摘要：隨著(zhù)高速公路數量的增加，高速公路沿線(xiàn)的收費站、互通樞紐、服務(wù)區、隧道等配置的供配電、照明、通風(fēng)、排水等機電設備的數量急聚增加，傳統的人工管理高速公路沿線(xiàn)機電設備的方式已遠遠不能滿(mǎn)足高速公路交通安全暢通的要求。綜合電力監控系統對高速公路沿線(xiàn)的變電站內的高低壓配電設備、發(fā)電機、變壓器、UPS、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)分布式監控和智能化集中管理，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，節約能源均具有十分重要的意義。 

關(guān)鍵詞 ： 高速公路 ； 電力監控 ； 智能化

       最近幾年來(lái)，中國交通事業(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)現了各城市之間的溝通交流，還間接推動(dòng)了中國社會(huì )經(jīng)濟的快速發(fā)展。在中國高速公路向著(zhù)智能化和電力化發(fā)展的今天，電力控制智能化技術(shù)逐漸得到了廣泛應用和快速發(fā)展，從整體這一角度來(lái)看，目前應用已經(jīng)接近成熟，不僅促進(jìn)了高速公路運輸能力的增強，實(shí)現 高速公路使用壽命的延長(cháng)，同時(shí)在電量負擔方面也實(shí)現了有效減少。

       在以往高速公路沿線(xiàn)的收費站、互通樞紐、服務(wù)區、隧道或隧道群變電站或隧道監控室 全部靠人工進(jìn)行日常表計抄錄、操作控制、日常維護、故障巡查等。因此，每個(gè)變電站或隧道監控都要配備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控系統需求如下：實(shí)時(shí)監視高速公路全線(xiàn)關(guān)鍵設備的工作狀態(tài)和故障報警，如市電停電或高壓柜故障、發(fā)電機故障、收費站尸故障、隧道埋地變故障、隧道風(fēng)機故障等確保高速公路安全暢通。

       對全線(xiàn)變電站的高低壓供配電設備、外場(chǎng)及隧道照明、 隧道通風(fēng)等設備進(jìn)行遙信、遙測與遙控。 

       對變電站的高低壓配電室、發(fā)電機室及隧道進(jìn)行視頻遙視，變電站偷盜報警及外場(chǎng)電力或照明電纜偷盜報警。 

       對變電站高低壓配電室和發(fā)電機室進(jìn)行溫度遙測，并根據測量溫度控制室內通風(fēng)風(fēng)機；對隧道一氧化碳進(jìn)行遙測，并根據一氧化碳濃度對隧道風(fēng)機進(jìn)行啟?？刂?。 

       全線(xiàn)各站點(diǎn)實(shí)現無(wú)人值守，故障自動(dòng)定位。

       系統監控數據、視頻及報警信息滿(mǎn)足高速公路分布式實(shí)時(shí)遠程傳輸要求。

       系統滿(mǎn)足高速公路所處環(huán)境和管理運行所要求的可靠性與安全性要求。

系統與高速公路運行管理模式相適應，全線(xiàn)綜合電力監控數據無(wú)紙記錄，自動(dòng)統計，自動(dòng)顯示與打印。

2.1 在節能性方面發(fā)揮的作用 

       電力系統作為高速公路運行中的一個(gè)重要組成部分，其運行周期須要保證連續性。所以從系統運行對電能的需求這一角度來(lái)看，基于電力智能化技術(shù)的合理應用下，可以充分發(fā)揮出系統運行的節能性，具體可以從以下 2 個(gè)方面來(lái)看：①將電力系統在實(shí)際運行過(guò)程中受無(wú)功損耗影響而導致成本過(guò)高這一問(wèn)題做到有效避免或減少；②在提高電力系統運行效率的同時(shí)，還可以實(shí)現高速公路運營(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的概率也要相對更大一些，因此，須要實(shí)現智能化操作。在智能化操作中電力監控智能化管理技術(shù)的應用，其主要作用就是保障電力系統運行的可靠性。在這一過(guò)程中通過(guò)將自動(dòng)化傳感系統、控制系統及觸發(fā)式系統聯(lián)合使用，在一 定程度上能夠將人工操作誤差有效避免，同時(shí)還可以實(shí)現對電力系統的實(shí)時(shí)監控，及時(shí)發(fā)現問(wèn)題并作出有效調控。 

