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王蘭
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
1 山區(qū)高速公路供配電運行管理的特點和存在的問題
目前山區(qū)高速公路的特點是途經(jīng)高山峻嶺，隧道多、橋梁多，地處經(jīng)濟較不發(fā)達區(qū)，路線長，ITS站點用電點分散、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，防雷設施簡陋，供配電系統(tǒng)管理的站點多，人員分散，技術(shù)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(jiān)控帶來不少損失，嚴重威脅著高速公路的安全運營。
針對上述情況，務必充分認識到高速公路ITS設施在高速公路安全經(jīng)濟運營的重要位置，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(tǒng)的設置和智能管理著手。
2 供配電系統(tǒng)智能管理的新舉措
2.1集中智能管理
鑒于上述傳統(tǒng)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(diào)查當?shù)仉娏W(wǎng)的供電分布情況，將大電力網(wǎng)的可靠電源用專線引接，對智能交通設備供電。為節(jié)約投資成本，我們可以把沿線的收費所、服務區(qū)、停車區(qū)、隧道、大型橋梁等根據(jù)外電源的分布情況，分成若干個集中供電區(qū)，采用自建變電所、開關(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(jiān)控RTU裝置采集的實時信息和監(jiān)控指令，以及高速專用35Kv綜合自動化監(jiān)控信息，實現(xiàn)遠程自動化管理，實現(xiàn)全線無人值守，只需在監(jiān)控分中心進行操作管理。
2.2復用ITS通信平臺
復用高速公路收費、監(jiān)控、通信三大系統(tǒng)的通信通道平臺，利用通訊集中器把各處信號集中起來，經(jīng)數(shù)字轉(zhuǎn)換，上傳至電力監(jiān)控室。通過對收費站、停車區(qū)、服務區(qū)、隧道照明通風等供電設備的運行狀態(tài)及對進線、出線、變壓器等狀態(tài)的監(jiān)視，對故障動作信號的采集，可以加快對電網(wǎng)事故的反映和處理速度，縮短故障的停電時間；通過對系統(tǒng)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(wěn)定運行打下堅實的基礎(chǔ)；對電能量及電度的采集可以全面了解系統(tǒng)各負荷及總負荷變化及耗電成本；通過中心監(jiān)控主站還可以遠程遙控分合相應開關(guān)回路（尤其是照明通風及環(huán)網(wǎng)點，雙電源切換開關(guān)等后這樣不僅可以充分利用現(xiàn)有資源，而且可以大大降低成本。
3 實例
本文以福建省漳龍高速公路已投運的供配電系統(tǒng)智能管理為實例介紹如下。
3.1 系統(tǒng)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(jīng)龍海市、龍文區(qū)、薌城區(qū)、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(guān)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(qū)提供不間斷、安全可靠、穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)電源。高速公路電力監(jiān)控自動化系統(tǒng)是漳龍高速公路漳州段供配電系統(tǒng)的重要組成部分，由該系統(tǒng)來完成高速公路運營管理中供配電系統(tǒng)（收費站、停車區(qū)、服務區(qū)、隧道照明通風）的管理自動化，利用該系統(tǒng)的微機智能集中監(jiān)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(xiàn)全系統(tǒng)各站/所的無人值班。
3.2 系統(tǒng)構(gòu)成
3.2.1監(jiān)控對象
通風區(qū)域：萬松關(guān)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(qū)域，其中萬松關(guān)隧道及石山隧道2座隧道采用了配電室傳統(tǒng)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(nèi)的照明、風機電源由中壓電能傳輸送電回路經(jīng)埋地變壓低壓側(cè)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(nèi)照明和亮度調(diào)控需要設計節(jié)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(guān)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專用變1座。采用YJV22-3 ×50交聯(lián)電纜沿高速公路兩側(cè)直埋，供電半徑25公里。金山專用變電站采用綜合自動化的一、二次保護裝置，進出線開關(guān)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?shù)卣ê瓦h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(tài)，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(jīng)自動化系統(tǒng)主機網(wǎng)口直接與無人站交換機相應網(wǎng)口連接，接口設備為網(wǎng)線。
收費站、服務區(qū)、停車區(qū)：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(qū)、金山停車區(qū)等7個配電室。收費所和停車區(qū)采用GB-9型干式變壓器。
3.2.2電力監(jiān)控自動化系統(tǒng)構(gòu)成
電力監(jiān)控自動化系統(tǒng)中心主站系統(tǒng)：選擇多機單網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，設置網(wǎng)絡交換機，1臺數(shù)據(jù)服務器，2個工作站，1個維護站，1臺數(shù)據(jù)通信機，并配有打印機等。
電力監(jiān)控自動化系統(tǒng)通信系統(tǒng)：包括電力監(jiān)控自動化系統(tǒng)通信主干網(wǎng)與分站點內(nèi)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(tǒng)平臺提供。
