韓歡慶

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

 

  目前山區高速公路的特點(diǎn)是途經(jīng)高山峻嶺，隧道多、橋梁多，地處經(jīng)濟較不發(fā)達區，路線(xiàn)長(cháng)，ITS站點(diǎn)用電點(diǎn)分散、用電負荷少、地方電網(wǎng)供電設施不完整，小水電站供電電能質(zhì)量差，防雷設施簡(jiǎn)陋，供配電系統管理的站點(diǎn)多，人員分散，技術(shù)力量薄弱，線(xiàn)路維護、檢修困難，ITS設備隧道通風(fēng)照明供電設施常因供電不可靠、突然停電或雷擊帶來(lái)機毀，控制電路中斷，給收費、道路監控帶來(lái)不少損失，嚴重威脅著(zhù)高速公路的安全運營(yíng)。

針對上述情況，務(wù)必充分認識到高速公路ITS設施在高速公路安全經(jīng)濟運營(yíng)的重要位置，而要確保ITS設備的安全可靠運行，充分發(fā)揮設備的技術(shù)優(yōu)勢，關(guān)鍵是供電電源質(zhì)量要有優(yōu)質(zhì)不間斷的供電電源，就須從供電系統的設置和智能管理著(zhù)手。

2.1集中智能管理

  鑒于上述傳統供電存在許多缺陷，我們提出為智能交通設備提供可靠安全供電的新辦法，即對高速公路沿途所經(jīng)的地段充分調查當地電力網(wǎng)的供電分布情況，將大電力網(wǎng)的可靠電源用專(zhuān)線(xiàn)引接，對智能交通設備供電。為節約投資成本，我們可以把沿線(xiàn)的收費所、服務(wù)區、停車(chē)區、隧道、大型橋梁等根據外電源的分布情況，分成若干個(gè)集中供電區，采用自建變電所、開(kāi)關(guān)站與大電網(wǎng)接電，將安全、可靠的能源供給智能交通設備。全程利用智能交通的通信平臺傳輸電力監控RTU裝置采集的實(shí)時(shí)信息和監控指令，以及高速專(zhuān)用35Kv綜合自動(dòng)化監控信息，實(shí)現遠程自動(dòng)化管理，實(shí)現全線(xiàn)無(wú)人值守，只需在監控分中心進(jìn)行操作管理。

2.2復用ITS通信平臺

  復用高速公路收費、監控、通信三大系統的通信通道平臺，利用通訊集中器把各處信號集中起來(lái)，經(jīng)數字轉換，上傳至電力監控室。通過(guò)對收費站、停車(chē)區、服務(wù)區、隧道照明通風(fēng)等供電設備的運行狀態(tài)及對進(jìn)線(xiàn)、出線(xiàn)、變壓器等狀態(tài)的監視，對故障動(dòng)作信號的采集，可以加快對電網(wǎng)事故的反映和處理速度，縮短故障的停電時(shí)間；通過(guò)對系統各級段母線(xiàn)電壓實(shí)時(shí)采集，使電壓合格率進(jìn)一步提升，為電氣設備穩定運行打下堅實(shí)的基礎；對電能量及電度的采集可以全面了解系統各負荷及總負荷變化及耗電成本；通過(guò)中心監控主站還可以遠程遙控分合相應開(kāi)關(guān)回路（尤其是照明通風(fēng)及環(huán)網(wǎng)點(diǎn)，雙電源切換開(kāi)關(guān)等后這樣不僅可以充分利用現有資源，而且可以大大降低成本。

  本文以福建省漳龍高速公路已投運的供配電系統智能管理為實(shí)例介紹如下。 

3.1 系統介紹 

  漳龍高速公路漳州段全長(cháng)79.413公里，起于沈海國道主干線(xiàn)廈漳高速公路長(cháng)洲互通，經(jīng)龍海市、龍文區、薌城區、南靖縣，終于漳州與龍巖兩市交界的石崆山隧道中部。本段設有萬(wàn)松關(guān)隧道（L=1318m）、風(fēng)霜嶺隧道（L=1725m）、大龍頭山隧道（L=4968m）、后眷隧道（L=2591m）、斗米1-IV隧道群（L=2522m）、南清隧道（L=1750m）、石崆山隧道（L=973m）等10座隧道。

