綜合電力監(jiān)控系統(tǒng)在青島海灣大橋的應(yīng)用

【摘 要】為提高青島海灣大橋的生產(chǎn)與管理效益，通過(guò)設(shè)置海灣大橋電力監(jiān)控系統(tǒng)，利用先進(jìn)成熟的計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、多媒體技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)大橋沿線各類(lèi)供配電設(shè)施、照明設(shè)施（路燈照明、景觀照明、橋梁結(jié)構(gòu)照明）的配電自動(dòng)化、無(wú)人值班、自動(dòng)控制、自動(dòng)監(jiān)測(cè)等，推動(dòng)海灣大橋機(jī)電設(shè)施管理向自動(dòng)化、綜合化、集中化、智能化方向發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】青島海灣大橋 綜合電力監(jiān)控系統(tǒng) 電力參數(shù)監(jiān)控

青島海灣大橋是青島市道路交通網(wǎng)絡(luò)中膠州灣東西岸跨海通道的重要組成部分，也是山東省“五縱四橫一環(huán)”公路網(wǎng)主框架的重要組成部分。青島海灣大橋起于青島側(cè)膠州灣高速李村河處，設(shè)李村河互通立交與膠州灣高速公路相接；設(shè)計(jì)終于黃島側(cè)膠州灣高速東1km處，順接濟(jì)青南線設(shè)計(jì)起點(diǎn)；中間設(shè)紅島互通與擬建的紅島連接線相接。

一、系統(tǒng)構(gòu)成

（一）系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

海灣大橋沿線共設(shè)有4處變電所（紅島管理中心（大橋主變電所）、紅島收費(fèi)站、黃島養(yǎng)護(hù)工區(qū)、青島主線收費(fèi)站）、2處箱式變電站（李村河南收費(fèi)站、李村河北收費(fèi)站），橋梁段設(shè)置中壓供電系統(tǒng)及若干埋地變、路燈照明配電箱、檢修配電箱、景觀照明配電箱、交通信號(hào)燈（航道障礙燈、航道標(biāo)志燈）、除濕設(shè)施等。根據(jù)該路運(yùn)營(yíng)管理體制方案、沿線供配電設(shè)施的分布情況及從系統(tǒng)可靠性出發(fā)，本項(xiàng)目考慮沿線共設(shè)置27處電力監(jiān)控子站，其中，橋上無(wú)人監(jiān)控子站25處，收費(fèi)站變電所監(jiān)控子站2處（紅島變電所監(jiān)控子站、青島主線變電所監(jiān)控子站）。考慮到供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及管理的便捷性，李村河南、北兩處收費(fèi)站箱式變電站的電力監(jiān)控信號(hào)就近納入青島主線變電所監(jiān)控子站。

（二）系統(tǒng)監(jiān)控層次

系統(tǒng)可以分為三個(gè)層次：監(jiān)控子站層（現(xiàn)地設(shè)備層）、通信網(wǎng)絡(luò)層、監(jiān)控管理層（遠(yuǎn)方集控層）。

監(jiān)控子站層的各電力參數(shù)監(jiān)控設(shè)備（高、低壓測(cè)控單元、低壓智能無(wú)功補(bǔ)償控制器、ATS控制器、變壓器溫控儀、發(fā)電機(jī)控制屏、UPS、交流接觸器等）分別通過(guò)RS485總線與通信管理機(jī)相連，通信管理機(jī)進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換成Ethernet數(shù)據(jù)，然后通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)層（冗余光纖工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)）與監(jiān)控管理層進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；監(jiān)控子站層的視頻監(jiān)測(cè)設(shè)備（球型遙控?cái)z像機(jī)、環(huán)境傳感器等）經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)視頻編碼器后將模擬視頻數(shù)據(jù)和串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成Ethernet數(shù)據(jù)后，同樣通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)層（冗余光纖工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)）與監(jiān)控管理層進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。通信網(wǎng)絡(luò)層是電力監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵之一，系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用環(huán)形結(jié)構(gòu)，如圖1所示：

