淺談智能化電能管理在高速公路隧道中的應用

秦風龍

摘 要：以遼寧省新建高速公路所實施的隧道智能化電能管理為例，對智能化電能管理在隧道供電系統(tǒng)中的應用、要求和實現方案等進行了簡單的介紹。

關鍵詞：智能化電能管理；高速公路；隧道；供電系統(tǒng)

中圖分類號：TM764 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.08.042

隧道機電系統(tǒng)的穩(wěn)定性直接影響到高速公路的暢通，甚至關系到用路人的生命財產安全，因此，對隧道供電系統(tǒng)的要求非常嚴格——在保證高速公路隧道安全、暢通的同時，必須做到高效節(jié)能。可見，推行智能化電能管理勢在必行。

1 高速公路隧道供電系統(tǒng)簡介

高速公路隧道大多位于山區(qū)，環(huán)境十分惡劣，濕度較高、溫度較低，且隧道內機電設備的損耗很大。在隧道兩端（或一端）建有變電所，變電所大多由就近的農電網供電。高速公路隧道供電系統(tǒng)由高壓供配電系統(tǒng)、變壓器、發(fā)電機組、切換柜、低壓供配電系統(tǒng)幾部分組成。

1.1 高壓供配電系統(tǒng)

高壓市電（10 kV以上）進入高壓配電室后，經高壓電源引入柜、主受柜、計量柜、配出柜送至變壓器。這四個高壓配電柜按順序前端可切斷后端的輸入。在高壓室內還應該有一個直流配電屏，配有兩路整流設備和電瓶儲能并聯(lián)浮充供電設備，為主備用熱備份。

1.2 變壓器

隧道變電所變壓器大多是室內三相干式400 kVA變壓器，一次輸入高壓10 kV以上，二次輸出380 V。

1.3 發(fā)電機組

發(fā)電機組是供電系統(tǒng)的雙電源之一，可保證在市電停電時供電系統(tǒng)仍正常工作，從而確保高速公路的正常運行。

1.4 切換柜

市電經變壓后送入穩(wěn)壓器穩(wěn)壓，然后送入切換柜。發(fā)電機組的輸出也被送到切換柜。也就是說，切換柜有兩路輸入。一般情況下，切換柜均設置為自動切換狀態(tài)。當切換柜檢測到市電輸入正常時，由市電輸出供電；當切換柜檢測到沒有市電輸入或者市電缺相、市電電壓偏高或偏低等時，自動啟動發(fā)電機組并切換到發(fā)電機組輸出供電狀態(tài)；當市電輸入恢復正常時，切換柜自動發(fā)出指令，關閉發(fā)電機組，切換回市電輸入供電狀態(tài)。

1.5 低壓供配電系統(tǒng)

切換柜的輸出接在低壓進線柜上，低壓進線柜有自己單獨的隔離開關和電動空開。進線柜的輸出送到節(jié)能控制柜，再由節(jié)能控制柜按類別各路輸出到照明配電柜、監(jiān)控設備配電柜、風機配電柜、交流低壓配電柜、電容柜等多個設備。每個子供`

配電系統(tǒng)的主要空開都能夠通過電力監(jiān)測系統(tǒng)傳輸到監(jiān)控室。因此，每個子供配電系統(tǒng)的操作都可以在管理處監(jiān)控室觀察到。當出現跳閘、缺相、高低壓超限等不正常現象時，管理處監(jiān)控室的電力檢測主機會發(fā)出聲音告警并在主機顯示器上彈出相應的報錯信息，以通知維護人員及時檢修處理。

2 智能化電能管理的優(yōu)勢

智能化電能管理主要有以下幾個優(yōu)勢：①節(jié)約運行和人力管理成本。智能化電能管理可對高壓（10 kV、35 kV等）進戶級變壓器、低壓饋出線、低壓電動機等電氣設備進行保護和監(jiān)視，實現數據采集、事故報警及自動控制等。同時，在監(jiān)控中心就能隨時觀察到設備的運行參數，全面實現電能管理的無人值班，節(jié)約運行和人力管理成本。②事故預警、報警。系統(tǒng)可對潛在的事故進行預報警，也可對各種電量越限、開關變位進行報警等，以提示維護人員及時處理出現的事故，避免造成更大的損失。同時，系統(tǒng)還可以根據提供的故障信息，縮短故障處理時間和停電時間。③用電成本考核。系統(tǒng)可對電氣設備的用電進行高精度計量，并用報表顯示，為成本考核和設備升級提供依據。④運行優(yōu)化管理。系統(tǒng)可提供電氣設備的運行趨勢、狀態(tài)記錄和開機電流記錄等數據，維護人員可根據這些數據對變壓器、電纜、開關、電動機容量設計和運行進行優(yōu)化。⑤便于設備檢修和管理。根據電氣設備歷史資料庫和實際運行情況、檢修條件安排檢修，設定檢修提醒，制訂檢修計劃，變定時檢修為狀態(tài)檢修，縮短計劃維修時間。⑥節(jié)省投資。用智能測控儀表代替?zhèn)鹘y(tǒng)變送器加PLC的監(jiān)控模式，且后臺軟件經以太網接入BA系統(tǒng)，不需要與BA接入網關，布線結構簡單、維護方便，節(jié)省投資。⑦系統(tǒng)功能完備。系統(tǒng)可對第三方設備（直流屏、UPS、變壓器溫控器等設備）進行監(jiān)控，實現數據的共享等。

3 高速公路隧道智能化電能管理的要求

高速公路隧道較長，耗電量很大。智能化電能管理系統(tǒng)可對供用電系統(tǒng)的電能進行管理，實現高效節(jié)能，滿足電力安全、可靠供應的需求，從而保證高速公路的安全、經濟運轉。

