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基于智能化的高速公路電力監控系統技術研究
更新時間：2022-10-12點擊次數：899次
基于智能化的高速公路電力監控系統技術研究
任運業
（安科瑞電氣股份有限公司，上海，嘉定 201801）
摘要：隨著高速公路數量的增加，高速公路沿線的收費站、互通樞紐、服務區、隧道等配置的供配電、照明、通風、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機電設備的方式已遠遠不能滿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的變電站內的高低壓配電設備、發電機、變壓器、UPS、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智能化集中管理，實現無人值守，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，節約能源均具有十分重要的意義。
關鍵詞 ： 高速公路 ； 電力監控 ； 智能化
最近幾年來，中國交通事業取得了突破性發展，目前已經形成了一個完善的高速公路網，不僅實現了各城市之間的溝通交流，還間接推動了中國社會經濟的快速發展。在中國高速公路向著智能化和電力化發展的今天，電力控制智能化技術逐漸得到了廣泛應用和快速發展，從整體這一角度來看，目前應用已經接近成熟，不僅促進了高速公路運輸能力的增強，實現 高速公路使用壽命的延長，同時在電量負擔方面也實現了有效減少。
一 高速公路綜合電力監控需求分析
在以往高速公路沿線的收費站、互通樞紐、服務區、隧道或隧道群變電站或隧道監控室 全部靠人工進行日常表計抄錄、操作控制、日常維護、故障巡查等。因此，每個變電站或隧道監控都要配備24小時值班人員，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：實時監視高速公路全線關鍵設備的工作狀態和故障報警，如市電停電或高壓柜故障、發電機故障、收費站尸故障、隧道埋地變故障、隧道風機故障等確保高速公路安全暢通。
對全線變電站的高低壓供配電設備、外場及隧道照明、 隧道通風等設備進行遙信、遙測與遙控。
對變電站的高低壓配電室、發電機室及隧道進行視頻遙視，變電站偷盜報警及外場電力或照明電纜偷盜報警。
對變電站高低壓配電室和發電機室進行溫度遙測，并根據測量溫度控制室內通風風機；對隧道一氧化碳進行遙測，并根據一氧化碳濃度對隧道風機進行啟停控制。
全線各站點實現無人值守，故障自動定位。
系統監控數據、視頻及報警信息滿足高速公路分布式實時遠程傳輸要求。
系統滿足高速公路所處環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，全線綜合電力監控數據無紙記錄，自動統計，自動顯示與打印。
二 高速路電力監控智能化的應用價值
2.1 在節能性方面發揮的作用
電力系統作為高速公路運行中的一個重要組成部分，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看，基于電力智能化技術的合理應用下，可以充分發揮出系統運行的節能性，具體可以從以下 2 個方面來看：①將電力系統在實際運行過程中受無功損耗影響而導致成本過高這一問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，還可以實現高速公路運營成本的降低。
2.2 在可靠性方面發揮的作用
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，須要實現智能化操作。在智能化操作中電力監控智能化管理技術的應用，其主要作用就是保障電力系統運行的可靠性。在這一過程中通過將自動化傳感系統、控制系統及觸發式系統聯合使用，在一 定程度上能夠將人工操作誤差有效避免，同時還可以實現對電力系統的實時監控，及時發現問題并作出有效調控。
2.3 在遠程控制方面發揮的作用
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題。從高速公路電力系統故障這一角度來看，受超運行負荷影響導致某一區域發生電力故障，這種情況下就可以應用電力監控智能化管理技術，借助其中智能化控制系統和網絡通信系統的應用，可以將局部故障設施設備進行有效隔離，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， 及時有效解決故障問題，將故障問題所帶來的損失降低。
三 綜合電力監控系統設計
高速公路綜合電力監控系統設計由監控中心、系統主干傳輸網絡、 現場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、網絡通信層和現場設備層。根據用戶用電規模、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、網絡交換機、打印機、UPS、對時裝置、遠動裝置以及監控軟件。站控管理層計算機可以放置于值班室的操作臺面上，也可以安裝于網絡機柜組成監控屏。
網絡通信層：包含通信采集器、光端機以及用于和站控層連接的其它網絡設備，安裝于通信采集箱，通信采集箱和現場設備層裝置就近安裝，掛墻明裝。通信層是一個承上啟下的物理層，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、無線測溫裝置、溫控儀、直流屏以及其他各種通過通信接口或者脈沖、模擬量等方式接入監控系統的設備。
