綜合電力集控系統(tǒng)在馬鞍山長江公路大橋的應(yīng)用

周子偉

(安徽省交通控股集團(tuán)有限公司 馬鞍山管理處，安徽 馬鞍山　243000)

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綜合電力集控系統(tǒng)在馬鞍山長江公路大橋的應(yīng)用

周子偉

(安徽省交通控股集團(tuán)有限公司 馬鞍山管理處，安徽 馬鞍山243000)

摘要：文章闡述了馬鞍山長江公路大橋綜合電力集控系統(tǒng)的概況、運(yùn)行原理以及通過綜合電力集控系統(tǒng)在大橋供配電系統(tǒng)中的運(yùn)行、管理，系統(tǒng)的成功應(yīng)用從而達(dá)到降低了大橋維護(hù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少值班維護(hù)人員配置，降低運(yùn)行維護(hù)成本的目的。

關(guān)鍵詞：電力；集控；信息；傳輸

1概況

馬鞍山長江公路大橋位于安徽省東部，起自巢湖市和縣姥橋鎮(zhèn)省道206，接馬鞍山至巢湖高速公路，跨江后進(jìn)入馬鞍山市，終點(diǎn)止于馬鞍山市當(dāng)涂縣牛路口(皖蘇界)，與馬鞍山至溧水公路(江蘇段)相接。大橋全線總里程36.14 km，其中南岸接線長19.49 km，跨江主體部分長11 km，北岸接線長5.65 km。根據(jù)地理位置的特點(diǎn)，在采石互通設(shè)置中心變電所，為江心洲服務(wù)區(qū)、江心洲互通和大橋管理處提供10 kV雙電源，以及為大橋道路照明、結(jié)構(gòu)內(nèi)部、夜景照明提供5.5 kV電源。

馬鞍山長江公路大橋供配電、道路照明、景觀照明、結(jié)構(gòu)內(nèi)部用電設(shè)備數(shù)量多，點(diǎn)多面廣，人工操作起來很不方便。為提高大橋的運(yùn)行管理自動(dòng)化水平、減輕大橋維護(hù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少值班維護(hù)人員數(shù)量，降低運(yùn)行維護(hù)成本的目的，大橋設(shè)有綜合電力集控中心。綜合電力集控中心對(duì)上述供配電設(shè)備實(shí)施集中監(jiān)控、綜合自動(dòng)化控制，實(shí)現(xiàn)了全線配電設(shè)備的無人值守，以提高大橋的運(yùn)行、管理自動(dòng)化水平，方便管理人員操作，節(jié)省人力，實(shí)現(xiàn)了降低成本的目的。

2綜合電力集控系統(tǒng)

2.1系統(tǒng)監(jiān)控對(duì)象及監(jiān)控策略

(1) 監(jiān)控對(duì)象。沿線收費(fèi)站、服務(wù)區(qū)變電所及樞紐箱式變等變配電一次設(shè)備、道路照明設(shè)備及變電所環(huán)境等；橋梁段變配電一次設(shè)備、大橋路燈照明、大橋夜景照明、大橋航空、航標(biāo)燈、大橋附屬機(jī)電設(shè)備等。具體包括：高壓進(jìn)出線開關(guān)、低壓進(jìn)線開關(guān)、雙電源自動(dòng)切換開關(guān)、低壓母聯(lián)、電容補(bǔ)償器、低壓出線斷路器、交流接觸器(照明回路)、變壓器(溫控儀)、變電所環(huán)境、航空障礙燈、航道標(biāo)志燈、除濕設(shè)施、電梯、道路照明、夜景照明等[1]。

