摘 要：我(wo)國新型(xing)工業化、信息化、城鎮化和(he)農業現代(dai)化加快发展，經濟結構加(jia)快轉型，交通運輸总量將保持较快增长態勢，各項事業发展要(yao)求提高國家公路網的服(fu)務能力和水平。高速公路沿線的收費站、互通枢纽、服務區、隧道等配置(zhi)的供(gong)配電、照明、通風、排水(shui)等機電設備的数量急(ji)聚增加，設計一套包(bao)括電力监控、電(dian)能計(ji)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(neng)源管理系統(tong)，能有效降低工作(zuo)人員劳動(dong)強度、提供工作效率、避免人為事故(gu)发(fa)生、有序保證高速公路可靠運行的供配電系統远(yuan)程控製及運維管理平臺尤為重(zhong)要。
關键詞：信息化；高速公(gong)路(lu)；電力监控；電氣安全
1 概述
新晉高速公路块村(cun)營至營盘（省界）段供配(pei)電照明施工圖設計的供(gong)配電系統主要负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(wu)設施(shi)供電， 本項目在(zai)各站區(qu)分別設置 10kV 室内變電所，並以柴油发電機作為備用電源(yuan)以保證(zheng)重要负荷用電。
本次接入交通工程機電設(she)備和房屋建筑設施的(de)供電。為了有效的對機電和房建服務(wu)設施(shi)供電，本(ben)項目在隧道、收(shou)費站、服務區、管理(li)中心等場區設置變電(dian)所，並以柴油发(fa)電機(ji)做為備用電源以保證重要负荷用電。收費站及(ji)服務(wu)區：九圣營收費站、北新莊收費(fei)站、輝(hui)縣服(fu)務區、金牛寺服(fu)區和主線停车區的供配電系統。隧道部分：香炉寺、橫岭、馬沟、南(nan)湖、韩口、白楝樹、蒿坪、柳園、轿(jiao)顶山、南馬(ma)鞍(an)、王莽岭隧道的供(gong)配電系統。
2 項目方案
2.1項目需求
1 電力监控功能要求
数據采集功能：采集监測(ce)線路的電壓、電流、有功功率、无功功(gong)率、頻率；采(cai)集(ji)變壓器温度等；采集(ji)监測断路器状態和開關状(zhuang)態信號；屏幕顯示功能：画面美(mei)觀、清(qing)晰、色彩鮮亮柔和，窗口界面風格統一；顯示(shi)画面可以多窗口顯示；顯示一次結線圖實時(shi)工况(kuang)，曲線（负(fu)荷(he)曲線、電壓曲線等(deng)），具有历史数據的(de)圖表顯示功能。
報表打印功能：系統(tong)具有簡單、方(fang)便、灵(ling)活的報表生成子程(cheng)序，可以打(da)印多種類(lei)型的日、月、年報(bao)表，日報表可以保存一年，年報表可以保存十年(nian)；事(shi)件記錄和追忆功能：系統對開關跳、合闸可以記錄(lu)打印、相應顯示画面變色、闪光、報警(jing)、屏幕顯示事件信息；系(xi)統對模擬(ni)量產生越限值時，可以打印記錄並(bing)報(bao)警；系統(tong)具有事(shi)件追忆功能；系(xi)統自動記錄所发生的各類事件，便於操作人員了解供(gong)配電系統历(li)史情况；系統應備有潮(chao)流分析表；人機對話功能：操作界面非(fei)常友好，菜單操作簡單(dan)，重要操(cao)作有口令要求；操作(zuo)機面漢化；语音報警；系統具有软件自诊断功能。
2 電(dian)氣火災监控功能要求
電氣(qi)火災监控主要用於预防因線間端子或線路发熱温度缓慢升高(gao)，或泄(xie)漏電流缓慢變大而引发金屬性短路(lu)、過载(zai)故障(zhang)或接地電弧性故障，進而引发火災。
電氣火災监控主機應具有故障報警指(zhi)示功(gong)能、复位(wei)功能(neng)、消音功能等。並(bing)通過電力监控系統能够在電力监控計算機實現對電氣(qi)火災探測数據的實時监控，具體要(yao)求(qiu)同電力监控有關描述。
