劉細鳳

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是途經高山峻嶺，隧道多、橋梁多，地處經濟較不發達區，路線長，ITS站點用電點分散、用電負荷少、地方電網供電設施不完整，小水電站供電電能質量差，防雷設施簡陋，供配電系統管理的站點多，人員分散，技術力量薄弱，線路維護、檢修困難，ITS設備隧道通風照明供電設施常因供電不可靠、突然停電或雷擊帶來機毀，控制電路中斷，給收費、道路監控帶來不少損失，嚴重威脅著高速公路的運營。

針對上述情況，務必充分認識到高速公路ITS設施在高速公路經濟運營的重要位置，而要確保ITS設備的可靠運行，充分發揮設備的技術優勢，關鍵是供電電源質量要有優質不間斷的供電電源，就須從供電系統的設置和智能管理著手。

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供電的新辦法，即對高速公路沿途所經的地段充分調查當地電力網的供電分布情況，將大電力網的可靠電源用專線引接，對智能交通設備供電。為節約投資成本，我們可以把沿線的收費所、服務區、停車區、隧道、大型橋梁等根據外電源的分布情況，分成若干個集中供電區，采用自建變電所、開關站與大電網接電，將、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裝置采集的實時信息和監控指令，以及高速35Kv綜合自動化監控信息，實現遠程自動化管理，實現全線無人值守，只需在監控分進行操作管理。

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，經數字轉換，上傳至電力監控室。通過對收費站、停車區、服務區、隧道照明通風等供電設備的運行狀態及對進線、出線、變壓器等狀態的監視，對故障動作信號的采集，可以加快對電網事故的反映和處理速度，縮短故障的停電時間；通過對系統各級段母線電壓實時采集，使電壓合格率進一步提升，為電氣設備穩定運行打下堅實的基礎；對電能量及電度的采集可以了解系統各負荷及總負荷變化及耗電成本；通過監控主站還可以遠程遙控分合相應開關回路（尤其是照明通風及環網點，雙電源切換開關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例介紹如下。 

3.1 系統介紹 

  漳龍高速公路漳州段全長79.413公里，起于沈海國道主干線廈漳高速公路長洲互通，經龍海市、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。本段設有萬松關隧道（L=1318m）、風霜嶺隧道（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45公里的9座隧道、3個收費所、1個停車區提供不間斷、可靠、穩定的優質電源。高速公路電力監控自動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，由該系統來完成高速公路運營管理中供配電系統（收費站、停車區、服務區、隧道照明通風）的管理自動化，利用該系統的微機智能集中監控功能達到全線路電力供配電管理智能，解放人力資源，實現全系統各站/所的無人值班。

3.2 系統構成

3.2.1監控對象

  通風區域：萬松關隧道、風霜嶺隧道、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供電區域，其中萬松關隧道及石山隧道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、風機電源由中壓電能傳輸送電回路經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個回路和風機軟起動，風向控制裝置，微型RTU實時采集裝置，能采集供電回路的實時電流、電壓、功率開關分合情況，具有回路故障自動報警功能，通過 CANBUS端口與通信集中器通信，詳見電路原理圖。

 

  變電站：金山35Kv變1座。采用YJV22-3 ×50交聯電纜沿高速公路兩側直埋，供電半徑25公里。金山變電站采用綜合自動化的一、二次保護裝置，進出線開關配備本地和遠程操作功能，保護回路的過流、過壓、零序保護由CPU控制，具有當地整定和遠程整定功能，由RTU實時采集電壓、電流、有功、無功、功率、電量頻率，斷路器的位置，儲能狀態，隔離刀閘位置，主變的運行溫度、差動保護、負荷情況，后備保護電路和自動投切備用設備等電氣量，經自動化系統主機網口直接與無人站交換機相應網口連接，接口設備為網線。

收費站、服務區、停車區：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；朝陽停車區、金山停車區等7個配電室。收費所和停車區采用GB-9型干式變壓器。