(2) 監(jiān)控策略：根據(jù)沿線變電所、大橋沿線變配電及附屬機(jī)電設(shè)施的設(shè)置情況及各類負(fù)荷的供電要求，集測控、保護(hù)、遠(yuǎn)動(dòng)、通訊功能為一體，以供配電設(shè)施、照明設(shè)施、其他附屬機(jī)電設(shè)施為監(jiān)控重點(diǎn)，自動(dòng)化硬件部分以高壓控制保護(hù)單元、低壓測控單元、多開關(guān)量監(jiān)控單元等設(shè)備為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)沿線機(jī)電設(shè)施遠(yuǎn)程集中遠(yuǎn)程控制和自動(dòng)化管理[2]。同時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)控沿線各變電所及其他機(jī)電設(shè)施的工作環(huán)境(防火、防盜及遠(yuǎn)程監(jiān)視)，保證沿線機(jī)電設(shè)施的安全可靠運(yùn)行。

2.2系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)及管理模式

沿線共設(shè)置6座變電所(收費(fèi)站、服務(wù)區(qū))和1個(gè)箱式變(樞紐互通)，橋梁段設(shè)置6處變電所，9處埋地變、除濕設(shè)施、電梯、夜景照明配電箱、交通信號(hào)燈等。根據(jù)該路運(yùn)營管理體制方案及從系統(tǒng)可靠性出發(fā)，設(shè)置14個(gè)監(jiān)控子站，道路段每個(gè)收費(fèi)站、服務(wù)區(qū)變電所分別設(shè)置1處監(jiān)控子站(共計(jì)6處),馬鞍山東樞紐箱式變監(jiān)控信號(hào)就近納入采石互通監(jiān)控子站；橋梁段在左汊橋南邊邊塔、中塔、南北錨各設(shè)置1處監(jiān)控子站(共計(jì)5處)，在右汊橋南北邊塔、中塔分別設(shè)置1處監(jiān)控子站(共計(jì)3處)，橋梁上各監(jiān)控設(shè)施(高低壓測控設(shè)備、除濕設(shè)備、電梯、航空航標(biāo)燈等)信號(hào)就近接入各監(jiān)控子站。電力集控系統(tǒng)在采石互通中心變?cè)O(shè)置集控中心，在大橋管理處、馬蕪管理處(采石互通)分別設(shè)置集控副中心，所有數(shù)據(jù)將通過光纖網(wǎng)絡(luò)傳送到三處監(jiān)控主機(jī)，三處集控中心(副控中心)進(jìn)行功能劃分，每處中心可實(shí)現(xiàn)所有數(shù)據(jù)的監(jiān)測及部分控制功能[3]。

2.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層次

(1) 監(jiān)控子站層的各監(jiān)控設(shè)備分別通過RS485總線與通信管理機(jī)相連，通信管理機(jī)進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換成Ethernet數(shù)據(jù)，然后通過通信網(wǎng)絡(luò)層(冗余光纖工業(yè)以太環(huán)網(wǎng))與監(jiān)控管理層進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；監(jiān)控子站層的視頻監(jiān)測設(shè)備(球型遙控?cái)z像機(jī)、環(huán)境傳感器等)經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)視頻編碼器將模擬視頻數(shù)據(jù)和串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成Ethernet數(shù)據(jù)后，同樣通過通信網(wǎng)絡(luò)層與監(jiān)控管理層進(jìn)行數(shù)據(jù)通信[4]。

(2) 監(jiān)控管理層(遠(yuǎn)方集控層)由集控主機(jī)(互為備用)、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、視頻主機(jī)、大屏幕液晶屏、打印機(jī)等設(shè)備組成，通過通信網(wǎng)絡(luò)層與現(xiàn)地各監(jiān)控子站進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)集控的SCADA功能和機(jī)電設(shè)施視頻監(jiān)視、控制、錄像等功能。同時(shí)監(jiān)控管理層將集控信息通過光纜上傳給馬鞍山大橋監(jiān)控中心。

2.4系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

通信網(wǎng)絡(luò)是綜合電力集控系統(tǒng)的關(guān)鍵之一。綜合電力集控系統(tǒng)需要借助有效的通信手段，將電力集控中心的控制命令準(zhǔn)確地傳送到為數(shù)眾多的各監(jiān)控子站，并且將反映遠(yuǎn)方各監(jiān)控子站的運(yùn)行情況的數(shù)據(jù)及視頻信息收集到大橋電力集控中心。綜合工程投資及運(yùn)行的可靠性，系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選用環(huán)形結(jié)構(gòu)，采用容錯(cuò)冗余單模光纖環(huán)網(wǎng)技術(shù), 構(gòu)建大橋機(jī)電集控系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)本項(xiàng)目沿線監(jiān)控子站設(shè)置方案，本系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方案由14臺(tái)千兆工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)構(gòu)成光纖環(huán)網(wǎng)。由于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為環(huán)形，實(shí)現(xiàn)了通訊鏈路冗余[5]。

