摘 要：我國新型工業(yè)化、信息化、城鎮(zhèn)化和農業(yè)現(xiàn)代化加快發(fā)展，經濟結構加快轉型，交通運輸總量將保持較快增長態(tài)勢，各項事業(yè)發(fā)展要求提高國家公路網的服務能力和水平。高速公路沿線的收費站、互通樞紐、服務區(qū)、隧道等配置的供配電、照明、通風、排水等機電設備的數(shù)量急聚增加，設計一套包括電力監(jiān)控、電能計量、電能質量治理、能耗分析、電氣安全、運維巡檢管理等技術服務的一體化能源管理系統(tǒng)，能有效降低工作人員勞動強度、提供工作效率、避免人為事故發(fā)生、有序保證高速公路可靠運行的供配電系統(tǒng)遠程控制及運維管理平臺尤為重要。

關鍵詞：信息化；高速公路；電力監(jiān)控；電氣安全

1 概述 新晉高速公路塊村營至營盤（省界）段供配電照明施工圖設計的供配電系統(tǒng)主要負責對交通工程機電設備和房屋建筑設施的供電。為了有效的對機電和房建服務設施供電， 本項目在各站區(qū)分別設置 10kV 室內變電所，并以柴油發(fā)電機作為備用電源以保證重要負荷用電。

本次接入交通工程機電設備和房屋建筑設施的供電。為了有效的對機電和房建服務設施供電，本項目在隧道、收費站、服務區(qū)、管理中心等場區(qū)設置變電所，并以柴油發(fā)電機做為備用電源以保證重要負荷用電。收費站及服務區(qū)：九圣營收費站、北新莊收費站、輝縣服務區(qū)、金牛寺服區(qū)和主線停車區(qū)的供配電系統(tǒng)。隧道部分：香爐寺、橫嶺、馬溝、南湖、韓口、白楝樹、蒿坪、柳園、轎頂山、南馬鞍、王莽嶺隧道的供配電系統(tǒng)。

2 項目方案

2.1項目需求

1 電力監(jiān)控功能要求

數(shù)據(jù)采集功能：采集監(jiān)測線路的電壓、電流、有功功率、無功功率、頻率；采集變壓器溫度等；采集監(jiān)測斷路器狀態(tài)和開關狀態(tài)信號；屏幕顯示功能：畫面美觀、清晰、色彩鮮亮柔和，窗口界面風格統(tǒng)一；顯示畫面可以多窗口顯示；顯示一次結線圖實時工況，曲線（負荷曲線、電壓曲線等），具有歷史數(shù)據(jù)的圖表顯示功能。

報表打印功能：系統(tǒng)具有簡單、方便、靈活的報表生成子程序，可以打印多種類型的日、月、年報表，日報表可以保存一年，年報表可以保存十年；事件記錄和追憶功能：系統(tǒng)對開關跳、合閘可以記錄打印、相應顯示畫面變色、閃光、報警、屏幕顯示事件信息；系統(tǒng)對模擬量產生越限值時，可以打印記錄并報警；系統(tǒng)具有事件追憶功能；系統(tǒng)自動記錄所發(fā)生的各類事件，便于操作人員了解供配電系統(tǒng)歷史情況；系統(tǒng)應備有潮流分析表；人機對話功能：操作界面非常友好，菜單操作簡單，重要操作有口令要求；操作機面漢化；語音報警；系統(tǒng)具有軟件自診斷功能。

2 電氣火災監(jiān)控功能要求

電氣火災監(jiān)控主要用于預防因線間端子或線路發(fā)熱溫度緩慢升高，或泄漏電流緩慢變大而引發(fā)金屬性短路、過載故障或接地電弧性故障，進而引發(fā)火災。

電氣火災監(jiān)控主機應具有故障報警指示功能、復位功能、消音功能等。并通過電力監(jiān)控系統(tǒng)能夠在電力監(jiān)控計算機實現(xiàn)對電氣火災探測數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控，具體要求同電力監(jiān)控有關描述。

3 數(shù)據(jù)傳輸

電力監(jiān)控數(shù)據(jù)及電氣防火災監(jiān)控數(shù)據(jù)由變電所內的以太網交換機進行數(shù)據(jù)匯總，收費站內數(shù)據(jù)傳輸至站內監(jiān)控系統(tǒng)交換機，服務區(qū)內數(shù)據(jù)傳輸至服務區(qū)監(jiān)控室內的監(jiān)控交換機，由通信系統(tǒng)配備光纜傳輸至管理分中心；經管理分中心的三層以太網交換機將數(shù)據(jù)傳輸至電力監(jiān)控計算機。各場區(qū)內的弱電管道由建筑配電專業(yè)統(tǒng)一實施。

