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摘 要：我國新型工業(yè)化、信息化、城鎮化和農業(yè)現代化加快發(fā)展，經(jīng)濟結構加快轉型，交通運輸總量將保持較快增長(cháng)態(tài)勢，各項事業(yè)發(fā)展要求提高國家公路網(wǎng)的服務(wù)能力和水平。高速公路沿線(xiàn)的收費站、互通樞紐、服務(wù)區、隧道等配置的供配電、照明、通風(fēng)、排水等機電設備的數量急聚增加，設計一套包括電力監控、電能計量、電能質(zhì)量治理、能耗分析、電氣安全、運維巡檢管理等技術(shù)服務(wù)的一體化能源管理系統，能有效降低工作人員勞動(dòng)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遠程控制及運維管理平臺尤為重要。
關(guān)鍵詞：信息化；高速公路；電力監控；電氣安全
1 概述
新晉高速公路塊村營(yíng)至營(yíng)盤(pán)（省界）段供配電照明施工圖設計的供配電系統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(wù)設施供電， 本項目在各站區分別設置 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(wù)設施供電，本項目在隧道、收費站、服務(wù)區、管理中心等場(chǎng)區設置變電所，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(wù)區：九圣營(yíng)收費站、北新莊收費站、輝縣服務(wù)區、金牛寺服區和主線(xiàn)停車(chē)區的供配電系統。隧道部分：香爐寺、橫嶺、馬溝、南湖、韓口、白楝樹(shù)、蒿坪、柳園、轎頂山、南馬鞍、王莽嶺隧道的供配電系統。
2 項目方案
2.1項目需求
1 電力監控功能要求
數據采集功能：采集監測線(xiàn)路的電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、頻率；采集變壓器溫度等；采集監測斷路器狀態(tài)和開(kāi)關(guān)狀態(tài)信號；屏幕顯示功能：畫(huà)面美觀(guān)、清晰、色彩鮮亮柔和，窗口界面風(fēng)格統一；顯示畫(huà)面可以多窗口顯示；顯示一次結線(xiàn)圖實(shí)時(shí)工況，曲線(xiàn)（負荷曲線(xiàn)、電壓曲線(xiàn)等），具有歷史數據的圖表顯示功能。
報表打印功能：系統具有簡(jiǎn)單、方便、靈活的報表生成子程序，可以打印多種類(lèi)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：系統對開(kāi)關(guān)跳、合閘可以記錄打印、相應顯示畫(huà)面變色、閃光、報警、屏幕顯示事件信息；系統對模擬量產(chǎn)生越限值時(shí)，可以打印記錄并報警；系統具有事件追憶功能；系統自動(dòng)記錄所發(fā)生的各類(lèi)事件，便于操作人員了解供配電系統歷史情況；系統應備有潮流分析表；人機對話(huà)功能：操作界面非常友好，菜單操作簡(jiǎn)單，重要操作有口令要求；操作機面漢化；語(yǔ)音報警；系統具有軟件自診斷功能。
2 電氣火災監控功能要求
電氣火災監控主要用于預防因線(xiàn)間端子或線(xiàn)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(guò)載故障或接地電弧性故障，進(jìn)而引發(fā)火災。
電氣火災監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(guò)電力監控系統能夠在電力監控計算機實(shí)現對電氣火災探測數據的實(shí)時(shí)監控，具體要求同電力監控有關(guān)描述。
3 數據傳輸
電力監控數據及電氣防火災監控數據由變電所內的以太網(wǎng)交換機進(jìn)行數據匯總，收費站內數據傳輸至站內監控系統交換機，服務(wù)區內數據傳輸至服務(wù)區監控室內的監控交換機，由通信系統配備光纜傳輸至管理分中心；經(jīng)管理分中心的三層以太網(wǎng)交換機將數據傳輸至電力監控計算機。各場(chǎng)區內的弱電管道由建筑配電專(zhuān)業(yè)統一實(shí)施。
2.2產(chǎn)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(shí)現10kV及以下電壓等級變配電站保護測控功能，適用于線(xiàn)路、母聯(lián)、配電變壓器、PT等設備的保護和自動(dòng)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(xiàn)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(chǎn)品具有的數據處理、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、舒適的按鈕設計，菜單式操作簡(jiǎn)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(jiǎn)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(xiàn)電壓或零序電壓或不平衡電壓，適應各種PT接線(xiàn)方式。應具有零序零序和零序電壓測量功能，并與電力監控系統配合實(shí)現小電流接地選線(xiàn)功能。至少12路交直流兩用、110V/220V自適應的開(kāi)關(guān)量輸入。至少5路開(kāi)關(guān)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(gè)RS485通信接口、1個(gè)RS232維護口。
