行業(yè)解決方案
AcrelEMS-HIM高速公路綜合能效系統(tǒng)在新晉高速公路快村營至營盤段項(xiàng)目的應(yīng)用
摘 要：我國新型工業(yè)化、信息化、城鎮(zhèn)化和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化加快發(fā)展，經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)加快轉(zhuǎn)型，交通運(yùn)輸總量將保持較快增長態(tài)勢，各項(xiàng)事業(yè)發(fā)展要求提高國家公路網(wǎng)的服務(wù)能力和水平。高速公路沿線的收費(fèi)站、互通樞紐、服務(wù)區(qū)、隧道等配置的供配電、照明、通風(fēng)、排水等機(jī)電設(shè)備的數(shù)量急聚增加，設(shè)計(jì)一套包括電力監(jiān)控、電能計(jì)量、電能質(zhì)量治理、能耗分析、電氣安全、運(yùn)維巡檢管理等技術(shù)服務(wù)的一體化能源管理系統(tǒng)，能有效降低工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度、提供工作效率、避免人為事故發(fā)生、有序保證高速公路可靠運(yùn)行的供配電系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制及運(yùn)維管理平臺尤為重要。
關(guān)鍵詞：信息化；高速公路；電力監(jiān)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(shè)計(jì)的供配電系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)對交通工程機(jī)電設(shè)備和房屋建筑設(shè)施的供電。為了有效的對機(jī)電和房建服務(wù)設(shè)施供電， 本項(xiàng)目在各站區(qū)分別設(shè)置 10kV 室內(nèi)變電所，并以柴油發(fā)電機(jī)作為備用電源以保證重要負(fù)荷用電。
本次接入交通工程機(jī)電設(shè)備和房屋建筑設(shè)施的供電。為了有效的對機(jī)電和房建服務(wù)設(shè)施供電，本項(xiàng)目在隧道、收費(fèi)站、服務(wù)區(qū)、管理中心等場區(qū)設(shè)置變電所，并以柴油發(fā)電機(jī)做為備用電源以保證重要負(fù)荷用電。收費(fèi)站及服務(wù)區(qū)：九圣營收費(fèi)站、北新莊收費(fèi)站、輝縣服務(wù)區(qū)、金牛寺服區(qū)和主線停車區(qū)的供配電系統(tǒng)。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(tǒng)。
2 項(xiàng)目方案
2.1項(xiàng)目需求
1 電力監(jiān)控功能要求
數(shù)據(jù)采集功能：采集監(jiān)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(jiān)測斷路器狀態(tài)和開關(guān)狀態(tài)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(fēng)格統(tǒng)一；顯示畫面可以多窗口顯示；顯示一次結(jié)線圖實(shí)時(shí)工況，曲線（負(fù)荷曲線、電壓曲線等），具有歷史數(shù)據(jù)的圖表顯示功能。
報(bào)表打印功能：系統(tǒng)具有簡單、方便、靈活的報(bào)表生成子程序，可以打印多種類型的日、月、年報(bào)表，日報(bào)表可以保存一年，年報(bào)表可以保存十年；事件記錄和追憶功能：系統(tǒng)對開關(guān)跳、合閘可以記錄打印、相應(yīng)顯示畫面變色、閃光、報(bào)警、屏幕顯示事件信息；系統(tǒng)對模擬量產(chǎn)生越限值時(shí)，可以打印記錄并報(bào)警；系統(tǒng)具有事件追憶功能；系統(tǒng)自動(dòng)記錄所發(fā)生的各類事件，便于操作人員了解供配電系統(tǒng)歷史情況；系統(tǒng)應(yīng)備有潮流分析表；人機(jī)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(jī)面漢化；語音報(bào)警；系統(tǒng)具有軟件自診斷功能。
2 電氣火災(zāi)監(jiān)控功能要求
電氣火災(zāi)監(jiān)控主要用于預(yù)防因線間端子或線路發(fā)熱溫度緩慢升高，或泄漏電流緩慢變大而引發(fā)金屬性短路、過載故障或接地電弧性故障，進(jìn)而引發(fā)火災(zāi)。
電氣火災(zāi)監(jiān)控主機(jī)應(yīng)具有故障報(bào)警指示功能、復(fù)位功能、消音功能等。并通過電力監(jiān)控系統(tǒng)能夠在電力監(jiān)控計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對電氣火災(zāi)探測數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，具體要求同電力監(jiān)控有關(guān)描述。
3 數(shù)據(jù)傳輸
