關(guān)于高速公路電力監(jiān)控智能化管理技術(shù)的探討

安科瑞 劉邁

　　摘要：高速公路是我國(guó)交通系統(tǒng)中的重要組成部分，對(duì)我國(guó)交通事業(yè)發(fā)展有著重大意義和作用，已經(jīng)成為促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)及城市化發(fā)展的重要前提及基礎(chǔ)。隨著信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及電力技術(shù)的不斷發(fā)展與應(yīng)用，高速公路得到了高速發(fā)展，并且已經(jīng)逐漸實(shí)現(xiàn)了電力化、智能化，而電力控制智能化管理技術(shù)就是推動(dòng)高速公路電力化與智能化發(fā)展的重要技術(shù)，理應(yīng)得到相關(guān)工作人員的注重。對(duì)此，該文作者根據(jù)自己多年的高速公路建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)高速公路電力監(jiān)控智能化管理技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)分析，希望能夠給需要的人士提供一定的技術(shù)參考價(jià)值。

　　關(guān)鍵詞：高速公路；智能化技術(shù)；電力監(jiān)控系統(tǒng)

　　當(dāng)前，高速公路已經(jīng)蔓延到我國(guó)全國(guó)各地，不僅僅穿過平原地區(qū)，還穿過了江、河、海峽和高山等地區(qū)，形成了比較完善的高速公路網(wǎng)，促進(jìn)了各大城市的相互聯(lián)系，促進(jìn)城市的發(fā)展與進(jìn)步，促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)及交通事業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展。電力技術(shù)與信息技術(shù)的應(yīng)用，使高速公路逐漸實(shí)現(xiàn)了智能化與電力化，形成了高速公路電力控制智能化技術(shù)，增加了高速公路的運(yùn)輸性能及施工壽命，提高了高速公路在全線收費(fèi)站、服務(wù)區(qū)、互通樞紐、橋梁和隧道等區(qū)域的作用，主要體現(xiàn)在這些區(qū)域的照明、供配電等機(jī)電設(shè)備分布、監(jiān)控和集中管理等方面，有效解決了電量負(fù)擔(dān)、高速公路沿線機(jī)電設(shè)備防盜等問題。該文從綜合電力監(jiān)控系統(tǒng)、系統(tǒng)智能化管理功能和節(jié)能管理三方面，詳細(xì)分析了高速公路電力監(jiān)控智能化管理技術(shù)。

　　1、綜合電力監(jiān)控系統(tǒng)

　　綜合電力監(jiān)控系統(tǒng)是一種較為常見的高速公路電力監(jiān)控智能化管理技術(shù)，現(xiàn)在已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，能夠有效解決高速公路運(yùn)行中出現(xiàn)的多數(shù)問題，實(shí)現(xiàn)高速公路管理智能化。對(duì)于綜合的電力監(jiān)控系統(tǒng)而言，就等同于高速公路問題的解決方法，這種方法主要是通過監(jiān)控計(jì)算機(jī)通信來組成，再加上電力自動(dòng)化單元模塊技術(shù)以及變送器量化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等，組建一個(gè)對(duì)高速公路現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行控制的網(wǎng)絡(luò)控制子系統(tǒng)。該系統(tǒng)的控制功能主要通過光纖以太主干環(huán)網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)，還可以利用相關(guān)監(jiān)控終端，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的組建，進(jìn)而組建成一個(gè)智能化性能比較完善的集中管理模式，以實(shí)現(xiàn)對(duì)高速公路的集中化及智能化管理。具體綜合電力監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建如下。

