安科瑞 繆凱倫
摘要：隨著高速公路數(shù)量的增加，高速公路沿線的收費(fèi)站,、互通樞紐,、服務(wù)區(qū)、隧道等配置的供配電,、照明,、通風(fēng)、排水等機(jī)電設(shè)備的數(shù)量急聚增加,，傳統(tǒng)的人工管理高速公路沿線機(jī)電設(shè)備的方式已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足高速公路交通安全通暢的要求,。綜合電力監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)高速公路沿線的變電站內(nèi)的高低壓配電設(shè)備,、發(fā)電機(jī)、變壓器,、UPS,、外場(chǎng)照明、隧道內(nèi)的理地式變壓器與照明,、通風(fēng)及排水等機(jī)電設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)分布式監(jiān)控和智能化集中管理，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守,，確保高速公路安全通暢,，提高自動(dòng)化管理水平，降低機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)成本,，節(jié)約能源均具有十分重要的意義,。
關(guān)鍵詞 ： 高速公路 ； 電力監(jiān)控 ,； 智能化
近幾年來(lái),，中國(guó)交通事業(yè)取得了突破性發(fā)展，目前已經(jīng)形成了一個(gè)完善的高速公路網(wǎng),，不僅實(shí)現(xiàn)了各城市之間的溝通交流,，還間接推動(dòng)了中國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。在中國(guó)高速公路向著智能化和電力化發(fā)展的今天,，電力控制智能化技術(shù)逐漸得到了廣泛應(yīng)用和快速發(fā)展,，從整體這一角度來(lái)看，目前應(yīng)用已經(jīng)接近成熟,，不僅促使了高速公路運(yùn)輸能力的增強(qiáng),，實(shí)現(xiàn) 高速公路使用壽命的延長(zhǎng)，同時(shí)在電量負(fù)擔(dān)方面也實(shí)現(xiàn)了合理減少,。
一 高速公路綜合電力監(jiān)控需求分析
在以往高速公路沿線的收費(fèi)站,、互通樞紐、服務(wù)區(qū),、隧道或隧道群變電站或隧道監(jiān)控室 全部靠人工進(jìn)行日常表計(jì)抄錄,、操作控制、日常維護(hù),、故障巡查等,。因此，每個(gè)變電站或隧道監(jiān)控都要配備24小時(shí)值班人員,，人工成本高,，效率十分低。
高速公路綜合電力監(jiān)控系統(tǒng)需求如下：實(shí)時(shí)監(jiān)視高速公路全線關(guān)鍵設(shè)備的工作狀態(tài)和故障報(bào)警,，如市電停電或高壓柜故障,、發(fā)電機(jī)故障,、收費(fèi)站尸故障、隧道埋地變故障,、隧道風(fēng)機(jī)故障等確保高速公路安全通暢,。
對(duì)全線變電站的高低壓供配電設(shè)備、外場(chǎng)及隧道照明,、 隧道通風(fēng)等設(shè)備進(jìn)行遙信,、遙測(cè)與遙控。
對(duì)變電站的高低壓配電室,、發(fā)電機(jī)室及隧道進(jìn)行視頻遙視,，變電站偷盜報(bào)警及外場(chǎng)電力或照明電纜偷盜報(bào)警。
對(duì)變電站高低壓配電室和發(fā)電機(jī)室進(jìn)行溫度遙測(cè),，并根據(jù)測(cè)量溫度控制室內(nèi)通風(fēng)風(fēng)機(jī),；對(duì)隧道一氧化碳進(jìn)行遙測(cè)，并根據(jù)一氧化碳濃度對(duì)隧道風(fēng)機(jī)進(jìn)行啟?？刂?/span>,。
全線各站點(diǎn)實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，故障自動(dòng)定位,。
系統(tǒng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù),、視頻及報(bào)警信息滿足高速公路分布式實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程傳輸要求。
系統(tǒng)滿足高速公路所處環(huán)境和管理運(yùn)行所要求的可靠性與安全性要求,。
系統(tǒng)與高速公路運(yùn)行管理模式相適應(yīng),，全線綜合電力監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)無(wú)紙記錄，自動(dòng)統(tǒng)計(jì),，自動(dòng)顯示與打印,。
二 高速路電力監(jiān)控智能化的應(yīng)用價(jià)值
2.1 在節(jié)能性方面發(fā)揮的作用
