淺談ACREL-2000供配電監(jiān)控系統(tǒng)在高速公路領(lǐng)域的應(yīng)用

全建紅

上海安科瑞電氣股份有限公司，上海  嘉定 201801

摘要：安科瑞的ACREL-2000型電力監(jiān)控系統(tǒng)軟件借助了計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備、計(jì)量保護(hù)裝置等，為系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、開(kāi)關(guān)狀態(tài)檢測(cè)及遠(yuǎn)程控制提供了基礎(chǔ)平臺(tái)。該電力監(jiān)控系統(tǒng)可以為企業(yè)提供“監(jiān)控一體化”的整體解決方案，在很多領(lǐng)域都有很好的應(yīng)用，例如建筑、冶金、石化、煤炭、鐵道、環(huán)保、輕工、高速公路等行業(yè)以及工業(yè)企業(yè)等供配電系統(tǒng)中。本文主要介紹ACREL-2000型供配電監(jiān)控系統(tǒng)在高速公路中的應(yīng)用。高速公路供配電呈帶狀分布、點(diǎn)多且分散，利用光纖組網(wǎng)，吸收當(dāng)前電力自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)通信組網(wǎng)、自動(dòng)控制領(lǐng)域的*技術(shù)，按分層分布式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并經(jīng)實(shí)際運(yùn)行使用，證明其性能可靠、功能適用，能有效地提高我國(guó)高速公路特別是隧道較多的山區(qū)高速公路供配電管理的安全可靠性。

關(guān)鍵詞：ACREL-2000、高速公路、供配電監(jiān)控系統(tǒng)

0 概述

　　高速公路供配電系統(tǒng)給沿路各收費(fèi)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、隧道通風(fēng)、照明、運(yùn)行監(jiān)控及辦公、生活設(shè)施等提供可靠的電力保障，這些負(fù)荷從不同角度保證整個(gè)高速公路的安全可靠運(yùn)行和運(yùn)營(yíng)單位的正常經(jīng)營(yíng)，任何電力中斷均有可能給交通安全和管理運(yùn)營(yíng)帶來(lái)不可估量的損失，而高速公路的供配電系統(tǒng)又隨著負(fù)荷點(diǎn)的分散呈現(xiàn)出沿著高速公路呈狹長(zhǎng)的帶狀分布的特點(diǎn)，供配電所數(shù)量大，位置分散，按運(yùn)營(yíng)管理單位的不同可能面臨幾十公里和幾百公里不等的供電范圍，給整個(gè)供配電系統(tǒng)的管理提出了嚴(yán)峻的考驗(yàn)，供配電管理部門(mén)常常不得不面臨人員少、維護(hù)勞動(dòng)強(qiáng)度大的問(wèn)題以及供配電網(wǎng)常期處于山區(qū)或鄉(xiāng)村所面臨的高風(fēng)險(xiǎn)、高技術(shù)、大責(zé)任的電力專(zhuān)業(yè)管理需求和人員素質(zhì)之間的矛盾，設(shè)計(jì)一套能有效的減低工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度、提高工作效率、避免人為事故發(fā)生的供配電遠(yuǎn)程監(jiān)控及其維護(hù)管理系統(tǒng)意義重大，為此，我們結(jié)合電力系統(tǒng)的自動(dòng)化運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)高速公路的供電運(yùn)營(yíng)實(shí)際，使ACREL-2000供配電監(jiān)控系統(tǒng)更好的為高速公路供配電監(jiān)控服務(wù)。

1 分層分布式結(jié)構(gòu)

我們將具有從當(dāng)?shù)毓┡潆娤到y(tǒng)直接引入電源的變電所（或開(kāi)閉所）稱為中心變電所，一條高速公路往往由幾個(gè)中心變電所組成，各收費(fèi)站、服務(wù)區(qū)、隧道或辦公樓從中心變電所取電源經(jīng)變壓后給相應(yīng)負(fù)荷供電。