3 数據傳輸
電力监控数(shu)據及電氣防火災(zai)监控数據由變電所内的以太網交换機進行数據匯总，收費(fei)站内数據傳輸(shu)至站内监控系統交换機，服務區(qu)内数據傳輸至服務區监控室内的(de)监控交换機，由通信(xin)系(xi)統配備光缆傳輸至管理分中心；經管(guan)理分中心(xin)的三層以太網交换機將数據傳輸至電力监控計算機。各場區内的弱電管道(dao)由建筑配電專(zhuan)業統一實施。
2.2產品需求
1）AM4保護裝置
裝置應针對不同一次設備(bei)可以灵活配置不同的保護功能(neng)，可以實現10kV及以下(xia)電壓(ya)等級變配電站保護測控功能，適(shi)用於線(xian)路、母聯、配電變(bian)壓器、PT等設備的保護和自動控製功能。
Ø 采用高性(xing)能的(de)硬件平臺、工業(ye)級元器件、嚴酷的EMC設(she)計，具有在線自檢測試程序；應具備独立(li)CPU和独立RAM，采用高性能處理器作為保護CPU，配置(zhi)以大容量的RAM和Flash，使產品具有極強的数據(ju)處(chu)理、逻(luo)輯運算和信息存储能力。
Ø 裝置(zhi)采用全漢化大屏幕(mu)液晶顯示，人機界面清晰易懂；灵活的按钮設計，菜單式操作(zuo)簡單、便捷；配備的計算機界面的調試與分析软件，調(diao)試及維護簡單方便。
至少具有8路模擬量通道，可選擇(ze)為保護電(dian)流、電壓輸入；交流(liu)電壓(ya)輸入端口應可接相電壓，也可接線(xian)電壓或零序電壓或不平衡電壓(ya)，適應各種PT接線(xian)方式。應具有零序零序和零(ling)序電壓測(ce)量功能，並與電力监(jian)控系統配合實現小電流接地(di)選線功能。至少12路(lu)交直流兩(liang)用、110V/220V自適(shi)應的開關量輸入(ru)。至少5路開關(guan)量輸出；所有接口资源均(jun)支持(chi)圖形化可编程、任(ren)意(yi)配置。至少具有(you)1個RS485通信接(jie)口、1個RS232維護口。
2）多功能数字式電表
AMC 系列(lie)智能電量采集(ji)监控裝置，是针對電力系(xi)統、工矿企業(ye)、公用設施、智能(neng)大厦的(de)電力监控需求而設計的 智能儀表(biao)，它集成電力參数的(de)測量(如單相或(huo)者三相(xiang)的電流、電壓、有功功率、无功功(gong)率、視在功率、頻率、功率 因数(shu))以及電能监測和(he)考核管理。同時它具有多(duo)種外围接口功能可供用(yong)戶選擇：带有 RS485 通訊接口，采用 MODBUS-RTU 协(xie)議可满足通訊聯網管理的需要；4-20mA 的(de)模擬量輸出可與測量的電參量相對(dui)應，满足 DCS 等接口要 求；带(dai)開關量輸(shu)入和繼電器輸出可實現断路器開關的“遥信”和“遥控”的功能。采用高亮度 LED/LCD 顯示界面， 通過按键來實(shi)現參数設置和控製，非常適(shi)用於實時電力监控系統(tong)。可(ke)以直接取代常規電力變送器及測(ce)量儀表。作 為一種智能化、数字化(hua)的前(qian)端采集元件，该儀表已廣泛應用於各種(zhong)控製系統(tong)、SCADA 系(xi)統和(he)能源管理系統中。
2.3產品上圖方案
圖2香炉寺隧道0.4kV上圖方案
2.4產品明細
整個快(kuai)村營至營(ying)盘段新晉高速公路共有24個變電所，變電所所設產品類型及数量如下(xia)：
|
產品類型 |
電氣火災探測主機 |
12回路電氣火災监視器 |
10KV進線測控保護裝置 |
10KV出線測控保護裝置 |
10KV多功能数字電表 |
三項多功能数字測(ce)控(kong)電表 |
三(san)相多功能数字式電表(biao) |
|
九圣營收費站 |
1 |
4 |
0 |
0 |
