安科瑞 繆凱倫

摘 要：我國新型工業化、信息化、城鎮化和農業現代化加快發展，經濟結構加快轉型，交通運輸總量將保持較快增長態勢，各項事業發展要求提高國家公路網的服務能力和水平。高速公路沿線的收費站、互通樞紐、服務區、隧道等配置的供配電、照明、通風、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源管理系統，能有效降低工作人員勞動強度、提供工作效率、避免人為事故發生、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至營盤（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設施供電，本項目在隧道、收費站、服務區、管理中心等場區設置變電所，并以柴油發電機做為備用電源以保證重要負荷用電。收費站及服務區：九圣營收費站、北新莊收費站、輝縣服務區、金牛寺服區和主線停車區的供配電系統。隧道部分：香爐寺、橫嶺、馬溝、南湖、韓口、白楝樹、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；采集監測斷路器狀態和開關狀態信號；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。

報表打印功能：系統具有簡單、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；事件記錄和追憶功能：系統對開關跳、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；系統對模擬量產生越限值時，可以打印記錄并報警；系統具有事件追憶功能；系統自動記錄所發生的各類事件，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間端子或線路發熱溫度緩慢升高，或泄漏電流緩慢變大而引發金屬性短路、過載故障或接地電弧性故障，進而引發火災。

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。并通過電力監控系統能夠在電力監控計算機實現對電氣火災探測數據的實時監控，具體要求同電力監控有關描述。

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交換機進行數據匯總，收費站內數據傳輸至站內監控系統交換機，服務區內數據傳輸至服務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；經管理分中心的三層以太網交換機將數據傳輸至電力監控計算機。各場區內的弱電管道由建筑配電專業統一實施。

2.2產品需求

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，可以實現10kV及以下電壓等級變配電站保護測控功能，適用于線路、母聯、配電變壓器、PT等設備的保護和自動控制功能。

?  采用高性能的硬件平臺、工業級元器件、嚴酷的EMC設計，具有在線自檢測試程序；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；靈活的按鈕設計，菜單式操作簡單、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，也可接線電壓或零序電壓或不平衡電壓，適應各種PT接線方式。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現小電流接地選線功能。至少12路交直流兩用、110V/220V自適應的開關量輸入。至少5路開關量輸出；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RS485通信接口、1個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、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。同時它具有多種外圍接口功能可供用戶選擇：帶有 RS485 通訊接口，采用 MODBUS-RTU 協議可滿足通訊聯網管理的需要；4-20mA 的模擬量輸出可與測量的電參量相對應，滿足 DCS 等接口要 求；帶開關量輸入和繼電器輸出可實現斷路器開關的“遙信"和“遙控"的功能。采用高亮度 LED/LCD 顯示界面， 通過按鍵來實現參數設置和控制，非常適用于實時電力監控系統。可以直接取代常規電力變送器及測量儀表。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：

上述所有變電所共計47臺微機保護裝置AM4，160臺電力儀表AMC96L，1010臺電力儀表AMC72L，24個ANET網關，1套電力監控系統；24臺電氣火災主機Acrel-6000B3，116個電氣火災監視器ARCM。

3 系統需求

為實時監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，主要實現對新晉高速公路各個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、無功補償、發電機控制屏、郵箱液位儀、風機軟啟動器和電氣火災監控等。本系統由用戶管理層、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數據采集器，各分區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控系統主機，實現電力監控功能。整個系統的架構如下：

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，統計出的整個系統當前的總功率和當日的總用電，也可監測網關、儀表的運行狀態；展示了接入的光伏站點的信息，包括發電功率和當日發電量；還有運維任務的情況，在辦、辦畢的個數，統計出任務完成率；報警情況統計，統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計

圖4 電力綜合看板界面

2）全路段監控：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一圖掌握。

圖5  K線圖界面

3）實時監測：以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運行狀態，可以實時監測各回路電壓、電流、功率、功率因數等電參數信息，動態監視各配電回路斷路器、隔離開關、地刀等合、分閘狀態。

圖6 九圣營收費站配電監測界面

圖7 王莽嶺隧道配電監測界面

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，方便用戶對系統事件和報警信息進行歷史追溯，查詢統計、事故分析。

8）故障錄波： 能夠在系統發生故障時，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、提高電力系統安全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態信息，包括開關位置、 保護動作狀態、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：針對低壓用電環節各回路中的剩余電流、溫度和故障電弧等進行實施監測；側重點為低壓用電環節的安全性，當剩余電流越報警輸出，以提醒維護人員進行安全檢查，防止因漏電引起的火災發生，實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，可以對整個配電系統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范圍內的設備通信情況進行管理、控制、數據的實時監測。

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、電能質量監測和治理、環境監控等功能。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、服務區等場區的供配電系統，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，能夠及時發現電氣安全隱患及電氣故障，并能夠對場區用電數據進行報表及統計。有效降低工作人員勞動強度、提高工作效率、避免人為事故發生、有序保證高速公路可靠運行。

參考文獻

[1] 安科瑞企業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