关于高速公路电力监控智能化管理技术的探讨

安科瑞 刘迈

　　摘要：高速公路是我国交通系统中的重要组成部分，对我国交通事业发展有着重大意义和作用，已经成为促进我国经济及城市化发展的重要前提及基础。随着信息技术、网络技术及电力技术的不断发展与应用，高速公路得到了高速发展，并且已经逐渐实现了电力化、智能化，而电力控制智能化管理技术就是推动高速公路电力化与智能化发展的重要技术，理应得到相关工作人员的注重。对此，该文作者根据自己多年的高速公路建设经验，对高速公路电力监控智能化管理技术进行了详细分析，希望能够给需要的人士提供一定的技术参考价值。

　　关键词：高速公路；智能化技术；电力监控系统

　　当前，高速公路已经蔓延到我国全国各地，不仅仅穿过平原地区，还穿过了江、河、海峡和高山等地区，形成了比较完善的高速公路网，促进了各大城市的相互联系，促进城市的发展与进步，促进我国经济及交通事业的健康可持续发展。电力技术与信息技术的应用，使高速公路逐渐实现了智能化与电力化，形成了高速公路电力控制智能化技术，增加了高速公路的运输性能及施工寿命，提高了高速公路在全线收费站、服务区、互通枢纽、桥梁和隧道等区域的作用，主要体现在这些区域的照明、供配电等机电设备分布、监控和集中管理等方面，有效解决了电量负担、高速公路沿线机电设备防盗等问题。该文从综合电力监控系统、系统智能化管理功能和节能管理三方面，详细分析了高速公路电力监控智能化管理技术。

　　1、综合电力监控系统

　　综合电力监控系统是一种较为常见的高速公路电力监控智能化管理技术，现在已经得到了广泛应用，能够有效解决高速公路运行中出现的多数问题，实现高速公路管理智能化。对于综合的电力监控系统而言，就等同于高速公路问题的解决方法，这种方法主要是通过监控计算机通信来组成，再加上电力自动化单元模块技术以及变送器量化技术、计算机技术等，组建一个对高速公路现场进行控制的网络控制子系统。该系统的控制功能主要通过光纤以太主干环网来实现，还可以利用相关监控终端，实现对系统结构的组建，进而组建成一个智能化性能比较完善的集中管理模式，以实现对高速公路的集中化及智能化管理。具体综合电力监控系统构建如下。

　　1.1、中心管理站的构建

　　中心管理站也称为监控中心，是整个综合电力监控系统的核心部位，对整个系统有着指挥、监督和管理的作用，所以中心管理站在综合电力监控系统中占据核心地位，主要通过道路视频监控中心配备和收费系统监控中心配备来实现其功能应用。综合电力监控系统组建过程所使用到的仪器设备包括系统服务器、视频服务器、硬盘录像机、UPS、监视设备和大屏幕投影设备等，这些设备使综合电力系统拥有功能强大的中心管理站，从而实现对高速公路的远程监控。综合电力监控系统(工作站)的运行除了需要构建功能强大的中心管理站以外，还需要在中心管理站中设置光纤以太网，因为光纤以太网是实现综合电力监控数据传输的重要渠道，不但能够传输摇信数据，还能够传输摇控数据和摇测数据等。另外，在这些数据被传输到中心管理站后，光纤以太网还可以在相关监视设备的辅助下，实现对各种数据发现，实现遥控命令在远程监控终端上的发出，实现数据的传输与存入，如果将光纤以太网与监控工作站的网卡相连，还可以实现数据分享。

　　另外，要注意的是监控工作站需要采用Windows操作系统来进行操作，并且相应的服务器也要使用Windows操作系统来进行操作，而综合电力监控系统则需采用INTOUCH软件系统进行操作，实时数据库则采用INSQL系统进行操作。

　　光纤以太网在综合电力监控系统的应用主要体现在光纤以太主干网的应用，光纤以太主干网不但能够实现高速公路收费站与互通枢纽的连接，还能够实现服务区、隧道桥梁等站点的相互连接，使高速公路实时监控效率及质量得到有效提高。

　　1.2、现场控制网络子系统

　　现场控制网络子系统主要是通过光纤以太网技术再加上LONWORKS控制网络技术，从而真实地做到综合电力监控系统中不同功能模块之间的无缝连接，此后再加上公路所实行的现场控制网络子系统的系统构建成功，这些措施的改进不仅达到了高速公路的布线要求与需求，还能够促进可靠性高、开放性强、性价比高的综合型电力监控系统的完成，优势就在于可以达成合网视频传输、通信传输、报警传输等一系列的需要。