2）多功能數字式電表
AMC 系列智能電量采集監控裝置，是針對電力系統、工礦企業(yè)、公用設施、智能大廈的電力監控需求而設計的 智能儀表，它集成電力參數的測量(如單相或者三相的電流、電壓、有功功率、無(wú)功功率、視在功率、頻率、功率 因數)以及電能監測和考核管理。同時(shí)它具有多種外圍接口功能可供用戶(hù)選擇：帶有 RS485 通訊接口，采用 MODBUS-RTU 協(xié)議可滿(mǎn)足通訊聯(lián)網(wǎng)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(mǎn)足 DCS 等接口要 求；帶開(kāi)關(guān)量輸入和繼電器輸出可實(shí)現斷路器開(kāi)關(guān)的“遙信"和“遙控"的功能。采用高亮度 LED/LCD 顯示界面， 通過(guò)按鍵來(lái)實(shí)現參數設置和控制，非常適用于實(shí)時(shí)電力監控系統?？梢灾苯尤〈Ｒ庪娏ψ兯推骷皽y量?jì)x表。作 為一種智能化、數字化的前端采集元件，該儀表已廣泛應用于各種控制系統、SCADA 系統和能源管理系統中。
2.3產(chǎn)品上圖方案
本工程10kV/0.4kV配電工程共有24個(gè)變電所，以香爐寺隧道變電所為例，上圖方案如下：
AM4-I
AM4-I
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(chǎn)品明細
整個(gè)快村營(yíng)至營(yíng)盤(pán)段新晉高速公路共有24個(gè)變電所，變電所所設產(chǎn)品類(lèi)型及數量如下：
產(chǎn)品類(lèi)型 | 電氣火災探測主機 | 12回路電氣火災監視器 | 10KV進(jìn)線(xiàn)測控保護裝置 | 10KV出線(xiàn)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(yíng)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(wù)區 | 2 | 4 | 0 | 0 | 0 | 6 | 42 |
金牛寺服務(wù)區 | 1 | 4 | 0 | 0 | 0 | 3 | 36 |
主線(xiàn)停車(chē)區 | 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(shù)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 系統需求
為實(shí)時(shí)監視整個(gè)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，主要實(shí)現對新晉高速公路各個(gè)變電所的用電監控與管理。監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(wú)功補償、發(fā)電機控制屏、郵箱液位儀、風(fēng)機軟啟動(dòng)器和電氣火災監控等。本系統由用戶(hù)管理層、網(wǎng)絡(luò )通信層、現場(chǎng)設備層三部分組成，現場(chǎng)設置的電能表采用屏蔽雙絞線(xiàn)連接至各分區數據采集器，各分區數據采集器將數據分類(lèi)處理后，通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)連接至局域網(wǎng)交換機上傳至電力監控系統主機，實(shí)現電力監控功能。整個(gè)系統的架構如下：
圖4 系統架構圖
AcrelEMS-HIW高速公路綜合能效系統可實(shí)現的功能如下：
電力綜合看板：可查看整個(gè)平臺的一個(gè)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，統計出的整個(gè)系統當前的總功率和當日的總用電，也可監測網(wǎng)關(guān)、儀表的運行狀態(tài)；展示了接入的光伏站點(diǎn)的信息，包括發(fā)電功率和當日發(fā)電量；還有運維任務(wù)的情況，在辦、辦畢的個(gè)數，統計出任務(wù)完成率；報警情況統計，統計出報警程度的分布情況，*新報警滾動(dòng)顯示，平臺當月每天的報警數量統計
圖4 電力綜合看板界面
全路段監控：沿途數十幾個(gè)配電房繪制在一張K線(xiàn)圖里面，點(diǎn)擊每個(gè)站跳轉相關(guān)配電圖畫(huà)面顯示，使整條高速公路的配電系統一圖掌握。