2.2產品需求

1）AM4保護裝置

裝置應針對不同一次設備可以靈活配置不同的保護功能，可以實現(xiàn)10kV及以下電壓等級變配電站保護測控功能，適用于線路、母聯(lián)、配電變壓器、PT等設備的保護和自動控制功能。

?  采用高性能的硬件平臺、工業(yè)級元器件、嚴酷的EMC設計，具有在線自檢測試程序；應具備獨立CPU和獨立RAM，采用高性能處理器作為保護CPU，配置以大容量的RAM和Flash，使產品具有數(shù)據(jù)處理、邏輯運算和信息存儲能力。

?  裝置采用全漢化大屏幕液晶顯示，人機界面清晰易懂；靈活的按鈕設計，菜單式操作簡單、便捷；配備的計算機界面的調試與分析軟件，調試及維護簡單方便。

至少具有8路模擬量通道，可選擇為保護電流、電壓輸入；交流電壓輸入端口應可接相電壓，也可接線電壓或零序電壓或不平衡電壓，適應各種PT接線方式。應具有零序零序和零序電壓測量功能，并與電力監(jiān)控系統(tǒng)配合實現(xiàn)小電流接地選線功能。至少12路交直流兩用、110V/220V自適應的開關量輸入。至少5路開關量輸出；所有接口資源均支持圖形化可編程、任意配置。至少具有1個RS485通信接口、1個RS232維護口。

2）多功能數(shù)字式電表

AMC 系列智能電量采集監(jiān)控裝置，是針對電力系統(tǒng)、工礦企業(yè)、公用設施、智能大廈的電力監(jiān)控需求而設計的 智能儀表，它集成電力參數(shù)的測量(如單相或者三相的電流、電壓、有功功率、無功功率、視在功率、頻率、功率 因數(shù))以及電能監(jiān)測和考核管理。同時它具有多種外圍接口功能可供用戶選擇：帶有 RS485 通訊接口，采用 MODBUS-RTU 協(xié)議可滿足通訊聯(lián)網管理的需要；4-20mA 的模擬量輸出可與測量的電參量相對應，滿足 DCS 等接口要 求；帶開關量輸入和繼電器輸出可實現(xiàn)斷路器開關的“遙信"和“遙控"的功能。采用高亮度 LED/LCD 顯示界面， 通過按鍵來實現(xiàn)參數(shù)設置和控制，非常適用于實時電力監(jiān)控系統(tǒng)?？梢灾苯尤〈Ｒ?guī)電力變送器及測量儀表。作 為一種智能化、數(shù)字化的前端采集元件，該儀表已廣泛應用于各種控制系統(tǒng)、SCADA 系統(tǒng)和能源管理系統(tǒng)中。

2.3產品上圖方案

本工程10kV/0.4kV配電工程共有24個變電所，以香爐寺隧道變電所為例，上圖方案如下：

圖1香爐寺隧道10kV上圖方案

圖2香爐寺隧道0.4kV上圖方案

2.4產品明細

整個快村營至營盤段新晉高速公路共有24個變電所，變電所所設產品類型及數(shù)量如下：

上述所有變電所共計47臺微機保護裝置AM4，160臺電力儀表AMC96L，1010臺電力儀表AMC72L，24個ANET網關，1套電力監(jiān)控系統(tǒng)；24臺電氣火災主機Acrel-6000B3，116個電氣火災監(jiān)視器ARCM。

3 系統(tǒng)需求

為實時監(jiān)視整個配電室的運行以及數(shù)據(jù)采集，該項目配置一套AcrelEMS-HIW高速公路綜合能效系統(tǒng)，主要實現(xiàn)對新晉高速公路各個變電所的用電監(jiān)控與管理。監(jiān)控范圍為變電所的微機保護裝置、電能表、變壓器溫控儀、EPS、UPS、無功補償、發(fā)電機控制屏、郵箱液位儀、風機軟啟動器和電氣火災監(jiān)控等。本系統(tǒng)由用戶管理層、網絡通信層、現(xiàn)場設備層三部分組成，現(xiàn)場設置的電能表采用屏蔽雙絞線連接至各分區(qū)數(shù)據(jù)采集器，各分區(qū)數(shù)據(jù)采集器將數(shù)據(jù)分類處理后，通過網線連接至局域網交換機上傳至電力監(jiān)控系統(tǒng)主機，實現(xiàn)電力監(jiān)控功能。整個系統(tǒng)的架構如下：

