安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801
摘要：本文針對鐵路牽引變電所智能化建設(shè)面臨數(shù)字化、信息化、智能化應(yīng)用不足問題進行闡述，提出利用智能移動機器人巡檢系統(tǒng)、運維管理系統(tǒng)等進行融合，實現(xiàn)數(shù)字化、信息化、智能化運維管理系統(tǒng)的智慧化牽引變電所建設(shè)，為決策層針對設(shè)備狀態(tài)檢修提供可靠及時的決策依據(jù)，實現(xiàn)具有革新意義的管理體系。
關(guān)鍵詞：智能移動機器人狀態(tài)檢測分析決策智能化管理
0前言
牽引變電所是鐵路機車供電的來源，是保障鐵路運行的基本環(huán)節(jié)，經(jīng)過多年的改造和發(fā)展，牽引變電所在我國大部分的鐵路線路中已經(jīng)得到了合理的覆蓋，無人值班牽引變電所在鐵路運行中的應(yīng)用也得到了較大的普及，進而提高了牽引變電所的運行效率。隨著數(shù)字化、智能化的發(fā)展，四遙（遙控、遙測、遙信、遙調(diào)）功能已經(jīng)基本可靠，通過增加遙視功能，可逐步實心牽引變電所的無人化建設(shè)條件。在從“無人值班”向“無人值守”的轉(zhuǎn)變過程中，不僅要解決設(shè)備和技術(shù)上的問題，還要深入分析日常運行和維護過程中出現(xiàn)的問題，以對無人值守牽引變電所實現(xiàn)科學(xué)管理。
1無人值班牽引變電所的運行模式
可以了解無人值班牽引變電所的運行模式，需對“無人值班”能夠正確理解，“無人值班”并不是可以脫離鐵路工作人員的管理，而是借助技術(shù)設(shè)備，通過人與機器之間的合理協(xié)調(diào)來保障牽引變電所的正常運行。在部分情形下，牽引變電所在經(jīng)過無人值班的改造之后，還需要配備現(xiàn)場值班人員，以確保設(shè)備隱患能夠可以被檢測出來，從而保證牽引變電所的安全運行。按照目前牽引變電所的設(shè)計，其運行模式在層級上可以分為四級。上層是總調(diào)度所，其下一層可以分為若干個調(diào)度臺。調(diào)度臺下屬操作臺和巡檢隊負(fù)責(zé)各個牽引變電所的具體工作。
操作隊可以設(shè)在對應(yīng)的調(diào)度所和供電段，其作用主要是負(fù)責(zé)本轄段無人值班變電所的遙控、遙測，填寫運行日志和事故異常、處理記錄，并對異�，F(xiàn)象進行分析判斷，確保供電調(diào)度能夠?qū)崟r掌握運行情況。巡檢隊一般設(shè)在變電所所在地的供電車間，其負(fù)責(zé)定期巡查所轄變電站內(nèi)的設(shè)備、設(shè)施和工具等，在常規(guī)年檢時，配合檢修車間辦理安全措施。在一些位置比較偏僻的變電所，還應(yīng)當(dāng)設(shè)立達(dá)到運維要求的值守人員，以便在巡檢人員無法及時達(dá)到時，處理各項臨時故障。操作隊和巡檢隊需要堅持24小時值班制度，并接受供電調(diào)度的指揮。
2智能巡檢機器人應(yīng)用探索
2015年10月，國自“輪式智能機器人巡測運維管理系統(tǒng)”率先在上海杭州供電段新上虞牽引所正式投入使用，實現(xiàn)人工巡檢到機器人智能巡測的跨越。該智能巡測運維管理系統(tǒng)核心采用一套國自輪式移動機器人，巡測覆蓋了室外變壓及室內(nèi)二次設(shè)備區(qū)域，實現(xiàn)牽引變電所單機器人室內(nèi)外全覆蓋巡視。智能巡測機器人工作主要包括：任務(wù)下達(dá)、表計識別、紅外測溫、自主充電、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、故障判斷、微氣象等內(nèi)容。機器人系統(tǒng)在運行過程中也逐步暴露了一些問題，如在電纜夾層處，由于輪式機器人的局限性，導(dǎo)致無法進入，需要補充額外的攝像頭進行監(jiān)測，同時在一些高壓設(shè)備內(nèi)部增設(shè)了局部放電檢測設(shè)備，所有設(shè)備數(shù)據(jù)統(tǒng)一接入智能機器人系統(tǒng)進行分析。目前，智能巡測運維管理系統(tǒng)通過完全自主或遙控方式，代替人員對設(shè)備進行巡視檢測，并與供電專業(yè)綜合自動化控制系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)聯(lián)動，警報數(shù)據(jù)進行實時共享，綜自系統(tǒng)數(shù)據(jù)與現(xiàn)場機器人檢測數(shù)據(jù)進行校核，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的故障及趨勢問題，真實實現(xiàn)無人值守。上虞牽引變電所機器人的應(yīng)用為國內(nèi)鐵路智能巡測系統(tǒng)，保障鐵路供電系統(tǒng)地面設(shè)備的可靠與穩(wěn)定，大幅降低管理及維護成本，為鐵路供電系統(tǒng)的智能維護提供了創(chuàng)新型的技術(shù)手段。