在鏈路發(fā)生單點(diǎn)故障的情況下，網(wǎng)絡(luò)會(huì)在100 ms內(nèi)重構(gòu)，控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)不會(huì)丟失，從而保證了大橋機(jī)電集控系統(tǒng)的可靠性和實(shí)時(shí)性。系統(tǒng)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)信號(hào)和視頻監(jiān)視系統(tǒng)圖像信號(hào)均通過光纖該通信網(wǎng)絡(luò)傳送至大橋機(jī)電集控中心。該通信網(wǎng)絡(luò)方案具有以下特點(diǎn)：采用了光纖冗余環(huán)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)冗余千兆光纖以太網(wǎng)環(huán)，當(dāng)發(fā)生某處光纖故障時(shí)，網(wǎng)絡(luò)通訊會(huì)在100 ms之內(nèi)恢復(fù)正常，保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性。系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸包括數(shù)據(jù)信號(hào)和圖像信號(hào)兩個(gè)方面，均由冗余光纖工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)進(jìn)行傳輸。這種視頻、數(shù)據(jù)一體化網(wǎng)絡(luò)，簡化了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，降低了工程量，為施工和維護(hù)帶來方便。使用單模光纖直接連接遠(yuǎn)距離站點(diǎn)，抗干擾性能好，可以防雷電[6]。同時(shí)采用光纖所聯(lián)接的設(shè)備之間實(shí)際上做到了電隔離，可以提高所連接的電設(shè)備的性能。

2.5綜合電力集控系統(tǒng)主要功能

2.5.1供配電設(shè)施電力監(jiān)控子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)通過采集各供配電設(shè)施(監(jiān)控子站)的電力參數(shù)信息等數(shù)據(jù)，以圖形的方式進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示各監(jiān)控子站的工作狀態(tài)，對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析、處理，并以此為依據(jù)制定相應(yīng)的控制方案，然后向各監(jiān)控設(shè)備發(fā)送各種數(shù)據(jù)信息或控制命令，以保證整個(gè)沿線供配電系統(tǒng)安全、可靠地運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)各監(jiān)控子站的遙測、遙信、遙控等功能，并把監(jiān)測到的數(shù)據(jù)和遠(yuǎn)程操作指令等以數(shù)據(jù)庫形式存放在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中，以備日后查詢時(shí)調(diào)用，同時(shí)形成日?qǐng)?bào)表，月報(bào)表及年報(bào)表等[7]。

2.5.2照明設(shè)施自動(dòng)控制子系統(tǒng)

該系統(tǒng)通過電力集控模塊監(jiān)測沿線變電所低壓出線柜照明回路、橋梁段照明埋地變照明主出線回路的電壓、電流、功率等電力參數(shù)，根據(jù)測出的電力參數(shù)估算出亮燈率，監(jiān)視接觸器分合閘狀態(tài)，遙控接觸器分合閘以及對(duì)跨江大橋道路照明變功率控制等功能。實(shí)現(xiàn)對(duì)服務(wù)區(qū)、收費(fèi)廣場照明及橋梁段路燈進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和管理。

2.5.3航空、航標(biāo)燈自動(dòng)控制子系統(tǒng)

航空障礙燈已自帶自動(dòng)控制裝置和智能通信接口,自動(dòng)控制裝置做到自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)航空障礙燈開燈、關(guān)燈和同步閃爍等各種控制功能。電力集控系統(tǒng)通過航空障礙燈的智能接口監(jiān)測航空燈的工作狀態(tài)和故障報(bào)警等[8]。

2.5.4大橋電梯自動(dòng)監(jiān)測子系統(tǒng)