電力系統(tǒng)作為高速公路運(yùn)行中的一個(gè)重要組成部分，其運(yùn)行周期須要保證連續(xù)性,。所以從系統(tǒng)運(yùn)行對(duì)電能的需求這一角度來(lái)看,，基于電力智能化技術(shù)的合理應(yīng)用下，可以充分發(fā)揮出系統(tǒng)運(yùn)行的節(jié)能性,，具體可以從以下 2 個(gè)方面來(lái)看：①將電力系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中受無(wú)功損耗影響而導(dǎo)致成本過(guò)高這一問(wèn)題做到合理避免或減少,；②在提高電力系統(tǒng)運(yùn)行效率的同時(shí)，還可以實(shí)現(xiàn)高速公路運(yùn)營(yíng)成本的降低,。
2.2 在可靠性方面發(fā)揮的作用
就人工操作與智能化操作相比,，不僅所需成本較高，而且在操作誤差方面出現(xiàn)的概率也要相對(duì)更大一些,，因此,，須要實(shí)現(xiàn)智能化操作。在智能化操作中電力監(jiān)控智能化管理技術(shù)的應(yīng)用，其主要作用就是保障電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性,。在這一過(guò)程中通過(guò)將自動(dòng)化傳感系統(tǒng),、控制系統(tǒng)及觸發(fā)式系統(tǒng)聯(lián)合使用，在一 定程度上能夠?qū)⑷斯げ僮髡`差合理避免,，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控,，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并作出合理調(diào)控。
2.3 在遠(yuǎn)程控制方面發(fā)揮的作用
從中國(guó)當(dāng)前的高速公路運(yùn)行中可以看到,，普遍存在超運(yùn)行負(fù)荷這一問(wèn)題,。從高速公路電力系統(tǒng)故障這一角度來(lái)看，受超運(yùn)行負(fù)荷影響導(dǎo)致某一區(qū)域發(fā)生電力故障,，這種情況下就可以應(yīng)用電力監(jiān)控智能化管理技術(shù),，借助其中智能化控制系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的應(yīng)用，可以將局部故障設(shè)施設(shè)備進(jìn)行合理隔離,，防止對(duì)其他區(qū)域的供電情況和高速公路運(yùn)行造成影響。另一方面,，從遠(yuǎn)程控制的操作響應(yīng)周期這一角度來(lái)看,，當(dāng)遠(yuǎn)程控制操作指令下達(dá)后的數(shù)秒內(nèi)就可以作出響應(yīng)， 及時(shí)合理解決故障問(wèn)題,，將故障問(wèn)題所帶來(lái)的損失降低,。
三 綜合電力監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)
高速公路綜合電力監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)由監(jiān)控中心、系統(tǒng)主干傳輸網(wǎng)絡(luò),、 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控子系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)可靠性與安全性設(shè)計(jì)等組成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示,。
電力監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式設(shè)計(jì)，可分為三層：站控管理層,、網(wǎng)絡(luò)通信層和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層,。根據(jù)用戶用電規(guī)模、用電設(shè)備分布和占地面積等多方面的信息綜合考慮后采用適合的組網(wǎng)方式,。
站控管理層：站控管理層一般設(shè)于中心變電站值班室或者其它地方,，包含監(jiān)控計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī),、打印機(jī),、UPS、對(duì)時(shí)裝置,、遠(yuǎn)動(dòng)裝置以及監(jiān)控軟件,。站控管理層計(jì)算機(jī)可以放置于值班室的操作臺(tái)面上，也可以安裝于網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜組成監(jiān)控屏,。
網(wǎng)絡(luò)通信層：包含通信采集器,、光端機(jī)以及用于和站控層連接的其它網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，安裝于通信采集箱,，通信采集箱和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層裝置就近安裝,，掛墻明裝,。通信層是一個(gè)承上啟下的物理層，負(fù)責(zé)把設(shè)備層裝置的信息傳送給站控層,，并且把站控層的命令下達(dá)給設(shè)備層裝置,。