圖5 K線(xiàn)圖界面
實(shí)時(shí)監測：以配電一次圖的形式直觀(guān)顯示配電線(xiàn)路的運行狀態(tài)，可以實(shí)時(shí)監測各回路電壓、電流、功率、功率因數等電參數信息，動(dòng)態(tài)監視各配電回路斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、地刀等合、分閘狀態(tài)。
圖6 九圣營(yíng)收費站配電監測界面
圖7 王莽嶺隧道配電監測界面
電參量查詢(xún)：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(wú)功功率、總功率因數、正向有功電能等。
運行報表： 查詢(xún)各回路或設備時(shí)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(wú)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(shí)時(shí)告警：能夠對配電回路斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地刀分、合動(dòng)作等遙信變位，保護動(dòng)作、事故跳閘等事件發(fā)出告警。
7）歷史事件查詢(xún)：能夠對遙信變位，保護動(dòng)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(jìn)行存儲和管理，方便用戶(hù)對系統事件和報警信息進(jìn)行歷史追溯，查詢(xún)統計、事故分析。
8）故障錄波： 能夠在系統發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)準確地記錄故障前、后過(guò)程的各種電氣量的變化情況，通過(guò)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(dòng)作、提高電力系統安全運行水平有著(zhù)重要作用。
9）事故追憶：能夠自動(dòng)記錄事故時(shí)刻前后一段時(shí)間的所有實(shí)時(shí)穩態(tài)信息，包括開(kāi)關(guān)位置、 保護動(dòng)作狀態(tài)、遙測量等，形成事故分析的數據基礎。
10）曲線(xiàn)查詢(xún)：能夠查詢(xún)實(shí)時(shí)曲線(xiàn)和歷史曲線(xiàn)，包括三相電流、三相電壓、有功功率、無(wú)功功率、功率因數等所有遙測量。
11）用戶(hù)權限管理：設置了用戶(hù)權限管理功能，通過(guò)用戶(hù)權限管理能夠防止未經(jīng)授權的操作（如遙控的操作，數據庫修改等）。系統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(gè)權限組里分配不同用戶(hù)，為系統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。
12）電氣火災監測：針對低壓用電環(huán)節各回路中的剩余電流、溫度和故障電弧等進(jìn)行實(shí)施監測；側重點(diǎn)為低壓用電環(huán)節的安全性，當剩余電流報警輸出，以提醒維護人員進(jìn)行安全檢查，防止因漏電引起的火災發(fā)生，實(shí)現對高速公路電氣安全預警。
圖9 電氣火災監測界面圖
13）遙控功能：根據電力規程要求，可以對整個(gè)配電系統范圍內的設備進(jìn)行遠程遙控操作。
14）通信管理：可以對整個(gè)配電系統范圍內的設備通信情況進(jìn)行管理、控制、數據的實(shí)時(shí)監測。
5 現場(chǎng)安裝圖片
本項目微機保護就地分散安裝在各個(gè)高壓開(kāi)關(guān)柜上，保護裝置、電氣火災監測裝置以及電能表現場(chǎng)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(chǎng)安裝圖片
6 結語(yǔ)
AcrelEMS-HIM高速公路綜合能效管理系統為高速公路能源管理提供監測及控制，主要包括電力監控、電氣消防、能耗分析、電能質(zhì)量監測和治理、環(huán)境監控等功能。其中電力監控系統及電氣火災監控系統主要設置于各隧道、收費站、服務(wù)區等場(chǎng)區的供配電系統，便于運營(yíng)維護人員對高速公路沿線(xiàn)供配電設施的運營(yíng)狀況實(shí)時(shí)檢測，能夠及時(shí)發(fā)現電氣安全隱患及電氣故障，并能夠對場(chǎng)區用電數據進(jìn)行報表及統計。有效降低工作人員勞動(dòng)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(wǎng)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設計與產(chǎn)品二次原理圖集.2020.10月版
[3] 安科瑞用戶(hù)變電站綜合自動(dòng)化與運維解決方案.2020.5月版
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