浅谈山区高速公路供配电智能管理方案

时间：2024-12-18作者：安科瑞电气股份有限公司浏览：137

张巧玉
安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801
 
1 山区高速公路供配电运行管理的特点和存在的问题
  目前山区高速公路的特点是途经高山峻岭，隧道多、桥梁多，地处经济较不发达区，路线长，ITS站点用电点分散、用电负荷少、地方电网供电设施不完整，小水电站供电电能质量差，防雷设施简陋，供配电系统管理的站点多，人员分散，技术力量薄弱，线路维护、检修困难，ITS设备隧道通风照明供电设施常因供电不可靠、突然停电或雷击带来机毁，控制电路中断，给收费、道路监控带来不少损失，严重威胁着高速公路的安全运营。
针对上述情况，务必充分认识到高速公路ITS设施在高速公路安全经济运营的重要位置，而要确保ITS设备的安全可靠运行，充分发挥设备的技术优势，关键是供电电源质量要有优质不间断的供电电源，就须从供电系统的设置和智能管理着手。
2 供配电系统智能管理的新举措
2.1集中智能管理
  鉴于上述传统供电存在许多缺陷，我们提出为智能交通设备提供可靠安全供电的新办法，即对高速公路沿途所经的地段充分调查当地电力网的供电分布情况，将大电力网的可靠电源用专线引接，对智能交通设备供电。为节约投资成本，我们可以把沿线的收费所、服务区、停车区、隧道、大型桥梁等根据外电源的分布情况，分成若干个集中供电区，采用自建变电所、开关站与大电网接电，将安全、可靠的能源供给智能交通设备。全程利用智能交通的通信平台传输电力监控RTU装置采集的实时信息和监控指令，以及高速**35Kv综合自动化监控信息，实现远程自动化管理，实现全线无人值守，只需在监控分中心进行操作管理。
2.2复用ITS通信平台
  复用高速公路收费、监控、通信三大系统的通信通道平台，利用通讯集中器把各处信号集中起来，经数字转换，上传至电力监控室。通过对收费站、停车区、服务区、隧道照明通风等供电设备的运行状态及对进线、出线、变压器等状态的监视，对故障动作信号的采集，可以加快对电网事故的反映和处理速度，缩短故障的停电时间；通过对系统各级段母线电压实时采集，使电压合格率进一步提升，为电气设备稳定运行打下坚实的基础；对电能量及电度的采集可以全面了解系统各负荷及总负荷变化及耗电成本；通过中心监控主站还可以远程遥控分合相应开关回路（尤其是照明通风及环网点，双电源切换开关等后这样不仅可以充分利用现有资源，而且可以大大降低成本。
3 实例
  本文以福建省漳龙高速公路已投运的供配电系统智能管理为实例介绍如下。 
3.1 系统介绍 

  漳龙高速公路漳州段全长79.413公里，起于沈海国道主干线厦漳高速公路长洲互通，经龙海市、龙文区、芗城区、南靖县，终于漳州与龙岩两市交界的石崆山隧道中部。本段设有万松关隧道（L=1318m）、风霜岭隧道（L=1725m）、大**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。

漳龙高速公路漳州段采用集中供电的办法，在金山收费所自建了1座35Kv变电所，采用直埋10Kv配电电缆方式为该路段全长45公里的9座隧道、3个收费所、1个停车区提供不间断、安全可靠、稳定的优质电源。高速公路电力监控自动化系统是漳龙高速公路漳州段供配电系统的重要组成部分，由该系统来完成高速公路运营管理中供配电系统（收费站、停车区、服务区、隧道照明通风）的管理自动化，利用该系统的微机智能集中监控功能达到全线路电力供配电管理智能，解放人力资源，实现全系统各站/所的无人值班。
3.2 系统构成
3.2.1监控对象
  通风区域：万松关隧道、风霜岭隧道、大**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风供电区域，其中万松关隧道及石山隧道2座隧道采用了配电室传统供电方式而风霜岭隧道、大**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座隧道采用中压供电、地埋变配电的供电方式。
  隧道内的照明、风机电源由中压电能传输送电回路经埋地变压低压侧输出400V等级电源，由防护式(TP55)配电柜配电，该低压配电电路具有按隧道内照明和亮度调控需要设计节能输出8个回路和风机软起动，风向控制装置，微型RTU实时采集装置，能采集供电回路的实时电流、电压、功率开关分合情况，具有回路故障自动报警功能，通过 CANBUS端口与通信集中器通信，详见电路原理图。
 