　　根據(jù)供配電網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和設(shè)備安裝的需要，我們?cè)O(shè)計(jì)了三層分布式供配電監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)模式，即在高速公路管理中心設(shè)立供配電監(jiān)控中心，為分層設(shè)計(jì)的zui高層，也是全網(wǎng)數(shù)據(jù)匯流中心，負(fù)責(zé)全段高速公路供配電系統(tǒng)的電網(wǎng)監(jiān)視、遠(yuǎn)程控制和設(shè)備維護(hù)管理，在各中心變電所設(shè)立監(jiān)控分中心，負(fù)責(zé)本所轄區(qū)各配電所的電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視、遠(yuǎn)程控制和設(shè)備維護(hù)管理，在各收費(fèi)站、隧道、高速公路服務(wù)區(qū)等配電所設(shè)立第三層監(jiān)控站，負(fù)責(zé)相應(yīng)配電所的電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集和當(dāng)?shù)卦O(shè)備維護(hù)。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使得設(shè)備層的數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)程傳送成為現(xiàn)實(shí)，因此我們所有的數(shù)據(jù)采集裝置均隨著一次系統(tǒng)的布置就地安裝，各監(jiān)控站、不同監(jiān)控分中心之間功能分布、互不影響，構(gòu)成了一套系統(tǒng)分層、功能分布、安裝分散的高速公路供配電監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控中心、監(jiān)控分中心、監(jiān)控站之間以及監(jiān)控站各采集裝置間均采用高速工業(yè)以太網(wǎng)通信，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)式遠(yuǎn)動(dòng)傳輸規(guī)約IEC870-5-103規(guī)約進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

2 組網(wǎng)設(shè)計(jì)

　　要真正實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的分層分布式運(yùn)行，使得系統(tǒng)各單元間相互影響程度達(dá)到zui小，還必須建立一個(gè)良好的通訊網(wǎng)絡(luò)。在高速公路的通信網(wǎng)絡(luò)中，可提供用于供配電監(jiān)控的組網(wǎng)通常有專(zhuān)線組網(wǎng)和光纖直接組網(wǎng)。專(zhuān)線組網(wǎng)利用高速公路運(yùn)營(yíng)企業(yè)自身的交換網(wǎng)絡(luò)，在需要通信的監(jiān)控中心和各監(jiān)控分中心之間、監(jiān)控分中心和各監(jiān)控站之間申請(qǐng)?jiān)O(shè)置若干對(duì)音頻專(zhuān)線（條件許可也可以租用地方音頻專(zhuān)線），通過(guò)音頻MODEM將采集來(lái)的數(shù)據(jù)信號(hào)調(diào)制成音頻信號(hào)在上傳播，并在數(shù)據(jù)接收時(shí)將音頻信號(hào)還原成數(shù)據(jù)信號(hào)通過(guò)串口服務(wù)器或計(jì)算機(jī)多串口卡送給監(jiān)控中心或分中心的計(jì)算機(jī)處理。這種方式的特點(diǎn)是拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，擴(kuò)展方便，在目前數(shù)據(jù)量小的監(jiān)控領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛，但其缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)的傳輸采用RS232接口模式，傳輸速率和傳輸可靠性較低，各站間采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信模式，占用通信資源大，維護(hù)也較為困難，特別是在底層監(jiān)控站數(shù)量較多時(shí)，將占用大量的線路資源，且受串口服務(wù)器的數(shù)據(jù)處理能力限制，也很容易在監(jiān)控中心點(diǎn)造成數(shù)據(jù)通信的瓶頸。

　　另外一種可以選擇的通信模式為直接利用光纖組建供配電監(jiān)控局域網(wǎng)。由于通信需要，沿高速公路兩側(cè)往往鋪設(shè)數(shù)量不等的光纜，我們可以利用光纜中的少數(shù)光芯組建供配電系統(tǒng)的監(jiān)控局域網(wǎng)。由于局域網(wǎng)通信可以很方便的達(dá)到10M或100M以上的通信速率，因此這種組網(wǎng)方式不存在供配電監(jiān)控的任何瓶頸，且由于局域網(wǎng)通信可以方便的組建成總線結(jié)構(gòu)，所以在未來(lái)的擴(kuò)容和維護(hù)上能給用戶帶來(lái)很大的方便。在京珠高速粵境北段供配電監(jiān)控系統(tǒng)中采用了光纖局域網(wǎng)通信模式，為了節(jié)省主干光纜，在網(wǎng)絡(luò)組建時(shí)可以大量使用網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)級(jí)聯(lián)技術(shù)，如附圖。

