淺談智能化電能管理在高速公路隧道中的應(yīng)用

秦風(fēng)龍

摘 要：以遼寧省新建高速公路所實(shí)施的隧道智能化電能管理為例，對(duì)智能化電能管理在隧道供電系統(tǒng)中的應(yīng)用、要求和實(shí)現(xiàn)方案等進(jìn)行了簡單的介紹。

關(guān)鍵詞：智能化電能管理；高速公路；隧道；供電系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TM764 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.08.042

隧道機(jī)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性直接影響到高速公路的暢通，甚至關(guān)系到用路人的生命財(cái)產(chǎn)安全，因此，對(duì)隧道供電系統(tǒng)的要求非常嚴(yán)格——在保證高速公路隧道安全、暢通的同時(shí)，必須做到高效節(jié)能?？梢?，推行智能化電能管理勢在必行。

1 高速公路隧道供電系統(tǒng)簡介

高速公路隧道大多位于山區(qū)，環(huán)境十分惡劣，濕度較高、溫度較低，且隧道內(nèi)機(jī)電設(shè)備的損耗很大。在隧道兩端（或一端）建有變電所，變電所大多由就近的農(nóng)電網(wǎng)供電。高速公路隧道供電系統(tǒng)由高壓供配電系統(tǒng)、變壓器、發(fā)電機(jī)組、切換柜、低壓供配電系統(tǒng)幾部分組成。

1.1 高壓供配電系統(tǒng)

高壓市電（10 kV以上）進(jìn)入高壓配電室后，經(jīng)高壓電源引入柜、主受柜、計(jì)量柜、配出柜送至變壓器。這四個(gè)高壓配電柜按順序前端可切斷后端的輸入。在高壓室內(nèi)還應(yīng)該有一個(gè)直流配電屏，配有兩路整流設(shè)備和電瓶儲(chǔ)能并聯(lián)浮充供電設(shè)備，為主備用熱備份。

1.2 變壓器

隧道變電所變壓器大多是室內(nèi)三相干式400 kVA變壓器，一次輸入高壓10 kV以上，二次輸出380 V。

1.3 發(fā)電機(jī)組

發(fā)電機(jī)組是供電系統(tǒng)的雙電源之一，可保證在市電停電時(shí)供電系統(tǒng)仍正常工作，從而確保高速公路的正常運(yùn)行。

1.4 切換柜

市電經(jīng)變壓后送入穩(wěn)壓器穩(wěn)壓，然后送入切換柜。發(fā)電機(jī)組的輸出也被送到切換柜。也就是說，切換柜有兩路輸入。一般情況下，切換柜均設(shè)置為自動(dòng)切換狀態(tài)。當(dāng)切換柜檢測到市電輸入正常時(shí)，由市電輸出供電；當(dāng)切換柜檢測到?jīng)]有市電輸入或者市電缺相、市電電壓偏高或偏低等時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)發(fā)電機(jī)組并切換到發(fā)電機(jī)組輸出供電狀態(tài)；當(dāng)市電輸入恢復(fù)正常時(shí)，切換柜自動(dòng)發(fā)出指令，關(guān)閉發(fā)電機(jī)組，切換回市電輸入供電狀態(tài)。

1.5 低壓供配電系統(tǒng)

切換柜的輸出接在低壓進(jìn)線柜上，低壓進(jìn)線柜有自己單獨(dú)的隔離開關(guān)和電動(dòng)空開。進(jìn)線柜的輸出送到節(jié)能控制柜，再由節(jié)能控制柜按類別各路輸出到照明配電柜、監(jiān)控設(shè)備配電柜、風(fēng)機(jī)配電柜、交流低壓配電柜、電容柜等多個(gè)設(shè)備。每個(gè)子供`

配電系統(tǒng)的主要空開都能夠通過電力監(jiān)測系統(tǒng)傳輸?shù)奖O(jiān)控室。因此，每個(gè)子供配電系統(tǒng)的操作都可以在管理處監(jiān)控室觀察到。當(dāng)出現(xiàn)跳閘、缺相、高低壓超限等不正?，F(xiàn)象時(shí)，管理處監(jiān)控室的電力檢測主機(jī)會(huì)發(fā)出聲音告警并在主機(jī)顯示器上彈出相應(yīng)的報(bào)錯(cuò)信息，以通知維護(hù)人員及時(shí)檢修處理。