  变电站：金山35Kv**变1座。采用YJV22-3 ×50交联电缆沿高速公路两侧直埋，供电半径25公里。金山**变电站采用综合自动化的一、二次保护装置，进出线开关配备本地和远程操作功能，保护回路的过流、过压、零序保护由CPU控制，具有当地整定和远程整定功能，由RTU实时采集电压、电流、有功、无功、功率、电量频率，断路器的位置，储能状态，隔离刀闸位置，主变的运行温度、差动保护、负荷情况，后备保护电路和自动投切备用设备等电气量，经自动化系统主机网口直接与无人站交换机相应网口连接，接口设备为网线。
收费站、服务区、停车区：龙文收费站、芗城收费站、南靖收费站、金山收费站、和溪收费站；朝阳停车区、金山停车区等7个配电室。收费所和停车区采用GB-9型干式变压器。
3.2.2电力监控自动化系统构成
  电力监控自动化系统中心主站系统：选择多机单网系统结构，设置网络交换机，1台数据服务器，2个工作站，1个维护站，1台数据通信机，并配有打印机等。
电力监控自动化系统通信系统：包括电力监控自动化系统通信主干网与分站点内部通信两部分，其中通信主干网采用光纤以太网，由高速公路通信系统平台提供。
分站点各类微机（保护）测控装置及当地监控系统。由监控主机，1面工作台，1台针式打印机，1套UPS等组成。
3.3 系统主要功能
3.3.1电力监控自动化系统中心主站系统
  通过智能交通的通信平台来传送实时采集的高速公路供配电系统运行信息，对收费所、停车区、服务区、隧道通风照明等供电设备的运行状态、进线、出线、变压器、备用回路进行实时远程监控，对故障动作信号及时采集，分析，加速供电网故障处理，通过对系统各段母线电压实时监控，及时自动调整，确保设备供电源稳定性和可靠不间断，实现全路供配电设施的遥测、遥信、遥控、遥调的四遥功能。
3.3.2当地监控系统
  通过当地监控主机(IPO将数据采集、SCADA、数据库管理等三大逻辑功能融于一体；实现与直流屏、数字电度、系列保护测控装置等站内数字化装置通信；实现系统工况监视、主接线图监视主画面、实时数据和信号列表显示、限值改及人工置数、事件处理。系统的事件包括：开关变位，故障跳闸，事件发生后将自动引发如下行为：画面、声音报警，报警文字信息显示，报警打印，记录人库，历史信息查询功能，曲线生成功能，打印功能，运行报表，路器制功能，保护整定，由网络接口与电力监控自动化系统中心主站通信。
3.3.3主要设备装置功能
  集中RTU柜装置：集中RTU柜装置具有远方功能和本地功能。
远方功能：实现交/直流模拟量、开关量、脉冲量及数字量的实时处理与传输；实现开关变位的**插人传送 (CDT方式）及事件记录的传送；实现控制命令的接收与执行；实现RTU运行参数及状态的远方监视与修改；实现各装置信息的处理与转发；通过网络端口与监控中心通信。
本地功能：实现交、直流模拟量、开关量、脉冲量及数字量的处理与监视；实现14寸一体化工作站及触摸键盘构成友好人1机界面，菜单指引操作，表格图形方式显示实时采集数据及各种参数设置；实现通讯报文监视；实现与各类数字化装置通信以构成无人值班系统。
  微型RTU装置：微型RTU装置主要功能为交流采样采集地埋变压器400v主回路IA，1B,IC； UA,UB ,UC；P, Q，COSQ，F及温度T；采集地埋变出线柜内各断路器，接触器等辅助接点及脱扣动作信号；实现对电动开关的遥控操作；通过CANBUS端口与通信集中器通信。
  通信集中器：配有网络(RJ-45 )端口，RS-485端口、RS-232端口和4个CANBUS端口，通过CANBUS端口实现对各端采集装置按照微型RTU协议采集数据与信息，经网络(RJ-45）端口转发到远程监控中心，并通过网络(RJ-45）端口接受远程监控中心下发的命令转发到对应的独立装置执行，还配备液晶的人机界面，可以设置IP号，向下通信速率等。
微机风机保护装置：微机风机保护装置具有短路、堵转、电流不平衡、接地、缺相、过/欠压及过负荷等多种数字式保护功能，满足直接启动、可逆启动及软启动等启动方式；采集电动机回路的三相电流、电压、功率因数、有功功率、无功功率等及有功、无功等多种电参数的测量。