　　1.1、中心管理站的構(gòu)建

　　中心管理站也稱為監(jiān)控中心，是整個(gè)綜合電力監(jiān)控系統(tǒng)的核心部位，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)有著指揮、監(jiān)督和管理的作用，所以中心管理站在綜合電力監(jiān)控系統(tǒng)中占據(jù)核心地位，主要通過道路視頻監(jiān)控中心配備和收費(fèi)系統(tǒng)監(jiān)控中心配備來實(shí)現(xiàn)其功能應(yīng)用。綜合電力監(jiān)控系統(tǒng)組建過程所使用到的儀器設(shè)備包括系統(tǒng)服務(wù)器、視頻服務(wù)器、硬盤錄像機(jī)、UPS、監(jiān)視設(shè)備和大屏幕投影設(shè)備等，這些設(shè)備使綜合電力系統(tǒng)擁有功能強(qiáng)大的中心管理站，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)高速公路的遠(yuǎn)程監(jiān)控。綜合電力監(jiān)控系統(tǒng)(工作站)的運(yùn)行除了需要構(gòu)建功能強(qiáng)大的中心管理站以外，還需要在中心管理站中設(shè)置光纖以太網(wǎng)，因?yàn)楣饫w以太網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)綜合電力監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾溃坏軌騻鬏敁u信數(shù)據(jù)，還能夠傳輸搖控?cái)?shù)據(jù)和搖測(cè)數(shù)據(jù)等。另外，在這些數(shù)據(jù)被傳輸?shù)街行墓芾碚竞螅饫w以太網(wǎng)還可以在相關(guān)監(jiān)視設(shè)備的輔助下，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)遙控命令在遠(yuǎn)程監(jiān)控終端上的發(fā)出，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸與存入，如果將光纖以太網(wǎng)與監(jiān)控工作站的網(wǎng)卡相連，還可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分享。

　　另外，要注意的是監(jiān)控工作站需要采用Windows操作系統(tǒng)來進(jìn)行操作，并且相應(yīng)的服務(wù)器也要使用Windows操作系統(tǒng)來進(jìn)行操作，而綜合電力監(jiān)控系統(tǒng)則需采用INTOUCH軟件系統(tǒng)進(jìn)行操作，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫則采用INSQL系統(tǒng)進(jìn)行操作。

　　光纖以太網(wǎng)在綜合電力監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在光纖以太主干網(wǎng)的應(yīng)用，光纖以太主干網(wǎng)不但能夠?qū)崿F(xiàn)高速公路收費(fèi)站與互通樞紐的連接，還能夠?qū)崿F(xiàn)服務(wù)區(qū)、隧道橋梁等站點(diǎn)的相互連接，使高速公路實(shí)時(shí)監(jiān)控效率及質(zhì)量得到有效提高。

　　1.2、現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)

　　現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)主要是通過光纖以太網(wǎng)技術(shù)再加上LONWORKS控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，從而真實(shí)地做到綜合電力監(jiān)控系統(tǒng)中不同功能模塊之間的無縫連接，此后再加上公路所實(shí)行的現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)建成功，這些措施的改進(jìn)不僅達(dá)到了高速公路的布線要求與需求，還能夠促進(jìn)可靠性高、開放性強(qiáng)、性價(jià)比高的綜合型電力監(jiān)控系統(tǒng)的完成，優(yōu)勢(shì)就在于可以達(dá)成合網(wǎng)視頻傳輸、通信傳輸、報(bào)警傳輸?shù)纫幌盗械男枰?/p>