2 智能化電能管理的優(yōu)勢

智能化電能管理主要有以下幾個(gè)優(yōu)勢：①節(jié)約運(yùn)行和人力管理成本。智能化電能管理可對(duì)高壓（10 kV、35 kV等）進(jìn)戶級(jí)變壓器、低壓饋出線、低壓電動(dòng)機(jī)等電氣設(shè)備進(jìn)行保護(hù)和監(jiān)視，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、事故報(bào)警及自動(dòng)控制等。同時(shí)，在監(jiān)控中心就能隨時(shí)觀察到設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，全面實(shí)現(xiàn)電能管理的無人值班，節(jié)約運(yùn)行和人力管理成本。②事故預(yù)警、報(bào)警。系統(tǒng)可對(duì)潛在的事故進(jìn)行預(yù)報(bào)警，也可對(duì)各種電量越限、開關(guān)變位進(jìn)行報(bào)警等，以提示維護(hù)人員及時(shí)處理出現(xiàn)的事故，避免造成更大的損失。同時(shí)，系統(tǒng)還可以根據(jù)提供的故障信息，縮短故障處理時(shí)間和停電時(shí)間。③用電成本考核。系統(tǒng)可對(duì)電氣設(shè)備的用電進(jìn)行高精度計(jì)量，并用報(bào)表顯示，為成本考核和設(shè)備升級(jí)提供依據(jù)。④運(yùn)行優(yōu)化管理。系統(tǒng)可提供電氣設(shè)備的運(yùn)行趨勢、狀態(tài)記錄和開機(jī)電流記錄等數(shù)據(jù)，維護(hù)人員可根據(jù)這些數(shù)據(jù)對(duì)變壓器、電纜、開關(guān)、電動(dòng)機(jī)容量設(shè)計(jì)和運(yùn)行進(jìn)行優(yōu)化。⑤便于設(shè)備檢修和管理。根據(jù)電氣設(shè)備歷史資料庫和實(shí)際運(yùn)行情況、檢修條件安排檢修，設(shè)定檢修提醒，制訂檢修計(jì)劃，變定時(shí)檢修為狀態(tài)檢修，縮短計(jì)劃維修時(shí)間。⑥節(jié)省投資。用智能測控儀表代替?zhèn)鹘y(tǒng)變送器加PLC的監(jiān)控模式，且后臺(tái)軟件經(jīng)以太網(wǎng)接入BA系統(tǒng)，不需要與BA接入網(wǎng)關(guān)，布線結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便，節(jié)省投資。⑦系統(tǒng)功能完備。系統(tǒng)可對(duì)第三方設(shè)備（直流屏、UPS、變壓器溫控器等設(shè)備）進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享等。

3 高速公路隧道智能化電能管理的要求

高速公路隧道較長，耗電量很大。智能化電能管理系統(tǒng)可對(duì)供用電系統(tǒng)的電能進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能，滿足電力安全、可靠供應(yīng)的需求，從而保證高速公路的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)。

高速公路隧道應(yīng)急照明、監(jiān)控、消防系統(tǒng)為一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷，除了配備市電和發(fā)電機(jī)兩個(gè)電源供電外，同時(shí)還應(yīng)有UPS不間斷電源保證供電系統(tǒng)的可靠性。高速公路隧道對(duì)供電系統(tǒng)的要求極高，因此，智能化電能管理要做到以下幾點(diǎn)：①兼容電氣火災(zāi)監(jiān)控功能，真正實(shí)現(xiàn)隧道的防患于未“燃”?；馂?zāi)對(duì)隧道來說是災(zāi)難性的，因此必須從根本上杜絕火災(zāi)的發(fā)生。②兼容電能質(zhì)量的監(jiān)測功能，在電能質(zhì)量下降時(shí)，系統(tǒng)能夠自動(dòng)分析電能質(zhì)量下降的原因，減少因電能質(zhì)量問題而造成的不必要的損失，并減少因電能問題而產(chǎn)生的隧道通行障礙。③采用光纖自愈式環(huán)網(wǎng)通信結(jié)構(gòu)，支持環(huán)網(wǎng)冗余功能，保障系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。在通信系統(tǒng)有斷點(diǎn)或部分線路中斷時(shí)，系統(tǒng)能夠保證其他線路正常通信，減少通信中斷現(xiàn)象。④有分級(jí)、分組控制隧道照明系統(tǒng)，既要保證照明的質(zhì)量，又要做到節(jié)約能源，保證隧道內(nèi)部視線良好。⑤實(shí)現(xiàn)隧道通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)自動(dòng)控制。當(dāng)檢測到隧道內(nèi)空氣質(zhì)量不佳時(shí)，能及時(shí)排除尾氣和煙塵，提高隧道內(nèi)的空氣質(zhì)量，保證隧道運(yùn)行環(huán)境舒適和安全。

高速公路隧道對(duì)供電系統(tǒng)的要求極高，電能系統(tǒng)的穩(wěn)定關(guān)系著道路的暢通和用路人的生命財(cái)產(chǎn)安全。另外，在保證電能質(zhì)量的同時(shí)還要節(jié)約電能。

4 實(shí)現(xiàn)方案

高速公路隧道的環(huán)境惡劣，濕度較高、溫度較低。一些設(shè)備因潮濕而經(jīng)常造成線路短路，或因長期潮濕而引發(fā)設(shè)備、線路腐蝕等。因此，應(yīng)使用具有抗腐蝕、抗灰塵的全封閉、金屬封裝的PMC等一系列保護(hù)裝置對(duì)測控電表、電能表、電能質(zhì)量監(jiān)控裝置等設(shè)備進(jìn)行保護(hù)。另外，還要實(shí)現(xiàn)全電量測量、計(jì)量、電能質(zhì)量在線監(jiān)測、各種保護(hù)等功能，其中，開關(guān)量可以用于負(fù)荷控制，節(jié)電節(jié)能。圖1所示為智能化電能管理系統(tǒng)架構(gòu)。