0 |
3 |
37 |
|
北新莊收費站（分中心） |
1 |
4 |
0 |
0 |
0 |
3 |
36 |
|
輝縣服務區 |
2 |
4 |
0 |
0 |
0 |
6 |
42 |
|
金牛寺服務區 |
1 |
4 |
0 |
0 |
0 |
3 |
36 |
|
主線停车區 |
1 |
4 |
0 |
0 |
0 |
3 |
21 |
|
香炉寺隧道 |
1 |
4 |
1 |
1 |
3 |
4 |
44 |
|
橫岭隧道小里程端 |
1 |
5 |
1 |
1 |
3 |
4 |
45 |
|
橫岭隧道大里程端 |
1 |
5 |
1 |
1 |
3 |
4 |
45 |
|
馬沟隧道小里程端 |
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 |
|
韩口隧道小里程端 |
1 |
8 |
2 |
3 |
7 |
5 |
63 |
|
韩口隧道橫洞變電所 |
1 |
4 |
2 |
4 |
8 |
5 |
34 |
|
韩口隧道大里程端 |
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 |
|
轿顶山隧道小里程端 |
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 |
|
王莽岭隧道 |
1 |
7 |
1 |
1 |
3 |
4 |
57 |
為實時监視整個配電室的運(yun)行以及数據采集，该項目配置一套AcrelEMS-HIW高速公路綜合能效系統，主要實現對新晉高速公路各個變(bian)電所的用電监控與管(guan)理。监控範围為變(bian)電所的微機保護裝置(zhi)、電能表、變壓器温控儀、EPS、UPS、无功补偿、发電機控(kong)製(zhi)屏、郵箱液位儀、風機软启動器和電氣火(huo)災监控等。本系統由用戶管理層、網絡通信層、現場設備層三部(bu)分組成，現場設置(zhi)的電能表采用屏蔽雙绞線连接至(zhi)各分區数據采集器，各分區数據采集器將(jiang)数據分類處理后，通過網線连接至局域網(wang)交换機上傳至電力监控系統(tong)主機，實現電力监控功能。整個系統的架(jia)構(gou)如下：
圖4 系統架構圖
AcrelEMS-HIW高速公路綜合能效系統(tong)可實現的功(gong)能如下：
1）電力綜合看板：可查看整個平(ping)臺的一個概况，包(bao)括變電(dian)站数量、變電(dian)站分布位置；變壓器数(shu)量、总裝機容量，統計出的整個系統当前的总功率和当日的总用電，也可监測網關、儀表的運行状態；展(zhan)示了接入的光伏站點(dian)的信息，包括(kuo)发電功率和当日发電量；還有運維任務的情况(kuang)，代辦、在辦、辦毕的個数，統計出任務完成率(lv)；報警情况統計，統計出報警程度的分布情况，報警滚動(dong)顯示，平臺当月每天的報警数量(liang)統計。
圖4 電力綜合看板界面
2）全路段监控：沿途数十几個配電房绘製在一张K線圖里(li)面，點擊每個(ge)站跳轉相關配電(dian)圖画面顯示，使整条高速公路的(de)配電系統一圖掌握。
圖5 K線圖界面
3）實時监測：以配電一次圖的形式直(zhi)觀顯示配電線路(lu)的運行状態，可以實時监測各(ge)回路(lu)電壓、電流、功率、功(gong)率因数等電參(can)数信息，動(dong)態监視各配電回路断路(lu)器、隔离開關(guan)、地刀等合、分闸状態(tai)。
圖6 九圣營收費(fei)站配電监測界面
圖7 王莽岭(ling)隧道配電监測界面
4）電參量查詢：在配電一次圖(tu)中，可以直(zhi)接查看该回路详細電參量，包括(kuo)三相電(dian)流、三相電(dian)壓、总有(you)功功率、总无功功率(lv)、总功(gong)率(lv)因数、正向有功電能等。
