平台架构图
4、AcrelCloud-1000变电所运维云平台方案综述
4.1概述
AcrelCloud-1000变电所运维云平台基于互联网＋、大数据、移动通讯等技术开发的云端管理平台，满足用户或运维公司监测众多变电所回路运行状态和参数、室内环境温湿度、电缆及母线运行温度、现场设备或环境视频场景等需求，实现数据集中，集中存储、统一管理，方便使用，支持具有权限的用户通过电脑、手机、PAD等各类终端链接访问、接收报警，并完成有关设备日常和定期巡检和派单等管理工作。
4.2应用场所
适用于电信、金融、交通、能源、医疗卫生、文体、教育科研、农林水利、商业服务、公用事业等行业变配电运行维护系统的新建、扩建和改建。
5、系统功能
5.1用能月报
用能月报支持用户按总用电量、变电站名称、变电站编号等查询所管理站所的用电量，查询跨度可设置为月。
5.2站点监测
站点监测包括概况、运行状态、当日事件记录、当日逐时用电曲线、用电概况。
5.3变压器状态
变压器状态支持用户查询所有或某个站所的变压器功率、负荷率、等运行状态数据，支持按负荷率、功率等升、降序。
5.4运维
运维展示当前用户管理的有关变电所在地图上位置及总量信息。
5.5配电图
配电图展示被选中的变电所的配电信息，配电图显示各回路的开关状态、电流等运行状态及信息，支持电压、电流、功率等详细运行参数查询。
5.6视频监控
视频监控展示了当前实时画面（视频直播），选中某一个变配电站，即可查看该变配站内视频信息。
5.7电力运行报表
电力运行报表显示选定站所选定设备各回路采集间隔运行参数和电能抄表的实时值及平均值行统计。
5.8报警信息
对平台所有报警信息进行分析。
5.9任务管理
任务管理页面可以发布巡检或消缺任务，查看巡检或消缺任务的状态和完成情况，可以点击查看任务查看具体的巡检信息。
5.10用户报告
用户报告页面主要用于对选定的变配电站自动汇总一个月的运行数据，对变压器负荷、配电回路用电量、功率因数、报警事件等进行统计分析，并列出在该周期内巡检时发现的各类缺陷及处理情况。
5.11 APP监测
电力运维手机支持“监控系统”、“设备档案”、“待办事项”、“巡检记录”、“缺陷记录”、“文档管理”和“用户报告”七大模块，支持一次图、需量、用电量、视频、曲线、温湿度、同比、环比、电能质量、各种事件报警查询，设备档案查询、待办事件处理、巡检记录查询、用户报告、文档管理等。
6.系统硬件配置
7、结语
近年来，随着智能化铁路建设理念的提出，铁路电力供电系统现场无人化管理的模式是必然的发展方向，铁路运营管理单位对于通过智能化运维监测技术和分析判断解决电力系统运行过程中的各类故障，以便实时的处理故障并及时恢复电力供电，保证铁路运行的需求也日益迫切。
在此背景下，本文所介绍的速铁路电力智能运维管理系统提出了铁路电力系统智能运维管理系统的理念，将各子系统之间的数据通道共享，打破了传统各自独立的信息传输方式，通过深度集成融合的平台主站形成了系统化、标准化的运维管理体系模式。系统通过集成网关、共享通信传输设备，利用铁路运维传输网络通道的方式将各类监测数据送至运维管理平台数据进行实时分析，实现铁路全线电力在线监测、智能化预报警及故障的智能化判断定位，使电力设施建立全生命周期管理体系，为电力调度和运行检修管理提供强有力的辅助决策依据。随着铁路建设标准体系的完善和技术的不断发展，必将具有更加广阔的应用和发展前景，实现网络化大数据环境下的铁路电力智能运维管理，将铁路电力供电系统运维管理提升到一个智能化的新水平。
参考文献：
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