摘 要：隨著我國現代化發(fā)展，經濟結構轉型，交通運輸總量將保持較快增長態(tài)勢，各項事業(yè)發(fā)展要求提高公路網的服務能力和水平。高速公路沿線的收費站、服務區(qū)、隧道等配置的供配電、照明、排水等機電設備的數量急聚增加，相應的也會存在很多問題。設計一套包括電力監(jiān)控、電能計量、分析運維巡檢管理等技術服務的能源管理系統(tǒng)，能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，這是尤為重要。本文將開展這一些列的設計。
關鍵詞：信息化；高速公路；電力監(jiān)控
1 概述
本文選取的研究地段是新晉高速公路塊村營至營盤（省界）段，其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。隧道部分：香爐寺、馬溝、橫嶺、南湖、白楝樹、蒿坪、柳園、韓口、轎頂山、南馬鞍、王莽嶺隧道的供配電系統(tǒng)。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)。
2 項目方案
2.1項目需求
2.1.1 電力監(jiān)控功能要求
2.1.1.1數據采集功能
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；
2.1.1.2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），具有歷史數據的圖表顯示功能。
2.1.1.3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；
2.1.1.4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)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；
2.1.1.5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。
2.1.2 電氣火災監(jiān)控功能要求
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)控計算機實現對電氣火災探測數據的實時監(jiān)控，具體要求同電力監(jiān)控有關描述。
2.1.3 數據傳輸
電力監(jiān)控數據及電氣防火災監(jiān)控數據由變電所內的以太網交換機進行數據匯總，收費站內數據傳輸至站內監(jiān)控系統(tǒng)交換機，服務區(qū)內數據傳輸至服務區(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；經管理分的三層以太網交換機將數據傳輸至電力監(jiān)控計算機。各場區(qū)內的弱電管道由建筑配電統(tǒng)一實施。
2.2產品需求
1）AM4保護裝置
2）多功能數字式電表
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量如下：
產品類型 | 電氣火災探測主機 | 12回路電氣火災監(jiān)視器 | 10KV進線測控保護裝置 | 10KV出線測控保護裝置 | 10KV多功能數字電表 | 三項多功能數字測控電表 | 三相多功能數字式電表 |
九圣營收費站 | 1 | 4 | 0 | 0 | 0 | 3 | 37 |
北新莊收費站（分） | 1 | 4 | 0 | 0 | 0 | 3 | 36 |
輝縣服務區(qū) | 2 | 4 | 0 | 0 | 0 | 6 | 42 |
金牛寺服務區(qū) | 1 | 4 | 0 | 0 | 0 | 3 | 36 |
主線停車區(qū) | 1 | 4 | 0 | 0 | 0 | 3 | 21 |
香爐寺隧道 | 1 | 4 | 1 | 1 | 3 | 4 | 44 |
橫嶺隧道小里程端 | 1 | 5 | 1 | 1 | 3 | 4 | 45 |
橫嶺隧道大里程端 | 1 | 5 | 1 | 1 | 3 | 4 | 45 |
馬溝隧道小里程端 | 1 | 5 | 0 | 0 | 0 | 4 | 24 |
南湖隧道小里程端 | 1 | 5 | 1 | 1 | 3 | 4 | 45 |
南湖隧道大里程端 | 1 | 5 | 1 | 1 | 3 | 4 | 45 |
韓口隧道小里程端 | 1 | 8 | 2 | 3 | 7 | 5 | 63 |
韓口隧道橫洞變電所 | 1 | 4 | 2 | 4 | 8 | 5 | 34 |
韓口隧道大里程端 | 1 | 7 | 2 | 3 | 7 | 5 | 47 |
白楝樹隧道小里程 | 1 | 6 | 1 | 2 | 4 | 4 | 40 |
嵩坪隧道小里程端 | 1 | 4 | 1 | 1 | 3 | 4 | 44 |
嵩坪隧道大里程端 | 1 | 7 | 1 | 1 | 3 | 4 | 57 |
柳園隧道小里程 | 1 | 5 | 1 | 1 | 3 | 4 | 45 |
柳園隧道大里程 | 1 | 5 | 1 | 1 | 3 | 4 | 45 |
轎頂山隧道小里程端 | 1 | 6 | 1 | 1 | 3 | 4 | 51 |
南馬鞍隧道小里程端 | 1 | 6 | 1 | 2 | 4 | 4 | 56 |
南馬鞍隧道大里程端 | 1 | 6 | 1 | 2 | 4 | 4 | 51 |
王莽嶺隧道 | 1 | 7 | 1 | 1 | 3 | 4 | 57 |
3 系統(tǒng)需求
為實時監(jiān)視整個配電室的運行以及數據采集，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、現場設備層三部分組成，現場設置的電能表采用屏蔽雙絞線連接至各分區(qū)數據采集器，各分區(qū)數據采集器將數據分類處理后，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，包括變電站數量、變電站分布位置；變壓器數量、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，幫忙辦理、在辦、辦畢的個數，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量統(tǒng)計
圖4 電力綜合看板界面
2）全路段監(jiān)控：沿途數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、功率因數等電參數信息，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、正向有功電能等。
5）運行報表： 查詢各回路或設備設定時間的運行參數，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、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)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，形成事故分析的數據基礎。
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，數據庫修改等）。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；側為低壓用電環(huán)節(jié)的性，當剩余電流設定時間報警輸出，以提醒維護人員進行檢查，防止因漏電引起的火災發(fā)生，實現對高速公路電氣預警。
圖9 電氣火災監(jiān)測界面圖
13）遙控功能：根據電力規(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、數據的實時監(jiān)測。
5 現場安裝圖片
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的監(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)現電氣隱患及電氣故障，并能夠對場區(qū)用電數據進行報表及統(tǒng)計。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。
參考文獻
[1] 安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手冊.2020.6月版
[2] 安科瑞35KV以及下變電所智能配電系統(tǒng)設計與產品二次原理圖集.2020.10月版
[3] 安科瑞用戶變電站綜合自動化與運維解決方案.2020.5月版
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