摘要:近年來(lái),伴隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展我國(guó)公路建設(shè)已經(jīng)達(dá)到了一定水平,但近年來(lái)高速公路的運(yùn)營(yíng)安全性堪待優(yōu)化。由于公路特長(zhǎng)型橋梁和隧道的運(yùn)行安全性需要由電力供應(yīng)進(jìn)行支持，為此需要融入數(shù)字化監(jiān)測(cè)技術(shù)。對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)控，日常做好電力監(jiān)控系統(tǒng)的維護(hù)，創(chuàng)新并完善現(xiàn)階段的電力監(jiān)控維護(hù)與實(shí)踐的發(fā)展要求。通過(guò)這樣的方式，不僅能夠?qū)Ω咚俟愤\(yùn)行的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)管，同時(shí)還能加強(qiáng)高速公路管理的工作效率，并維護(hù)好相關(guān)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，充分降低運(yùn)營(yíng)的綜合性成本。

關(guān)鍵詞:高速公路;電力監(jiān)控系統(tǒng):維護(hù);安科瑞丁一187+6159=9093。

一、電力監(jiān)控系統(tǒng)組成

通常情況下，高速公路建設(shè)的過(guò)程中兩旁會(huì)設(shè)置電力設(shè)施，如變電站、箱狀變電站和地下型變電站等設(shè)備。然而這些主要是線性地呈離散性分布的。于是，電力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一般采用變電站、箱型變電站和埋地型變電站作為監(jiān)測(cè)單位，在運(yùn)營(yíng)管理中心或者主變電站里都設(shè)立相應(yīng)的電力監(jiān)測(cè)中心（或稱主站）。為了保證從這些離散的監(jiān)控子站獲取的數(shù)據(jù)能夠迅速并有效 地傳遞至監(jiān)控中心，沿高速公路的所有站點(diǎn)間有必要形成一個(gè)光纖數(shù)據(jù)環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)。鑒于電力線路的長(zhǎng)度之長(zhǎng)、覆蓋的廣度之廣和高度的通訊容量需求，國(guó)內(nèi)大部分已經(jīng)建設(shè)且開(kāi)始運(yùn)作的電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)主要采用有線網(wǎng)絡(luò)作為其架構(gòu)。因此，電力監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)建是依據(jù)系統(tǒng)的各項(xiàng)功能以及設(shè)備分布情況，參照?qǐng)D1展示的三級(jí)分布式架構(gòu)方案。

圖1  例圖

位于監(jiān)控中心的計(jì)算機(jī)后臺(tái)和軟件處理單元扮演著重要的職責(zé)，該設(shè)計(jì)是基于分布式結(jié)構(gòu)的，由控制單元和若干從站共同組成一個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)。智能的通信傳輸層構(gòu)成包含計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的接口、光纖網(wǎng) 絡(luò)環(huán)網(wǎng)、工業(yè)化的以太網(wǎng)交換器、通信管理設(shè)備以及內(nèi)置的處理軟件等部件。上層的網(wǎng)絡(luò)是由現(xiàn)場(chǎng)的控制設(shè)備和遠(yuǎn)端的用戶組成的，他們利用以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳遞給下層的設(shè)備。在工業(yè)環(huán)境中，現(xiàn)場(chǎng)的總線選擇串行通信方式作為智能設(shè)備之間的通訊途徑，而智能測(cè)控設(shè)備、控制器和數(shù)據(jù)采集器等共同形成了設(shè)備的終端部分，也稱為子站點(diǎn)。