漳龍高速公路漳州段采用集中供電的辦法，在金山收費所自建了1座35Kv變電所，采用直埋10Kv配電電纜方式為該路段全長(cháng)45公里的9座隧道、3個(gè)收費所、1個(gè)停車(chē)區提供不間斷、安全可靠、穩定的優(yōu)質(zhì)電源。高速公路電力監控自動(dòng)化系統是漳龍高速公路漳州段供配電系統的重要組成部分，由該系統來(lái)完成高速公路運營(yíng)管理中供配電系統（收費站、停車(chē)區、服務(wù)區、隧道照明通風(fēng)）的管理自動(dòng)化，利用該系統的微機智能集中監控功能達到全線(xiàn)路電力供配電管理智能，解放人力資源，實(shí)現全系統各站/所的無(wú)人值班。

3.2 系統構成

3.2.1監控對象

  通風(fēng)區域：萬(wàn)松關(guān)隧道、風(fēng)霜嶺隧道、大龍頭山隧道、后眷隧道、斗米I隧道、斗米II隧道、斗米II隧道、斗米IV隧道、南清隧道、石崆山隧道等隧道的照明通風(fēng)供電區域，其中萬(wàn)松關(guān)隧道及石山隧道2座隧道采用了配電室傳統供電方式而風(fēng)霜嶺隧道、大龍頭山隧道、后眷隧道、斗米II隧道、斗米II隧道、斗米III隧道、斗米IV隧道、南清隧道等8座隧道采用中壓供電、地埋變配電的供電方式。

  隧道內的照明、風(fēng)機電源由中壓電能傳輸送電回路經(jīng)埋地變壓低壓側輸出400V等級電源，由防護式(TP55)配電柜配電，該低壓配電電路具有按隧道內照明和亮度調控需要設計節能輸出8個(gè)回路和風(fēng)機軟起動(dòng)，風(fēng)向控制裝置，微型RTU實(shí)時(shí)采集裝置，能采集供電回路的實(shí)時(shí)電流、電壓、功率開(kāi)關(guān)分合情況，具有回路故障自動(dòng)報警功能，通過(guò) CANBUS端口與通信集中器通信，詳見(jiàn)電路原理圖。

 

  變電站：金山35Kv專(zhuān)用變1座。采用YJV22-3 ×50交聯(lián)電纜沿高速公路兩側直埋，供電半徑25公里。金山專(zhuān)用變電站采用綜合自動(dòng)化的一、二次保護裝置，進(jìn)出線(xiàn)開(kāi)關(guān)配備本地和遠程操作功能，保護回路的過(guò)流、過(guò)壓、零序保護由CPU控制，具有當地整定和遠程整定功能，由RTU實(shí)時(shí)采集電壓、電流、有功、無(wú)功、功率、電量頻率，斷路器的位置，儲能狀態(tài)，隔離刀閘位置，主變的運行溫度、差動(dòng)保護、負荷情況，后備保護電路和自動(dòng)投切備用設備等電氣量，經(jīng)自動(dòng)化系統主機網(wǎng)口直接與無(wú)人站交換機相應網(wǎng)口連接，接口設備為網(wǎng)線(xiàn)。

收費站、服務(wù)區、停車(chē)區：龍文收費站、薌城收費站、南靖收費站、金山收費站、和溪收費站；朝陽(yáng)停車(chē)區、金山停車(chē)區等7個(gè)配電室。收費所和停車(chē)區采用GB-9型干式變壓器。

3.2.2電力監控自動(dòng)化系統構成

  電力監控自動(dòng)化系統中心主站系統：選擇多機單網(wǎng)系統結構，設置網(wǎng)絡(luò )交換機，1臺數據服務(wù)器，2個(gè)工作站，1個(gè)維護站，1臺數據通信機，并配有打印機等。