3.2.2電力監控自動化系統構成

  電力監控自動化系統主站系統：選擇多機單網系統結構，設置網絡交換機，1臺數據服務器，2個工作站，1個維護站，1臺數據通信機，并配有打印機等。

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

分站點各類微機（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電力監控自動化系統主站系統

  通過智能交通的通信平臺來傳送實時采集的高速公路供配電系統運行信息，對收費所、停車區、服務區、隧道通風照明等供電設備的運行狀態、進線、出線、變壓器、備用回路進行實時遠程監控，對故障動作信號及時采集，分析，加速供電網故障處理，通過對系統各段母線電壓實時監控，及時自動調整，確保設備供電源穩定性和可靠不間斷，實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；實現系統工況監視、主接線圖監視主畫面、實時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：開關變位，故障跳閘，事件發生后將自動引發如下行為：畫面、聲音報警，報警文字信息顯示，報警打印，記錄人庫，歷史信息查詢功能，曲線生成功能，打印功能，運行報表，路器制功能，保護整定，由網絡接口與電力監控自動化系統主站通信。

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：實現交/直流模擬量、開關量、脈沖量及數字量的實時處理與傳輸；實現開關變位的優先插人傳送 (CDT方式）及事件記錄的傳送；實現控制命令的接收與執行；實現RTU運行參數及狀態的遠方監視與修改；實現各裝置信息的處理與轉發；通過網絡端口與監控通信。

本地功能：實現交、直流模擬量、開關量、脈沖量及數字量的處理與監視；實現14寸一體化工作站及觸摸鍵盤構成友好人1機界面，菜單指引操作，表格圖形方式顯示實時采集數據及各種參數設置；實現通訊報文監視；實現與各類數字化裝置通信以構成無人值班系統。

  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；采集地埋變出線柜內各斷路器，接觸器等輔助接點及脫扣動作信號；實現對電動開關的遙控操作；通過CANBUS端口與通信集中器通信。

  通信集中器：配有網絡(RJ-45 )端口，RS-485端口、RS-232端口和4個CANBUS端口，通過CANBUS端口實現對各端采集裝置按照微型RTU協議采集數據與信息，經網絡(RJ-45）端口轉發到遠程監控，并通過網絡(RJ-45）端口接受遠程監控下發的命令轉發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。

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

  數據庫：采用將實時數據與商用關系數據相結合的模式，應用CAD技術使全系統的用電量、計量、設備運行狀態、故障處理情況、格式化常年保存，負責其他運行系統在啟動時的實時數據庫狀態恢復功能（前置機節點除外）；提供系統管理功能，以保持實時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備份功能。同時具有統計、查詢、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、聲音和動畫的方式顯示電網各監控站點及電網中壓系統的當前、歷史數據信息和報警信息，并通過歷史數據庫形成反映趨勢的曲線，以及各種報表信息，主要功能以畫面為單位組織。

3.4 系統*性

  電力監控自動化的*性主要有以下幾方面。

3.4.1提高供電質量提高電壓合格率

  由于在變電站綜合自動化系統中包括有電壓、無功自動控制功能，故對于具備有載調壓變壓器和無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，使無功潮流合理，降低網損，節約電能損耗。

3.4.2提高用電設備的運行

  電力監控自動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，發現其工作不正常及時發出告警信息。更為重要的是，微機保護裝置和微機型自動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

  電力監控實現自動化后，監視、測量、記錄、抄表等工作都由計算機自動進行，既提高了測量的精度，又避免了人為的主觀干預，運行人員只要通過觀看電腦屏幕，對變電站主要設備和各輸、配電線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集中技術力量，提高故障點修復的時效性，實現減人增效

  由于電力監控自動化系統中，各子系統有故障自診斷功能，系統內部有故障時能自檢出故障部位，縮短了維修時間。微機保護和自動裝置的定值又可在線讀出檢查，可節約定期核對定值的時間，而監控系統的抄表、記錄自動化，值班員可不必定時抄表、記錄，可實現少人值班，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和發電機進行保護和監控，主要是服務對象為高速公路供配電系統的維護人員，對實時性要求較高。

高速公路電力監控對高速公路沿線的變電站內的高低壓配電設備、發電機、變壓器、UPS、EPS、外場照明、隧道內的理地式變壓器與照明 、通風及排水等機電設備進行實時分布式監控和集中管理,實現無人值守,確保高速公路暢通 , 提高自動化管理水平,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、服務區變電所、收費站變電所、沿線箱式變電站、互通樞紐、路燈電源、風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