分站點各類微機（保護）測控裝置及當?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)。由監(jiān)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(tǒng)主要功能
3.3.1電力監(jiān)控自動化系統(tǒng)中心主站系統(tǒng)
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(tǒng)運行信息，對收費所、停車區(qū)、服務區(qū)、隧道通風照明等供電設備的運行狀態(tài)、進線、出線、變壓器、備用回路進行實時遠程監(jiān)控，對故障動作信號及時采集，分析，加速供電網(wǎng)故障處理，通過對系統(tǒng)各段母線電壓實時監(jiān)控，及時自動調(diào)整，確保設備供電源穩(wěn)定性和可靠不間斷，實現(xiàn)全路供配電設施的遙測、遙信、遙控、遙調(diào)的四遙功能。
3.3.2當?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)
通過當?shù)乇O(jiān)控主機(IPO將數(shù)據(jù)采集、SCADA、數(shù)據(jù)庫管理等三大邏輯功能融于一體；實現(xiàn)與直流屏、數(shù)字電度、系列保護測控裝置等站內(nèi)數(shù)字化裝置通信；實現(xiàn)系統(tǒng)工況監(jiān)視、主接線圖監(jiān)視主畫面、實時數(shù)據(jù)和信號列表顯示、限值改及人工置數(shù)、事件處理。系統(tǒng)的事件包括：開關(guān)變位，故障跳閘，事件發(fā)生后將自動引發(fā)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(wǎng)絡接口與電力監(jiān)控自動化系統(tǒng)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：實現(xiàn)交/直流模擬量、開關(guān)量、脈沖量及數(shù)字量的實時處理與傳輸；實現(xiàn)開關(guān)變位的優(yōu)先插人傳送 (CDT方式）及事件記錄的傳送；實現(xiàn)控制命令的接收與執(zhí)行；實現(xiàn)RTU運行參數(shù)及狀態(tài)的遠方監(jiān)視與修改；實現(xiàn)各裝置信息的處理與轉(zhuǎn)發(fā)；通過網(wǎng)絡端口與監(jiān)控中心通信。
本地功能：實現(xiàn)交、直流模擬量、開關(guān)量、脈沖量及數(shù)字量的處理與監(jiān)視；實現(xiàn)14寸一體化工作站及觸摸鍵盤構(gòu)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(shù)據(jù)及各種參數(shù)設置；實現(xiàn)通訊報文監(jiān)視；實現(xiàn)與各類數(shù)字化裝置通信以構(gòu)成無人值班系統(tǒng)。
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(xiàn)及溫度T；采集地埋變出線柜內(nèi)各斷路器，接觸器等輔助接點及脫扣動作信號；實現(xiàn)對電動開關(guān)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(wǎng)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(xiàn)對各端采集裝置按照微型RTU協(xié)議采集數(shù)據(jù)與信息，經(jīng)網(wǎng)絡(RJ-45）端口轉(zhuǎn)發(fā)到遠程監(jiān)控中心，并通過網(wǎng)絡(RJ-45）端口接受遠程監(jiān)控中心下發(fā)的命令轉(zhuǎn)發(fā)到對應的獨立裝置執(zhí)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(zhuǎn)、電流不平衡、接地、缺相、過/欠壓及過負荷等多種數(shù)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(shù)、有功功率、無功功率等及有功、無功等多種電參數(shù)的測量。
數(shù)據(jù)庫：采用將實時數(shù)據(jù)與商用關(guān)系數(shù)據(jù)相結(jié)合的模式，應用CAD技術(shù)使全系統(tǒng)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(tǒng)在啟動時的實時數(shù)據(jù)庫狀態(tài)恢復功能（前置機節(jié)點除外）；提供系統(tǒng)管理功能，以保持實時數(shù)據(jù)庫全系統(tǒng)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(shù)據(jù)自動備份功能。同時具有統(tǒng)計、查詢、歷史數(shù)據(jù)分析和計算等功能。
工作站SCADA：系統(tǒng)在提供的監(jiān)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(wǎng)各監(jiān)控站點及電網(wǎng)中壓系統(tǒng)的當前、歷史數(shù)據(jù)信息和報警信息，并通過歷史數(shù)據(jù)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(tǒng)*性
電力監(jiān)控自動化的*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化系統(tǒng)中包括有電壓、無功自動控制功能，故對于具備有載調(diào)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(tǒng)主要設備和各種電器設備的安全，使無功潮流合理，降低網(wǎng)損，節(jié)約電能損耗。
3.4.2提高用電設備的安全運行
電力監(jiān)控自動化系統(tǒng)中的各子系統(tǒng)，絕大多數(shù)都是由微機組成的，它們多數(shù)具有故障診斷功能。除了微機保護能迅速發(fā)現(xiàn)被保護對象的故障并切除故障外，還兼有監(jiān)視其控制對象工作是否正常的功能，發(fā)現(xiàn)其工作不正常及時發(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(tǒng)的運行、管理水平
電力監(jiān)控實現(xiàn)自動化后，監(jiān)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(shù)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，提高故障點修復的時效性，實現(xiàn)減人增效