現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層：包含高低壓柜上的保護(hù)裝置、智能操控裝置,、多功能儀表,、無(wú)線測(cè)溫裝置、溫控儀,、直流屏以及其他各種通過(guò)通信接口或者脈沖,、模擬量等方式接入監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備。
四 高速公路綜合電力監(jiān)控重要產(chǎn)品
1. 微機(jī)保護(hù)裝置
AM系列微機(jī)綜合保護(hù)裝置具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理,、邏輯運(yùn)算和信息存儲(chǔ)能力,，可為35kV及以下電壓等級(jí)的進(jìn)線、饋線,、變壓器,、高壓電動(dòng)機(jī)、高壓電容器等對(duì)象提供過(guò)負(fù)荷,、低電壓,、過(guò)電壓、熱過(guò)載,、非電量等保護(hù)功能,。
裝置具有完善的事故分析能力，包括SOE事件記錄,、故障錄波記錄等,。方便的根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)變化調(diào)整保護(hù)設(shè)定值，使平臺(tái)可遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制配電回路運(yùn)行狀態(tài),，提高配電和用電可靠性,。
2. 電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置
10kV、0.4kV進(jìn)線電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置采用APview500,，采用了高性能多核平臺(tái)和嵌入式操作系統(tǒng),，遵照IEC61000-4-30《測(cè)試和測(cè)量技術(shù)-電能質(zhì)量測(cè)量方法》中規(guī)定的各電能質(zhì)量指標(biāo)的測(cè)量方法進(jìn)行測(cè)量，集諧波分析,、波形采樣,、電壓暫降/暫升/中斷、閃變監(jiān)測(cè),、電壓不平衡度監(jiān)測(cè),、事件記錄、測(cè)量控制等功能為一體。裝置在電能質(zhì)量指標(biāo)參數(shù)測(cè)量方法的標(biāo)準(zhǔn)化和指標(biāo)參數(shù)的測(cè)量精度以及時(shí)鐘同步,、事件標(biāo)記功能等各個(gè)方面均達(dá)到了 IEC61000-4-30A 標(biāo)準(zhǔn),，能夠滿足 110kV 及以下供電系統(tǒng)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)的要求。
裝置可以監(jiān)測(cè)電網(wǎng)頻率 ,電壓,、電流有效值,有功功率,、無(wú)功功率、視在功率及功率因數(shù),電壓偏差,頻率偏差,三相電壓不平衡度,、三相電流不平衡度,；三相電壓、電流各序分量,；基波電壓,、電流，功率,、功率因數(shù),、相位等,諧波（2～50 次）。包括電壓,、電流的總諧波畸變率,、各次諧波電壓、電流含有率,、有效值、功率等,諧波群 ,間諧波 電壓波動(dòng),、閃變,，電壓可輸入57.7V/100V 或 220V/380V 。
3. 智能操控裝置
開關(guān)柜操控裝置采用ASD500,，它以整體化布局配套于開關(guān)柜,，簡(jiǎn)化了開關(guān)柜的面板設(shè)計(jì)，優(yōu)化了面板布局,。除具有動(dòng)態(tài)模擬指示,、帶電顯示及閉鎖、溫濕度顯示及其控制,、驗(yàn)電核相,、二次回路電壓值顯示、人體感應(yīng)帶電提示及柜內(nèi)照明,、語(yǔ)音防誤提示,、時(shí)間日期顯示、遠(yuǎn)方/就地操作,、分合閘操作,、手動(dòng)/自動(dòng)儲(chǔ)能、4-20mA輸出、USB升及,、RS485,、以太網(wǎng)遠(yuǎn)程通信等功能外，還具有電力綜合參數(shù)測(cè)量功能,，測(cè)量參數(shù)為：三相電壓,、三相電流、功率因數(shù),、有功功率計(jì)量,、無(wú)功功率計(jì)量，使開關(guān)柜進(jìn)一步智能化,、網(wǎng)絡(luò)化,、數(shù)字化。另外可以接入無(wú)線測(cè)溫傳感器數(shù)據(jù),，就地顯示各電氣接點(diǎn)溫度,。
五 高速公路智能化電力監(jiān)控系統(tǒng)
以廣西賀州至巴馬高速公路（都安至巴馬段）項(xiàng)目為例，配電房及箱變共計(jì)59個(gè),，其中40個(gè)隧道配電房,，5個(gè)收費(fèi)站配電房，3個(gè)服務(wù)區(qū)配電房,，3個(gè)停車區(qū)配電房,，1個(gè)監(jiān)控中心配電房，7個(gè)沿線箱變,；實(shí)現(xiàn)對(duì)高速公路各個(gè)變電所的用電監(jiān)控與管理,。監(jiān)控范圍為變電所的微機(jī)保護(hù)裝置、電能表,、變壓器溫控儀,、EPS、UPS,、無(wú)功補(bǔ)償,、發(fā)電機(jī)控制屏、油箱液位儀,、風(fēng)機(jī)軟啟動(dòng)器和照明控制器,。