電力監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)及電氣防火災(zāi)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)由變電所內(nèi)的以太網(wǎng)交換機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總，收費(fèi)站內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸至站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)交換機(jī)，服務(wù)區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸至服務(wù)區(qū)監(jiān)控室內(nèi)的監(jiān)控交換機(jī)，由通信系統(tǒng)配備光纜傳輸至管理分中心；經(jīng)管理分中心的三層以太網(wǎng)交換機(jī)將數(shù)據(jù)傳輸至電力監(jiān)控計(jì)算機(jī)。各場區(qū)內(nèi)的弱電管道由建筑配電專業(yè)統(tǒng)一實(shí)施。
2.2產(chǎn)品需求
1）AM4保護(hù)裝置
裝置應(yīng)針對不同一次設(shè)備可以靈活配置不同的保護(hù)功能，可以實(shí)現(xiàn)10kV及以下電壓等級變配電站保護(hù)測控功能，適用于線路、母聯(lián)、配電變壓器、PT等設(shè)備的保護(hù)和自動(dòng)控制功能。
? 采用高性能的硬件平臺、工業(yè)級元器件、嚴(yán)酷的EMC設(shè)計(jì)，具有在線自檢測試程序；應(yīng)具備獨(dú)立CPU和獨(dú)立RAM，采用高性能處理器作為保護(hù)CPU，配置以大容量的RAM和Flash，使產(chǎn)品具有極強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理、邏輯運(yùn)算和信息存儲能力。
? 裝置采用全漢化大屏幕液晶顯示，人機(jī)界面清晰易懂；靈活的按鈕設(shè)計(jì)，菜單式操作簡單、便捷；配備的計(jì)算機(jī)界面的調(diào)試與分析軟件，調(diào)試及維護(hù)簡單方便。
至少具有8路模擬量通道，可選擇為保護(hù)電流、電壓輸入；交流電壓輸入端口應(yīng)可接相電壓，也可接線電壓或零序電壓或不平衡電壓，適應(yīng)各種PT接線方式。應(yīng)具有零序零序和零序電壓測量功能，并與電力監(jiān)控系統(tǒng)配合實(shí)現(xiàn)小電流接地選線功能。至少12路交直流兩用、110V/220V自適應(yīng)的開關(guān)量輸入。至少5路開關(guān)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(gè)RS485通信接口、1個(gè)RS232維護(hù)口。
2）多功能數(shù)字式電表
AMC 系列智能電量采集監(jiān)控裝置，是針對電力系統(tǒng)、工礦企業(yè)、公用設(shè)施、智能大廈的電力監(jiān)控需求而設(shè)計(jì)的 智能儀表，它集成電力參數(shù)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(shù))以及電能監(jiān)測和考核管理。同時(shí)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(xié)議可滿足通訊聯(lián)網(wǎng)管理的需要；4-20mA 的模擬量輸出可與測量的電參量相對應(yīng)，滿足 DCS 等接口要 求；帶開關(guān)量輸入和繼電器輸出可實(shí)現(xiàn)斷路器開關(guān)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(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)置和控制，非常適用于實(shí)時(shí)電力監(jiān)控系統(tǒng)?？梢灾苯尤〈Ｒ?guī)電力變送器及測量儀表。作 為一種智能化、數(shù)字化的前端采集元件，該儀表已廣泛應(yīng)用于各種控制系統(tǒng)、SCADA 系統(tǒng)和能源管理系統(tǒng)中。
2.3產(chǎn)品上圖方案
本工程10kV/0.4kV配電工程共有24個(gè)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(chǎn)品明細(xì)
整個(gè)快村營至營盤段新晉高速公路共有24個(gè)變電所，變電所所設(shè)產(chǎn)品類型及數(shù)量如下：
產(chǎn)品類型 | 電氣火災(zāi)探測主機(jī) | 12回路電氣火災(zāi)監(jiān)視器 | 10KV進(jìn)線測控保護(hù)裝置 | 10KV出線測控保護(hù)裝置 | 10KV多功能數(shù)字電表 | 三項(xiàng)多功能數(shù)字測控電表 | 三相多功能數(shù)字式電表 |
九圣營收費(fèi)站 | 1 | 4 | 0 | 0 | 0 | 3 | 37 |
北新莊收費(fèi)站（分中心） | 1 | 4 | 0 | 0 | 0 | 3 | 36 |
輝縣服務(wù)區(qū) | 2 | 4 | 0 | 0 | 0 | 6 | 42 |
金牛寺服務(wù)區(qū) | 1 | 4 | 0 | 0 | 0 | 3 | 36 |
主線停車區(qū) | 1 | 4 | 0 | 0 | 0 | 3 | 21 |
香爐寺隧道 | 1 | 4 | 1 | 1 | 3 | 4 | 44 |
橫嶺隧道小里程端 | 1 | 5 | 1 | 1 | 3 | 4 | 45 |
橫嶺隧道大里程端 | 1 | 5 | 1 | 1 | 3 | 4 | 45 |
馬溝隧道小里程端 | 1 | 5 | 0 | 0 | 0 | 4 | 24 |
南湖隧道小里程端 | 1 | 5 | 1 | 1 | 3 | 4 | 45 |