電力監控自動(dòng)化系統通信系統：包括電力監控自動(dòng)化系統通信主干網(wǎng)與分站點(diǎn)內部通信兩部分，其中通信主干網(wǎng)采用光纖以太網(wǎng)，由高速公路通信系統平臺提供。

分站點(diǎn)各類(lèi)微機（保護）測控裝置及當地監控系統。由監控主機，1面工作臺，1臺針式打印機，1套UPS等組成。

3.3 系統主要功能

3.3.1電力監控自動(dòng)化系統中心主站系統

  通過(guò)智能交通的通信平臺來(lái)傳送實(shí)時(shí)采集的高速公路供配電系統運行信息，對收費所、停車(chē)區、服務(wù)區、隧道通風(fēng)照明等供電設備的運行狀態(tài)、進(jìn)線(xiàn)、出線(xiàn)、變壓器、備用回路進(jìn)行實(shí)時(shí)遠程監控，對故障動(dòng)作信號及時(shí)采集，分析，加速供電網(wǎng)故障處理，通過(guò)對系統各段母線(xiàn)電壓實(shí)時(shí)監控，及時(shí)自動(dòng)調整，確保設備供電源穩定性和可靠不間斷，實(shí)現全路供配電設施的遙測、遙信、遙控、遙調的四遙功能。

3.3.2當地監控系統

  通過(guò)當地監控主機(IPO將數據采集、SCADA、數據庫管理等三大邏輯功能融于一體；實(shí)現與直流屏、數字電度、系列保護測控裝置等站內數字化裝置通信；實(shí)現系統工況監視、主接線(xiàn)圖監視主畫(huà)面、實(shí)時(shí)數據和信號列表顯示、限值改及人工置數、事件處理。系統的事件包括：開(kāi)關(guān)變位，故障跳閘，事件發(fā)生后將自動(dòng)引發(fā)如下行為：畫(huà)面、聲音報警，報警文字信息顯示，報警打印，記錄人庫，歷史信息查詢(xún)功能，曲線(xiàn)生成功能，打印功能，運行報表，路器制功能，保護整定，由網(wǎng)絡(luò )接口與電力監控自動(dòng)化系統中心主站通信。

3.3.3主要設備裝置功能

  集中RTU柜裝置：集中RTU柜裝置具有遠方功能和本地功能。

遠方功能：實(shí)現交/直流模擬量、開(kāi)關(guān)量、脈沖量及數字量的實(shí)時(shí)處理與傳輸；實(shí)現開(kāi)關(guān)變位的優(yōu)先插人傳送 (CDT方式）及事件記錄的傳送；實(shí)現控制命令的接收與執行；實(shí)現RTU運行參數及狀態(tài)的遠方監視與修改；實(shí)現各裝置信息的處理與轉發(fā)；通過(guò)網(wǎng)絡(luò )端口與監控中心通信。

本地功能：實(shí)現交、直流模擬量、開(kāi)關(guān)量、脈沖量及數字量的處理與監視；實(shí)現14寸一體化工作站及觸摸鍵盤(pán)構成友好人1機界面，菜單指引操作，表格圖形方式顯示實(shí)時(shí)采集數據及各種參數設置；實(shí)現通訊報文監視；實(shí)現與各類(lèi)數字化裝置通信以構成無(wú)人值班系統。

  微型RTU裝置：微型RTU裝置主要功能為交流采樣采集地埋變壓器400v主回路IA，1B,IC； UA,UB ,UC；P, Q，COSQ，F及溫度T；采集地埋變出線(xiàn)柜內各斷路器，接觸器等輔助接點(diǎn)及脫扣動(dòng)作信號；實(shí)現對電動(dòng)開(kāi)關(guān)的遙控操作；通過(guò)CANBUS端口與通信集中器通信。

  通信集中器：配有網(wǎng)絡(luò )(RJ-45 )端口，RS-485端口、RS-232端口和4個(gè)CANBUS端口，通過(guò)CANBUS端口實(shí)現對各端采集裝置按照微型RTU協(xié)議采集數據與信息，經(jīng)網(wǎng)絡(luò )(RJ-45）端口轉發(fā)到遠程監控中心，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò )(RJ-45）端口接受遠程監控中心下發(fā)的命令轉發(fā)到對應的獨立裝置執行，還配備液晶的人機界面，可以設置IP號，向下通信速率等。

