高速公路供配電智能化系統(tǒng)電力監(jiān)控分析

朱珍學

（貴州橋梁建設(shè)集團有限責任公司,貴州 貴陽 550001）

0 引言

電力監(jiān)控系統(tǒng)是高速公路供配電系統(tǒng)的核心，對收費站和隧道配電站的正常運行至關(guān)重要[1]。該系統(tǒng)借助無線傳輸技術(shù)、自動化技術(shù)、信息傳遞技術(shù)等實現(xiàn)對低壓開關(guān)柜、變壓器、高壓開關(guān)柜等設(shè)備的遠程自動化動態(tài)管理，精準采集和實時監(jiān)控相關(guān)數(shù)據(jù)，準確無誤地反饋配電設(shè)備運行狀態(tài)，了解配電站工作水平。電力系統(tǒng)智能化監(jiān)控能提高設(shè)備運行效率和數(shù)據(jù)準確性，改善系統(tǒng)運行穩(wěn)定性、安全性；實時監(jiān)控配電站運行狀況，科學決策和快速診斷，及時發(fā)現(xiàn)配電系統(tǒng)故障，減少巡檢次數(shù)、降低運行成本。

1 電力監(jiān)控系統(tǒng)組成

1.1 監(jiān)控對象

外界環(huán)境和配電機房設(shè)備參數(shù)均會影響高速公路電力監(jiān)控系統(tǒng)的正常運行，電力監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)當通過對監(jiān)控對象的精準識別，及時發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)，并通過對數(shù)據(jù)信息的整理分析，做出科學判斷，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行[2]。數(shù)據(jù)采集內(nèi)容包括數(shù)字量、模擬量。這些有關(guān)參數(shù)可為精準決策提供參考。

1.2 功能和技術(shù)要求

高速公路供配電系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備保持24 h運行，各收費站、隧道配電房均處于無停歇工作狀態(tài)。為確保系統(tǒng)安全運行，電力監(jiān)控系統(tǒng)需對變壓器、高低壓進線柜等重點設(shè)備進行實時動態(tài)監(jiān)控，分析其運行狀態(tài)、設(shè)備健康狀況、環(huán)境數(shù)據(jù)等信息，發(fā)現(xiàn)異常值及時上報，運維電工借助短信、手機、語音等不同方式獲取報警維修信息，及時加以干預[3]。

根據(jù)設(shè)備故障類型和突發(fā)事件的嚴重程度，可將報警級別分為正常、一般報警、嚴重報警、緊急報警四種類型。通過報警提示、微信公眾號、App通知等不同方式傳送報警信息，根據(jù)故障類別觸發(fā)報警方式，報警級別與報警方式之間自由組合。某收費站配電房，電力監(jiān)控系統(tǒng)對4AH收費站變壓器、5AH饋線柜、6AH饋線柜、IAH10 kV電源進線柜進行電力監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)某線路電壓為零時，及時反饋信息判斷為無壓無流，需及時斷電，并傳送報警信息至維保人員。

1.3 技術(shù)原理及性能指標

該高速公路機電工程秉承就近布置的原則，電力監(jiān)控系統(tǒng)采取功能分級、結(jié)構(gòu)分層的方式構(gòu)建，以確保控制可靠，滿足無人變電站運行需求。高速公路電力監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，實現(xiàn)對箱式變電站、隧道變電站、收費站運行狀態(tài)的全方位動態(tài)監(jiān)控，重點監(jiān)控電壓、低高壓開關(guān)柜工作狀態(tài)、電流、功率、頻數(shù)、變壓器溫度等指標，確保設(shè)備穩(wěn)定運行[4]。監(jiān)控系統(tǒng)主要功能包括數(shù)據(jù)采集與處置、異常事件報警與記錄、在線維護、系統(tǒng)自檢、電能管理等。該高速公路電力監(jiān)控系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)情況參見圖1。

圖1 整體結(jié)構(gòu)圖

（1）高壓10 kV系統(tǒng)監(jiān)控：主要進行電流、電壓、功率、頻率等指標的動態(tài)在線檢測。

（2）400 V系統(tǒng)監(jiān)控：主要進行進線回路、功率因數(shù)、三相電壓的檢測。

（3）變壓器監(jiān)控：主要進行變壓器溫度信號檢測，具備超溫報警功能，因此，要結(jié)合項目實際情況就近布置。各分站點合理配備監(jiān)控設(shè)備，提取各監(jiān)測點數(shù)據(jù)后經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備，將信號傳輸至云端進行數(shù)據(jù)匹配與處置后提交至客戶端，便于后臺觀看與分析。

1.4 優(yōu)化與創(chuàng)新

電力監(jiān)控系統(tǒng)多位于邊遠隧道、高速公路，采用分布式數(shù)據(jù)采集監(jiān)控模式，根據(jù)項目特征合理選擇。借助無線通信協(xié)議、紫蜂協(xié)議、Moubus、RS485、采集器、GPRS等實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與傳輸，云端獲取數(shù)據(jù)后進行對應(yīng)處理，緩存數(shù)據(jù)后通過網(wǎng)絡(luò)將具體內(nèi)容發(fā)送至App、微信公眾號或網(wǎng)頁，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的精準傳輸，從而進行異常分析，提高預警準確性[5]。