　　上面所提到的LONWORKS控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與其他網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相比具有以下幾點(diǎn)特點(diǎn)，使之在現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)乃至綜合電力監(jiān)控系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用，具體特點(diǎn)如下：一，傳輸距離遠(yuǎn)，與雙絞線相比，其傳輸距離可遠(yuǎn)至2700 m，如果適當(dāng)增加中繼器，其傳輸距離＞2 700 m，并且在該技術(shù)下的路由器可以掛帶128個(gè)監(jiān)控模塊，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)及智能化監(jiān)控；二，在LONWORKS控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支持下非電力線的傳輸距離＞30 km，比較適用于高速公路特長(zhǎng)隧道；三，推動(dòng)第三方智能設(shè)備的形成，像發(fā)電機(jī)、繼電保護(hù)、ATS等多項(xiàng)智能設(shè)備；四，對(duì)多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也有一定的促進(jìn)作用，能夠達(dá)到工程選擇需要，還對(duì)拓?fù)涞男问竭M(jìn)行了拓展，除了原有的總線與環(huán)形，還多了星型與自由拓?fù)涞刃问?。例如，高速公路服?wù)區(qū)、收費(fèi)站均會(huì)選用自由拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，而在高速公路隧道中則會(huì)選用總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；五，能夠?qū)崿F(xiàn)綜合電力監(jiān)控系統(tǒng)與光纖主干環(huán)網(wǎng)的無縫連接，因此具有明顯的開放性特點(diǎn)，如果LONWORKS控制網(wǎng)絡(luò)的分布式CLIENT/SERVER結(jié)構(gòu)得以科學(xué)應(yīng)用，則會(huì)增加綜合電力監(jiān)控系統(tǒng)的故障報(bào)警上報(bào)功能，上報(bào)是自動(dòng)化；六，傳輸介質(zhì)有很多的選擇性，其中就有光纖、同軸電纜、雙絞線等。

　　2、系統(tǒng)智能化管理功能

　　在具有GPS天文衛(wèi)星時(shí)鐘對(duì)時(shí)后，整體的監(jiān)控系統(tǒng)以及各類數(shù)據(jù)的采集裝置都有了一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘，對(duì)于數(shù)據(jù)的管理與運(yùn)行提供了便利；對(duì)于智能設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控與維護(hù)，實(shí)現(xiàn)了變壓器溫度控制器、ATS等設(shè)備實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)通信口，從而達(dá)到對(duì)遠(yuǎn)程的維護(hù)與監(jiān)控；電網(wǎng)的分析與操作等功能，可以按照電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行情況對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥M(jìn)行分析與著色等功能，在危險(xiǎn)時(shí)刻還能進(jìn)行閉鎖，控制危險(xiǎn)的蔓延；對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控，能夠?qū)崿F(xiàn)供配電監(jiān)控系統(tǒng)自主運(yùn)行，體現(xiàn)在及時(shí)發(fā)現(xiàn)自身隱患，保證系統(tǒng)的正常進(jìn)行。

　　3、安科瑞電力監(jiān)控系統(tǒng)及產(chǎn)品選型

　　3.1、概述

　　Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)是安科瑞電氣股份有限公司根據(jù)電力系統(tǒng)自動(dòng)化及無人值守的要求，針對(duì)35kV及以下電壓等級(jí)研發(fā)出的一套分層分布式變電站監(jiān)控管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)是應(yīng)用電力自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息傳輸技術(shù)，集保護(hù)、監(jiān)測(cè)、控制、通信等多功能于一體的開放式、網(wǎng)絡(luò)化、單元化、組態(tài)化的系統(tǒng)，適用于35kV及以下電壓等級(jí)的城網(wǎng)、農(nóng)網(wǎng)變電站和用戶變電站，可實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站多方位的控制和管理，滿足變電站無人或少人值守的需求，為變電站安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了堅(jiān)實(shí)的保障。

　　3.2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式設(shè)計(jì)，可分為三層：站控管理層、網(wǎng)絡(luò)通信層和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層，組網(wǎng)方式可為標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、光纖星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、光纖環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，根據(jù)用戶用電規(guī)模、用電設(shè)備分布和占地面積等多方面的信息綜合考慮組網(wǎng)方式。

