城市轨道交通电力系统智能化运维关键技术

一、引言

城市轨道交通作为一种高效、便捷、环保的交通方式，在缓解城市交通拥堵、改善城市环境等方面发挥着重要作用。电力系统是城市轨道交通的重要组成部分，为列车运行、车站设备、通信信号等提供可靠的电力保障。随着城市轨道交通规模的不断扩大和技术的不断进步，传统的电力系统运维模式已经难以满足现代城市轨道交通的发展需求。智能化运维作为一种新型的运维模式，利用先进的信息技术和智能化手段，实现对电力系统的实时监测、故障诊断与预测、智能控制等功能，提高了电力系统的运维效率和可靠性，为城市轨道交通的安全稳定运行提供了有力保障。

二、城市轨道交通电力系统概述

（一）城市轨道交通电力系统的组成

城市轨道交通电力系统主要由外部电源、主变电所、牵引供电系统、动力照明供电系统等组成。外部电源一般采用城市电网，通过主变电所将高压电转换为中压电，再分别供给牵引供电系统和动力照明供电系统。牵引供电系统为列车提供动力电源，动力照明供电系统为车站设备、通信信号等提供电源。

（二）城市轨道交通电力系统的特点

1. 可靠性要求高：城市轨道交通是城市的重要基础设施，一旦电力系统出现故障，将严重影响城市交通秩序和市民出行。因此，城市轨道交通电力系统必须具备高可靠性，确保列车的安全运行。

2. 负荷变化大：城市轨道交通的客流具有明显的潮汐性，早晚高峰时段客流大，电力负荷也相应增大；平峰时段客流小，电力负荷也随之减小。此外，列车的启动、制动等过程也会引起电力负荷的剧烈变化。

3. 环境复杂：城市轨道交通电力系统的设备分布在地下隧道、车站等不同的环境中，环境湿度大、温度高、灰尘多，对设备的运行和维护带来了很大的挑战。

三、城市轨道交通电力系统智能化运维关键技术

城市轨道交通电力系统的稳定性和可靠性对于保障城市交通流畅至关重要。随着智能化技术的发展，电力系统运维也逐步迈向智能化时代，其中涵盖了智能监测、故障诊断与预测、智能控制以及大数据分析等多项关键技术。

（一）智能监测技术

智能监测技术是智能化运维的基石，主要依靠传感器技术、无线通信技术和数据分析技术实现：

1.传感器技术：温度传感器、湿度传感器、电流传感器和电压传感器等，这些传感器能够实时捕捉电力设备的工作状态，例如温度波动、湿度变化、电流和电压的细微差别，为后续的数据分析提供了原始材料。

2.无线通信技术：ZigBee、Wi-Fi、蓝牙等无线通信技术用于搭建传感器与数据中心之间的桥梁，确保数据的实时传输，实现远程监测功能。这一技术的特点是传输距离长、能耗低且具备良好的抗干扰性能。

3.数据分析技术：数据挖掘、机器学习和人工智能技术用于处理传感器收集的数据，通过模式识别、趋势分析等方式，能够及时发现设备的潜在故障点，为运维决策提供科学依据。

（二）故障诊断与预测技术

这部分技术专注于电力设备的健康状况检测和预判，主要包括：

1.故障诊断技术：基于模型的诊断、基于信号处理的诊断和基于人工智能的诊断技术，能够在设备出现异常时迅速定位故障源头，提高故障解决的时效性和精准度。

2.故障预测技术：利用时间序列分析、机器学习和人工智能算法对设备运行数据进行深度分析，提前预测可能出现的故障，实现预防性维护，避免突发故障带来的运营中断。

(三）智能控制技术

智能控制技术致力于提升电力系统运行的自动化水平，主要包括：

1.智能调压技术：采用晶闸管、变压器和电力电子器件等技术手段，实现电力设备电压的实时监测与自动调整，确保供电稳定性。

2.智能无功补偿技术：通过电容器、电抗器和电力电子技术，动态补偿电力系统的无功功率，提高功率因数，减少能量浪费，实现电力系统的高效节能运行。

(四)大数据分析技术

大数据分析技术在整个电力系统智能化运维中起到核心作用，具体包含以下三个层面：

1.数据采集与存储：传感器和监测系统持续收集设备的运行状态参数，这些数据被存储在关系型或非关系型数据库中，为后续的深度分析奠定基础。

2.数据分析与挖掘：利用数据聚类、关联规则挖掘、决策树分析等技术，深入剖析电力系统的运作规律，识别潜在风险，预测设备寿命，为精细化运维提供决策支持。

3.数据可视化：通过图表、报表等形式将分析结果直观呈现，便于运维人员理解和把握电力系统的实际运行状况，快速作出响应。

综合以上各项关键技术，城市轨道交通电力系统的智能化运维不仅能够大幅提升设备的可靠性和使用寿命，还能显著增强电力供应的连续性和服务质量，是建设智慧城市的基础设施中不可或缺的一部分。随着5G、物联网、云计算等新兴技术的不断融合，电力系统智能化运维将迎来更为广阔的创新空间，为城市轨道交通的未来发展注入强劲动力。

四、城市轨道交通电力系统智能化运维的应用案例

（二）某城市轨道交通线路的故障预测系统

该故障预测系统采用了故障预测技术和大数据分析技术，实现了对电力设备的故障预测和预防性维护。通过对电力设备的运行状态参数进行分析，建立了设备的故障预测模型，预测设备的潜在故障，并提前采取相应的维护措施，避免故障的发生。该故障预测系统的应用，提高了电力设备的可靠性和可用性，降低了设备的维修成本，保障了城市轨道交通的安全稳定运行。

（三）某城市轨道交通线路的智能控制系统

该智能控制系统采用了智能调压技术和智能无功补偿技术，实现了对电力设备的智能控制和节能运行。通过对电力设备的电压和无功功率进行实时监测和调整，保证了电力设备的正常运行，提高了电力系统的功率因数，降低了线路损耗。该智能控制系统的应用，提高了电力系统的运行效率，降低了能源消耗，为城市轨道交通的可持续发展提供了有力支持。

五、结论

城市轨道交通电力系统智能化运维是城市轨道交通发展的必然趋势，通过应用智能监测技术、故障诊断与预测技术、智能控制技术以及大数据分析技术等关键技术，可以实现对电力系统的实时监测、故障诊断与预测、智能控制等功能，提高电力系统的运维效率和可靠性，保障城市轨道交通的安全稳定运行。在未来的发展中，随着信息技术的不断进步和智能化手段的不断创新，城市轨道交通电力系统智能化运维将不断完善和发展，为城市轨道交通的可持续发展提供更加有力的保障。

参考文献

[1] 廖云. 基于大数据平台的城市轨道交通多专业智能运维系统构建探讨[J]. 控制与信息技术,2021(5):1-5.

[2] 张涛. 城市轨道交通供电系统智能化探索与应用[J]. 百科论坛电子杂志,2020(15):1817.

[3] 韩皓文. 城市轨道交通供电系统智能化探索与应用[J]. 现代交通与路桥建设,2023,2(9).

[4] 李红波,丁荣军,张超,等. 城市轨道交通智慧牵引供电系统[J]. 机车电传动,2021(3):1-8.