綜合工程投資及運(yùn)行的可靠性，本系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選用環(huán)形結(jié)構(gòu)，采用冗余單模光纖環(huán)網(wǎng)技術(shù)， 根據(jù)海灣大橋的路線特點(diǎn)及供配電設(shè)施的分布情況，在紅島～青島間、紅島～黃島間分別構(gòu)建冗余千兆工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)，構(gòu)建海灣大橋電力監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

監(jiān)控管理層（遠(yuǎn)方集控層）由電力監(jiān)控主機(jī)（互為備用）、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、視頻主機(jī)、打印機(jī)等設(shè)備由交換機(jī)連接，通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)層與現(xiàn)地各監(jiān)控子站進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)電力參數(shù)監(jiān)控子系統(tǒng)的SCADA功能和變電所視頻監(jiān)視子系統(tǒng)的監(jiān)視、控制、錄像等功能。同時(shí)監(jiān)控管理層將電力監(jiān)控信息通過(guò)通信系統(tǒng)上傳給海灣大橋監(jiān)控中心。

二、 系統(tǒng)主要功能

海灣大橋電力監(jiān)控系統(tǒng)功能可以劃分為：電力參數(shù)監(jiān)控子系統(tǒng)（含供配電、照明等），變電所視頻監(jiān)視及環(huán)境監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)等部分。如圖2所示：

（一）電力參數(shù)監(jiān)控子系統(tǒng)

遙測(cè)功能

1.10kV進(jìn)線三相電壓、電流、有功功率，無(wú)功功率、功率因素、頻率、電能；

2.低壓總開(kāi)關(guān)回路三相電壓、電流、有功功率，無(wú)功功率、功率因素、頻率、電能；

3.0.4kV饋線三相電壓、三相/單相電流、功率因素、有功功率，無(wú)功功率、頻率；

4.發(fā)電機(jī)輸出三相電壓、電流、有功功率，無(wú)功功率、功率因素、頻率；

5.外場(chǎng)照明回路三相電壓、電流、有功功率，無(wú)功功率、功率因素；

6.UPS輸入/輸出電壓、頻率、電池工作參數(shù)、負(fù)載。

遙信功能

1.10kV進(jìn)線開(kāi)關(guān)狀態(tài)與故障報(bào)警；

2.變壓器超溫狀態(tài)、變壓器風(fēng)機(jī)開(kāi)停狀態(tài)、故障報(bào)警等；

3.0.4kV總進(jìn)線開(kāi)關(guān)狀態(tài)與故障報(bào)警；

4.0.4kV出線手/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)狀態(tài)、斷路器運(yùn)行狀態(tài)及故障報(bào)警；

5.ATS位置狀態(tài)；

6.無(wú)功補(bǔ)償狀態(tài)信號(hào)及刀熔開(kāi)關(guān)熔斷器接通信號(hào)；

7.柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)及故障報(bào)警、出線開(kāi)關(guān)狀態(tài)；

8.UPS運(yùn)行狀態(tài)；

9.監(jiān)測(cè)變電所風(fēng)機(jī)及照明配電箱手動(dòng)/自動(dòng)狀態(tài)、繼電器狀態(tài)及故障報(bào)警。

遙控功能

1.10kV開(kāi)關(guān)

2.0.4kV低壓進(jìn)線總開(kāi)關(guān)

3.0.4kV低壓饋線斷路器或照明回路交流接觸器

4.ATS開(kāi)關(guān)

5.柴油發(fā)電機(jī)組

（二）變電所視頻監(jiān)視子系統(tǒng)

變電所視頻監(jiān)視子系統(tǒng)中應(yīng)實(shí)現(xiàn)如下功能：

1.畫(huà)面監(jiān)視、多畫(huà)面分割和畫(huà)面切換功能，可以對(duì)不同變電站的不同監(jiān)視點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視和切換。