  高速公路監控主要任務為確保高速公路路的各個子系統及操控設備能正常運轉，并在發生事故時能迅速反應處理，因此高速公路監控就是整個高速公路管控系統的神經中樞，通過自動化監視與偵測設備，將高速公路上任一設備的狀況迅速傳遞收集于監控中，使管理人員可以隨時輕易的掌握所有情況。 

系統采集高速公路供電系統內各個智能設備的信息，有異常時通過短信或APP推送報警信號，并且可以派發工單，并且進行跟蹤閉環處理。

4.2.1平臺登錄

  軟件采用B/S架構，用瀏覽器打開云平臺鏈接、輸入賬戶名和權限密碼，進行登錄，防止未授權人員瀏覽有關信息。

4.2.2平臺導航

  平臺主頁顯示用戶管理變配電站的概況，包括用能月報、選定的變配電站狀態、變壓器狀態、運維、看板。

變電站狀態

  變電站狀態包括概況、運行狀態、當日事件記錄、當日逐時用電曲線、用電概況。

  變壓器狀態

  變壓器狀態支持用戶查詢所有或某個站所的變壓器功率、負荷率、等運行狀態數據，支持按負荷率、功率等升、降序排名。

  運維

  運維展示當前用戶管理的有關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面。 

4.2.4用電分析

  用電分析包括用能報表、同比分析、環比分析、電能集抄、計量及線路損耗。

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、門開門關、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用電

  用電包括漏電監測和線纜溫度監測。

  漏電監測

  漏電監測展示選中變配電站的漏電流和線纜溫度及報警狀況。

  線纜溫度監測

  線纜溫度監測界面展示了選中變配電站的線纜溫度，選中需查看的監測點，點擊查詢可以查看線纜溫度的歷史數據

4.2.7運行環境

  運行環境包括環境監測、視頻監控、環境溫濕度、儀表通訊狀態、網關通信狀態、視頻監控、視頻設備狀態等。

  環境監測

  環境監測展示了變配電站內的環境狀態，包括環境溫濕度、水浸、煙霧、門狀態等信息。

  視頻監控

  視頻監控展示了當前實時畫面（視頻直播），選中某一個變配電站，即可查看該變配電站內視頻信息。

  環境溫濕度

  環境溫濕度展示變電所內儀表記錄的環境溫濕度信息，并可導出為excel。

  視頻設備狀態

  視頻設備狀態展示了變電所內視頻設備的在線情況。

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"，點擊勾選要控制的設備，點擊“控制"按鈕，在彈出層選擇設備狀態，點擊“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行導入 ，有新增、修改、刪除、復制等操作，對變電所設備進行維護管理。

  設備報表

  設備報表展示了各個變電所的設備狀況，并根據設備檔案中填寫的安裝時間和質保期得出建議更換時間，并在舉例建議更換時間7天內提示用戶更換設備。

4.2.10運維管理

  運維管理包括任務管理、巡檢記錄、缺陷記錄三部分，其中任務管理可以完成任務的創建、發布、任務完成情況查詢；巡檢記錄是巡檢任務的執行情況和執行明細，缺陷記錄是消缺任務創建、發布、完成狀態情況查詢。

  任務管理

  任務管理頁面可以發布巡檢或消缺任務，查看巡檢或消缺任務的狀態和完成情況，可以點擊查看任務查看具體的巡檢信息。

  巡檢記錄

  巡檢記錄顯示了巡檢任務的完成情況，以及巡檢詳情。

  缺陷記錄

  缺陷記錄記錄了各個變電所運維巡檢過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“用戶報告"七大模塊，支持一次圖、需量、用電量、視頻、曲線、溫濕度、同比、環比、電能質量、各種事件報警查詢，設備檔案查詢、待辦事件處理、巡檢記錄查詢、用戶報告、文檔管理等。

  電力監控自動化管理實現了各站點無人值守、技術力量集中化，提高了故障修復時效性，可以說是智能交通設備系統正常可靠運行的重要管理手段，是高速公路運營管理、提高經濟效益的保證。通過實踐驗證，復用ITS通信平臺，實時傳送供配電信息，可以實現自動化管理，同時提高經濟效益，方便運營維護管理，實現減人增效、節能增效等顯著的經濟效益。實踐證明，采用電力監控智能管理是可行的。

 

參考文獻:

[1]方見慈.山區高速公路供配電智能管理.

[2] 安科瑞企業微電網設計與應用手冊，2020.06

 

劉細鳳，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與應用，