南湖隧道大里程端 | 1 | 5 | 1 | 1 | 3 | 4 | 45 |
韓口隧道小里程端 | 1 | 8 | 2 | 3 | 7 | 5 | 63 |
韓口隧道橫洞變電所 | 1 | 4 | 2 | 4 | 8 | 5 | 34 |
韓口隧道大里程端 | 1 | 7 | 2 | 3 | 7 | 5 | 47 |
白楝樹隧道小里程 | 1 | 6 | 1 | 2 | 4 | 4 | 40 |
嵩坪隧道小里程端 | 1 | 4 | 1 | 1 | 3 | 4 | 44 |
嵩坪隧道大里程端 | 1 | 7 | 1 | 1 | 3 | 4 | 57 |
柳園隧道小里程 | 1 | 5 | 1 | 1 | 3 | 4 | 45 |
柳園隧道大里程 | 1 | 5 | 1 | 1 | 3 | 4 | 45 |
轎頂山隧道小里程端 | 1 | 6 | 1 | 1 | 3 | 4 | 51 |
南馬鞍隧道小里程端 | 1 | 6 | 1 | 2 | 4 | 4 | 56 |
南馬鞍隧道大里程端 | 1 | 6 | 1 | 2 | 4 | 4 | 51 |
王莽嶺隧道 | 1 | 7 | 1 | 1 | 3 | 4 | 57 |
上述所有變電所共計(jì)47臺微機(jī)保護(hù)裝置AM4，160臺電力儀表AMC96L，1010臺電力儀表AMC72L，24個(gè)ANET網(wǎng)關(guān)，1套電力監(jiān)控系統(tǒng)；24臺電氣火災(zāi)主機(jī)Acrel-6000B3，116個(gè)電氣火災(zāi)監(jiān)視器ARCM。
3 系統(tǒng)需求
為實(shí)時(shí)監(jiān)視整個(gè)配電室的運(yùn)行以及數(shù)據(jù)采集，該項(xiàng)目配置一套AcrelEMS-HIW高速公路綜合能效系統(tǒng)，主要實(shí)現(xiàn)對新晉高速公路各個(gè)變電所的用電監(jiān)控與管理。監(jiān)控范圍為變電所的微機(jī)保護(hù)裝置、電能表、變壓器溫控儀、EPS、UPS、無功補(bǔ)償、發(fā)電機(jī)控制屏、郵箱液位儀、風(fēng)機(jī)軟啟動(dòng)器和電氣火災(zāi)監(jiān)控等。本系統(tǒng)由用戶管理層、網(wǎng)絡(luò)通信層、現(xiàn)場設(shè)備層三部分組成，現(xiàn)場設(shè)置的電能表采用屏蔽雙絞線連接至各分區(qū)數(shù)據(jù)采集器，各分區(qū)數(shù)據(jù)采集器將數(shù)據(jù)分類處理后，通過網(wǎng)線連接至局域網(wǎng)交換機(jī)上傳至電力監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)，實(shí)現(xiàn)電力監(jiān)控功能。整個(gè)系統(tǒng)的架構(gòu)如下：
圖4 系統(tǒng)架構(gòu)圖
AcrelEMS-HIW高速公路綜合能效系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)的功能如下：
1）電力綜合看板：可查看整個(gè)平臺的一個(gè)概況，包括變電站數(shù)量、變電站分布位置；變壓器數(shù)量、總裝機(jī)容量，統(tǒng)計(jì)出的整個(gè)系統(tǒng)當(dāng)前的總功率和當(dāng)日的總用電，也可監(jiān)測網(wǎng)關(guān)、儀表的運(yùn)行狀態(tài)；展示了接入的光伏站點(diǎn)的信息，包括發(fā)電功率和當(dāng)日發(fā)電量；還有運(yùn)維任務(wù)的情況，代辦、在辦、辦畢的個(gè)數(shù)，統(tǒng)計(jì)出任務(wù)完成率；報(bào)警情況統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)出報(bào)警程度的分布情況，報(bào)警滾動(dòng)顯示，平臺當(dāng)月每天的報(bào)警數(shù)量統(tǒng)計(jì)
圖4 電力綜合看板界面
2）全路段監(jiān)控：沿途數(shù)十幾個(gè)配電房繪制在一張K線圖里面，點(diǎn)擊每個(gè)站跳轉(zhuǎn)相關(guān)配電圖畫面顯示，使整條高速公路的配電系統(tǒng)一圖掌握。
圖5 K線圖界面
3）實(shí)時(shí)監(jiān)測：以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運(yùn)行狀態(tài)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息，動(dòng)態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開關(guān)、地刀等合、分閘狀態(tài)。
圖6 九圣營收費(fèi)站配電監(jiān)測界面
圖7 王莽嶺隧道配電監(jiān)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(xì)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(shù)、正向有功電能等。
5）運(yùn)行報(bào)表： 查詢各回路或設(shè)備指定時(shí)間的運(yùn)行參數(shù)，報(bào)表中顯示電參量信息應(yīng)包括：各相電流、三相電壓、總功率因數(shù)、總有功功率、總無功功率、正向有功電能等，報(bào)表格式有日報(bào)表、月報(bào)表、年報(bào)表等。
圖8 運(yùn)行報(bào)表界面
6）實(shí)時(shí)告警：能夠?qū)ε潆娀芈窋嗦菲?、隔離開關(guān)、接地刀分、合動(dòng)作等遙信變位，保護(hù)動(dòng)作、事故跳閘等事件發(fā)出告警。