2018年10月，根據(jù)中國鐵路總公司發(fā)布的《牽引供變電所實施無人值班值守工作的指導(dǎo)意見》（工電函﹝2018﹞101號）所要求的內(nèi)容，杭州供電段在杭黃鐵路新建線中對富陽牽引變進行了新一步的探索應(yīng)用，建設(shè)了以智能巡檢機器人為主的輔助監(jiān)控系統(tǒng)平臺。該系統(tǒng)平臺通過標(biāo)準(zhǔn)接口，采集所內(nèi)輔助設(shè)備信息，實現(xiàn)信息共享與告警聯(lián)動功能，并將監(jiān)控和警報信息上傳。輔助監(jiān)控系統(tǒng)包含以下子系統(tǒng)：環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、安全防范及門禁系統(tǒng)、火災(zāi)消防警報子系統(tǒng)、監(jiān)控子系統(tǒng)（含紅外線測溫）、SF6氣體監(jiān)測及機器人巡檢系統(tǒng)等。
牽引變電所采用分層分布式輔助監(jiān)控系統(tǒng)，通過通信網(wǎng)絡(luò)連接現(xiàn)場智能傳感設(shè)備，實現(xiàn)變電所的安全防范、環(huán)境監(jiān)測、火災(zāi)探測警報及聯(lián)動控制、監(jiān)控（含紅外線測溫）、SF6氣體監(jiān)測及機器人巡檢等功能于一體的安全監(jiān)視和智能控制功能，以滿足鐵路運營對牽引供電系統(tǒng)安全生產(chǎn)的要求，完成牽引變電所亭內(nèi)監(jiān)控、環(huán)境、安防、火災(zāi)探測等數(shù)據(jù)的集中采集處理，實現(xiàn)各子系統(tǒng)內(nèi)的智能聯(lián)動控制，并將輔助監(jiān)控系統(tǒng)信息通過上傳至供電段及路局調(diào)度大樓主站，為決策層針對設(shè)備狀態(tài)檢修提供可靠及時的決策依據(jù)，實現(xiàn)具有革新意義的管理體系。
3提升無人值守牽引變電所運行水平的措施
3.1智能化系統(tǒng)建設(shè)改造
目前在無人值守牽引變電所的改造運行中，智能化系統(tǒng)無法得以完善的主要原因是在投入初期對資金的需求量比較大，并且還需要對相關(guān)的硬件進行升級改造。據(jù)有關(guān)人員進行分析，在采取4人值班的情況下，其在1-1.5年內(nèi)的資金消耗與一套完整智能機器人巡測系統(tǒng)投入相當(dāng)，但是在智能機器人巡測系統(tǒng)投入的情況下，其運行效率將會大大提高，并且其使用壽命可以保持10年以上。這就要求管理部門的人員要能夠從長遠(yuǎn)角度出發(fā)，不斷加大投入力度，根據(jù)牽引變電所實際運行的需要，逐步對軟件系統(tǒng)和相關(guān)的硬件設(shè)施進行升級和完善，以便更好的達(dá)到無人值守的運行要求。
3.2完善智能化巡檢制度
在對牽引變電所進行無人值守的改造過程中，對于智能化管理工作提出了更高的要求，因此，需根據(jù)改造實施階段的不同，對管理制度進行合理的調(diào)整。首先在制度內(nèi)容的制定上，要根據(jù)無人值守制度的特點，改進原來的規(guī)章制度中與現(xiàn)行工作流程不相符的部分，減少因流程不符給工作人員帶來的重復(fù)工作或者操作不同的情形，切實提高工作人員日常巡檢和維修的效率。其次是要根據(jù)改造工作實施的步驟，及時對工作人員開展相關(guān)的培訓(xùn)工作，使其能夠在原有知識層次的基礎(chǔ)上深入了解無人值守模式下對檢修工作提出的要求，充分掌握檢修工作所需的基礎(chǔ)知識，快速處理檢修工作中出現(xiàn)的問題。后還要制定出針對無人值守模式運行下統(tǒng)一驗收標(biāo)準(zhǔn)，使工作人員能夠明確自身工作所應(yīng)達(dá)到的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，減少后期隱患的產(chǎn)生。
4安科瑞AcrelCloud-1000變電所運維云平臺
4.1概述
基于互聯(lián)網(wǎng)＋、大數(shù)據(jù)、移動通訊等技術(shù)開發(fā)的云端管理平臺，滿足用戶或運維公司監(jiān)測眾多變電所回路運行狀態(tài)和參數(shù)、室內(nèi)環(huán)境溫濕度、電纜及母線運行溫度、現(xiàn)場設(shè)備或環(huán)境場景等需求，實現(xiàn)數(shù)據(jù)一個中心，集中存儲、統(tǒng)一管理，方便使用，支持具有權(quán)限的用戶通過電腦、手機、PAD等各類終端鏈接訪問、接收警報，并完成有關(guān)設(shè)備日常和定期巡檢和派單等管理工作。
4.2應(yīng)用場所
適用于電信、金融、交通、能源、醫(yī)療衛(wèi)生、文體、教育科研、農(nóng)林水利、商業(yè)服務(wù)、公用事業(yè)等行業(yè)變配電運行維護系統(tǒng)的新建、擴建和改建。
4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)可分為四層：即感知層、傳輸層、應(yīng)用層和展示層。
感知層：包含變電所安裝的多功能儀表、溫濕度監(jiān)測裝置、攝像頭、開關(guān)量采集裝置等。除攝像頭外，其它設(shè)備通過RS485總線接入現(xiàn)場智能網(wǎng)關(guān)RS485端口。
