朱永輝 奚培華

江蘇蘇通大橋有限責(zé)任公司，江蘇南通 226000

隨著江蘇智慧高速建設(shè)發(fā)展的需要，電力管控作為蘇通大橋的重要心臟組成部分，為實現(xiàn)供電系統(tǒng)的信息化、遠程管理的實時化、設(shè)備信息等的數(shù)據(jù)化及設(shè)備故障提前感知或判斷對于提升整個供電系統(tǒng)的可靠性、縮短發(fā)現(xiàn)和解決問題的時間，變電站智能化管理顯得十分必要和迫切。到目前為止，蘇通大橋建成通車已將近10年，通車前期建成的配電房內(nèi)多數(shù)電力監(jiān)控設(shè)備已投入使用多年，有些設(shè)備壽命已進入延壽期，設(shè)備配置已較難保證運營安全且也很難滿足高速公路信息化要求下的配電房智能化的需求。

1 現(xiàn)狀分析

蘇通大橋現(xiàn)有的電力監(jiān)控系統(tǒng)主要監(jiān)控對象為變電所變配電一次設(shè)備、橋梁附屬機電設(shè)備、道路照明設(shè)備以及變電所環(huán)境等。具體包括：高壓進出線開關(guān)、低壓進線開關(guān)、雙電源自動切換開關(guān)、低壓母聯(lián)、電容補償器、低壓出線斷路器、交流接觸器（ 照明回路） 、變壓器（ 溫控儀） 、變電所環(huán)境、航空障礙燈、航道標志燈、除濕機、道路照明等。

目前監(jiān)控中心采用100M高速以太網(wǎng)；主干環(huán)網(wǎng)采用100M高速冗余光纖環(huán)網(wǎng)（ 單模光纖以太網(wǎng)） ；系統(tǒng)根據(jù)地理位置和被監(jiān)控對象的類型，在設(shè)備相對集中的地方構(gòu)成11個現(xiàn)場總線控制子網(wǎng)，即竹行、南通服務(wù)區(qū)、北主線站、張江（ 南通開發(fā)區(qū)） 、北塔、南塔、南岸橋區(qū)、常熟港（ 常熟開發(fā)區(qū)） 、南主線站以及北引橋埋地變和南引橋埋地變。

監(jiān)控中心：設(shè)1個主電力監(jiān)控中心（ 設(shè)于常熟港變電所） 、1個副電力監(jiān)控中心（ 設(shè)于北主線站變電所） 、1個電力監(jiān)控調(diào)度管理中心（ 設(shè)于機電監(jiān)控中心）。

主干網(wǎng)：主干網(wǎng)以8芯單模光纖（ 4用4備） 為傳輸介質(zhì)，其傳輸速率是100Mbps。子網(wǎng)采用現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，子網(wǎng)通過通信管理機、光纖交換機與主網(wǎng)連接，整個網(wǎng)絡(luò)使用光纖交換機11臺，通管理機11臺。

子網(wǎng)：系統(tǒng)根據(jù)地理位置和被監(jiān)控對象的類型，對于設(shè)備相對集中的區(qū)域內(nèi) （如變電所、埋地變） 的用戶節(jié)點用雙絞線構(gòu)成一個現(xiàn)場基于 LonWorks總線子網(wǎng)系統(tǒng)，再通過通信管理機、光纖交換機連接到光纖主干網(wǎng)上。底層設(shè)備主要組網(wǎng)類型為：攝像機/紅外門禁/煙感/溫感 + 視頻編碼器 + 百兆以太網(wǎng)交換機。

目前許多智能儀表存在不同程度的損壞故障，附屬機電設(shè)施監(jiān)測數(shù)據(jù)無法上傳，致使無法實現(xiàn)真正意義上的遠程監(jiān)測管理?，F(xiàn)有的電力監(jiān)控系統(tǒng)功能已無法滿足當前的建設(shè)管理要求[1]。具體表現(xiàn)在：

