数码通信设备在牵引供电检修中的应用

李佳乐

（山东黄金电力有限公司，山东 莱州 261400）

0 引 言

随着高铁技术的不断发展，目前全国铁路通车里程数正呈现逐年增长的趋势[1-3]。牵引供电主要为拖动车辆提供电能，其电能输入为地方电网220 kV高压电源，借助变电所的变压操作将其降低到合适值，然后将变压之后的电压传输至机车，为机车供电[4-8]。牵引供电系统目前是地方铁路和电网管理过程中最为重视的供电环节，其检修相对比较复杂，涉及到的干扰因素很多。基于此，为了保障机车车辆在运行过程中能够有稳定的电能输入，对机车车辆运行过程中的牵引供电检修技术开展研究十分有必要。

随着电子技术和信息技术的不断发展，近年来各类智能化和数字化产品不断出现，为铁路牵引供电的检修提供了便利，提升了检修效率，降低了检修成本。但是在铁路牵引供电发展过程中仍然存在许多问题，对这些问题开展研究有利于提升产品的智能化水平，保障其更好地服务于日常产品检修作业，降低人员的劳动成本和工作量[9-12]。通过对数码通信产品牵引供电检修技术开展研究，提升检修业务的自动化和信息化水平，提升检修效率，规避检修过程中出现的各类不可控因素，保障铁路机车车辆的安全稳定运行。

1 常见问题分析

1.1 工作效率低下

工作效率低下是牵引供电检修过程中最主要的问题之一[13,14]。针对不同的地区，其供电设备也存在不同的损坏情况。一旦设备损坏，需要工作人员开展现场维修作业，甚至开展返厂检修作业。但是在具体检修作业执行过程中，消耗的时间较长，作业效率低下。以2018年为例，国内某大型城市出现了大批量的设备损坏现象，具体原因为设备操作不当，且备用设备也存在大量损坏现象。针对检修设备的作业一般大于12 h，会导致供电线路在内的交通设备短时间内无法恢复。

1.2 干扰因素相对较多

供电活动涉及到的检修因素较多，不可控因素会使检修作业无法正常开展。为了减轻公共交通压力，轨道交通设备的应用频次会显著提升。一旦发生损坏，则会对城市交通造成很大程度的影响，检修人员无法很快到达设备损坏现场，关键设备无法得到及时修复。此外，个别非可控因素会使牵引供电设备出现故障，增加了具体处理的难度。

1.3 牵引供电系统的安全问题

牵引供电系统的主要原理如图1所示。

图1 牵引供电系统的工作原理

安全问题是牵引系统中最重要的问题。在设备开展更新换代的过程中，会出现检修时间和具体的作业时间相互冲突的问题，同时检修天窗的数量也会有不足的情况，这会对检修工作的基本效率造成不同程度的影响。此外，设备绝缘性较差、出现线路短路等问题，会导致其供电电压不足压。在具体的检修作业过程中，即使工作人员穿戴了相关的绝缘衣服，也仍会存在电击受伤的风险（高压电压一般在20 kV以上，超过人体能够承受的最大电压）。在电车和列车的日常运行过程中，无法对其开展检修作业。为了保障作业工作的顺利安全进行，避免故障问题的进一步发展，需要对列车进行停运，这也给交通工作带来了很大的影响。

2 数码通信设备的价值

数码通信设备的优势在于能够实时获取到具体的业务数据，第一时间为用户提供数据资料，很大程度上提升了牵引供电系统的工作效率和安全级别。当牵引供电系统中出现欠压问题时，工作人员能够借助数码设备第一时间了解具体情况并和检修人员制定检修方案。与此同时，使用数码设备的数据收集功能对相关信息进行快速汇总并自动上报，为供电人员的日常检修作业提供依据。供电牵引设备的故障原因一般都比较明确，数码设备所提供的实时数据可以为检修作业的开展和原因的判断提供有效的支持，帮助检修人员高效开展应急操作。常见的应急作业方式包括切断电源、列车暂停运行等，基于以上操作能够最大程度提升作业效率和安全水平。

根据对现有数据的分析可知，供电检修活动会对周围的电子设备通信造成很大程度的影响。采用数码通信产品以后，可以为维修人员进行指导，同时能够使得检修人员第一时间对牵引供电设备的异常情况进行识别。即便异常情况还没有发生，也可以提前采用预警功能切断电路装置，从而将用电干扰造成的影响降到最低。此外，数码通信产品还能对产品的实时参数进行可视化展示，帮助检修人员了解相关问题，在检修过程中提升检修效率。

3 具体应用

3.1 参数收集

数据分析的前提是得到牵引供电系统在运行过程中的所有参数，参数种类是否齐全、设备参数是否完善决定了数据的利用程度。在数码通信产品检修过程中，对参数的采集通常放在第一位。建立软件控制系统，实现对数据采集的软件支撑。与此同时，建立基于物理连接方式的设备联网，配置传感器和其他通信设备，为数据采集提供硬件系统支撑。

数码设备的最主要优势是实现产品参数的实时收集，在牵引系统检修过程中，应该对参数的实时收集高度重视。供电系统的主要工作参数相对固定，例如其基本的工作电压为20～30 kV，对应的温度和电压值存在一定的非线性关系。

3.2 数据积累

数据采集完成后，便要开始对数据存储和积累。目前，数据的分析和存储均是基于大数据平台进行的。在大数据平台中，对数据建立严格的分类和分级管理机制，例如在数据存储过程中将数据的存储层级分为操作型数据存储（Operational Data Store，ODS）、数据仓库（Data Warehouse Details，DWD）以及数据中间层（Data Warehouse Middle，DWM）等，每个层级分别负责数据的采集、抽取以及模型搭建等。在数据实时收集的过程中，掌握牵引供电设备具体工作过程中的变化规律，从而为设备的预防性维修和预测性维修提供数据支撑。采用数码通信设备所提供的各类数据参数，能够实现数据的分析和挖掘，提供各类应急处理措施。在每天的早间和晚间会出现欠压或者电压不稳定的问题，可以对供电作业进行优化，在早、晚高峰期提升输电的总电量，从而保持电压的稳定。在众多数码通信产品中，机载预测与健康管理（Prognostics and Health Management，PHM）是应用较为广泛的产品之一，其技术架构如图2所示。

图2 机载PHM技术架构

除此之外，数据的积累还包括对故障数据的长期积累。在众多产品投入使用后，对供电设备的日常故障进行详细记录，例如每次故障发生的具体事件、具体现象、故障维修需要的时间、维修人员以及维修措施等。

3.3 信息快速交互

数据存储和分析的最终目的是实现数据应用，而数据应用最主要的方式为信息快速交互，如何将即将发生或者已经发生的事件快速发送给相关的客户及其他人员是建立牵引供电检修系统的重要目的。在牵引供电系统的运营过程中，利用数码通信产品可以实现信息的快速交互。借助有线设备牵引供电电源，之后再通过无线模式发送信号，所有牵引供电设备的检修人员和工作人员均可以获取对应信息，了解当前牵引供电设备的工作情况。如果设备存在问题，获取各类信息的工作人员也能在第一时间进行处理，提升工作效率。

4 结 论

随着人工智能和计算机技术的不断发展，将其融合运用于工业化装备，在提升装备智能化水平的同时，也提升了智能化产品的作业效率。对牵引供电检修作业过程中数码通信产品的应用开展研究，能够实现产品数据的实时采集和对装备异常的快速定位。从智能化角度来看，数码通信设备的最大优势在于能够从预测和预警的角度为维修人员提供基础数据支撑，为检修人员的日常预测和预防性维修提供第一手数据资料，提升检修效率。