1.全路段監(jiān)控
沿途數(shù)十個(gè)配電房繪制在一張K線圖里面，點(diǎn)擊每個(gè)站跳轉(zhuǎn)相關(guān)配電圖畫面顯示,，使整條高速公路的配電系統(tǒng)一圖掌握,；
2.10kV回路保護(hù)和監(jiān)測(cè)
10kV回路保護(hù)和監(jiān)測(cè)主要針對(duì)變電所10kV回路的保護(hù)、遙測(cè),、遙信和遙控功能,，通過(guò)系統(tǒng)圖可以實(shí)時(shí)反饋10kV配電系統(tǒng)的運(yùn)行狀況,。
3.0.4kV回路保護(hù)和監(jiān)測(cè)
0.4kV回路保護(hù)和監(jiān)測(cè)主要針對(duì)配電室0.4kV回路的保護(hù)、遙測(cè),、遙信和遙控功能,，通過(guò)系統(tǒng)圖可以實(shí)時(shí)反饋0.4kV配電系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。
4.變壓器監(jiān)測(cè)
變壓器運(yùn)行監(jiān)控,，展示變壓器運(yùn)行過(guò)程中電壓,，有功功率、無(wú)功功率,、負(fù)荷等數(shù)據(jù),。
5.應(yīng)急電源監(jiān)測(cè)
柴油發(fā)電機(jī)、UPS,、EPS(消防應(yīng)急電源)監(jiān)測(cè),。
6.環(huán)境監(jiān)測(cè)
氣體、煙感,、水浸,、紅外雙鑒、視頻,、氣候,、視頻監(jiān)測(cè)風(fēng)機(jī)/空調(diào)/水泵控制、聲光報(bào)警,。
7.事件報(bào)警
分類分級(jí)報(bào)警,，SOE事件，網(wǎng)關(guān)儀表,、平臺(tái)的運(yùn)行狀態(tài)報(bào)警,。
8.能耗統(tǒng)計(jì)
查詢今日用能、昨日同期用能,、當(dāng)月用能,、上月同期用能,、今年用能,、去年同期用能、日平均用能,、日月年能耗趨勢(shì),。
同比分析：根據(jù)能源類型、企業(yè)節(jié)點(diǎn),、時(shí)間查詢各年同比數(shù)據(jù),。
環(huán)比分析：根據(jù)能源類型、企業(yè)節(jié)點(diǎn),、時(shí)間查詢 日,、周,、月、季度環(huán)比數(shù)據(jù),。
9.運(yùn)維管理
設(shè)備管理：電子檔案資料,、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)、靈活分組分類,、巡檢條目自定義,、二維碼綁定維護(hù)、設(shè)備老化分析報(bào)告,。
設(shè)備維護(hù)：在用戶維護(hù)設(shè)備的質(zhì)保期與安裝時(shí)間后對(duì)設(shè)備是否超長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行與過(guò)期運(yùn)行進(jìn)行檢測(cè),，提醒用戶及時(shí)查看或更換相應(yīng)設(shè)備，并提示維修或更換建議,。
運(yùn)維派單：流程化運(yùn)維巡檢,、自動(dòng)發(fā)布任務(wù)、巡檢節(jié)點(diǎn)跟蹤,、缺陷處理跟進(jìn),、報(bào)警聯(lián)動(dòng)消警、平臺(tái),、APP通知,。
專家報(bào)告：月度報(bào)告、內(nèi)容可在線編輯,、定期郵箱發(fā)送,、變電所環(huán)境監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析與評(píng)估,、整改建議參考
六 總結(jié)
高速公路綜合電力監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)充分考慮了高速公路的特殊性和系統(tǒng)所處的環(huán)境要求,，采用*成熟的光纖主干環(huán)網(wǎng)技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，自動(dòng)控制技術(shù),，數(shù)字視頻及信息傳輸處理技術(shù),，對(duì)高速公路全線供配電，照明,，除道通風(fēng),、排水等機(jī)電設(shè)備實(shí)行全線或全路網(wǎng)分布式監(jiān)控和集中管理。該項(xiàng)系統(tǒng)技術(shù)已成功應(yīng)用于都巴高速公路工程的綜合電力監(jiān)控系統(tǒng)工程,，實(shí)現(xiàn)了對(duì)全線59個(gè)變電站的全自動(dòng)化監(jiān)控,，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，對(duì)于確保滬寧高速安全通暢,、節(jié)省系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)成本,，節(jié)省能源消耗、提高都巴高速公路的自動(dòng)化管理水平和服務(wù)水平發(fā)揮了重要作用,。
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