（1） 系統(tǒng)兼容性不好?，F(xiàn)有軟件在設(shè)計之初對未來新型硬件設(shè)備的參數(shù)、性能、容量無法預(yù)判，致使估計不足，導(dǎo)致無法完美兼容新增硬件設(shè)備。特別是LonWorks系統(tǒng)配置，對目前市場絕大多數(shù)主流電力監(jiān)控儀表無法兼容，接入均需增設(shè)網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)換，致使主要終端智能儀表市場可供選擇受限[2]。目前，除濕機、航空航標燈、直流屏等通過網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)換上傳的數(shù)據(jù)普遍無法上傳，致使無法實現(xiàn)遠程監(jiān)控。

（2） 系統(tǒng)架構(gòu)不合理?，F(xiàn)有的電力監(jiān)控系統(tǒng)軟件采用的C/S架構(gòu)，編程開發(fā)工具為Borland Delphi5，數(shù)據(jù)庫全線均采用Windows Server2003 （32-bit），SQLServer2000 （32-bit） 數(shù)據(jù)庫。由于現(xiàn)有的架構(gòu)比較陳舊，軟件技術(shù)脫節(jié)太大，已經(jīng)無法滿足現(xiàn)有業(yè)務(wù)的發(fā)展需求。

（3） 安全性低?，F(xiàn)有服務(wù)器操作系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫版本低，系統(tǒng)安全防護功能差。服務(wù)器無冗余備份功能，一旦設(shè)備故障或磁盤損壞，數(shù)據(jù)將永久丟失。現(xiàn)場表計數(shù)據(jù)完全依托網(wǎng)絡(luò)傳輸至數(shù)據(jù)庫服務(wù)器存儲，未設(shè)置現(xiàn)場存儲設(shè)備，一旦數(shù)據(jù)庫服務(wù)器故障或網(wǎng)絡(luò)中斷，也會導(dǎo)致數(shù)據(jù)永久丟失[3]。

（4） 設(shè)備元件老化嚴重。現(xiàn)有終端儀表由于使用時間較長，內(nèi)部電子元件老化，電氣特性發(fā)生變化，致使數(shù)據(jù)不穩(wěn)定且無法與實際數(shù)據(jù)對應(yīng)。

綜上原因并擬結(jié)合新增供配電設(shè)施智能化需求和前期投入的電力監(jiān)控設(shè)施的老化情況，對蘇通大橋電力監(jiān)控系統(tǒng)改造很有必要，擬采用最新主流電力監(jiān)控系統(tǒng)對升級和轉(zhuǎn)換所有電源和配電裝置實現(xiàn)信息化管理，以提高運營管理信息化和自動化水平的電力供應(yīng)和分配系統(tǒng)，便于管理人員的操作，節(jié)省人力和物力資源，降低運營和維護成本，提高安全性，實現(xiàn)無人值守的電源和配電系統(tǒng)。因此，開發(fā)一套集成化、智能化電力管控系統(tǒng)成為當務(wù)之急。

2 系統(tǒng)解決方案

改造將根據(jù)沿線供電設(shè)施的建造時間、設(shè)備的壽命周期、設(shè)備在市場上備品備件器件的可選擇性，以及自動化配電的適應(yīng)性要求，進行科學(xué)合理的選擇?，F(xiàn)有電力監(jiān)控設(shè)備已投入使用多年，有些設(shè)備壽命已進入延壽期，設(shè)備已進入延壽期，繼續(xù)使用存在較大的安全隱患[4]。設(shè)備配置已較難保證運營安全和滿足高速公路信息化要求下的配電房智能化的需求。為了保證蘇通大橋供電設(shè)施的運行穩(wěn)定，對現(xiàn)有系統(tǒng)進行升級改造，實現(xiàn)運營安全和自動化目標。

2.1 電力監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成

電力監(jiān)控系統(tǒng)是一個較為完善的電力自動化系統(tǒng)，它充分體現(xiàn)了電力綜合監(jiān)控系統(tǒng)的三大遠程功能 （遙測、遙信、遙控）。電力監(jiān)控子系統(tǒng)由計算機監(jiān)控層、通信系統(tǒng)層、電力監(jiān)控終端設(shè)備層三個層次組成。蘇通大橋電力監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 蘇通大橋電力監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.1.1 計算機監(jiān)控層