2 高速電力監(jiān)控的具體應(yīng)用

2.1 電力監(jiān)控的主要應(yīng)用

高速公路電力監(jiān)控系統(tǒng)的主要目標是實現(xiàn)對高速公路運行環(huán)節(jié)隧道狀態(tài)和配電房運行水平的動態(tài)監(jiān)控，通過對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的精準分析和數(shù)據(jù)對比，判斷各種險情，實時反應(yīng)現(xiàn)狀情況，與日常巡檢聯(lián)動確保配電房安全運行，避免隧道、收費站運行異常而影響正常運轉(zhuǎn)。

高速公路電力監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具備設(shè)備終端數(shù)據(jù)采集與運維平臺數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)的能力，系統(tǒng)應(yīng)用需滿足可靠、安全、標準的原則。通過電力監(jiān)控系統(tǒng)的運行，對各種智能化設(shè)備的運行狀態(tài)進行監(jiān)控，并獲取設(shè)備數(shù)據(jù)，及時發(fā)現(xiàn)異常值并報警，偵查突發(fā)事故并按照提前設(shè)置的原則進行報警，并將相關(guān)信息傳輸至對應(yīng)人員加以處置。

2.2 電力監(jiān)控的具體要求

2.2.1 高低壓柜監(jiān)控

供配電房電力監(jiān)控系統(tǒng)與智能電力監(jiān)控儀表相連接，或根據(jù)項目需求連接配電開關(guān)檢測儀、三相電量儀，也可以與附帶接口功能的電壓綜合保護繼電器相連接，實現(xiàn)遠距離監(jiān)控。借助電力監(jiān)控系統(tǒng)實時采集各設(shè)備運行數(shù)據(jù)，了解三相電流、有功功率、三相電壓等電量參數(shù)，通過實時在線監(jiān)控掌握配電房設(shè)備運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備運行異常，通過預警聯(lián)動設(shè)備做出決策加以處置。

電力監(jiān)測系統(tǒng)檢測到某高速公路配電房1AH高壓進線柜微機綜保S40三相電壓為10 kV，三相電流為0 A，而西門子PAC3100低壓數(shù)顯表未上報相關(guān)數(shù)據(jù)，證實配電房停電是由1AH高壓進線柜真空斷路器跳槽引發(fā)。

2.2.2 變壓器監(jiān)控

電力監(jiān)控系統(tǒng)可實時檢測變壓器溫度信號、風機運行狀態(tài)等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，全面掌握變壓器信息，實現(xiàn)風機與溫度預警的聯(lián)動，及時發(fā)現(xiàn)異常值[6]。

電力檢測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)某高速公路隧道1＃橫洞配電室內(nèi)A通道變壓器溫控指標為105 ℃，報警顯示變壓器溫度過高，及時將相關(guān)信息發(fā)送至維護人員，檢查后發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)粉塵過多引發(fā)故障報警，停電清掃后設(shè)備恢復正常運行。

2.2.3 實現(xiàn)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)

以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對監(jiān)控設(shè)備進行編號，并對應(yīng)物理地址信息，實現(xiàn)對相關(guān)信息的準確收集，建立相對完善的設(shè)備信息臺賬，為設(shè)備全生命周期管理提供技術(shù)支撐。

通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，實現(xiàn)對設(shè)備管理信息的全面統(tǒng)籌，與設(shè)備運行狀態(tài)協(xié)調(diào)匹配后，達到智能化動態(tài)跟蹤監(jiān)管資產(chǎn)的目的，促進資產(chǎn)全生命周期管理水平提高，達到自動化水平。

2.2.4 實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)庫

建立高速公路電力監(jiān)控實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，完成對電力系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)的動態(tài)收集與處置，通過對數(shù)據(jù)庫自身管理參數(shù)、電力監(jiān)控運行參數(shù)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)參數(shù)的比對分析，實現(xiàn)精準管理和科學管控。

調(diào)取相關(guān)數(shù)據(jù)可查看機房與顯示中心的鏈路狀況，可在地圖上實時顯現(xiàn)報警點，準確找到故障位置。運維部門可在電子地圖上直觀了解區(qū)域內(nèi)電力監(jiān)控布置狀況，分析設(shè)備運行狀態(tài)，提高了工作效率。在具體工作中，可結(jié)合登錄日志、報警記錄、操作日志、故障歷史記錄等信息，自動生成EXCEL表格對重點信息匯總，提高監(jiān)測自動化水平。

2.2.5 實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)

現(xiàn)階段，國外眾多發(fā)達國家均研發(fā)了網(wǎng)絡(luò)信息綜合控制平臺，通過互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)、控制技術(shù)、圖像技術(shù)的聯(lián)合，提高了信息平臺的運行能力，構(gòu)建了綜合運行體系。網(wǎng)絡(luò)信息綜合運行系統(tǒng)的應(yīng)用突破了傳統(tǒng)技術(shù)壁壘，實現(xiàn)了控制系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)的同步與信息共享[7]。