微機風(fēng)機保護裝置：微機風(fēng)機保護裝置具有短路、堵轉、電流不平衡、接地、缺相、過(guò)/欠壓及過(guò)負荷等多種數字式保護功能，滿(mǎn)足直接啟動(dòng)、可逆啟動(dòng)及軟啟動(dòng)等啟動(dòng)方式；采集電動(dòng)機回路的三相電流、電壓、功率因數、有功功率、無(wú)功功率等及有功、無(wú)功等多種電參數的測量。

  數據庫：采用將實(shí)時(shí)數據與商用關(guān)系數據相結合的模式，應用CAD技術(shù)使全系統的用電量、計量、設備運行狀態(tài)、故障處理情況、格式化常年保存，負責其他運行系統在啟動(dòng)時(shí)的實(shí)時(shí)數據庫狀態(tài)恢復功能（前置機節點(diǎn)除外）；提供系統管理功能，以保持實(shí)時(shí)數據庫全系統的一致性；具有定期打印和召測打印的雙重功能，并設有重要數據自動(dòng)備份功能。同時(shí)具有統計、查詢(xún)、歷史數據分析和計算等功能。

工作站SCADA：系統在提供的監控人機界面上，以圖形、表格、曲線(xiàn)、聲音和動(dòng)畫(huà)的方式顯示電網(wǎng)各監控站點(diǎn)及電網(wǎng)中壓系統的當前、歷史數據信息和報警信息，并通過(guò)歷史數據庫形成反映趨勢的曲線(xiàn)，以及各種報表信息，主要功能以畫(huà)面為單位組織。

3.4 系統*性

  電力監控自動(dòng)化的*性主要有以下幾方面。

3.4.1提高供電質(zhì)量提高電壓合格率

  由于在變電站綜合自動(dòng)化系統中包括有電壓、無(wú)功自動(dòng)控制功能，故對于具備有載調壓變壓器和無(wú)功補償電容器的變電站，可以大大提高電壓合格率，保證電力系統主要設備和各種電器設備的安全，使無(wú)功潮流合理，降低網(wǎng)損，節約電能損耗。

3.4.2提高用電設備的安全運行

  電力監控自動(dòng)化系統中的各子系統，絕大多數都是由微機組成的，它們多數具有故障診斷功能。除了微機保護能迅速發(fā)現被保護對象的故障并切除故障外，還兼有監視其控制對象工作是否正常的功能，發(fā)現其工作不正常及時(shí)發(fā)出告警信息。更為重要的是，微機保護裝置和微機型自動(dòng)裝置具有故障自診斷功能，高速公路上各種電器設備用電的可靠性大大提高。

3.4.3提高電力系統的運行、管理水平

  電力監控實(shí)現自動(dòng)化后，監視、測量、記錄、抄表等工作都由計算機自動(dòng)進(jìn)行，既提高了測量的精度，又避免了人為的主觀(guān)干預，運行人員只要通過(guò)觀(guān)看電腦屏幕，對變電站主要設備和各輸、配電線(xiàn)路的運行工況和運行參數便一目了然，大大提高運行管理水平。

3.4.4集中技術(shù)力量，提高故障點(diǎn)修復的時(shí)效性，實(shí)現減人增效

  由于電力監控自動(dòng)化系統中，各子系統有故障自診斷功能，系統內部有故障時(shí)能自檢出故障部位，縮短了維修時(shí)間。微機保護和自動(dòng)裝置的定值又可在線(xiàn)讀出檢查，可節約定期核對定值的時(shí)間，而監控系統的抄表、記錄自動(dòng)化，值班員可不必定時(shí)抄表、記錄，可實(shí)現少人值班，達到減人增效的目的。

4.1電力監控介紹

  電力監控系統主要針對隧道變電所、箱式變電站、收費站和服務(wù)區變電所，對變電所高壓回路配置微機保護裝置及多功能儀表、UPS、EPS和發(fā)電機進(jìn)行保護和監控，主要是服務(wù)對象為高速公路供配電系統的維護人員，對實(shí)時(shí)性要求較高。