傳輸層：包含現(xiàn)場智能網(wǎng)關(guān)和交換機等設(shè)備。智能網(wǎng)關(guān)主動采集現(xiàn)場設(shè)備層設(shè)備的數(shù)據(jù)，并可進行規(guī)約轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)存儲，并通過交換機把數(shù)據(jù)上傳至相應(yīng)的服務(wù)器端口，網(wǎng)絡(luò)故障時數(shù)據(jù)可存儲在本地，待網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時從中斷的位置繼續(xù)上傳數(shù)據(jù)，保證服務(wù)器端數(shù)據(jù)不丟失。
應(yīng)用層：包含應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，若變電所數(shù)量小于30個則應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器可以合一配置。服務(wù)器需要具備固定IP地址，以接收各智能網(wǎng)關(guān)主動傳送過來的數(shù)據(jù)。
展示層：用戶通過手機、平板、電腦等多終端的方式訪問平臺信息。
4.4系統(tǒng)功能
用能月報支持用戶按總用電量、變電站名稱、變電站編號等查詢所管理站所的用電量，查詢跨度可設(shè)置為月。
4.4.2站點監(jiān)測
站點監(jiān)測包括概況、運行狀態(tài)、當(dāng)日事件記錄、當(dāng)日逐時用電曲線、用電概況。
變壓器狀態(tài)支持用戶查詢所有或某個站所的變壓器功率、負(fù)荷率、等運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，支持按負(fù)荷率、功率等升、降序排名。
運維展示當(dāng)前用戶管理的有關(guān)變電所在地圖上位置及總量信息。
配電圖展示被選中的變電所的配電信息，配電圖顯示各回路的開關(guān)狀態(tài)、電流等運行狀態(tài)及信息，支持電壓、電流、功率等詳細(xì)運行參數(shù)查詢。
4.4.6監(jiān)控
監(jiān)控展示了當(dāng)前實時畫面（直播），選中某一個變配電站，即可查看該變配電站內(nèi)信息。
電力運行報表顯示選定站所選定設(shè)備各回路采集間隔運行參數(shù)和電能抄表的實時值及平均值行統(tǒng)計。
對平臺所有警報信息進行分析。
任務(wù)管理頁面可以發(fā)布巡檢或消缺任務(wù)，查看巡檢或消缺任務(wù)的狀態(tài)和完成情況，可以點擊查看任務(wù)查看具體的巡檢信息。
用戶報告頁面主要用于對選定的變配電站自動匯總一個月的運行數(shù)據(jù)，對變壓器負(fù)荷、配電回路用電量、功率因數(shù)、警報事件等進行統(tǒng)計分析，并列出在該周期內(nèi)巡檢時發(fā)現(xiàn)的各類缺陷及處理情況。
4.4.11APP監(jiān)測
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應(yīng)用場合 |
型號 |
外觀圖 |
型號、規(guī)格 |
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變電所運維云平臺 |
AcrelCloud-1000 |
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AcrelCloud-1000變電所運維云平臺基于互聯(lián)網(wǎng)＋、大數(shù)據(jù)、移動通訊等技術(shù)開發(fā)的云端管理平臺，滿足用戶或運維公司監(jiān)測眾多變電所回路運行狀態(tài)和參數(shù)、室內(nèi)環(huán)境溫濕度、電纜及母線運行溫度、現(xiàn)場設(shè)備或環(huán)境場景等需求，實現(xiàn)數(shù)據(jù)一個中心，集中存儲、統(tǒng)一管理，方便使用，支持具有權(quán)限的用戶通過電腦、手機、PAD等各類終端鏈接訪問、接收警報，并完成有關(guān)設(shè)備日常和定期巡檢和派單等管理工作。 |
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網(wǎng)關(guān) |
ANet-2E4SM |
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4路RS485串口，光耦隔離，2路以太網(wǎng)接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPCUA、ModbusTCP（主、從）、104（主、從）、建筑能耗、SNMP、MQTT；（主模塊）輸入電源：DC12V～36V。支持4G擴展模塊，485擴展模塊。 |
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擴展模塊ANet-485 |
M485模塊：4路光耦隔離RS485 |