四 高速公路綜合電力監控重要產品
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線、饋線、變壓器、高壓電動機、高壓電容器等對象提供過負荷、低電壓、過電壓、熱過載、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，提高配電和用電可靠性。
2.電能質量在線監測裝置
10kV、0.4kV進線電能質量監測裝置采用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-電能質量測量方法》中規定的各電能質量指標的測量方法進行測量，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鐘同步、事件標記功能等各個方面均達到了 IEC61000-4-30 A 級標準，能夠滿足 110kV 及以下供電系統電能質量監測的要求。
裝置可以監測電網頻率 ,電壓、電流有效值,有功功率、無功功率、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、閃變，電壓可輸入57.7V/100V 或 220V/380V 。
3.智能操控裝置
開關柜操控裝置采用ASD500，它以一體化布局配套于開關柜，簡化了開關柜的面板設計，美化了面板布局。除具有動態模擬指示、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、語音防誤提示、時間日期顯示、遠方/就地操作、分合閘操作、手動/自動儲能、4-20mA輸出、USB升及、RS485、以太網遠程通信等功能外，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、無功功率計量，使開關柜進一步智能化、網絡化、數字化。另外可以接入無線測溫傳感器數據，就地顯示各電氣接點溫度。
五 高速公路智能化電力監控系統
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，其中40個隧道配電房，5個收費站配電房，3個服務區配電房，3個停車區配電房，1個監控中心配電房，7個沿線箱變；實現對高速公路各個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、無功補償、發電機控制屏、油箱液位儀、風機軟啟動器和照明控制器。
1.全路段監控
沿途數十個配電房繪制在一張K線圖里面，點擊每個站跳轉相關配電圖畫面顯示，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，通過系統圖可以實時反饋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，通過系統圖可以實時反饋0.4kV配電系統的運行狀況。
4.變壓器監測
變壓器運行監控，展示變壓器運行過程中電壓，有功功率、無功功率、負荷等數據。
5.應急電源監測
柴油發電機、UPS、EPS(消防應急電源)監測。
6.環境監測
氣體、煙感、水浸、紅外雙鑒、視頻、氣候、視頻監測風機/空調/水泵控制、聲光報警。
7.事件報警
分類分級報警，SOE事件，網關儀表、平臺的運行狀態報警。
8.能耗統計
查詢今日用能、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：根據能源類型、企業節點、時間查詢各年同比數據。
環比分析：根據能源類型、企業節點、時間查詢 日、周、月、季度環比數據。
9.運維管理
設備管理：電子檔案資料、設備狀態監測、靈活分組分類、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：在用戶維護設備的質保期與安裝時間后對設備是否超長時間運行與過期運行進行檢測，提醒用戶及時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、自動發布任務、巡檢節點跟蹤、缺陷處理跟進、報警聯動消警、平臺、APP通知。
專家報告：月度報告、內容可在線編輯、定期郵箱發送、變電所環境監控、數據分析與評估、整改建議參考
六 總結
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境要求，采用成熟的光纖主干環網技術和現場控制網絡技術，自動控制技術，數字視頻及信息傳輸處理技術，對高速公路全線供配電，照明，除道通風、排水等機電設備實行全線或全路網分布式監控和集中管理。該項系統技術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，實現了對全線59個變電站的全自動化監控，實現無人值守，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化管理水平和服務水平發揮了重要作用。
七 參考文獻
[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新管理技術研究.創新與科技.2022.
作者介紹：
任運業，男，現任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為高速公路行業，繼電保護，操控測溫等應用。
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