高速公路電力監控對高速公路沿線(xiàn)的變電站內的高低壓配電設備、發(fā)電機、變壓器、UPS、EPS、外場(chǎng)照明、隧道內的理地式變壓器與照明 、通風(fēng)及排水等機電設備進(jìn)行實(shí)時(shí)分布式監控和集中管理,實(shí)現無(wú)人值守,確保高速公路安全暢通 , 提高自動(dòng)化管理水平,降低機電設備的運行維護成本 。

高速公路電力監控包括隧道變電所、服務(wù)區變電所、收費站變電所、沿線(xiàn)箱式變電站、互通樞紐、路燈電源、風(fēng)機控制箱等區域的電力綜合監控。

4.2高速公路供配電監控云平臺

  高速公路監控中心主要任務(wù)為確保高速公路路的各個(gè)子系統及操控設備能正常運轉，并在發(fā)生事故時(shí)能迅速反應處理，因此高速公路監控中心就是整個(gè)高速公路安全管控系統的神經(jīng)中樞，通過(guò)自動(dòng)化監視與偵測設備，將高速公路上任一設備的狀況迅速傳遞收集于監控中心中，使管理人員可以隨時(shí)輕易的掌握所有情況。 

系統采集高速公路供電系統內各個(gè)智能設備的信息，有異常時(shí)通過(guò)短信或APP推送報警信號，并且可以派發(fā)工單，并且進(jìn)行跟蹤閉環(huán)處理。

4.2.1平臺登錄

  軟件采用B/S架構，用瀏覽器打開(kāi)云平臺鏈接、輸入賬戶(hù)名和權限密碼，進(jìn)行登錄，防止未人員瀏覽有關(guān)信息。

4.2.2平臺導航

  平臺主頁(yè)顯示用戶(hù)管理變配電站的概況，包括用能月報、選定的變配電站狀態(tài)、變壓器狀態(tài)、運維中心、看板。

變電站狀態(tài)

  變電站狀態(tài)包括概況、運行狀態(tài)、當日事件記錄、當日逐時(shí)用電曲線(xiàn)、用電概況。

  變壓器狀態(tài)

  變壓器狀態(tài)支持用戶(hù)查詢(xún)所有或某個(gè)站所的變壓器功率、負荷率、等運行狀態(tài)數據，支持按負荷率、功率等升、降序排名。

  運維中心

  運維中心展示當前用戶(hù)管理的有關(guān)變電所在地圖上位置及總量信息。

 

 

 

 

4.2.3電力監測

  電力監測包括電力數據、變壓器監測、運行報表、配電圖、電力值表、運行日報、平均功率因數監視和統計頁(yè)面。 

4.2.4用電分析

  用電分析包括用能報表、同比分析、環(huán)比分析、電能集抄、計量及線(xiàn)路損耗。

用能報表

  用能報表顯示各回路的用能數據，包括日報、月報、年報，日報顯示分時(shí)用能，月報顯示分日用能，年報顯示分月用能，報表可以導出。

4.2.5事件記錄

  事件記錄方便運維人員查看分析設備如斷路器合分、門(mén)開(kāi)門(mén)關(guān)、電流電壓越限告警、煙霧報警、氣體濃度越限報警、浸水報警、故障告警、短信志、平臺運行日志等記錄。

4.2.6安全用電

  安全用電包括漏電監測和線(xiàn)纜溫度監測。

  漏電監測

  漏電監測展示選中變配電站的漏電流和線(xiàn)纜溫度及報警狀況。

  線(xiàn)纜溫度監測

  線(xiàn)纜溫度監測界面展示了選中變配電站的線(xiàn)纜溫度，選中需查看的監測點(diǎn)，點(diǎn)擊查詢(xún)可以查看線(xiàn)纜溫度的歷史數據

4.2.7運行環(huán)境

  運行環(huán)境包括環(huán)境監測、視頻監控、環(huán)境溫濕度、儀表通訊狀態(tài)、網(wǎng)關(guān)通信狀態(tài)、視頻監控、視頻設備狀態(tài)等。