3.3、平臺(tái)主要功能

　　3.3.1、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

　　安科瑞Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)人機(jī)界面友好，能夠以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息，動(dòng)態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開關(guān)、地刀等合、分閘狀態(tài)及有關(guān)故障、告警等信號(hào)。其中，10kV配電系統(tǒng)中監(jiān)測(cè)的開關(guān)量主要有：斷路器分、合閘信號(hào)，手車工作、試驗(yàn)位置信號(hào)，遠(yuǎn)方/就地切換位置信號(hào)、彈簧儲(chǔ)能狀態(tài)信號(hào)、接地刀合分信號(hào)、變壓器超溫跳閘信號(hào)、高溫報(bào)警信號(hào)，保護(hù)跳閘信號(hào)和事故預(yù)告信號(hào)；400V低壓進(jìn)線回路電參量主要有：開關(guān)狀態(tài)、三相電流、三相電壓、總有功功率、總無功功率、總功率因數(shù)、頻率和正向有功電能累計(jì)值；400V低壓出線回路主要有：開關(guān)狀態(tài)、斷路器故障脫扣告警、三相（單相）電流、三相功率。

　　3.3.2、詳細(xì)電參量查詢

　　在配電一次圖中，可以直接查看該回路詳細(xì)電參量，包括三相電流、三相電壓、三相總有功功率、總無功功率、總功率因數(shù)、正向有功電能，并可以查看24小時(shí)相電流趨勢(shì)曲線。

　　3.3.3、運(yùn)行報(bào)表

　　查詢各回路或設(shè)備指定時(shí)間的運(yùn)行參數(shù)，報(bào)表中顯示電參量信息應(yīng)包括：各相電流、三相電壓、總功率因數(shù)、總有功功率、總無功功率、正向有功電能等。

　　3.3.4、實(shí)時(shí)告警

　　安科瑞Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)報(bào)警功能，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娀芈窋嗦菲?、隔離開關(guān)、接地刀分、合動(dòng)作等遙信變位，保護(hù)動(dòng)作、事故跳閘等事件發(fā)出告警。系統(tǒng)還具有實(shí)時(shí)語音報(bào)警功能，能夠?qū)λ惺录l(fā)出語音告警。

　　3.3.5、歷史事件查詢

　　安科瑞Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)b信變位，保護(hù)動(dòng)作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)越限等事件記錄進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，方便用戶對(duì)系統(tǒng)事件和報(bào)警進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析。

　　3.3.6、電能統(tǒng)計(jì)報(bào)表

　　安科瑞Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)以豐富的報(bào)表體支撐量體系的完整性。系統(tǒng)具備定時(shí)抄表匯總統(tǒng)計(jì)功能，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運(yùn)行以來任意時(shí)間段內(nèi)各配電節(jié)點(diǎn)的用電情況，即該節(jié)點(diǎn)進(jìn)線用電量與各分支回路消耗電量的統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表。

　　3.3.7、用戶權(quán)限管理

　　安科瑞Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)為保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能。通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作（如遙控的操作，數(shù)據(jù)庫修改等）?？梢远x不同級(jí)別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、管理提供可靠的安全保障。

　　3.3.8、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

　　安科瑞Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)支持實(shí)時(shí)監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設(shè)備的通信狀態(tài)，能夠完整的顯示整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；可在線診斷設(shè)備通信狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡(luò)異常時(shí)能自動(dòng)在界面上顯示故障設(shè)備或元件及其故障部位。

　　3.3.9、電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)

　　安科瑞Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)可以對(duì)整個(gè)配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的電能質(zhì)量和電能可靠性狀況進(jìn)行持續(xù)性的監(jiān)測(cè)。例如配電系統(tǒng)維護(hù)人員可以通過諧波分析界面掌握配電系統(tǒng)的諧波含量，及時(shí)采取相應(yīng)的措施提高配電系統(tǒng)的可靠性，減少因諧波造成的供電事故的發(fā)生。

　　3.3.10、遙控

　　安科瑞Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)可以對(duì)整個(gè)配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控操作。例如配電系統(tǒng)維護(hù)人員可以通過監(jiān)控系統(tǒng)的主界面點(diǎn)擊相應(yīng)的斷路器遙信點(diǎn)調(diào)出遙控操作界面，可以及時(shí)執(zhí)行調(diào)度系統(tǒng)或站內(nèi)相應(yīng)的操作命令。

