安科瑞 鮑靜君

　　摘 要：我國新型工業(yè)化、信息化,、城鎮(zhèn)化和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化加快發(fā)展,，經(jīng)濟結(jié)構(gòu)加快轉(zhuǎn)型，交通運輸總量將保持較快增長態(tài)勢,，各項事業(yè)發(fā)展要求提高國家公路網(wǎng)的服務能力和水平,。高速公路沿線的收費站、互通樞紐,、服務區(qū)、隧道等配置的供配電,、照明,、通風、排水等機電設備的數(shù)量急聚增加,，設計一套包括電力監(jiān)控,、電能計量、電能質(zhì)量治理,、能耗分析,、電氣安全,、運維巡檢管理等技術(shù)服務的一體化能源管理系統(tǒng)，能有效降低工作人員勞動強度,、提供工作效率,、避免人為事故發(fā)生、有序保證高速公路可靠運行的供配電系統(tǒng)遠程控制及運維管理平臺尤為重要,。

　　關鍵詞：信息化,；高速公路；電力監(jiān)控,；電氣安全

　　1 概述

　　新晉高速公路塊村營至營盤（省界）段供配電照明施工圖設計的供配電系統(tǒng)主要負責對交通工程機電設備和房屋建筑設施的供電,。為了有效的對機電和房建服務設施供電， 本項目在各站區(qū)分別設置 10kV 室內(nèi)變電所,，并以柴油發(fā)電機作為備用電源以保證重要負荷用電,。

　　本次接入交通工程機電設備和房屋建筑設施的供電。為了有效的對機電和房建服務設施供電,，本項目在隧道,、收費站、服務區(qū),、管理中心等場區(qū)設置變電所,，并以柴油發(fā)電機做為備用電源以保證重要負荷用電。收費站及服務區(qū)：九圣營收費站,、北新莊收費站,、輝縣服務區(qū)、金牛寺服區(qū)和主線停車區(qū)的供配電系統(tǒng),。隧道部分：香爐寺,、橫嶺、馬溝,、南湖,、韓口、白楝樹,、蒿坪,、柳園、轎頂山,、南馬鞍,、王莽嶺隧道的供配電系統(tǒng)。

　　2 項目方案

　　2.1項目需求

　　1 電力監(jiān)控功能要求

　　數(shù)據(jù)采集功能：采集監(jiān)測線路的電壓,、電流,、有功功率、無功功率、頻率,；采集變壓器溫度等,；采集監(jiān)測斷路器狀態(tài)和開關狀態(tài)信號；屏幕顯示功能：畫面美觀,、清晰,、色彩鮮亮柔和，窗口界面風格統(tǒng)一,；顯示畫面可以多窗口顯示,；顯示一次結(jié)線圖實時工況，曲線（負荷曲線,、電壓曲線等）,，具有歷史數(shù)據(jù)的圖表顯示功能。

　　報表打印功能：系統(tǒng)具有簡單,、方便,、靈活的報表生成子程序，可以打印多種類型的日,、月,、年報表，日報表可以保存一年,，年報表可以保存十年,；事件記錄和追憶功能：系統(tǒng)對開關跳、合閘可以記錄打印,、相應顯示畫面變色,、閃光、報警,、屏幕顯示事件信息,；系統(tǒng)對模擬量產(chǎn)生越限值時，可以打印記錄并報警,；系統(tǒng)具有事件追憶功能,；系統(tǒng)自動記錄所發(fā)生的各類事件，便于操作人員了解供配電系統(tǒng)歷史情況,；系統(tǒng)應備有潮流分析表,；人機對話功能：操作界面非常友好，菜單操作簡單,，重要操作有口令要求,；操作機面漢化；語音報警,；系統(tǒng)具有軟件自診斷功能。

　　2 電氣火災監(jiān)控功能要求

　　電氣火災監(jiān)控主要用于預防因線間端子或線路發(fā)熱溫度緩慢升高，或泄漏電流緩慢變大而引發(fā)金屬性短路,、過載故障或接地電弧性故障,，進而引發(fā)火災。