  環(huán)境監測

  環(huán)境監測展示了變配電站內的環(huán)境狀態(tài)，包括環(huán)境溫濕度、水浸、煙霧、門(mén)狀態(tài)等信息。

  視頻監控

  視頻監控展示了當前實(shí)時(shí)畫(huà)面（視頻直播），選中某一個(gè)變配電站，即可查看該變配電站內視頻信息。

  環(huán)境溫濕度

  環(huán)境溫濕度展示變電所內儀表記錄的環(huán)境溫濕度信息，并可導出為excel。

  視頻設備狀態(tài)

  視頻設備狀態(tài)展示了變電所內視頻設備的在線(xiàn)情況。

4.2.8設備控制

  設備控制包括遙控定義、照明控制以及控制操作日志。

  照明控制

  照明控制可以控制燈泡的亮滅，選擇“變配電站"，點(diǎn)擊勾選要控制的設備，點(diǎn)擊“控制"按鈕，在彈出層選擇設備狀態(tài)，點(diǎn)擊“確定"。

4.2.9設備管理

  設備管理包括設別定義、設備檔案和設備報表，在設備檔案中對變電所設備進(jìn)行維護處理。

  設備檔案

  設備檔案中選擇變電所，對設備定義的模板進(jìn)行導入 ，有新增、修改、刪除、復制等操作，對變電所設備進(jìn)行維護管理。

  設備報表

  設備報表展示了各個(gè)變電所的設備狀況，并根據設備檔案中填寫(xiě)的安裝時(shí)間和質(zhì)保期得出建議更換時(shí)間，并在舉例建議更換時(shí)間7天內提示用戶(hù)更換設備。

4.2.10運維管理

  運維管理包括任務(wù)管理、巡檢記錄、缺陷記錄三部分，其中任務(wù)管理可以完成任務(wù)的創(chuàng )建、發(fā)布、任務(wù)完成情況查詢(xún)；巡檢記錄是巡檢任務(wù)的執行情況和執行明細，缺陷記錄是消缺任務(wù)創(chuàng )建、發(fā)布、完成狀態(tài)情況查詢(xún)。

  任務(wù)管理

  任務(wù)管理頁(yè)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(diǎn)擊查看任務(wù)查看具體的巡檢信息。

  巡檢記錄

  巡檢記錄顯示了巡檢任務(wù)的完成情況，以及巡檢詳情。

  缺陷記錄

  缺陷記錄記錄了各個(gè)變電所運維巡檢過(guò)程中上傳的缺陷信息。

4.2.11APP支持

  電力運維手機支持“監控系統"、“設備檔案"、“待辦事項"、“巡檢記錄"、“缺陷記錄"、“文檔管理"和“用戶(hù)報告"七大模塊，支持一次圖、需量、用電量、視頻、曲線(xiàn)、溫濕度、同比、環(huán)比、電能質(zhì)量、各種事件報警查詢(xún)，設備檔案查詢(xún)、待辦事件處理、巡檢記錄查詢(xún)、用戶(hù)報告、文檔管理等。

  電力監控自動(dòng)化管理實(shí)現了各站點(diǎn)無(wú)人值守、技術(shù)力量集中化，提高了故障修復時(shí)效性，可以說(shuō)是智能交通設備系統正?？煽窟\行的重要管理手段，是高速公路運營(yíng)管理、提高經(jīng)濟效益的保證。通過(guò)實(shí)踐驗證，復用ITS通信平臺，實(shí)時(shí)傳送供配電信息，可以實(shí)現自動(dòng)化管理，同時(shí)提高經(jīng)濟效益，方便運營(yíng)維護管理，實(shí)現減人增效、節能增效等顯著(zhù)的經(jīng)濟效益。實(shí)踐證明，采用電力監控智能管理是可行的。

 

參考文獻:

[1]方見(jiàn)慈.山區高速公路供配電智能管理.

[2] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊，2020.06

 

韓歡慶，女，安科瑞電氣股份有限公司，主要從事配電監控云平臺的研發(fā)與應用，