　　由附圖可以看出，整個(gè)系統(tǒng)組網(wǎng)可zui多占用兩對(duì)主干光纖完成。

3 ACREL-2000（高速公路）供配電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要功能

　　以ACREL-2000供配電監(jiān)控系統(tǒng)為基礎(chǔ)，結(jié)合ACREL-2000供配電監(jiān)控系統(tǒng)在其他行業(yè)的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，綜合當(dāng)今電力自動(dòng)化研究新成果和高速公路供配電管理運(yùn)營(yíng)的實(shí)際情況，經(jīng)多次設(shè)計(jì)、研討、改進(jìn)，使得ACREL-2000供配電監(jiān)控在高速公路供配電監(jiān)控能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能：

3.1友好的人機(jī)交互界面（HMI）

標(biāo)準(zhǔn)的變配電系統(tǒng)具有CAD一次單線圖顯示中、低壓配電網(wǎng)絡(luò)的接線情況；龐大的系統(tǒng)具有多畫(huà)面切換及畫(huà)面導(dǎo)航的功能；分散的配電系統(tǒng)具有空間地理平面的系統(tǒng)主畫(huà)面。主畫(huà)面可直觀顯示各回路的運(yùn)行狀態(tài)，并具有回路帶電、非帶電及故障著色的功能。主要電參量直接顯示于人機(jī)交互界面并實(shí)時(shí)刷新。

3.2用戶管理

本軟件可對(duì)不同級(jí)別的用戶賦予不同權(quán)限，從而保證系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中的安全性和可靠性。如對(duì)某重要回路的合/分閘操作，需操作員級(jí)用戶輸入操作口令外，還需工程師級(jí)用戶輸入確認(rèn)口令后方可完成該操作。

3.3數(shù)據(jù)采集處理

ACREL-2000型電力監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)時(shí)和定時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的各電參量及開(kāi)關(guān)量狀態(tài)（包括三相電壓、電流、功率、功率因數(shù)、頻率、電能、溫度、開(kāi)關(guān)位置、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等），將采集到的數(shù)據(jù)或直接顯示、或通過(guò)統(tǒng)計(jì)計(jì)算生成新的直觀的數(shù)據(jù)信息再顯示（總系統(tǒng)功率、負(fù)荷zui大值、功率因數(shù)上下限等），并對(duì)重要的信息量進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)。

3.4趨勢(shì)曲線分析

系統(tǒng)提供了實(shí)時(shí)曲線和歷史趨勢(shì)兩種曲線分析界面，通過(guò)調(diào)用相關(guān)回路實(shí)時(shí)曲線界面分析該回路當(dāng)前的負(fù)荷運(yùn)行狀況。如通過(guò)調(diào)用某配出回路的實(shí)時(shí)曲線可分析該回路的電氣設(shè)備所引起的信號(hào)波動(dòng)情況。系統(tǒng)的歷史趨勢(shì)即系統(tǒng)對(duì)所有已存儲(chǔ)數(shù)據(jù)均可查看其歷史趨勢(shì)，方便工程人員對(duì)監(jiān)測(cè)的配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行質(zhì)量分析。

3.5報(bào)表管理

系統(tǒng)具有標(biāo)準(zhǔn)的電能報(bào)表格式并可根據(jù)用戶需求設(shè)計(jì)符合其需要的報(bào)表格式，系統(tǒng)可自動(dòng)統(tǒng)計(jì)。可自動(dòng)生成各種類(lèi)型的實(shí)時(shí)運(yùn)行報(bào)表、歷史報(bào)表、事件故障及告警記錄報(bào)表、操作記錄報(bào)表等，可以查詢和打印系統(tǒng)記錄的所有數(shù)據(jù)值，自動(dòng)生成電能的日、月、季、年度報(bào)表，根據(jù)復(fù)費(fèi)率的時(shí)段及費(fèi)率的設(shè)定值生成電能的費(fèi)率報(bào)表，查詢打印的起點(diǎn)、間隔等參數(shù)可自行設(shè)置；系統(tǒng)設(shè)計(jì)還可根據(jù)用戶需求量身定制滿足不同要求的報(bào)表輸出功能。