2.控制操作， 即對(duì)各變電站監(jiān)視點(diǎn)攝像設(shè)備的光圈、焦距等進(jìn)行控制；此外，一些輔助控制操作也是必須的，包括變電站室內(nèi)燈光的開(kāi)/停，告警裝置的投入/解除等。

3.事件告警功能， 當(dāng)變電站現(xiàn)場(chǎng)有異常情況發(fā)生時(shí)（如盜警、火警等）， 后臺(tái)系統(tǒng)能迅速告警。

4.畫(huà)面記錄、回放功能。 當(dāng)變電站發(fā)生異常告警時(shí)， 能自動(dòng)記錄事發(fā)時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)情況。

5.事件查詢(xún)功能。可分類(lèi)檢索各變電站，各監(jiān)視點(diǎn)的告警記錄，結(jié)合畫(huà)面記錄、回放功能，可對(duì)異常告警時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)情景進(jìn)行回放。

三、系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)

（一） 系統(tǒng)實(shí)時(shí)性指標(biāo)：

系統(tǒng)應(yīng)對(duì)系統(tǒng)事件提供快速和恒定的響應(yīng)性，以高效，快速，可靠和準(zhǔn)確的方式反映系統(tǒng)事件，系統(tǒng)實(shí)時(shí)響應(yīng)性應(yīng)滿(mǎn)足下列指標(biāo)：

1.模擬量變化傳送 ≤ 5秒；

2.控制命令傳送 ≤3秒；

3.畫(huà)面調(diào)用時(shí)間 ≤1～5秒；

4.畫(huà)面自動(dòng)刷新周期 5秒 （1 ～ 10秒可調(diào)）；

5.模擬量和數(shù)字量的掃描周期 2秒 （1 ～ 10秒可調(diào)）；

6.脈沖計(jì)數(shù)量采集周期 15分；

7.開(kāi)關(guān)變位到報(bào)警信息推出時(shí)間 ≤2秒；

8.雙機(jī)切換時(shí)間 ≤60秒；

（二）系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)：

系統(tǒng)和系統(tǒng)設(shè)備必須能保證長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。有足夠的可靠性，滿(mǎn)足以下可靠性指標(biāo)：

1.系統(tǒng)平均無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間（MTBF）：≥25000小時(shí)；

2.數(shù)據(jù)采集及控制裝置平均無(wú)故障時(shí)間（MTBF）：≥40000小時(shí)；

3.系統(tǒng)所有設(shè)備均能保證長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠運(yùn)行。

（三）系統(tǒng)的可用性指標(biāo)：

系統(tǒng)在完成系統(tǒng)重要功能（SCADA、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、通信、網(wǎng)絡(luò)分析）的前提下，滿(mǎn)足以下性能指標(biāo)：

1.系統(tǒng)可用率≥99.9%；

2.遙控執(zhí)行可靠率≥99.99%；

四、結(jié)束語(yǔ)

青島海灣大橋海灣大橋綜合電力監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)充分考慮了海灣大橋結(jié)構(gòu)特殊性與其所屬的環(huán)境，采用先進(jìn)成熟的監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與管理模式，推動(dòng)海灣大橋機(jī)電設(shè)施管理向自動(dòng)化、綜合化、集中化、智能化方向發(fā)展，對(duì)供電系統(tǒng)可靠性，提高供電質(zhì)量，降低運(yùn)營(yíng)成本，供配電系統(tǒng)的管理與控制都具有十分重要的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] 郭元術(shù). 高速公路通信. 人民交通出版社.2002

[2] 張洋等. 高速公路供配電照明系統(tǒng)理論及應(yīng)用/高速公路機(jī)電工程叢書(shū). 電子工業(yè)出版社.2003

[3]樊平毅等.現(xiàn)代通信理論基礎(chǔ).北京：清華大學(xué)出版社.2006.

作者簡(jiǎn)介：

1.樂(lè)衛(wèi)洪，江蘇省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司，工程。

2.張士磊，江蘇省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司，助理工程師。