　　電氣火災監(jiān)控主機應具有故障報警指示功能,、復位功能,、消音功能等。并通過電力監(jiān)控系統(tǒng)能夠在電力監(jiān)控計算機實現(xiàn)對電氣火災探測數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控,，具體要求同電力監(jiān)控有關描述,。

　　3 數(shù)據(jù)傳輸

　　電力監(jiān)控數(shù)據(jù)及電氣防火災監(jiān)控數(shù)據(jù)由變電所內(nèi)的以太網(wǎng)交換機進行數(shù)據(jù)匯總，收費站內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸至站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)交換機,，服務區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸至服務區(qū)監(jiān)控室內(nèi)的監(jiān)控交換機,，由通信系統(tǒng)配備光纜傳輸至管理分中心；經(jīng)管理分中心的三層以太網(wǎng)交換機將數(shù)據(jù)傳輸至電力監(jiān)控計算機,。各場區(qū)內(nèi)的弱電管道由建筑配電專業(yè)統(tǒng)一實施,。

　　2.2產(chǎn)品需求

　　1）AM4保護裝置

　　裝置應針對不同一次設備可以靈活配置不同的保護功能，可以實現(xiàn)10kV及以下電壓等級變配電站保護測控功能,，適用于線路,、母聯(lián)、配電變壓器,、PT等設備的保護和自動控制功能,。

　　?  采用高性能的硬件平臺、工業(yè)級元器件,、嚴酷的EMC設計,，具有在線自檢測試程序；應具備獨立CPU和獨立RAM,，采用高性能處理器作為保護CPU,，配置以大容量的RAM和Flash，使產(chǎn)品具有數(shù)據(jù)處理,、邏輯運算和信息存儲能力,。

　　?  裝置采用全漢化大屏幕液晶顯示，人機界面清晰易懂,；靈活的按鈕設計,，菜單式操作簡單、便捷,；配備的計算機界面的調(diào)試與分析軟件,，調(diào)試及維護簡單方便。

　　至少具有8路模擬量通道,，可選擇為保護電流,、電壓輸入,；交流電壓輸入端口應可接相電壓，也可接線電壓或零序電壓或不平衡電壓,，適應各種PT接線方式,。應具有零序零序和零序電壓測量功能，并與電力監(jiān)控系統(tǒng)配合實現(xiàn)小電流接地選線功能,。至少12路交直流兩用,、110V/220V自適應的開關量輸入。至少5路開關量輸出,；所有接口資源均支持圖形化可編程,、任意配置。至少具有1個RS485通信接口,、1個RS232維護口,。

　　2）多功能數(shù)字式電表

　　AMC 系列智能電量采集監(jiān)控裝置，是針對電力系統(tǒng),、工礦企業(yè),、公用設施、智能大廈的電力監(jiān)控需求而設計的 智能儀表,，它集成電力參數(shù)的測量(如單相或者三相的電流,、電壓、有功功率,、無功功率,、視在功率、頻率,、功率 因數(shù))以及電能監(jiān)測和考核管理,。同時它具有多種外圍接口功能可供用戶選擇：帶有 RS485 通訊接口，采用 MODBUS-RTU 協(xié)議可滿足通訊聯(lián)網(wǎng)管理的需要,；4-20mA 的模擬量輸出可與測量的電參量相對應,，滿足 DCS 等接口要 求；帶開關量輸入和繼電器輸出可實現(xiàn)斷路器開關的“遙信”和“遙控”的功能,。采用高亮度 LED/LCD 顯示界面,， 通過按鍵來實現(xiàn)參數(shù)設置和控制，非常適用于實時電力監(jiān)控系統(tǒng),?？梢灾苯尤〈Ｒ?guī)電力變送器及測量儀表。作 為一種智能化,、數(shù)字化的前端采集元件,，該儀表已廣泛應用于各種控制系統(tǒng)、SCADA 系統(tǒng)和能源管理系統(tǒng)中,。