1.1 監(jiān)控管理層

高速公路監(jiān)控管理部門的主要職責(zé)是負(fù)責(zé)電力監(jiān)控應(yīng)用，為其他系統(tǒng)設(shè)置特定的接口，并整體負(fù)責(zé)供電系統(tǒng)的管理和調(diào)度工作， 同時(shí)也擁有整體供電系統(tǒng)的管理權(quán)限。為了評(píng)估電網(wǎng)是否出現(xiàn)問(wèn)題并確保 電網(wǎng)的穩(wěn)定、安全供電，有關(guān)人員應(yīng)采集各個(gè)變電站的電壓、電流信號(hào)和開(kāi)關(guān)量信號(hào)。從各大監(jiān)控子站中 獲取供電配電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并對(duì)各個(gè)變電站在電力負(fù)荷狀況、負(fù)荷分布趨勢(shì)進(jìn)行精細(xì)化的數(shù)據(jù)檢索和統(tǒng)計(jì)。在檢測(cè)到問(wèn)題時(shí)迅速進(jìn)行維護(hù)，確保系統(tǒng)永遠(yuǎn)處于最穩(wěn)的運(yùn)行條件。為了讓監(jiān)控站點(diǎn)能夠掌握供電系統(tǒng)的運(yùn)作狀態(tài)，并在各個(gè)子系統(tǒng)間有效合作，監(jiān)控工作站將會(huì)實(shí)時(shí)收集各個(gè)子系統(tǒng)提供的有價(jià)值的相關(guān)數(shù)據(jù)。監(jiān)控管理主要設(shè)置了以下軟硬件工具：主要是大型LED顯示屏，它用于展示關(guān)鍵監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和圖片的細(xì)節(jié)信息；電力監(jiān)控工作站構(gòu)成一個(gè)電力監(jiān)視運(yùn)營(yíng)管理的硬件基礎(chǔ)設(shè)施；遠(yuǎn)程端點(diǎn)操作和通 訊網(wǎng)絡(luò)中的電力監(jiān)視應(yīng)用系統(tǒng)；為電力監(jiān)視提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)的平臺(tái)；激光打印機(jī)主管處理運(yùn)行過(guò)程中的數(shù)據(jù)及文件的打印。

1.2 通信傳輸層

監(jiān)控子站與監(jiān)控中心之間利用高速光纖以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的流通，為了確保傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，各監(jiān)控子站均配置了工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)。利用光纜在整條線路上建立千兆的冗余光纖網(wǎng)絡(luò)通道，從而確保電力監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)能被順利發(fā)送到電力監(jiān)控工作站。該系統(tǒng)整體構(gòu)造包括多個(gè)分散的智能端點(diǎn)和一個(gè)控制型計(jì)算機(jī)，并且能夠上行至工業(yè)以太網(wǎng)的交換器進(jìn)行連接；下行連接點(diǎn)是實(shí)地測(cè)試控制端與遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)，其主要目的是對(duì)系統(tǒng)執(zhí)行實(shí)時(shí)的觀測(cè)和調(diào)控。收集終端裝置的詳細(xì)數(shù)據(jù)信息，隨后執(zhí)行協(xié)議轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理 和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)操作，最后將所有有效數(shù)據(jù)上傳到電力監(jiān)控工作站。該系統(tǒng)是由應(yīng)用程序和基層硬件所構(gòu)成，通信傳輸層主要由工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸 設(shè)備組成，這是其核心組件之一。通信管理設(shè)備主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的維護(hù)、傳輸、轉(zhuǎn)發(fā)以及合同協(xié)議轉(zhuǎn)化等任務(wù)。

1.3 終端設(shè)備層

高速公路的終端設(shè)備層被賦予了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和管理變壓器、高低電壓出線回路等部件的職責(zé)。終端設(shè)備層次專門處理現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集任務(wù)，并可以依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)互換。如今，這些建構(gòu)大多基于模塊化以及單元式的方式進(jìn)行搭建。基于此，有關(guān)人員提出了一種新的基于分層分布式架構(gòu)的變電站集成自動(dòng)化終端設(shè)計(jì)，此方案的主要特質(zhì)包括高度的可靠性、功能齊全及便于擴(kuò)展的能力。設(shè)備在終端層的主 要配置涵蓋了：10kV系統(tǒng)的微機(jī)防護(hù)與測(cè)量控制融合裝置；該設(shè)備是一款高度智能化的開(kāi)關(guān)數(shù)量檢測(cè)儀器。作為防護(hù)裝置，也可以叫作控制系統(tǒng)，這是一種用以監(jiān)控變壓器溫度的專業(yè)設(shè)備。通過(guò)對(duì)電氣器材進(jìn)行智能化的檢查和防護(hù)，旨在打造一個(gè)確保礦井生產(chǎn)安全的自動(dòng)化工具。利用10kV微機(jī)保護(hù)測(cè)控的一體化裝置收集低壓輸入、輸出等電氣數(shù)據(jù)，并控制斷路器的斷開(kāi)和閉合等功能。智能開(kāi)關(guān)量監(jiān)測(cè)裝置的職能包括操控開(kāi)關(guān)電子設(shè)備的合并和斷開(kāi)過(guò)程，收集和定位開(kāi)關(guān)的位置信息。干式變壓器繞組進(jìn)行的溫度監(jiān)測(cè)、超出預(yù)定范圍的警報(bào)，以及散熱風(fēng)機(jī)的開(kāi)啟和關(guān)閉控制都是由變壓器的溫度控制儀器來(lái)進(jìn)行的。