　　上面所提到的LONWORKS控制网络技术与其他网络技术相比具有以下几点特点，使之在现场控制网络子系统乃至综合电力监控系统得到广泛应用，具体特点如下：一，传输距离远，与双绞线相比，其传输距离可远至2700 m，如果适当增加中继器，其传输距离＞2 700 m，并且在该技术下的路由器可以挂带128个监控模块，实现了实时及智能化监控；二，在LONWORKS控制网络技术支持下非电力线的传输距离＞30 km，比较适用于高速公路特长隧道；三，推动第三方智能设备的形成，像发电机、继电保护、ATS等多项智能设备；四，对多种网络拓扑结构也有一定的促进作用，能够达到工程选择需要，还对拓扑的形式进行了拓展，除了原有的总线与环形，还多了星型与自由拓扑等形式。例如，高速公路服务区、收费站均会选用自由拓扑结构，而在高速公路隧道中则会选用总线拓扑结构；五，能够实现综合电力监控系统与光纤主干环网的无缝连接，因此具有明显的开放性特点，如果LONWORKS控制网络的分布式CLIENT/SERVER结构得以科学应用，则会增加综合电力监控系统的故障报警上报功能，上报是自动化；六，传输介质有很多的选择性，其中就有光纤、同轴电缆、双绞线等。

　　2、系统智能化管理功能

　　在具有GPS天文卫星时钟对时后，整体的监控系统以及各类数据的采集装置都有了一个统一的标准时钟，对于数据的管理与运行提供了便利；对于智能设备的远程监控与维护，实现了变压器温度控制器、ATS等设备实现了数据通信口，从而达到对远程的维护与监控；电网的分析与操作等功能，可以按照电网的实际运行情况对网络拓扑进行分析与着色等功能，在危险时刻还能进行闭锁，控制危险的蔓延；对系统的运行进行监控，能够实现供配电监控系统自主运行，体现在及时发现自身隐患，保证系统的正常进行。

　　3、安科瑞电力监控系统及产品选型

　　3.1、概述

　　Acrel-2000Z电力监控系统是安科瑞电气股份有限公司根据电力系统自动化及无人值守的要求，针对35kV及以下电压等级研发出的一套分层分布式变电站监控管理系统。该系统是应用电力自动化技术、计算机技术和信息传输技术，集保护、监测、控制、通信等多功能于一体的开放式、网络化、单元化、组态化的系统，适用于35kV及以下电压等级的城网、农网变电站和用户变电站，可实现对变电站多方位的控制和管理，满足变电站无人或少人值守的需求，为变电站安全、稳定、经济运行提供了坚实的保障。

　　3.2、系统结构

　　Acrel-2000Z电力监控系统采用分层分布式设计，可分为三层：站控管理层、网络通信层和现场设备层，组网方式可为标准网络结构、光纤星型网络结构、光纤环网网络结构，根据用户用电规模、用电设备分布和占地面积等多方面的信息综合考虑组网方式。

3.3、平台主要功能

　　3.3.1、实时监测

　　安科瑞Acrel-2000Z电力监控系统人机界面友好，能够以配电一次图的形式直观显示配电线路的运行状态，实时监测各回路电压、电流、功率、功率因数等电参数信息，动态监视各配电回路断路器、隔离开关、地刀等合、分闸状态及有关故障、告警等信号。其中，10kV配电系统中监测的开关量主要有：断路器分、合闸信号，手车工作、试验位置信号，远方/就地切换位置信号、弹簧储能状态信号、接地刀合分信号、变压器超温跳闸信号、高温报警信号，保护跳闸信号和事故预告信号；400V低压进线回路电参量主要有：开关状态、三相电流、三相电压、总有功功率、总无功功率、总功率因数、频率和正向有功电能累计值；400V低压出线回路主要有：开关状态、断路器故障脱扣告警、三相（单相）电流、三相功率。

　　3.3.2、详细电参量查询

　　在配电一次图中，可以直接查看该回路详细电参量，包括三相电流、三相电压、三相总有功功率、总无功功率、总功率因数、正向有功电能，并可以查看24小时相电流趋势曲线。

　　3.3.3、运行报表

　　查询各回路或设备指定时间的运行参数，报表中显示电参量信息应包括：各相电流、三相电压、总功率因数、总有功功率、总无功功率、正向有功电能等。

　　3.3.4、实时告警

　　安科瑞Acrel-2000Z电力监控系统具有实时报警功能，系统能够对配电回路断路器、隔离开关、接地刀分、合动作等遥信变位，保护动作、事故跳闸等事件发出告警。系统还具有实时语音报警功能，能够对所有事件发出语音告警。