由于電力監(jiān)控自動化系統(tǒng)中，各子系統(tǒng)有故障自診斷功能，系統(tǒng)內(nèi)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(jié)約定期核對定值的時間，而監(jiān)控系統(tǒng)的抄表、記錄自動化，值班員可不必定時抄表、記錄，可實現(xiàn)少人值班，達到減人增效的目的。
4安科瑞配電監(jiān)控系統(tǒng)解決方案
4.1電力監(jiān)控介紹
電力監(jiān)控系統(tǒng)主要針對隧道變電所、箱式變電站、收費站和服務區(qū)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)電機進行保護和監(jiān)控，主要是服務對象為高速公路供配電系統(tǒng)的維護人員，對實時性要求較高。
高速公路電力監(jiān)控對高速公路
沿線的變電站內(nèi)的高低壓配電設備、發(fā)電機、變壓器、UPS、EPS、外場照明、隧道內(nèi)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(jiān)控和集中管理,實現(xiàn)無人值守,確保高速公路安全暢通 , 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(jiān)控包括隧道變電所、服務區(qū)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(qū)域的電力綜合監(jiān)控。
4.2高速公路供配電監(jiān)控云平臺
高速公路監(jiān)控中心主要任務為確保高速公路路的各個子系統(tǒng)及操控設備能正常運轉(zhuǎn)，并在發(fā)生事故時能迅速反應處理，因此高速公路監(jiān)控中心就是整個高速公路安全管控系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，通過自動化監(jiān)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(jiān)控中心中，使管理人員可以隨時輕易的掌握所有情況。
系統(tǒng)采集高速公路供電系統(tǒng)內(nèi)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(fā)工單，并且進行跟蹤閉環(huán)處理。
4.2.1平臺登錄
軟件采用B/S架構(gòu)，用瀏覽器打開云平臺鏈接、輸入賬戶名和權(quán)限密碼，進行登錄，防止未授權(quán)人員瀏覽有關(guān)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(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、當日逐時用電曲線、用電概況。
變壓器狀態(tài)
變壓器狀態(tài)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(tài)數(shù)據(jù)，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(jiān)測
電力監(jiān)測包括電力數(shù)據(jù)、變壓器監(jiān)測、運行報表、配電圖、電力值表、運行日報、平均功率因數(shù)監(jiān)視和統(tǒng)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(huán)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(shù)據(jù)，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(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(jiān)測和線纜溫度監(jiān)測。
漏電監(jiān)測
漏電監(jiān)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(jiān)測
線纜溫度監(jiān)測界面展示了選中變配電站的線纜溫度，選中需查看的監(jiān)測點，點擊查詢可以查看線纜溫度的歷史數(shù)據(jù)
4.2.7運行環(huán)境
運行環(huán)境包括環(huán)境監(jiān)測、視頻監(jiān)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(jiān)控、視頻設備狀態(tài)等。
環(huán)境監(jiān)測
環(huán)境監(jiān)測展示了變配電站內(nèi)的環(huán)境狀態(tài)，包括環(huán)境溫濕度、水浸、煙霧、門狀態(tài)等信息。
視頻監(jiān)控
視頻監(jiān)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(nèi)視頻信息。
環(huán)境溫濕度
環(huán)境溫濕度展示變電所內(nèi)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(nèi)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(tài)，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(jù)設備檔案中填寫的安裝時間和質(zhì)保期得出建議更換時間，并在舉例建議更換時間7天內(nèi)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(chuàng)建、發(fā)布、任務完成情況查詢；巡檢記錄是巡檢任務的執(zhí)行情況和執(zhí)行明細，缺陷記錄是消缺任務創(chuàng)建、發(fā)布、完成狀態(tài)情況查詢。
任務管理
任務管理頁面可以發(fā)布巡檢或消缺任務，查看巡檢或消缺任務的狀態(tài)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(jiān)控系統(tǒng)"、“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(huán)比、電能質(zhì)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。
5 結(jié)束語
電力監(jiān)控自動化管理實現(xiàn)了各站點無人值守、技術(shù)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(tǒng)正?？煽窟\行的重要管理手段，是高速公路運營管理、提高經(jīng)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(xiàn)自動化管理，同時提高經(jīng)濟效益，方便運營維護管理，實現(xiàn)減人增效、節(jié)能增效等顯著的經(jīng)濟效益。實踐證明，采用電力監(jiān)控智能管理是可行的。
參考文獻:
[1]方見慈.山區(qū)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