7）歷史事件查詢：能夠?qū)b信變位，保護(hù)動(dòng)作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)越限等事件記錄進(jìn)行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報(bào)警信息進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析。
8）故障錄波： 能夠在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)準(zhǔn)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(hù)是否正確動(dòng)作、提高電力系統(tǒng)安全運(yùn)行水平有著重要作用。
9）事故追憶：能夠自動(dòng)記錄事故時(shí)刻前后一段時(shí)間的所有實(shí)時(shí)穩(wěn)態(tài)信息，包括開關(guān)位置、 保護(hù)動(dòng)作狀態(tài)、遙測量等，形成事故分析的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
10）曲線查詢：能夠查詢實(shí)時(shí)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(shù)等所有遙測量。
11）用戶權(quán)限管理：設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能，通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作（如遙控的操作，數(shù)據(jù)庫修改等）。系統(tǒng)可以定義不同操作權(quán)限的權(quán)限組（如管理員組、工程師組、操作員組等），在每個(gè)權(quán)限組里分配不同用戶，為系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、管理提供可靠的安全保障。
12）電氣火災(zāi)監(jiān)測：針對低壓用電環(huán)節(jié)各回路中的剩余電流、溫度和故障電弧等進(jìn)行實(shí)施監(jiān)測；側(cè)重點(diǎn)為低壓用電環(huán)節(jié)的安全性，當(dāng)剩余電流越限時(shí)報(bào)警輸出，以提醒維護(hù)人員進(jìn)行安全檢查，防止因漏電引起的火災(zāi)發(fā)生，實(shí)現(xiàn)對高速公路電氣安全預(yù)警。
圖9 電氣火災(zāi)監(jiān)測界面圖
13）遙控功能：根據(jù)電力規(guī)程要求，可以對整個(gè)配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控操作。
14）通信管理：可以對整個(gè)配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備通信情況進(jìn)行管理、控制、數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測。
5 現(xiàn)場安裝圖片
本項(xiàng)目微機(jī)保護(hù)就地分散安裝在各個(gè)高壓開關(guān)柜上，保護(hù)裝置、電氣火災(zāi)監(jiān)測裝置以及電能表現(xiàn)場安裝如下圖所示。
圖9 微機(jī)保護(hù)、儀表、電氣火災(zāi)裝置在新晉高速公路配電工程現(xiàn)場安裝圖片
6 結(jié)語
AcrelEMS-HIM高速公路綜合能效管理系統(tǒng)為高速公路能源管理提供監(jiān)測及控制，主要包括電力監(jiān)控、電氣消防、能耗分析、電能質(zhì)量監(jiān)測和治理、環(huán)境監(jiān)控等功能。其中電力監(jiān)控系統(tǒng)及電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)主要設(shè)置于各隧道、收費(fèi)站、服務(wù)區(qū)等場區(qū)的供配電系統(tǒng)，便于運(yùn)營維護(hù)人員對高速公路沿線供配電設(shè)施的運(yùn)營狀況實(shí)時(shí)檢測，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)電氣安全隱患及電氣故障，并能夠?qū)鰠^(qū)用電數(shù)據(jù)進(jìn)行報(bào)表及統(tǒng)計(jì)。有效降低工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度、提高工作效率、避免人為事故發(fā)生、有序保證高速公路可靠運(yùn)行。
參考文獻(xiàn)
[1] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊.2020.6月版
[2] 安科瑞35KV以及下變電所智能配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與產(chǎn)品二次原理圖集.2020.10月版
[3] 安科瑞用戶變電站綜合自動(dòng)化與運(yùn)維解決方案.2020.5月版
作者介紹：
王詩惠，女，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)楦咚俟沸袠I(yè)、操控測溫等應(yīng)用。手機(jī)：13651836427（微信同號），郵箱：18701809162@163.com
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