網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)通過屏幕顯示、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器信息等方式提供準確的內(nèi)容，通過局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)或?qū)Ｓ镁W(wǎng)將服務(wù)器信息，借助網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至屏幕播放器，經(jīng)數(shù)據(jù)整合后提交至電視機等數(shù)顯平臺設(shè)備中，最終形成了實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)提示信息向終端提交，并顯示的配套體系。

3 技術(shù)的成熟程度和適用范圍

隨著技術(shù)優(yōu)化與成熟，各行業(yè)均可根據(jù)需求應(yīng)用供配電監(jiān)控系統(tǒng)，以實現(xiàn)對設(shè)備運行狀態(tài)的實時監(jiān)控、動態(tài)管理，通過對用電設(shè)備的監(jiān)控實時提高管理水平，確保運行安全，提高自動化能力，改善配電可靠性，實現(xiàn)電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠的目標。

電力監(jiān)控系統(tǒng)可實現(xiàn)對電力生產(chǎn)過程、供應(yīng)環(huán)節(jié)的全流程監(jiān)控，通過計算機技術(shù)、智能設(shè)備、互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的應(yīng)用，為數(shù)據(jù)互聯(lián)、資源共享和數(shù)據(jù)分析提供契機[8]。電力監(jiān)控系統(tǒng)的客戶端功能圖如圖2所示，該系統(tǒng)具備自動化水平高和運行穩(wěn)定的特點，并提供快速恢復功能，通過系統(tǒng)管理策略的協(xié)調(diào)為其穩(wěn)定運行奠定基礎(chǔ)。

圖2 系統(tǒng)軟件功能—客戶端功能示意圖

該系統(tǒng)電磁兼容性與電氣隔離性能良好，不會對被監(jiān)控設(shè)備的運轉(zhuǎn)狀況產(chǎn)生干擾，可實現(xiàn)軟硬件內(nèi)容的在線修改與編輯，通過模塊化結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性與安全性。在系統(tǒng)產(chǎn)品選擇方面，以工業(yè)控制機設(shè)備應(yīng)用提高了系統(tǒng)安全，設(shè)備可無故障連續(xù)工作1 000小時，自動化能力明顯增加，且故障報警率高達100%，提高了工作效率。該電力監(jiān)控系統(tǒng)具備專家診斷功能，可實時監(jiān)測設(shè)備運行狀況，對發(fā)現(xiàn)的數(shù)據(jù)中斷、軟硬件故障、通訊異常等及時診斷并出具診斷報告，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置完成報警并發(fā)送報警信息。該系統(tǒng)應(yīng)用后，可對設(shè)備工作狀態(tài)、運行參數(shù)、運行質(zhì)量等全程記錄，通過智能化技術(shù)應(yīng)用實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的緩存，出現(xiàn)問題后可查找任意時段數(shù)據(jù)，便于分析漏洞處置問題。

該系統(tǒng)擁有強大的自檢能力和修復功能，可自動進行系統(tǒng)、設(shè)備運行狀態(tài)和通信情況的全面檢測，也可以實現(xiàn)軟硬件數(shù)據(jù)庫的自動匹配。該系統(tǒng)的報警形式多樣，發(fā)現(xiàn)異常情況后可采取App、微信公眾號、網(wǎng)頁系統(tǒng)等多重方式報警，并將警情信息轉(zhuǎn)發(fā)至維保人員。根據(jù)事件類型及危害等級，將報警事件分為正常、一般報警、嚴重報警、緊急報警四種類型，結(jié)合事件緊要程度進行系統(tǒng)排序，系統(tǒng)接收到報警訊息后自動切換。

4 市場效益

隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，高速公路里程數(shù)不斷更新，變電站數(shù)量與日俱增，面對數(shù)量龐大、型號繁雜、技術(shù)不斷革新的設(shè)備，如何做好日常維護是高速公路供配電系統(tǒng)管理的重要難題。在高速公路供配電系統(tǒng)運行管理過程中，采取積極有效措施確保系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運行是最關(guān)鍵的。高速公路機電工程電力監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用實現(xiàn)了無人化、不間斷監(jiān)控，在現(xiàn)有資源基礎(chǔ)上提高了運維效益，降低了維護成本，使機電維護站的日常巡檢工作效率明顯提高，實現(xiàn)了全年365天，每天24 h實時監(jiān)控，動態(tài)化管理變電站數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)異常值及時反饋，系統(tǒng)運行質(zhì)量有效改善[9]。

5 結(jié)語

綜上所述，供配電房電力監(jiān)控系統(tǒng)的運營對提高電力系統(tǒng)運行安全性、穩(wěn)定性有重要意義，對高速公路的持續(xù)健康發(fā)展至關(guān)重要，是改善高速公路項目供配電設(shè)備綜合效益的基礎(chǔ)。作為高速公路機電工程的核心，監(jiān)控系統(tǒng)的合理應(yīng)用對高速公路的健康發(fā)展不可或缺，未來發(fā)展中應(yīng)對高速公路機電工程監(jiān)控系統(tǒng)合理利用，切實完善日常管理水平，提高工作效率，為高速公路的持續(xù)進步創(chuàng)造條件。