二、公路機(jī)電工程電力監(jiān)控系統(tǒng)的重要性

電力監(jiān)控系統(tǒng)主要是為了與供電和配電設(shè)施配套而搭建的，從實(shí)踐角度來(lái)說(shuō)，只要配備了供電和配電設(shè)備就肯定能實(shí)現(xiàn)電力的實(shí)時(shí)檢測(cè)與監(jiān)控。隨著我國(guó)電力產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)步增長(zhǎng)以及電網(wǎng)的持續(xù)擴(kuò)張，各級(jí)管理者越來(lái)越關(guān)注供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。為確保供電和配電體系的持續(xù)穩(wěn)健及其安全運(yùn)營(yíng)，除了定時(shí)的實(shí)地檢查之外，電力監(jiān)測(cè)中心應(yīng)當(dāng)配備專職人員以進(jìn)行日常的觀察和管控任務(wù)。當(dāng)出現(xiàn)不正常的狀況時(shí)，應(yīng)該立即集結(jié)相應(yīng)的人員開(kāi)展排查和解決，并且迅速向調(diào)度部門或相關(guān)機(jī)構(gòu)上報(bào)這些建議。電力監(jiān)控中心的值班員需定時(shí)進(jìn)行對(duì)電腦監(jiān)控畫(huà)面的逐項(xiàng)檢查。這項(xiàng)任務(wù)的首要步驟是檢查每一個(gè)監(jiān)控子站的網(wǎng)絡(luò)通信狀況，接著檢查各監(jiān)控點(diǎn)的測(cè)控儀器通信狀況。還需定期檢視各站的配電設(shè)備，對(duì)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行及時(shí)處理和記錄。對(duì)于電力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)出的各類預(yù)警語(yǔ)音，尤其是在電源開(kāi)關(guān)偏移、過(guò)壓或失壓等情況下，應(yīng)當(dāng)立即進(jìn)行原因分析，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)、匯報(bào)并采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣?lái)解決這些問(wèn)題。在執(zhí)行和維護(hù)高速公路電力監(jiān)控體系的項(xiàng)目期間，對(duì)機(jī)電工程的建設(shè)往往缺乏足夠的關(guān)注，也沒(méi)有充分考慮到機(jī)電工程的維護(hù)便利性，這種狀況可能增加了一系列嚴(yán)重的潛在安全隱患。特別是在那些規(guī)模大的高速公路項(xiàng)目，將機(jī)電設(shè)施設(shè)置在道路中段可能會(huì)觸發(fā)一連串的問(wèn)題。此外，還有部分機(jī)電設(shè)備的位置維修人員難以到達(dá)，這種不足之處在設(shè)計(jì)階段需要進(jìn)行深入的思考以確保其得到適當(dāng)?shù)慕鉀Q。

三、安科瑞Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)解決方案

3.1概述

針對(duì)用戶變電站（一般為35kV及以下電壓等級(jí)），通過(guò)微機(jī)保護(hù)裝置、開(kāi)關(guān)柜綜合測(cè)控裝置、電氣接點(diǎn)無(wú)線測(cè)溫產(chǎn)品、電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置、配電室環(huán)境監(jiān)控設(shè)備、弧光保護(hù)裝置等設(shè)備組成綜合自動(dòng)化的綜合監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了變電、配電、用電的安全運(yùn)行和管理。監(jiān)控范圍包括用戶變電站、開(kāi)閉所、變電所及配電室等。

Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)[4]是安科瑞電氣股份有限公司根據(jù)電力系統(tǒng)自動(dòng)化及無(wú)人值守的要求，針對(duì)35kV及以下電壓等級(jí)研發(fā)出的一套分層分布式變電站監(jiān)控管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)是應(yīng)用電力自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息傳輸技術(shù)，集保護(hù)、監(jiān)測(cè)、控制、通信等功能于一體的開(kāi)放式、網(wǎng)絡(luò)化、單元化、組態(tài)化的系統(tǒng)，適用于35kV及以下電壓等級(jí)的城網(wǎng)、農(nóng)網(wǎng)變電站和用戶變電站，可實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站的控制和管理，滿足變電站無(wú)人或少人值守的需求，為變電站安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了堅(jiān)實(shí)的保障。

3.2應(yīng)用場(chǎng)所

適用于軌道交通，工業(yè)，建筑，學(xué)校，商業(yè)綜合體等35kV及以下用戶端供配電自動(dòng)化系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行維護(hù)。

3.3系統(tǒng)架構(gòu)

Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式設(shè)計(jì)，可分為三層：站控管理層、網(wǎng)絡(luò)通信層和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層，組網(wǎng)方式可為標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、光纖星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、光纖環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，根據(jù)用戶用電規(guī)模、用電設(shè)備分布和占地面積等多方面的信息綜合考慮組網(wǎng)方式。

3.4系統(tǒng)功能

（1）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)：直觀顯示配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各回路電參數(shù)信息，動(dòng)態(tài)監(jiān)視各配電回路有關(guān)故障、告警等信號(hào)。

（2）電參量查詢：在配電一次圖中，可以直接查看該回路詳細(xì)電參量。

（3）曲線查詢：可以直接查看各電參量曲線。

（4）運(yùn)行報(bào)表：查詢各回路或設(shè)備時(shí)間的運(yùn)行參數(shù)。

（5）實(shí)時(shí)告警：具有實(shí)時(shí)告警功能，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娀芈愤b信變位，保護(hù)動(dòng)作、事故跳閘等事件發(fā)出告警。

（6）歷史事件查詢：對(duì)事件記錄進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，方便用戶對(duì)系統(tǒng)事件和報(bào)警進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析。

（7）電能統(tǒng)計(jì)報(bào)表：系統(tǒng)具備定時(shí)抄表匯總統(tǒng)計(jì)功能，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運(yùn)行以來(lái)任意時(shí)間段內(nèi)各配電節(jié)點(diǎn)的用電情況。

（8）用戶權(quán)限管理：設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能，可以定義不同級(jí)別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限。

（9）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D：支持實(shí)時(shí)監(jiān)視并診斷各設(shè)備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

（10）電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)：可以對(duì)整個(gè)配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的電能質(zhì)量和電能可靠性狀況進(jìn)行持續(xù)性的監(jiān)測(cè)。

（11）遙控功能：可以對(duì)整個(gè)配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控操作。

（12）故障錄波：可在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)地記錄故障前、后過(guò)程的各種電氣量的變化情況。

（13）事故追憶：可自動(dòng)記錄事故時(shí)刻前后一段時(shí)間的所有實(shí)時(shí)穩(wěn)態(tài)信息。

（14）Web訪問(wèn)：展示頁(yè)面顯示變電站數(shù)量、變壓器數(shù)量、監(jiān)測(cè)點(diǎn)位數(shù)量等概況信息，設(shè)備通信狀態(tài)，用電分析和事件記錄。

（15）APP訪問(wèn)：設(shè)備數(shù)據(jù)頁(yè)面顯示各設(shè)備的電參量數(shù)據(jù)以及曲線。

四、系統(tǒng)硬件配置

五、結(jié)束語(yǔ)

總之，電力監(jiān)控系統(tǒng)的有效應(yīng)用能夠充分借助信息技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)公路的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)于保障電纜及降低運(yùn)維成本等方面都具有重要的價(jià)值。具體在公路運(yùn)行過(guò)程中，可以通過(guò)電力監(jiān)控系統(tǒng)的遠(yuǎn)程通信、監(jiān)控和控制功能、數(shù)據(jù)處理功能及人機(jī)交互功能實(shí)現(xiàn)對(duì)電力設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)可能存在的問(wèn)題并進(jìn)行解決，保障公路交通運(yùn)行安全。因此，具體在施工過(guò)程中應(yīng)當(dāng)重視電力監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，以此實(shí)現(xiàn)公路的安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)遠(yuǎn)地發(fā)展。