5）運行報表： 查詢各回路或設備指(zhi)定時(shi)間的運行參数，報表中顯示電參量(liang)信息應包括(kuo)：各(ge)相電流、三相電(dian)壓、总功(gong)率(lv)因数、总有(you)功功率、总无功功率(lv)、正向有功電能等，報(bao)表格式有日報表、月報表(biao)、年(nian)報表等。
圖8 運行報表界面
6）實時告警：能够對(dui)配電回路断路器、隔离開關(guan)、接地刀(dao)分、合動作等遥信變位，保護動作、事故跳闸等事件(jian)发出(chu)告警。
7）历史事件查詢：能够對遥信變位，保護動作、事故跳闸，以及電壓、電流、功率、功率因数越限等事件記錄進行存储和管理，方便(bian)用戶對系統事件和報警信息進(jin)行历史追溯，查詢統計、事故分析。
8）故障錄波： 能够在系(xi)統发生故障時，自動準確地記錄故障(zhang)前、后過(guo)程的各種電氣量的(de)變化情况，通過對这(zhe)些電(dian)氣量的分析、比较(jiao)，對分析處理事(shi)故、判断保護是否正確動作、提高電力系統安全運行水平有着重(zhong)要作用。
9）事故追忆：能够自動記錄事故時刻前后一(yi)段時間(jian)的所有實時稳態信息，包括開關位置、 保護動作(zuo)状態、遥測(ce)量等，形成事故分析的数(shu)據基礎。
10）曲線查詢：能够查詢實時曲線和历史曲(qu)線，包括(kuo)三相電(dian)流、三相電(dian)壓、有功功率、无功功(gong)率、功率因数等所有遥測量。
11）用戶權限管理：設置了用戶權限管理功能(neng)，通過用戶權限管理能够防止未經授(shou)權的操(cao)作（如遥(yao)控(kong)的操作，数據库修改等(deng)）。系統可以定義(yi)不同(tong)操作權限的權限組（如管理員組、工程師(shi)組、操作員組等），在每個權限組里分配不(bu)同(tong)用戶，為系統運行、維護(hu)、管理提供可靠的安全(quan)保障(zhang)。
12）電氣火災监測：针對低(di)壓用電環(huan)節各回路中的剩余電流、温度(du)和故(gu)障電弧等進行實施监測；侧重點(dian)為低壓用電環節的安全(quan)性，当剩余電流越限(xian)時報警輸出，以提醒維(wei)護人員進行安全檢查，防止因漏電引起的火災发生，實現對高速公路電氣安全预警。
圖9 電氣火災监測界面圖
13）遥控功能：根據電力規程(cheng)要求，可以對整個配電系統(tong)範围内的設備進行远程(cheng)遥控操作。
14）通信管理：可以對整個配電系統範围内的設(she)備通信情况進行管理、控製、数據的實時监測。
5 現場安裝圖片
本項目微機保護就地分散安(an)裝在各個高壓開關柜上，保護裝置(zhi)、電氣火(huo)災监測裝置以及電能表(biao)現場安裝如下圖所示。
圖9 微機保(bao)護(hu)、儀表、電氣火災裝置在新晉高速公路配電工程現場安(an)裝圖片
6 結语
AcrelEMS-HIM高速公路綜合能效管(guan)理系統為高(gao)速公路能源管理提供监測及控製，主要(yao)包括電力监控(kong)、電(dian)氣消防、能耗分析、電能質量监測和治理、環境监控等功能。其中(zhong)電力监控(kong)系統及電氣火災监控系統主要設置於各隧道、收(shou)費站、服務區等場區的供配電系統，便於運營維護人員對高速公路沿線(xian)供配電設施的運營状况實時檢測(ce)，能够及時发現電氣安全隐患及(ji)電氣故障，並能够(gou)對場區用電数據進行報表及統計。有效降(jiang)低工作人員劳(lao)動強度、提高工作效率、避免人為事故(gu)发(fa)生、有序保證高(gao)速公路可(ke)靠運行。
參考文献
[1] 安科瑞(rui)企業微電網設(she)計與應用手册.2020.6月版
[2] 安科瑞35KV以及下變電所(suo)智能配電系統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(he)自動化與運維解決方案(an).2020.5月版
工矿企業