  数据库：采用将实时数据与商用关系数据相结合的模式，应用CAD技术使全系统的用电量、计量、设备运行状态、故障处理情况、格式化常年保存，负责其他运行系统在启动时的实时数据库状态恢复功能（前置机节点除外）；提供系统管理功能，以保持实时数据库全系统的一致性；具有定期打印和召测打印的双重功能，并设有重要数据自动备份功能。同时具有统计、查询、历史数据分析和计算等功能。
工作站SCADA：系统在提供的监控人机界面上，以图形、表格、曲线、声音和动画的方式显示电网各监控站点及电网中压系统的当前、历史数据信息和报警信息，并通过历史数据库形成反映趋势的曲线，以及各种报表信息，主要功能以画面为单位组织。
3.4 系统优越性
  电力监控自动化的优越性主要有以下几方面。
3.4.1提高供电质量提高电压合格率
  由于在变电站综合自动化系统中包括有电压、无功自动控制功能，故对于具备有载调压变压器和无功补偿电容器的变电站，可以大大提高电压合格率，保证电力系统主要设备和各种电器设备的安全，使无功潮流合理，降低网损，节约电能损耗。
3.4.2提高用电设备的安全运行
  电力监控自动化系统中的各子系统，绝大多数都是由微机组成的，它们多数具有故障诊断功能。除了微机保护能*发现被保护对象的故障并切除故障外，还兼有监视其控制对象工作是否正常的功能，发现其工作不正常及时发出告警信息。更为重要的是，微机保护装置和微机型自动装置具有故障自诊断功能，高速公路上各种电器设备用电的可靠性大大提高。
3.4.3提高电力系统的运行、管理水平
  电力监控实现自动化后，监视、测量、记录、抄表等工作都由计算机自动进行，既提高了测量的精度，又避免了人为的主观干预，运行人员只要通过观看电脑屏幕，对变电站主要设备和各输、配电线路的运行工况和运行参数便一目了然，大大提高运行管理水平。
3.4.4集中技术力量，提高故障点修复的时效性，实现减人增效
  由于电力监控自动化系统中，各子系统有故障自诊断功能，系统内部有故障时能自检出故障部位，缩短了维修时间。微机保护和自动装置的定值又可在线读出检查，可节约定期核对定值的时间，而监控系统的抄表、记录自动化，值班员可不必定时抄表、记录，可实现少人值班，达到减人增效的目的。
4安科瑞配电监控系统解决方案
4.1电力监控介绍
  电力监控系统主要针对隧道变电所、箱式变电站、收费站和服务区变电所，对变电所高压回路配置微机保护装置及多功能仪表、UPS、EPS和发电机进行保护和监控，主要是服务对象为高速公路供配电系统的维护人员，对实时性要求较高。
高速公路电力监控对高速公路沿线的变电站内的高低压配电设备、发电机、变压器、UPS、EPS、外场照明、隧道内的理地式变压器与照明 、通风及排水等机电设备进行实时分布式监控和集中管理,实现无人值守,确保高速公路安全畅通 , 提高自动化管理水平,降低机电设备的运行维护成本 。
高速公路电力监控包括隧道变电所、服务区变电所、收费站变电所、沿线箱式变电站、互通枢纽、路灯电源、风机控制箱等区域的电力综合监控。
4.2高速公路供配电监控云平台
  高速公路监控中心主要任务为确保高速公路路的各个子系统及操控设备能正常运转，并在发生事故时能*反应处理，因此高速公路监控中心就是整个高速公路安全管控系统的神经**，通过自动化监视与侦测设备，将高速公路上任一设备的状况*传递收集于监控中心中，使管理人员可以随时轻易的掌握所有情况。 
系统采集高速公路供电系统内各个智能设备的信息，有异常时通过短信或APP推送报警信号，并且可以派发工单，并且进行跟踪闭环处理。
4.2.1平台登录
  软件采用B/S架构，用浏览器打开云平台链接、输入账户名和权限密码，进行登录，防止未授权人员浏览有关信息。
4.2.2平台导航
  平台主页显示用户管理变配电站的概况，包括用能月报、选定的变配电站状态、变压器状态、运维中心、看板。
变电站状态
  变电站状态包括概况、运行状态、当日事件记录、当日逐时用电曲线、用电概况。
  变压器状态
  变压器状态支持用户查询所有或某个站所的变压器功率、负荷率、等运行状态数据，支持按负荷率、功率等升、降序排名。
  运维中心
  运维中心展示当前用户管理的有关变电所在地图上位置及总量信息。
 