2.3 在遠程控制方面發(fā)揮的作用 

       從中國當前的高速公路運行中可以看到，普遍存在超運行負荷這一問(wèn)題。從高速公路電力系統故障這一角度來(lái)看，受超運行負荷影響導致某一區域發(fā)生電力故障，這種情況下就可以應用電力監控智能化管理技術(shù)，借助其中智能化控制系統和網(wǎng)絡(luò )通信系統的應用，可以將局部故障設施設備進(jìn)行有效隔離，防止對其他區域的供電情況和高速公路運行造成影響。另一方面，從遠程控制的操作響應周期這一角度來(lái)看，當遠程控制操作指令下達后的數秒內就可以作出響應， 及時(shí)有效解決故障問(wèn)題，將故障問(wèn)題所帶來(lái)的損失降低。

       高速公路綜合電力監控系統設計由監控中心、系統主干傳輸網(wǎng)絡(luò )、 現場(chǎng)監控子系統設計以及系統可靠性與安全性設計等組成系統結構如下圖所示。

       電力監控系統采用分層分布式設計，可分為三層：站控管理層、網(wǎng)絡(luò )通信層和現場(chǎng)設備層。根據用戶(hù)用電規模、用電設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：站控管理層一般設于中心變電站值班室或者其它地方，包含監控計算機、網(wǎng)絡(luò )交換機、打印機、UPS、對時(shí)裝置、遠動(dòng)裝置以及監控軟件。站控管理層計算機可以放置于值班室的操作臺面上，也可以安裝于網(wǎng)絡(luò )機柜組成監控屏。

       網(wǎng)絡(luò )通信層：包含通信采集器、光端機以及用于和站控層連接的其它網(wǎng)絡(luò )設備，安裝于通信采集箱，通信采集箱和現場(chǎng)設備層裝置就近安裝，掛墻明裝。通信層是一個(gè)承上啟下的物理層，負責把設備層裝置的信息傳送給站控層，并且把站控層的命令下達給設備層裝置。

       現場(chǎng)設備層：包含高低壓柜上的保護裝置、智能操控裝置、多功能儀表、無(wú)線(xiàn)測溫裝置、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控系統的設備。

1.微機保護裝置

       AM系列微機綜合保護裝置具有較強的數據處理、邏輯運算和信息存儲能力，可為35kV及以下電壓等級的進(jìn)線(xiàn)、饋線(xiàn)、變壓器、高壓電動(dòng)機、高壓電容器等對象提供過(guò)負荷、低電壓、過(guò)電壓、熱過(guò)載、非電量等保護功能。

       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。方便的根據現場(chǎng)變化調整保護設定值，使平臺可遠程監視和控制配電回路運行狀態(tài)，提高配電和用電可靠性。

2.電能質(zhì)量在線(xiàn)監測裝置

       10kV、0.4kV進(jìn)線(xiàn)電能質(zhì)量監測裝置采用APview500，采用了高性能多核平臺和嵌入式操作系統，遵照IEC61000-4-30《測試和測量技術(shù)-電能質(zhì)量測量方法》中規定的各電能質(zhì)量指標的測量方法進(jìn)行測量，集諧波分析、波形采樣、電壓暫降/暫升/中斷、閃變監測、電壓不平衡度監測、事件記錄、測量控制等功能為一體。裝置在電能質(zhì)量指標參數測量方法的標準化和指標參數的測量精度以及時(shí)鐘同步、事件標記功能等各個(gè)方面均達到了 IEC61000-4-30 A 級標準，能夠滿(mǎn)足 110kV 及以下供電系統電能質(zhì)量監測的要求。

       裝置可以監測電網(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,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、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(kāi)關(guān)柜操控裝置采用ASD500，它以一體化布局配套于開(kāi)關(guān)柜，簡(jiǎn)化了開(kāi)關(guān)柜的面板設計，美化了面板布局。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、驗電核相、二次回路電壓值顯示、人體感應帶電提示及柜內照明、語(yǔ)音防誤提示、時(shí)間日期顯示、遠方/就地操作、分合閘操作、手動(dòng)/自動(dòng)儲能、4-20mA輸出、USB升及、RS485、以太網(wǎng)遠程通信等功能外，還具有電力綜合參數測量功能，測量參數為：三相電壓、三相電流、功率因數、有功功率計量、無(wú)功功率計量，使開(kāi)關(guān)柜進(jìn)一步智能化、網(wǎng)絡(luò )化、數字化。另外可以接入無(wú)線(xiàn)測溫傳感器數據，就地顯示各電氣接點(diǎn)溫度。