3.6事件記錄和故障報(bào)警

系統(tǒng)對(duì)所有用戶操作、開(kāi)關(guān)變位、參量越限及其它用戶實(shí)際需求的事件均具有詳細(xì)的記錄功能，包括事件發(fā)生的時(shí)間位置，當(dāng)前值班人員事件是否確認(rèn)等信息，對(duì)開(kāi)關(guān)變位、參量越限等信息還具有聲音報(bào)警功能，同時(shí)自動(dòng)對(duì)運(yùn)行設(shè)備發(fā)送控制指令或提示值班人員迅速排除故障。

3.7四遙功能

ACREL-2000型電力監(jiān)控系統(tǒng)不僅能實(shí)現(xiàn)常規(guī)的“遙信”、“遙控”、“遙測(cè)”、“遙調(diào)”功能，還可以實(shí)現(xiàn)“遙設(shè)”功能。

l         遙信：實(shí)時(shí)對(duì)開(kāi)關(guān)運(yùn)行狀態(tài)、保護(hù)工作等開(kāi)關(guān)量進(jìn)行監(jiān)視。計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)顯示和自動(dòng)報(bào)警。

l         遙控：通過(guò)計(jì)算機(jī)屏幕選擇相應(yīng)的站號(hào)、開(kāi)關(guān)號(hào)、合/分閘等信息，并在屏幕上將選擇的開(kāi)關(guān)狀態(tài)反饋出來(lái)，確認(rèn)后執(zhí)行，實(shí)時(shí)記錄操作時(shí)間、類(lèi)型、合開(kāi)關(guān)號(hào)等。

l         遙測(cè)：通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)對(duì)系統(tǒng)電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)、超限報(bào)警、頻率進(jìn)行不斷地采集、分析、處理、記錄、顯示曲線、棒圖，自動(dòng)生成報(bào)表。

l         遙設(shè)：用于遠(yuǎn)方修改分散繼電保護(hù)裝置的定值、控制字；以及調(diào)整各種儀表的工作狀態(tài)。

3.8 GPS天文衛(wèi)星時(shí)鐘對(duì)時(shí)，使得整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)包括各數(shù)據(jù)采集裝置具有統(tǒng)一的時(shí)鐘，便于運(yùn)行數(shù)據(jù)的管理和事件分析；

3.9電網(wǎng)分析和操作閉鎖功能，可根據(jù)電網(wǎng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行工況進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治龊蛣?dòng)態(tài)著色、潮流計(jì)算、短路電流計(jì)算等功能，還能根據(jù)電網(wǎng)開(kāi)關(guān)、刀閘的實(shí)時(shí)狀態(tài)進(jìn)行分析判斷，對(duì)危及電網(wǎng)安全的操作進(jìn)行閉鎖；

3.10地理位置顯示，設(shè)備的屬性和地理位置關(guān)聯(lián)，以將設(shè)備的電氣位置與實(shí)際地理位置相對(duì)應(yīng)，給設(shè)備的維護(hù)管理提供方便；

3.11系統(tǒng)運(yùn)行工況監(jiān)視，可自動(dòng)監(jiān)視供配電監(jiān)控系統(tǒng)本身的運(yùn)行狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)自身隱患，保障監(jiān)控系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。