高速公路隧道應急照明、監(jiān)控、消防系統(tǒng)為一級負荷中特別重要的負荷，除了配備市電和發(fā)電機兩個電源供電外，同時還應有UPS不間斷電源保證供電系統(tǒng)的可靠性。高速公路隧道對供電系統(tǒng)的要求極高，因此，智能化電能管理要做到以下幾點：①兼容電氣火災監(jiān)控功能，真正實現隧道的防患于未“燃”。火災對隧道來說是災難性的，因此必須從根本上杜絕火災的發(fā)生。②兼容電能質量的監(jiān)測功能，在電能質量下降時，系統(tǒng)能夠自動分析電能質量下降的原因，減少因電能質量問題而造成的不必要的損失，并減少因電能問題而產生的隧道通行障礙。③采用光纖自愈式環(huán)網通信結構，支持環(huán)網冗余功能，保障系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠運行。在通信系統(tǒng)有斷點或部分線路中斷時，系統(tǒng)能夠保證其他線路正常通信，減少通信中斷現象。④有分級、分組控制隧道照明系統(tǒng)，既要保證照明的質量，又要做到節(jié)約能源，保證隧道內部視線良好。⑤實現隧道通風系統(tǒng)風機自動控制。當檢測到隧道內空氣質量不佳時，能及時排除尾氣和煙塵，提高隧道內的空氣質量，保證隧道運行環(huán)境舒適和安全。

高速公路隧道對供電系統(tǒng)的要求極高，電能系統(tǒng)的穩(wěn)定關系著道路的暢通和用路人的生命財產安全。另外，在保證電能質量的同時還要節(jié)約電能。

4 實現方案

高速公路隧道的環(huán)境惡劣，濕度較高、溫度較低。一些設備因潮濕而經常造成線路短路，或因長期潮濕而引發(fā)設備、線路腐蝕等。因此，應使用具有抗腐蝕、抗灰塵的全封閉、金屬封裝的PMC等一系列保護裝置對測控電表、電能表、電能質量監(jiān)控裝置等設備進行保護。另外，還要實現全電量測量、計量、電能質量在線監(jiān)測、各種保護等功能，其中，開關量可以用于負荷控制，節(jié)電節(jié)能。圖1所示為智能化電能管理系統(tǒng)架構。

高壓市電輸入110 kV、35 kV和10 kV在變電所內的保護可采用PMC-651X系列保護測控裝置和PMC-6830系列備自投裝置，以實現對饋線、電容器、母聯(lián)分段開關、配電變壓器、高壓電動機以及TV的保護和測控；動力380 V電動機可采用PCM-550系列低壓保護控制器，具有各種控制功能，并配合PLC控制運行，配置了各種電動機的常用保護，以保證電動機的安全運行；低壓線路可采用PCM-550F保護裝置，以保證低壓線路的安全、可靠運行。

隧道內采用具有探測剩余電流、溫度以及消防聯(lián)動功能的PMC系列電氣火災探測器，以實現對隧道內各個電氣火災探測點的實時監(jiān)控。

在傳輸上應該采用光纖自愈式環(huán)網接入控制中心，支持環(huán)網冗余功能，避免網絡因環(huán)境問題無法工作，并且可在一段線路出現故障時不斷網絡，即使網絡停止運行也能夠將停止時間降至最少，從而保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

在軟件實現上，監(jiān)控中心采用中電技術裝備有限公司（以下簡稱“中電技術”）的PecStar自動化組態(tài)軟件（這也是大多數電能管理系統(tǒng)使用的軟件），實現對高速公路隧道內全部路段各個變電所和隧道內的機電設備在線實時監(jiān)控。PecStar 自動化組態(tài)軟件是中電技術在開發(fā)電力監(jiān)控應用軟件的基礎上，應用現代網絡和計算機技術而開發(fā)的集多種功能于一體的自動化組態(tài)軟件。PecStar是一個功能強大的組套軟件，集安全、可靠、兼容、易操作等優(yōu)點于一身，可幫助用戶制訂更科學、更有效的用電管理決策，提高用戶用電管理和運行水平，提高效益。PecStar軟件具有以下多個優(yōu)點：①采用模塊化設計方案，提供個性化組態(tài)方式；②多種不同類型的數據采集、分析功能為各類能源整合提供了基礎平臺；③擁有全新的 SQL Server 數據庫存儲方式和主備數據庫設計，保證全網數據不丟失；④基于地理信息的管理監(jiān)控功能，將信息全面、直觀地呈現給用戶；⑤具備靈活的報表分析工具，滿足用戶的具體需求；⑥支持多種通信規(guī)約（協(xié)議）的接入，易與其他系統(tǒng)軟件或設備整合；⑦具有高精度波形采樣和波形瞬態(tài)捕捉分析功能，幫助用戶迅速查找分析故障原因；⑧支持服務器冗余、網絡冗余、設備冗余、客戶端冗余等多種冗余方式；⑨支持 Web 客戶端訪問，可使用 IE 瀏覽器訪問管理數據，實時掌控現場細節(jié)。

5 結束語

智能化電能管理系統(tǒng)是以智能儀表測量為核心，運用計算機和通信技術將保證配電系統(tǒng)安全、可靠運行而相互關聯(lián)的各個部分連接成一個有機整體，完成配電系統(tǒng)的測量和監(jiān)視、事故記錄與分析等。智能化電能管理不僅可以保證隧道供電系統(tǒng)的安全、可靠運行，也可以節(jié)約能源，還可以節(jié)省投資，減少維護的人力成本。因此，加強高速公路隧道供電系統(tǒng)的智能化管理是大勢所趨。隨著科技的發(fā)展，智能化電能管理系統(tǒng)將越來越科學，越來越完善。

〔編輯：劉曉芳〕