大橋電梯包括邊塔電梯(6部)、中塔電梯(4部)共計(jì)10部電梯。電力集控系統(tǒng)通過電梯的智能接口，對(duì)大橋主塔內(nèi)電梯的運(yùn)行狀態(tài)、上行和下行狀態(tài)、開門和關(guān)門狀態(tài)、轎箱位置、報(bào)警狀態(tài)、超載狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視。

2.5.5大橋除濕子系統(tǒng)

馬鞍山大橋已單獨(dú)設(shè)計(jì)完善的大橋除濕系統(tǒng)及健康監(jiān)測系統(tǒng)。電力集控系統(tǒng)僅考慮對(duì)鋼箱梁、錨錠及塔頂鞍罩內(nèi)的除濕機(jī)進(jìn)行監(jiān)控。具體包括塔頂鞍罩除濕設(shè)施、鋼箱梁除濕設(shè)施、錨碇除濕設(shè)施等。除濕機(jī)帶自動(dòng)控制裝置和智能通信接口，電力集控系統(tǒng)與除濕機(jī)的智能通信接口相連，平時(shí)只監(jiān)視除濕設(shè)施的運(yùn)行狀態(tài)、故障報(bào)警和溫濕度等，除濕機(jī)的運(yùn)行由除濕機(jī)自行實(shí)現(xiàn)。為保證在人員進(jìn)入鋼箱梁時(shí)，鋼箱梁內(nèi)部有良好的空氣，電力集控系統(tǒng)對(duì)除濕機(jī)新風(fēng)系統(tǒng)實(shí)施遠(yuǎn)程遙控，在有人員進(jìn)入鋼箱梁前，提前開啟新風(fēng)機(jī)，輸送部分新風(fēng)[9]。

2.5.6機(jī)電設(shè)施視頻監(jiān)視及環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)

變電所視頻監(jiān)視主要用于變電所環(huán)境狀況(防火、防盜)的監(jiān)視，同時(shí)對(duì)電力參數(shù)監(jiān)控子系統(tǒng)的控制操作進(jìn)行確認(rèn)(通過監(jiān)視變電所現(xiàn)地電力儀表讀數(shù))，緊急時(shí)用于事件、事故等上傳信息的確認(rèn)，為選擇電力控制方案提供依據(jù)，是電力參數(shù)監(jiān)控子系統(tǒng)的輔助工具，并可以對(duì)必要的視頻圖像進(jìn)行錄像，以便分析及取證。系統(tǒng)正常工作時(shí)，值班人員在電力集控中心通過視頻主機(jī)對(duì)各變電所現(xiàn)場情況進(jìn)行監(jiān)視，并可對(duì)各遙控?cái)z像機(jī)進(jìn)行控制，當(dāng)有緊急情況和報(bào)警時(shí)可通過閉路電視清楚地觀察到各配電設(shè)備的工作狀態(tài)、儀表、指示燈、故障、室內(nèi)的環(huán)境等，并具有自動(dòng)錄像的功能，以便及時(shí)準(zhǔn)確地采取相應(yīng)的措施。各變電所的視頻圖像均為數(shù)字網(wǎng)絡(luò)視頻信號(hào)，可根據(jù)需要上傳至電力集控中心[10]。

3結(jié)束語

通過電力集控系統(tǒng)的應(yīng)用，其強(qiáng)大的信息傳輸、遠(yuǎn)程控制功能實(shí)現(xiàn)各配電房進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測，保證了馬鞍山長江公路大橋各種機(jī)電設(shè)施的正常運(yùn)行，從而達(dá)到減輕大橋維護(hù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少值班維護(hù)人員、降低運(yùn)行維護(hù)成本的目的，為大橋、收費(fèi)站的安全、暢通運(yùn)行創(chuàng)造了必要條件。

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收稿日期：2016-01-27

作者簡介：周子偉(1980-)，男，安徽蕪湖人，安徽省交通控股集團(tuán)有限公司馬鞍山管理處工程師．

中圖分類號(hào)：TM921.5;TP273

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-5781(2016)01-0071-03