　　3.3.5、历史事件查询

　　安科瑞Acrel-2000Z电力监控系统能够对遥信变位，保护动作、事故跳闸，以及电压、电流、功率、功率因数越限等事件记录进行存储和管理，方便用户对系统事件和报警进行历史追溯，查询统计、事故分析。

　　3.3.6、电能统计报表

　　安科瑞Acrel-2000Z电力监控系统以丰富的报表体支撑量体系的完整性。系统具备定时抄表汇总统计功能，用户可以自由查询自系统正常运行以来任意时间段内各配电节点的用电情况，即该节点进线用电量与各分支回路消耗电量的统计分析报表。

　　3.3.7、用户权限管理

　　安科瑞Acrel-2000Z电力监控系统为保障系统安全稳定运行，设置了用户权限管理功能。通过用户权限管理能够防止未经授权的操作（如遥控的操作，数据库修改等）。可以定义不同级别用户的登录名、密码及操作权限，为系统运行、维护、管理提供可靠的安全保障。

　　3.3.8、网络拓扑图

　　安科瑞Acrel-2000Z电力监控系统支持实时监视接入系统的各设备的通信状态，能够完整的显示整个系统网络结构；可在线诊断设备通信状态，发生网络异常时能自动在界面上显示故障设备或元件及其故障部位。

　　3.3.9、电能质量监测

　　安科瑞Acrel-2000Z电力监控系统可以对整个配电系统范围内的电能质量和电能可靠性状况进行持续性的监测。例如配电系统维护人员可以通过谐波分析界面掌握配电系统的谐波含量，及时采取相应的措施提高配电系统的可靠性，减少因谐波造成的供电事故的发生。

　　3.3.10、遥控

　　安科瑞Acrel-2000Z电力监控系统可以对整个配电系统范围内的设备进行远程遥控操作。例如配电系统维护人员可以通过监控系统的主界面点击相应的断路器遥信点调出遥控操作界面，可以及时执行调度系统或站内相应的操作命令。

　　3.3.11、通信管理

　　安科瑞Acrel-2000Z电力监控系统可以对整个配电系统范围内的设备通信情况进行管理、控制、数据的实时监测。例如配电系统维护人员可以通过监控系统的主程序右键打开通信管理程序，然后选择通信控制启动所有端口或某个端口，快速查看某设备的通信和数据情况。

　　3.3.12、故障录波

　　Acrel-2000Z电力监控系统可在系统发生故障时，自动准确地记录故障前、后过程的各种电气量的变化情况，通过对这些电气量的分析、比较，对分析处理事故、判断保护是否正确动作、提高电力系统安全运行水平有着重要作用。

　　3.3.13、事故追忆

　　Acrel-2000Z电力监控系统可自动记录事故时刻前后一段时间的所有实时稳态信息，包括开关位置、 保护动作状态、遥测量等，形成事故分析的数据基础。

　　3.3.14、Web访问

　　展示页面显示变电站数量、变压器数量、监测点位数量等概况信息，设备通信状态，用电分析和事件记录。首页显示场站的变压器数量、回路个数、有功功率、无功功率、用电量、事件记录等概况信息，可通过实时监控、变压器、通信、视频切换到需要查看的界面。

　　实时数据曲线可监测各个回路的线缆温度、电压、电流、功率曲线信息。实时变压器曲线可监测变压器的状态，某天的电压、电流、功率、用电量等曲线信息。接线图页面通过一次图实时反映电气参数变化，包括遥测、遥信等信息(遥信信号需要断路供辅助触点支持)，刷新的时间<=5s。能耗统计页面显示各回路的功率峰值和用电量峰值，功率、电能趋势曲线，电能环比，用电排名。运维管理-通信状态显示监测接入系统设备的通信状态。

　　3.3.15、APP访问

　　设备数据页面显示各设备的电参量数据以及曲线。

　　3.4、现场硬件配置

　　4、结语

　　综上所述，高速公路电力监控智能化管理技术主要体现在综合电力监控系统在高速公路管理中的应用，所以上文对综合电力监控系统进行了详细分析，经分析了解到综合电力监控系统中使用到了各种各样的服务器、监控仪器及网络接收设备等，结合光纤以太网实现了各种数据(如摇信数据、摇控数据和摇测数据)的传输与存储，采用LONWORKS现场控制网络技术，实现了综合电力监控系统的自动控制和信息传输处理功能，实现了高速公路电力监控智能化管理，提高了高速公路运行的安全性，同时还节约了高速公路的维护成本，使高速公路的智能化管理水平得到了有效提高。