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擴展模塊ANet-M4G |
M4G模塊：支持4G全網(wǎng)通 |
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中壓進線 |
AM6-L |
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三段式過流保護（帶方向、低壓閉鎖）、過負(fù)荷保護、PT斷線告警、逆功率保護、三相一次重合閘、低頻減載、檢同期、合環(huán)保護、斷路器失靈保護 |
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APM810 |
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三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序電流In；四象限電能；實時及需量；電流、電壓不平衡度；負(fù)載電流柱狀圖顯示；66種警報類型及外部事件（SOE）各16條事件記錄，支持SD卡擴展記錄；2-63次諧波；2DI+2DO RS485/Modbus；LCD顯示； |
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中壓進線 |
APView500 |
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相電壓電流＋零序電壓零序電流，電壓電流不平衡度，有功無功功率及電能、事件告警及故障錄波，諧波（電壓／電流63次諧波、63組間諧波、諧波相角、諧波含有率、諧波功率、諧波畸變率、K因子）、波動／閃變、電壓暫升、電壓暫降、電壓瞬態(tài)、電壓中斷、1024點波形采樣、觸發(fā)及定時錄波，波形實時顯示及故障波形查看，PQDIF格式文件存儲，內(nèi)存32G,16D0+22D1,通訊 2RS485+1RS232+1GPS,3以太網(wǎng)接口（＋1維護網(wǎng)口）＋1USB接口，支持U盤讀取數(shù)據(jù)，支持61850協(xié)議。 |
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中壓饋線 |
AM6-L |
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三段式過流保護（帶方向、低壓閉鎖）、過負(fù)荷保護、PT斷線告警、逆功率保護、三相一次重合閘、低頻減載、檢同期、合環(huán)保護、斷路器失靈保護 |
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APM810 |
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三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序電流In；四象限電能；實時及需量；電流、電壓不平衡度；負(fù)載電流柱狀圖顯示；66種警報類型及外部事件（SOE）各16條事件記錄，支持SD卡擴展記錄；2-63次諧波；2DI+2DO RS485/Modbus；LCD顯示； |
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低壓進線 |
AEM96 |
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三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，總正反向有功電能統(tǒng)計，正反向無功電能統(tǒng)計；2-31次分次諧波及總諧波含量分析、分相諧波及基波電參量（電壓、電流、功率）；電流規(guī)格3×1.5(6)A，有功電能精度0.5S級,無功電能精度2級；工作溫度：-10℃～+55℃；相對濕度：≤95不結(jié)露 |
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低壓出線 |
AEM72 |
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三相電參量U、1、P、Q、S、PF、F測量，總正反向有功電能統(tǒng)計，正反向無功電能統(tǒng)計；2-31次分次諧波及總諧波含量分析、低壓出線分相諧波及基波電參量（電壓、電流、功率）；電流規(guī)格3x1.5(6)A,有功電能精度0.5S級，無功電能精度2級 |
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ADW300 |
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三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，有功電能計量（正、反向）、四象限無功電能、總諧波含量、分次諧波含量（2～31次）；A、B、C、N四路測溫；1路剩余電流測量；支持RS485/LoRa/2G/4G/NB；LCD顯示；有功電能精度：0.5S級（改造項目） |