圖4 系統(tǒng)架構圖

AcrelEMS-HIW高速公路綜合能效系統(tǒng)可實現(xiàn)的功能如下：

1）電力綜合看板：可查看整個平臺的一個概況，包括變電站數(shù)量、變電站分布位置；變壓器數(shù)量、總裝機容量，統(tǒng)計出的整個系統(tǒng)當前的總功率和當日的總用電，也可監(jiān)測網關、儀表的運行狀態(tài)；展示了接入的光伏站點的信息，包括發(fā)電功率和當日發(fā)電量；還有運維任務的情況，在辦、辦畢的個數(shù)，統(tǒng)計出任務完成率；報警情況統(tǒng)計，統(tǒng)計出報警程度的分布情況，報警滾動顯示，平臺當月每天的報警數(shù)量統(tǒng)計。

圖4 電力綜合看板界面

2）全路段監(jiān)控：沿途數(shù)十幾個配電房繪制在一張K線圖里面，點擊每個站跳轉相關配電圖畫面顯示，使整條高速公路的配電系統(tǒng)一圖掌握。

圖5  K線圖界面

3）實時監(jiān)測：以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運行狀態(tài)，可以實時監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息，動態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開關、地刀等合、分閘狀態(tài)。

圖6 九圣營收費站配電監(jiān)測界面

圖7 王莽嶺隧道配電監(jiān)測界面

4）電參量查詢：在配電一次圖中，可以直接查看該回路詳細電參量，包括三相電流、三相電壓、總有功功率、總無功功率、總功率因數(shù)、正向有功電能等。

5）運行報表：查詢各回路或設備時間的運行參數(shù)，報表中顯示電參量信息應包括：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，報表格式有日報表、月報表、年報表等。

圖8 運行報表界面

6）實時告警：能夠對配電回路斷路器、隔離開關、接地刀分、合動作等遙信變位，保護動作、事故跳閘等事件發(fā)出告警。

7）歷史事件查詢：能夠對遙信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警信息進行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析。

8）故障錄波： 能夠在系統(tǒng)發(fā)生故障時，自動準確地記錄故障前、后過程的各種電氣量的變化情況，通過對這些電氣量的分析、比較，對分析處理事故、判斷保護是否正確動作、提高電力系統(tǒng)安全運行水平有著重要作用。

9）事故追憶：能夠自動記錄事故時刻前后一段時間的所有實時穩(wěn)態(tài)信息，包括開關位置、 保護動作狀態(tài)、遙測量等，形成事故分析的數(shù)據(jù)基礎。

10）曲線查詢：能夠查詢實時曲線和歷史曲線，包括三相電流、三相電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)等所有遙測量。

11）用戶權限管理：設置了用戶權限管理功能，通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作（如遙控的操作，數(shù)據(jù)庫修改等）。系統(tǒng)可以定義不同操作權限的權限組（如管理員組、工程師組、操作員組等），在每個權限組里分配不同用戶，為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

12）電氣火災監(jiān)測：針對低壓用電環(huán)節(jié)各回路中的剩余電流、溫度和故障電弧等進行實施監(jiān)測；側重點為低壓用電環(huán)節(jié)的安全性，當剩余電流越報警輸出，以提醒維護人員進行安全檢查，防止因漏電引起的火災發(fā)生，實現(xiàn)對高速公路電氣安全預警。

圖9 電氣火災監(jiān)測界面圖

13）遙控功能：根據(jù)電力規(guī)程要求，可以對整個配電系統(tǒng)范圍內的設備進行遠程遙控操作。

14）通信管理：可以對整個配電系統(tǒng)范圍內的設備通信情況進行管理、控制、數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測。

5 現(xiàn)場安裝圖片

本項目微機保護就地分散安裝在各個高壓開關柜上，保護裝置、電氣火災監(jiān)測裝置以及電能表現(xiàn)場安裝如下圖所示。

圖9 微機保護、儀表、電氣火災裝置在新晉高速公路配電工程現(xiàn)場安裝圖片

6 結語

AcrelEMS-HIM高速公路綜合能效管理系統(tǒng)為高速公路能源管理提供監(jiān)測及控制，主要包括電力監(jiān)控、電氣消防、能耗分析、電能質量監(jiān)測和治理、環(huán)境監(jiān)控等功能。其中電力監(jiān)控系統(tǒng)及電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)主要設置于各隧道、收費站、服務區(qū)等場區(qū)的供配電系統(tǒng)，便于運營維護人員對高速公路沿線供配電設施的運營狀況實時檢測，能夠及時發(fā)現(xiàn)電氣安全隱患及電氣故障，并能夠對場區(qū)用電數(shù)據(jù)進行報表及統(tǒng)計。有效降低工作人員勞動強度、提高工作效率、避免人為事故發(fā)生、有序保證高速公路可靠運行。