 
 
 
4.2.3电力监测
  电力监测包括电力数据、变压器监测、运行报表、配电图、电力值表、运行日报、平均功率因数监视和统计页面。 
4.2.4用电分析
  用电分析包括用能报表、同比分析、环比分析、电能集抄、计量及线路损耗。
用能报表
  用能报表显示各回路的用能数据，包括日报、月报、年报，日报显示分时用能，月报显示分日用能，年报显示分月用能，报表可以导出。
4.2.5事件记录
  事件记录方便运维人员查看分析设备如断路器合分、门开门关、电流电压越限告警、烟雾报警、气体浓度越限报警、浸水报警、故障告警、短信志、平台运行日志等记录。
4.2.6安全用电
  安全用电包括漏电监测和线缆温度监测。
  漏电监测
  漏电监测展示选中变配电站的漏电流和线缆温度及报警状况。
  线缆温度监测
  线缆温度监测界面展示了选中变配电站的线缆温度，选中需查看的监测点，点击查询可以查看线缆温度的历史数据
4.2.7运行环境
  运行环境包括环境监测、视频监控、环境温湿度、仪表通讯状态、网关通信状态、视频监控、视频设备状态等。
  环境监测
  环境监测展示了变配电站内的环境状态，包括环境温湿度、水浸、烟雾、门状态等信息。
  视频监控
  视频监控展示了当前实时画面（视频直播），选中某一个变配电站，即可查看该变配电站内视频信息。
  环境温湿度
  环境温湿度展示变电所内仪表记录的环境温湿度信息，并可导出为excel。
  视频设备状态
  视频设备状态展示了变电所内视频设备的在线情况。
4.2.8设备控制
  设备控制包括遥控定义、照明控制以及控制操作日志。
  照明控制
  照明控制可以控制灯泡的亮灭，选择“变配电站”，点击勾选要控制的设备，点击“控制”按钮，在弹出层选择设备状态，点击“确定”。
4.2.9设备管理
  设备管理包括设别定义、设备档案和设备报表，在设备档案中对变电所设备进行维护处理。
  设备档案
  设备档案中选择变电所，对设备定义的模板进行导入 ，有新增、修改、删除、复制等操作，对变电所设备进行维护管理。
  设备报表
  设备报表展示了各个变电所的设备状况，并根据设备档案中填写的安装时间和质保期得出建议更换时间，并在举例建议更换时间7天内提示用户更换设备。
4.2.10运维管理
  运维管理包括任务管理、巡检记录、缺陷记录三部分，其中任务管理可以完成任务的创建、发布、任务完成情况查询；巡检记录是巡检任务的执行情况和执行明细，缺陷记录是消缺任务创建、发布、完成状态情况查询。
  任务管理
  任务管理页面可以发布巡检或消缺任务，查看巡检或消缺任务的状态和完成情况，可以点击查看任务查看具体的巡检信息。
  巡检记录
  巡检记录显示了巡检任务的完成情况，以及巡检详情。
  缺陷记录
  缺陷记录记录了各个变电所运维巡检过程中上传的缺陷信息。
4.2.11APP支持
  电力运维手机支持“监控系统”、“设备档案”、“待办事项”、“巡检记录”、“缺陷记录”、“文档管理”和“用户报告”七大模块，支持一次图、需量、用电量、视频、曲线、温湿度、同比、环比、电能质量、各种事件报警查询，设备档案查询、待办事件处理、巡检记录查询、用户报告、文档管理等。
5 结束语
  电力监控自动化管理实现了各站点无人值守、技术力量集中化，提高了故障修复时效性，可以说是智能交通设备系统正常可靠运行的重要管理手段，是高速公路运营管理、提高经济效益的保证。通过实践验证，复用ITS通信平台，实时传送供配电信息，可以实现自动化管理，同时提高经济效益，方便运营维护管理，实现减人增效、节能增效等显著的经济效益。实践证明，采用电力监控智能管理是可行的。
 
参考文献:
[1]方见慈.山区高速公路供配电智能管理.
[2] 安科瑞企业微电网设计与应用手册，2020.06

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