近年來(lái)，隨著我國(guó)中西部地區(qū)高速公路建設(shè)的快速發(fā)展，隧道工程不斷增多，隧道建設(shè)里程越來(lái)越長(zhǎng)，大家對(duì)隧道供電技術(shù)與電力監(jiān)控技術(shù)更加關(guān)注和重視。JTG D70/2-2014《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》11.5.1中規(guī)定，設(shè)置中央控制管理設(shè)施的公路隧道宜設(shè)置電力監(jiān)控系統(tǒng)。
在高速公路路線設(shè)施中，隧道是事故多發(fā)點(diǎn)，也是運(yùn)營(yíng)管理中的薄弱環(huán)節(jié)。一般情況下，隧道地處偏僻山區(qū)，遠(yuǎn)離中央控制管理中心，用電設(shè)備比較分散，供電點(diǎn)多，運(yùn)營(yíng)管理和維護(hù)都十分困難。
采用電力監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)隧道變電站的無(wú)人值守，提高運(yùn)營(yíng)管理、設(shè)備維護(hù)的效率，迅速獲知各電氣設(shè)備、電氣開(kāi)關(guān)的運(yùn)行狀態(tài)等信息，并及時(shí)排除故障，降低故障損失。
設(shè)計(jì)方案及功能
概述
結(jié)合隧道供配電呈帶狀分布、點(diǎn)多分散的特點(diǎn)，我們借助光纖組網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)，融合電力自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)通信組網(wǎng)、自動(dòng)控制領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，設(shè)計(jì)了SFERE-PMS隧道電力監(jiān)控系統(tǒng)。
SFERE-PMS隧道電力監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)設(shè)置在分站點(diǎn)的監(jiān)控設(shè)備，實(shí)時(shí)采集高速公路以及隧道照明、通風(fēng)等供電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，重點(diǎn)監(jiān)視變壓器及關(guān)鍵進(jìn)線、出線回路狀態(tài)的監(jiān)視，采集故障動(dòng)作信號(hào)，加快對(duì)電網(wǎng)事故的反映和處理速度，縮短故障的停電時(shí)間；全面采集電度數(shù)據(jù)分析各負(fù)荷變化及耗電成本；通過(guò)中心監(jiān)控主站還可以遠(yuǎn)程遙控分和相應(yīng)開(kāi)關(guān)及回路（例如照明、通風(fēng)回路）。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
電力監(jiān)控系統(tǒng)采用以光纖為傳輸介質(zhì)的工業(yè)以太網(wǎng)和以串行通信為主的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線相結(jié)合的上下級(jí)分層結(jié)構(gòu)，分為三級(jí)結(jié)構(gòu)：
第一級(jí)：監(jiān)控管理層
在管理中心設(shè)置電力監(jiān)控工作站。
電力監(jiān)控工作站主要完成對(duì)隧道各變電站電力監(jiān)控的高級(jí)應(yīng)用，與其它系統(tǒng)的接口等功能。
主站從各監(jiān)控子站的電力監(jiān)控系統(tǒng)中獲取供配電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息，對(duì)各變電站的負(fù)荷狀況、負(fù)荷分布曲線、重要報(bào)警、事故統(tǒng)計(jì)、工作狀態(tài)等電力監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)用與統(tǒng)計(jì)，從整體上對(duì)供配電系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視和控制，分析供配電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)整個(gè)監(jiān)控的供配電系統(tǒng)進(jìn)行有效的控制、管理，使供配電系統(tǒng)處于最優(yōu)的運(yùn)行狀態(tài)。管理中心將實(shí)時(shí)地接收各變電站的有效數(shù)據(jù)，以保證管理中心對(duì)供電系統(tǒng)全局運(yùn)行狀態(tài)的掌握并協(xié)調(diào)各個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)之間的運(yùn)行。
監(jiān)控管理層主要配置以下軟硬件設(shè)備：
電力監(jiān)控工作站：電力監(jiān)控運(yùn)行管理硬件平臺(tái)；
電力監(jiān)控應(yīng)用軟件：電力監(jiān)控運(yùn)行管理軟件平臺(tái)。
第二級(jí)：通信中間層