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無線測溫 |
ATE-400 |
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合金片固定，CT感應(yīng)取電，啟動電流大于5安培,測溫范圍－50-125℃,測量精度±1℃;傳輸距離空曠150米 |
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ATC-600 |
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兩種工作模式：終端、中繼。ATC600-Z做中繼透傳，ATC600-Z到ATC600-C的傳輸距離空曠1000m,ATC600-C可接收ATE系列傳感器、 AHE等傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，1路485,2路警報出口。 |
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環(huán)境溫濕度 |
WHD |
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WHD溫濕度控制器產(chǎn)品主要用于中高壓開關(guān)柜、端子箱、環(huán)網(wǎng)柜、箱變等設(shè)備內(nèi)部溫度和濕度調(diào)節(jié)控制。工作電源：AC/DC85～265V工作溫度：-40.0℃～99.9℃工作濕度：0RH～99RH |
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水浸傳感器 |
RS-SJ-*-2 |
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接觸式水浸傳感器，監(jiān)測變電所、電纜溝、控制室等場所積水情況，工作電源：DC10-30V工作溫度：－20℃+60℃工作濕度：0%RH~80%RH響應(yīng)時間：1s繼電器輸出：常開觸點。 |
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攝像機 |
CS-C5C-3B1WFR |
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支持720P高清圖像，支持分辨率可達(dá)到130萬像素（1280*960)內(nèi)置麥克風(fēng)與揚聲器具有語音雙向?qū)χv功能，支持螢石云互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，通過手機、PC等終端實現(xiàn)遠(yuǎn)程互動和觀看。 |
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煙霧傳感器 |
BRJ-307 |
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光電式煙霧傳感：電源正端（DC12V):+12V 繼電器輸出：常開觸點 |
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門禁 |
MC-58(常開型） |
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常開型；感應(yīng)距離：30-50mm材質(zhì)：鋅合金，銀灰色電度，干接點輸出。 |
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配套附件 |
ARTU-K16 |
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常開型；感應(yīng)距離：30-50mm材質(zhì)：鋅合金，銀灰色電度干接點輸出 |
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KDYA-DG30-24K |
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輸出DC24V;24V電源 |
5結(jié)束語
無人值守牽引變電所運行的模式是未來高速鐵路發(fā)展的大趨勢，其能夠較大提高我國鐵路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的完善，在原有鐵路建設(shè)水平的基礎(chǔ)上對鐵路功能進行再一次的升級，為人們的日常生活和社會發(fā)展提供更加有效的支持。在無人值守牽引變電所的日常運營中，將會出現(xiàn)與傳統(tǒng)運營管理不同的特點，只有深入研究這些問題產(chǎn)生的根源，采用科學(xué)的方式進行合理的解決，才能提高無人值守牽引變電站管理水平的不斷提高。
參考文獻
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