基于上述設(shè)計(jì)思想，我們?cè)O(shè)計(jì)了京珠高速公路粵境北段供配電監(jiān)控系統(tǒng)。整個(gè)供配電監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)立監(jiān)控中心、監(jiān)控分中心、監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)三層結(jié)構(gòu)，監(jiān)控中心設(shè)立于東田管理中心，下屬4個(gè)監(jiān)控分中心，監(jiān)控分中心共下轄22個(gè)監(jiān)控站，下級(jí)層從屬于上級(jí)層結(jié)構(gòu)，又能獨(dú)立運(yùn)行且功能協(xié)調(diào)，同一層結(jié)構(gòu)中的任一部件故障均不影響同級(jí)層的其它功能和上級(jí)層的整體功能，監(jiān)控站各數(shù)據(jù)采集裝置和協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置相互獨(dú)立，互不干擾，既有利于提高系統(tǒng)可靠性，又極大的方便了系統(tǒng)的檢修維護(hù)。系統(tǒng)采用至下而上的全工業(yè)以太網(wǎng)通信組網(wǎng)模式，具有抗*力強(qiáng)、接口方便可靠、傳輸速率快的特點(diǎn)。對(duì)10KV高壓進(jìn)線、10KV高壓饋出線、6KV中壓開(kāi)關(guān)柜、所轄各站低壓（380V）總配電柜均實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)的遠(yuǎn)方監(jiān)視控制，實(shí)現(xiàn)了低壓各分支路的電壓、電流等實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)視，以判斷是否正常供電等。還實(shí)現(xiàn)了對(duì)干式變壓器、柴油發(fā)電機(jī)、消弧線圈等設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)視以及微機(jī)繼電保護(hù)裝置的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視、保護(hù)定值管理等功能。我們采用網(wǎng)絡(luò)式RTU作為監(jiān)控站的數(shù)據(jù)測(cè)控主要設(shè)備，并配備網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和光纖收發(fā)器組建工業(yè)以太網(wǎng)，滿足了配電所、隧道等工業(yè)應(yīng)用環(huán)境要求經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行，系統(tǒng)穩(wěn)定，適用性高，給供配電管理帶來(lái)了很大的效益。

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控儀表主要采用安科瑞的ACR230ELH、PZ80L-E4、ARTU-K32等智能監(jiān)控單元，它們的功能如下：

ACR230ELH主要功能有：LCD顯示、全電參量測(cè)量（U、I、P、Q、PF、F、S）；四象限電能計(jì)量、復(fù)費(fèi)率電能統(tǒng)計(jì)；THDu，THDi、2-31次各次諧波分量；電壓波峰系數(shù)、波形因子、電流K系數(shù)、電壓與電流不平衡度計(jì)算；電網(wǎng)電壓電流正、負(fù)、零序分量（含負(fù)序電流）測(cè)量；4DI+3DO（DO3做過(guò)壓、欠壓、過(guò)流、不平衡報(bào)警）；RS485通訊接口、Modbus協(xié)議或DL/T645規(guī)約。外形尺寸：120×120mm，開(kāi)孔尺寸：108×108mm。適用于高壓重要回路或低壓進(jìn)線柜。

PZ80L-E4主要功能有：LCD顯示、全電參量測(cè)量（U、I、P、Q、PF、F）；四象限電能計(jì)量、外形尺寸：開(kāi)孔尺寸80×80mm，開(kāi)孔尺寸72×72mm。

適用于動(dòng)力柜ARTU-K32主要功能有：32路開(kāi)關(guān)量采集，RS485/Modbus協(xié)議，SOE事件記錄。

　　經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行表明，該套系統(tǒng)滿足了監(jiān)控站的無(wú)人職守或無(wú)人值班要求，實(shí)現(xiàn)了供配電網(wǎng)的自動(dòng)化管理，對(duì)于提高工作效率，減少設(shè)備維護(hù)工作量，避免人為操作事故，減少停電時(shí)間有著很重要的作用，產(chǎn)生了較大的經(jīng)濟(jì)效益。

4結(jié)束語(yǔ)

本文闡述了ACREL-2000供配電監(jiān)控系統(tǒng)在高速公路中實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和自動(dòng)化管理的意義及方法，并就系統(tǒng)組網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)通信、功能設(shè)置等多方面設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了論述，結(jié)合高速公路供配電監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)例，證實(shí)了ACREL-2000供配電監(jiān)控系統(tǒng)具有較強(qiáng)的適用性和可靠性，能有效地提高供配電管理的效率，提高供配電網(wǎng)的可靠性，減少了供配電維護(hù)人員的工作強(qiáng)度，減少了管理維護(hù)人員數(shù)量，縮短事故處理時(shí)間，減少了人為事故和設(shè)備事故的發(fā)生概率。

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1、   全建紅    69158302  :acrelqjh@