　　3.3.11、通信管理

　　安科瑞Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)可以對(duì)整個(gè)配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備通信情況進(jìn)行管理、控制、數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。例如配電系統(tǒng)維護(hù)人員可以通過監(jiān)控系統(tǒng)的主程序右鍵打開通信管理程序，然后選擇通信控制啟動(dòng)所有端口或某個(gè)端口，快速查看某設(shè)備的通信和數(shù)據(jù)情況。

　　3.3.12、故障錄波

　　Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)可在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)準(zhǔn)確地記錄故障前、后過程的各種電氣量的變化情況，通過對(duì)這些電氣量的分析、比較，對(duì)分析處理事故、判斷保護(hù)是否正確動(dòng)作、提高電力系統(tǒng)安全運(yùn)行水平有著重要作用。

　　3.3.13、事故追憶

　　Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)可自動(dòng)記錄事故時(shí)刻前后一段時(shí)間的所有實(shí)時(shí)穩(wěn)態(tài)信息，包括開關(guān)位置、 保護(hù)動(dòng)作狀態(tài)、遙測(cè)量等，形成事故分析的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

　　3.3.14、Web訪問

　　展示頁面顯示變電站數(shù)量、變壓器數(shù)量、監(jiān)測(cè)點(diǎn)位數(shù)量等概況信息，設(shè)備通信狀態(tài)，用電分析和事件記錄。首頁顯示場(chǎng)站的變壓器數(shù)量、回路個(gè)數(shù)、有功功率、無功功率、用電量、事件記錄等概況信息，可通過實(shí)時(shí)監(jiān)控、變壓器、通信、視頻切換到需要查看的界面。

　　實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線可監(jiān)測(cè)各個(gè)回路的線纜溫度、電壓、電流、功率曲線信息。實(shí)時(shí)變壓器曲線可監(jiān)測(cè)變壓器的狀態(tài)，某天的電壓、電流、功率、用電量等曲線信息。接線圖頁面通過一次圖實(shí)時(shí)反映電氣參數(shù)變化，包括遙測(cè)、遙信等信息(遙信信號(hào)需要斷路供輔助觸點(diǎn)支持)，刷新的時(shí)間<=5s。能耗統(tǒng)計(jì)頁面顯示各回路的功率峰值和用電量峰值，功率、電能趨勢(shì)曲線，電能環(huán)比，用電排名。運(yùn)維管理-通信狀態(tài)顯示監(jiān)測(cè)接入系統(tǒng)設(shè)備的通信狀態(tài)。

　　3.3.15、APP訪問

　　設(shè)備數(shù)據(jù)頁面顯示各設(shè)備的電參量數(shù)據(jù)以及曲線。

　　3.4、現(xiàn)場(chǎng)硬件配置

　　4、結(jié)語

　　綜上所述，高速公路電力監(jiān)控智能化管理技術(shù)主要體現(xiàn)在綜合電力監(jiān)控系統(tǒng)在高速公路管理中的應(yīng)用，所以上文對(duì)綜合電力監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)分析，經(jīng)分析了解到綜合電力監(jiān)控系統(tǒng)中使用到了各種各樣的服務(wù)器、監(jiān)控儀器及網(wǎng)絡(luò)接收設(shè)備等，結(jié)合光纖以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了各種數(shù)據(jù)(如搖信數(shù)據(jù)、搖控?cái)?shù)據(jù)和搖測(cè)數(shù)據(jù))的傳輸與存儲(chǔ)，采用LONWORKS現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了綜合電力監(jiān)控系統(tǒng)的自動(dòng)控制和信息傳輸處理功能，實(shí)現(xiàn)了高速公路電力監(jiān)控智能化管理，提高了高速公路運(yùn)行的安全性，同時(shí)還節(jié)約了高速公路的維護(hù)成本，使高速公路的智能化管理水平得到了有效提高。