　　2.3產(chǎn)品上圖方案

　　本工程10kV/0.4kV配電工程共有24個變電所,，以香爐寺隧道變電所為例,，上圖方案如下：

圖1香爐寺隧道10kV上圖方案

圖2香爐寺隧道0.4kV上圖方案

　　2.4產(chǎn)品明細

　　整個快村營至營盤段新晉高速公路共有24個變電所，變電所所設產(chǎn)品類型及數(shù)量如下：

　　上述所有變電所共計47臺微機保護裝置AM4,，160臺電力儀表AMC96L,，1010臺電力儀表AMC72L，24個ANET網(wǎng)關,，1套電力監(jiān)控系統(tǒng)；24臺電氣火災主機Acrel-6000B3,，116個電氣火災監(jiān)視器ARCM,。

　　3 系統(tǒng)需求

　　為實時監(jiān)視整個配電室的運行以及數(shù)據(jù)采集，該項目配置一套AcrelEMS-HIW高速公路綜合能效系統(tǒng),，主要實現(xiàn)對新晉高速公路各個變電所的用電監(jiān)控與管理,。監(jiān)控范圍為變電所的微機保護裝置、電能表,、變壓器溫控儀,、EPS、UPS,、無功補償,、發(fā)電機控制屏、郵箱液位儀,、風機軟啟動器和電氣火災監(jiān)控等,。本系統(tǒng)由用戶管理層、網(wǎng)絡通信層,、現(xiàn)場設備層三部分組成,，現(xiàn)場設置的電能表采用屏蔽雙絞線連接至各分區(qū)數(shù)據(jù)采集器，各分區(qū)數(shù)據(jù)采集器將數(shù)據(jù)分類處理后,，通過網(wǎng)線連接至局域網(wǎng)交換機上傳至電力監(jiān)控系統(tǒng)主機,，實現(xiàn)電力監(jiān)控功能。整個系統(tǒng)的架構(gòu)如下：

圖4 系統(tǒng)架構(gòu)圖

　　AcrelEMS-HIW高速公路綜合能效系統(tǒng)可實現(xiàn)的功能如下：

　　1）電力綜合看板：可查看整個平臺的一個概況,，包括變電站數(shù)量,、變電站分布位置；變壓器數(shù)量,、總裝機容量,，統(tǒng)計出的整個系統(tǒng)當前的總功率和當日的總用電，也可監(jiān)測網(wǎng)關,、儀表的運行狀態(tài),；展示了接入的光伏站點的信息，包括發(fā)電功率和當日發(fā)電量,；還有運維任務的情況,，在辦,、辦畢的個數(shù)，統(tǒng)計出任務完成率,；報警情況統(tǒng)計,，統(tǒng)計出報警程度的分布情況，報警滾動顯示,，平臺當月每天的報警數(shù)量統(tǒng)計

圖4 電力綜合看板界面

　　2）全路段監(jiān)控：沿途數(shù)十幾個配電房繪制在一張K線圖里面,，點擊每個站跳轉(zhuǎn)相關配電圖畫面顯示，使整條高速公路的配電系統(tǒng)一圖掌握,。

圖5  K線圖界面

　　3）實時監(jiān)測：以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運行狀態(tài),，可以實時監(jiān)測各回路電壓、電流,、功率,、功率因數(shù)等電參數(shù)信息，動態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器,、隔離開關,、地刀等合、分閘狀態(tài),。

圖6 九圣營收費站配電監(jiān)測界面

圖7 王莽嶺隧道配電監(jiān)測界面

　　4）電參量查詢：在配電一次圖中,，可以直接查看該回路詳細電參量，包括三相電流,、三相電壓,、總有功功率、總無功功率,、總功率因數(shù),、正向有功電能等。

　　5）運行報表： 查詢各回路或設備的運行參數(shù),，報表中顯示電參量信息應包括：各相電流,、三相電壓、總功率因數(shù),、總有功功率,、總無功功率、正向有功電能等,，報表格式有日報表,、月報表、年報表等,。