高壓市電輸入110 kV、35 kV和10 kV在變電所內(nèi)的保護(hù)可采用PMC-651X系列保護(hù)測控裝置和PMC-6830系列備自投裝置，以實(shí)現(xiàn)對(duì)饋線、電容器、母聯(lián)分段開關(guān)、配電變壓器、高壓電動(dòng)機(jī)以及TV的保護(hù)和測控；動(dòng)力380 V電動(dòng)機(jī)可采用PCM-550系列低壓保護(hù)控制器，具有各種控制功能，并配合PLC控制運(yùn)行，配置了各種電動(dòng)機(jī)的常用保護(hù)，以保證電動(dòng)機(jī)的安全運(yùn)行；低壓線路可采用PCM-550F保護(hù)裝置，以保證低壓線路的安全、可靠運(yùn)行。

隧道內(nèi)采用具有探測剩余電流、溫度以及消防聯(lián)動(dòng)功能的PMC系列電氣火災(zāi)探測器，以實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道內(nèi)各個(gè)電氣火災(zāi)探測點(diǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

在傳輸上應(yīng)該采用光纖自愈式環(huán)網(wǎng)接入控制中心，支持環(huán)網(wǎng)冗余功能，避免網(wǎng)絡(luò)因環(huán)境問題無法工作，并且可在一段線路出現(xiàn)故障時(shí)不斷網(wǎng)絡(luò)，即使網(wǎng)絡(luò)停止運(yùn)行也能夠?qū)⑼Ｖ箷r(shí)間降至最少，從而保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

在軟件實(shí)現(xiàn)上，監(jiān)控中心采用中電技術(shù)裝備有限公司（以下簡稱“中電技術(shù)”）的PecStar自動(dòng)化組態(tài)軟件（這也是大多數(shù)電能管理系統(tǒng)使用的軟件），實(shí)現(xiàn)對(duì)高速公路隧道內(nèi)全部路段各個(gè)變電所和隧道內(nèi)的機(jī)電設(shè)備在線實(shí)時(shí)監(jiān)控。PecStar 自動(dòng)化組態(tài)軟件是中電技術(shù)在開發(fā)電力監(jiān)控應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)上，應(yīng)用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)技術(shù)而開發(fā)的集多種功能于一體的自動(dòng)化組態(tài)軟件。PecStar是一個(gè)功能強(qiáng)大的組套軟件，集安全、可靠、兼容、易操作等優(yōu)點(diǎn)于一身，可幫助用戶制訂更科學(xué)、更有效的用電管理決策，提高用戶用電管理和運(yùn)行水平，提高效益。PecStar軟件具有以下多個(gè)優(yōu)點(diǎn)：①采用模塊化設(shè)計(jì)方案，提供個(gè)性化組態(tài)方式；②多種不同類型的數(shù)據(jù)采集、分析功能為各類能源整合提供了基礎(chǔ)平臺(tái)；③擁有全新的 SQL Server 數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)方式和主備數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，保證全網(wǎng)數(shù)據(jù)不丟失；④基于地理信息的管理監(jiān)控功能，將信息全面、直觀地呈現(xiàn)給用戶；⑤具備靈活的報(bào)表分析工具，滿足用戶的具體需求；⑥支持多種通信規(guī)約（協(xié)議）的接入，易與其他系統(tǒng)軟件或設(shè)備整合；⑦具有高精度波形采樣和波形瞬態(tài)捕捉分析功能，幫助用戶迅速查找分析故障原因；⑧支持服務(wù)器冗余、網(wǎng)絡(luò)冗余、設(shè)備冗余、客戶端冗余等多種冗余方式；⑨支持 Web 客戶端訪問，可使用 IE 瀏覽器訪問管理數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)掌控現(xiàn)場細(xì)節(jié)。

5 結(jié)束語

智能化電能管理系統(tǒng)是以智能儀表測量為核心，運(yùn)用計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)將保證配電系統(tǒng)安全、可靠運(yùn)行而相互關(guān)聯(lián)的各個(gè)部分連接成一個(gè)有機(jī)整體，完成配電系統(tǒng)的測量和監(jiān)視、事故記錄與分析等。智能化電能管理不僅可以保證隧道供電系統(tǒng)的安全、可靠運(yùn)行，也可以節(jié)約能源，還可以節(jié)省投資，減少維護(hù)的人力成本。因此，加強(qiáng)高速公路隧道供電系統(tǒng)的智能化管理是大勢所趨。隨著科技的發(fā)展，智能化電能管理系統(tǒng)將越來越科學(xué)，越來越完善。

〔編輯：劉曉芳〕