各監(jiān)控子站與管理中心之間的數(shù)據(jù)傳輸是通過(guò)高速光纖通信網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，各監(jiān)控子站利用光纖通信通道傳輸數(shù)據(jù)到電力監(jiān)控工作站進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
電力監(jiān)控利用隧道監(jiān)控系統(tǒng)提供的通信接口與管理中心進(jìn)行通信，把電力監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸?shù)焦芾碇行碾娏ΡO(jiān)控主機(jī)。隧道監(jiān)控系統(tǒng)一般會(huì)在每座變電站電力監(jiān)控子站處提供 100M 通信通道，接口為 RJ45。
每個(gè)監(jiān)控子站設(shè)置一臺(tái)通信管理機(jī)，通信管理機(jī)帶有以太網(wǎng)接口，上行接入 100M 光纖通信通道，通過(guò) 100M 光纖通信通道與管理中心的電力監(jiān)控工作站進(jìn)行通信；通信管理機(jī)下行通信接口為 RS485接口，與變電站內(nèi)的智能保護(hù)測(cè)控裝置進(jìn)行通信，采集終端裝置的數(shù)據(jù)信息，進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，上傳有效數(shù)據(jù)至電力監(jiān)控工作站。
通信中間層主要配置通信管理機(jī)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)管理、傳輸、轉(zhuǎn)發(fā)、協(xié)議轉(zhuǎn)換等功能。
第三級(jí)：終端設(shè)備層
即各變電站的監(jiān)控，原則上每一變電站或設(shè)備相對(duì)集中的地方為一監(jiān)控子站。監(jiān)控子站對(duì)變電站內(nèi)的變壓器、高低壓設(shè)備等進(jìn)行監(jiān)視與控制。
綜合監(jiān)控終端設(shè)備層裝置采用模塊化、單元化結(jié)構(gòu)、面向?qū)ο螅ǜ邏哼M(jìn)、出線、低壓進(jìn)線柜、無(wú)功補(bǔ)償柜、0.4kV 配電回路、變壓器等設(shè)備對(duì)象）的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)集中轉(zhuǎn)換傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)模式配置，主要由 10kV 系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)測(cè)控一體化裝置、10kV 電動(dòng)機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置、0.4kV系統(tǒng)三相多功能數(shù)字式測(cè)控電表、三相多功能數(shù)字式電表、單相數(shù)字式電流表、低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置等設(shè)備構(gòu)成。
10kV 微機(jī)保護(hù)測(cè)控一體化裝置完成 10kV 系統(tǒng)的繼電保護(hù)功能、數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)功能（遙測(cè)信息）、信息采集功能（遙信信息）、控制輸出（遙控）功能等；
0.4kV 三相多功能數(shù)字式測(cè)控電表完成數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)功能（遙測(cè)信息）、斷路器狀態(tài)及越限控制與報(bào)警（遙信信息）、斷路器分、合閘（遙控）功能等；
0.4kV 單相數(shù)字式電流表完成單相電流（遙測(cè)信息）、斷路器狀態(tài)（遙信信息）功能等；
0.4kV 低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置完成對(duì)風(fēng)機(jī)的過(guò)熱保護(hù)、接地保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、缺相保護(hù)、不平衡保護(hù)、堵轉(zhuǎn)保護(hù)及監(jiān)測(cè)功能；
配電變壓器保護(hù)測(cè)控裝置完成干式變壓器的溫度監(jiān)測(cè)、風(fēng)機(jī)控制、故障報(bào)警等功能。
通信管理機(jī)單元與各類智能微機(jī)測(cè)控終端裝置通過(guò) RS232組網(wǎng)通信來(lái)交換信息和傳達(dá)命令。
各智能終端安裝在變電站進(jìn)、出線開(kāi)關(guān)等電力元件的盤(pán)面上，主要對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和控制，記錄線路短路和接地故障信息。
系統(tǒng)功能
駕駛艙
展示當(dāng)前用戶所管理的變電站在地圖上的位置，并通過(guò)不同的顏色區(qū)分變電站的運(yùn)行狀態(tài)（綠色：運(yùn)行正常；紅色：報(bào)警；黃色：故障；灰色：離線），使用戶直觀、便捷地了解所有變電站的運(yùn)行概況。
實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)