圖8 運行報表界面

　　6）實時告警：能夠?qū)ε潆娀芈窋嗦菲?、隔離開關、接地刀分,、合動作等遙信變位,，保護動作,、事故跳閘等事件發(fā)出告警。

　　7）歷史事件查詢：能夠?qū)b信變位,，保護動作,、事故跳閘，以及電壓,、電流,、功率、功率因數(shù)越限等事件記錄進行存儲和管理,，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警信息進行歷史追溯,，查詢統(tǒng)計、事故分析,。

　　8）故障錄波： 能夠在系統(tǒng)發(fā)生故障時，自動準確地記錄故障前,、后過程的各種電氣量的變化情況,，通過對這些電氣量的分析、比較,，對分析處理事故,、判斷保護是否正確動作、提高電力系統(tǒng)安全運行水平有著重要作用,。

　　9）事故追憶：能夠自動記錄事故時刻前后一段時間的所有實時穩(wěn)態(tài)信息,，包括開關位置、 保護動作狀態(tài),、遙測量等,，形成事故分析的數(shù)據(jù)基礎。

　　10）曲線查詢：能夠查詢實時曲線和歷史曲線,，包括三相電流,、三相電壓、有功功率,、無功功率,、功率因數(shù)等所有遙測量。

　　11）用戶權(quán)限管理：設置了用戶權(quán)限管理功能,，通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作（如遙控的操作,，數(shù)據(jù)庫修改等）。系統(tǒng)可以定義不同操作權(quán)限的權(quán)限組（如管理員組,、工程師組,、操作員組等），在每個權(quán)限組里分配不同用戶,，為系統(tǒng)運行,、維護,、管理提供可靠的安全保障。

　　12）電氣火災監(jiān)測：針對低壓用電環(huán)節(jié)各回路中的剩余電流,、溫度和故障電弧等進行實施監(jiān)測,；側(cè)重點為低壓用電環(huán)節(jié)的安全性，當剩余電流報警輸出,，以提醒維護人員進行安全檢查,，防止因漏電引起的火災發(fā)生，實現(xiàn)對高速公路電氣安全預警,。

圖9 電氣火災監(jiān)測界面圖

　　13）遙控功能：根據(jù)電力規(guī)程要求,，可以對整個配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設備進行遠程遙控操作。

　　14）通信管理：可以對整個配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設備通信情況進行管理,、控制,、數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測。

　　5 現(xiàn)場安裝圖片

　　本項目微機保護就地分散安裝在各個高壓開關柜上,，保護裝置,、電氣火災監(jiān)測裝置以及電能表現(xiàn)場安裝如下圖所示。

　　圖9 微機保護,、儀表,、電氣火災裝置在新晉高速公路配電工程現(xiàn)場安裝圖片

　　6 結(jié)語

　　AcrelEMS-HIM高速公路綜合能效管理系統(tǒng)為效率、避免人為事故發(fā)生,、有序保證高速公路可靠運行,。

　　參考文獻高速公路能源管理提供監(jiān)測及控制，主要包括電力監(jiān)控,、電氣消防,、能耗分析、電能質(zhì)量監(jiān)測和治理,、環(huán)境監(jiān)控等功能,。其中電力監(jiān)控系統(tǒng)及電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)主要設置于各隧道、收費站,、服務區(qū)等場區(qū)的供配電系統(tǒng),，便于運營維護人員對高速公路沿線供配電設施的運營狀況實時檢測，能夠及時發(fā)現(xiàn)電氣安全隱患及電氣故障,，并能夠?qū)鰠^(qū)用電數(shù)據(jù)進行報表及統(tǒng)計,。有效降低工作人員勞動強度、提高工作

　　[1] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2020.6月版

　　[2] 安科瑞35KV以及下變電所智能配電系統(tǒng)設計與產(chǎn)品二次原理圖集.2020.10月版

　　[3] 安科瑞用戶變電站綜合自動化與運維解決方案.2020.5月版