       以廣西賀州至巴馬高速公路（都安至巴馬段）項目為例，配電房及箱變共計59個(gè)，其中40個(gè)隧道配電房，5個(gè)收費站配電房，3個(gè)服務(wù)區配電房，3個(gè)停車(chē)區配電房，1個(gè)監控中心配電房，7個(gè)沿線(xiàn)箱變；實(shí)現對高速公路各個(gè)變電所的用電監控與管理。監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(wú)功補償、發(fā)電機控制屏、油箱液位儀、風(fēng)機軟啟動(dòng)器和照明控制器。

1.全路段監控

       沿途數十個(gè)配電房繪制在一張K線(xiàn)圖里面，點(diǎn)擊每個(gè)站跳轉相關(guān)配電圖畫(huà)面顯示，使整條高速公路的配電系統一圖掌握；

2.10kV回路保護和監測

       10kV回路保護和監測主要針對變電所10kV回路的保護、遙測、遙信和遙控功能，通過(guò)系統圖可以實(shí)時(shí)反饋10kV配電系統的運行狀況。

3.0.4kV回路保護和監測

       0.4kV回路保護和監測主要針對配電室0.4kV回路的保護、遙測、遙信和遙控功能，通過(guò)系統圖可以實(shí)時(shí)反饋0.4kV配電系統的運行狀況。

4.變壓器監測

       變壓器運行監控，展示變壓器運行過(guò)程中電壓，有功功率、無(wú)功功率、負荷等數據。

5.應急電源監測

       柴油發(fā)電機、UPS、EPS(消防應急電源)監測。

6.環(huán)境監測

       氣體、煙感、水浸、紅外雙鑒、視頻、氣候、視頻監測風(fēng)機/空調/水泵控制、聲光報警。

7.事件報警

       分類(lèi)分級報警，SOE事件，網(wǎng)關(guān)儀表、平臺的運行狀態(tài)報警。

8.能耗統計

       查詢(xún)今日用能、昨日同期用能、當月用能、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。

       

       同比分析：根據能源類(lèi)型、企業(yè)節點(diǎn)、時(shí)間查詢(xún)各年同比數據。

       環(huán)比分析：根據能源類(lèi)型、企業(yè)節點(diǎn)、時(shí)間查詢(xún) 日、周、月、季度環(huán)比數據。

9.運維管理

       設備管理：電子檔案資料、設備狀態(tài)監測、靈活分組分類(lèi)、巡檢條目自定義、二維碼綁定維護、設備老化分析報告。

       設備維護：在用戶(hù)維護設備的質(zhì)保期與安裝時(shí)間后對設備是否超長(cháng)時(shí)間運行與過(guò)期運行進(jìn)行檢測，提醒用戶(hù)及時(shí)查看或更換相應設備，并提示維修或更換建議。

       運維派單：流程化運維巡檢、自動(dòng)發(fā)布任務(wù)、巡檢節點(diǎn)跟蹤、缺陷處理跟進(jìn)、報警聯(lián)動(dòng)消警、平臺、APP通知。

       專(zhuān)家報告：月度報告、內容可在線(xiàn)編輯、定期郵箱發(fā)送、變電所環(huán)境監控、數據分析與評估、整改建議參考

       高速公路綜合電力監控系統設計充分考慮了高速公路的特殊性和系統所處的環(huán)境要求，采用先進(jìn)成熟的光纖主干環(huán)網(wǎng)技術(shù)和現場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，自動(dòng)控制技術(shù)，數字視頻及信息傳輸處理技術(shù)，對高速公路全線(xiàn)供配電，照明，除道通風(fēng)、排水等機電設備實(shí)行全線(xiàn)或全路網(wǎng)分布式監控和集中管理。該項系統技術(shù)已成功應用于都巴高速公路工程的綜合電力監控系統工程，實(shí)現了對全線(xiàn)59個(gè)變電站的全自動(dòng)化監控，實(shí)現無(wú)人值守，對于確保滬寧高速安全暢通、節省系統運行維護成本，節省能源消耗、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。

[1] 吳寶財.高速公路緣合電力監控系統設計.2006.

[2] 王 誠.高速公路電力監控智能化創(chuàng )新管理技術(shù)研究.創(chuàng )新與科技.2022.