實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是隧道電力監(jiān)控系統(tǒng)核心功能模塊。用戶借此掌握被監(jiān)控站點(diǎn)、回路各層級(jí)運(yùn)行態(tài)勢(shì)，構(gòu)建了用戶和數(shù)據(jù)之間的“快捷通道”。
站點(diǎn)級(jí)：
運(yùn)行監(jiān)控、系統(tǒng)圖、仿真圖、環(huán)境監(jiān)控、門(mén)禁監(jiān)控、視頻監(jiān)控、拓?fù)鋱D。全面掌握站點(diǎn)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)站房“無(wú)人值守”。
回路級(jí)：
實(shí)時(shí)獲取終端監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)（遙測(cè)）、運(yùn)行狀態(tài)（遙信），掌握回路電氣運(yùn)行態(tài)勢(shì)，遠(yuǎn)程執(zhí)行設(shè)備遙控、遙調(diào)命令，發(fā)生事件實(shí)時(shí)提醒。
運(yùn)行分析
系統(tǒng)對(duì)采集到的電能數(shù)據(jù)進(jìn)行歷史存儲(chǔ)，操作人員可以通過(guò)報(bào)表或曲線的形式查詢到過(guò)去任意時(shí)間段內(nèi)的數(shù)據(jù)，如產(chǎn)生滿足用戶要求的電能日?qǐng)?bào)表、月報(bào)表、年報(bào)表等及各種實(shí)時(shí)電量（如功率、電流等）的趨勢(shì)曲線走勢(shì)圖。
對(duì)于報(bào)表系統(tǒng)需按照用戶具體要求進(jìn)行定置，做到樣式和數(shù)據(jù)都完全滿足用戶的打印要求和習(xí)慣，并支持導(dǎo)出。
系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)用戶實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的分析需求，可進(jìn)行極值分析、分時(shí)段分析、橫向?qū)Ρ确治觥⒖v向?qū)Ρ确治龅取?/p>
電能分析
用戶可通過(guò)計(jì)算機(jī)的交互界面對(duì)各個(gè)回路的各個(gè)電量參數(shù)進(jìn)行報(bào)警設(shè)置，例如可設(shè)置某個(gè)回路的電流上限值，只要回路電流大于該值，系統(tǒng)立即產(chǎn)生報(bào)警，并輸出到計(jì)算機(jī)界面警告操作用戶（可顯示哪個(gè)回路發(fā)生了什么報(bào)警等）。同時(shí)系統(tǒng)記錄所有報(bào)警記錄，方便地對(duì)各個(gè)回路的容量和負(fù)載進(jìn)行分析。
電能質(zhì)量分析
系統(tǒng)如一個(gè)24小時(shí)貼身醫(yī)生，對(duì)電氣線路進(jìn)行全天候體檢，全面分析病源，開(kāi)出診斷報(bào)告，及時(shí)提醒隱患治療，變"被動(dòng)"為"主動(dòng)"。系統(tǒng)平臺(tái)借助WEB、APP隨時(shí)隨地向運(yùn)維管理人員推送預(yù)警信息，指導(dǎo)其開(kāi)展電能隱患治理，達(dá)到消除潛在的電氣火災(zāi)危險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)電能的科學(xué)管理。
智慧運(yùn)維
智慧運(yùn)維管理，可實(shí)現(xiàn)對(duì)全部配電房進(jìn)行7*24小時(shí)全方位監(jiān)測(cè)，提供全面的運(yùn)維管理，提高運(yùn)維效率，保障用電安全。
遠(yuǎn)程值守：實(shí)現(xiàn)配電站房的環(huán)境、安防全方位監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，提高巡檢效率。
運(yùn)維管理：對(duì)平臺(tái)事件進(jìn)行工單派發(fā)、工單修改、工單驗(yàn)證、工單反饋等操作，歷史工單形成記錄供用戶查詢。
事件管理
系統(tǒng)事件管理的主要功能包括：當(dāng)前事件、歷史事件，總體上是對(duì)系統(tǒng)監(jiān)控的當(dāng)前事件和歷史事件進(jìn)行查詢、管理。
檔案管理
檔案管理分為資產(chǎn)管理和生命周期。
資產(chǎn)管理：對(duì)所有接入的設(shè)備進(jìn)行資料登記管理，并添加設(shè)備說(shuō)明書(shū)、操作手冊(cè)等相關(guān)資料，方便相關(guān)人員查詢。
生命周期：對(duì)所有接入的設(shè)備使用日期及有效時(shí)間、剩余時(shí)間監(jiān)測(cè)，確保設(shè)備正常，不影響測(cè)量、保護(hù)準(zhǔn)確性。
系統(tǒng)管理
系統(tǒng)管理包括：通知中心、用戶管理、角色權(quán)限、系統(tǒng)日志、賬號(hào)管理、界面設(shè)置.
通知中心：對(duì)平臺(tái)通知信息進(jìn)行統(tǒng)一管理。
用戶管理：對(duì)平臺(tái)用戶進(jìn)行維護(hù)、新建/刪除用戶、重置密碼的頁(yè)面。
角色權(quán)限：對(duì)系統(tǒng)角色權(quán)限進(jìn)行維護(hù)、新建/刪除角色、修改角色權(quán)限的頁(yè)面。
系統(tǒng)日志：查看用戶對(duì)系統(tǒng)層面執(zhí)行操作記錄。
賬號(hào)管理：用戶對(duì)自己賬號(hào)進(jìn)行修改密碼、編輯信息的頁(yè)面。