計算機監(jiān)控層設(shè)置在監(jiān)控中心，設(shè)置在晉濟路隧道電力監(jiān)控工作站。主要完成各變電站電力設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和先進應(yīng)用。供配電系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)、報警、環(huán)境等信息是主站從各變電站的設(shè)備監(jiān)控單元等自動系統(tǒng)中獲取的。對整個供電配電系統(tǒng)進行監(jiān)控，分析供電配電系統(tǒng)的運行狀態(tài)，對整個監(jiān)控供電配電系統(tǒng)進行有效的控制和管理，使供電配電系統(tǒng)處于最優(yōu)運行狀態(tài)。監(jiān)測站將在電力監(jiān)測站的監(jiān)測和仿真屏幕上實時顯示有效數(shù)據(jù)，為了保證管理中心對供電系統(tǒng)的全局運行狀態(tài)的掌握和協(xié)調(diào)各自動化系統(tǒng)的運行。

2.1.2 通信層

電力監(jiān)控系統(tǒng)采用原通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)完成其傳輸。由現(xiàn)場總線進行各變電站的數(shù)據(jù)采集和通信。通信系統(tǒng)層的組成主要有華為光通信設(shè)備、電源監(jiān)控通信管理機、數(shù)據(jù)光終端機等設(shè)。

主干通信網(wǎng)絡(luò)是利用通信系統(tǒng)的原始網(wǎng)絡(luò)完成的，電力監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控站子網(wǎng)與通信系統(tǒng)通信室通過分支光纜連接。

每個變電站設(shè)置1臺通信管理機，通信管理線與附近通信系統(tǒng)的2M端口相連，下行通信接口為RS485、CAN等現(xiàn)場總線接口，與變電站智能保護測控裝置通信。構(gòu)成現(xiàn)場總線通信系統(tǒng)，完成集中監(jiān)控數(shù)據(jù)信息和協(xié)議轉(zhuǎn)換，實時傳輸和采集終端設(shè)備數(shù)據(jù)信息，與電源監(jiān)控工作站上游通信。

2.1.3 電力監(jiān)控終端設(shè)備層

終端設(shè)備層主要由高低壓測控裝置、變壓器溫控儀和視頻環(huán)境監(jiān)控設(shè)備（ 攝像機、各類報警器、傳感器等） 設(shè)備構(gòu)成。該設(shè)備采用模塊化、整體式結(jié)構(gòu)，采用面向?qū)ο髷?shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)集轉(zhuǎn)換傳輸?shù)臉藴誓Ｊ脚渲肹5]。各類終端設(shè)備帶有通信接口，通過RS485總線方式接入通信管理機，經(jīng)光纖傳至監(jiān)控主機。視頻攝像機通過以太網(wǎng)交換機接入光纖網(wǎng)絡(luò)，將圖像傳輸?shù)诫娏ΡO(jiān)控管理中心。

終端設(shè)備層根據(jù)被監(jiān)控設(shè)備的情況設(shè)置數(shù)據(jù)采集監(jiān)控終端，完成現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)信息采集、狀態(tài)監(jiān)視和控制輸出執(zhí)行功能，是電力監(jiān)控系統(tǒng)的前端設(shè)備。

綜合監(jiān)控終端設(shè)備層設(shè)備采用模塊化、單元化結(jié)構(gòu)、面向?qū)ο螅ǜ邏哼M線、出線、低壓進出線、變壓器等設(shè)備對象） 的數(shù)據(jù)采集方式和數(shù)據(jù)信息集中轉(zhuǎn)換傳輸?shù)臉藴誓Ｊ脚渲茫饕?00V系統(tǒng)低壓微機測控裝置、變壓器監(jiān)控單元（ 設(shè)備自帶） 等設(shè)備等構(gòu)成。

2.2 設(shè)備自動化改造

2.2.1 電力監(jiān)控裝置

電力監(jiān)控系統(tǒng)對配電房供配電系統(tǒng)進行監(jiān)控，系統(tǒng)開關(guān)柜的主要組成部分有高壓柜、低壓進線柜、聯(lián)絡(luò)柜、出線柜、變壓器、無功補償、發(fā)電機等。電力監(jiān)控分別設(shè)置相應(yīng)的測控裝置進行監(jiān)控[6]。

除高低壓智能測控單元統(tǒng)一更新替換為Modbus通信協(xié)議的智能儀表，其他如帶有智能接口綜合繼保裝置、變壓器溫控儀、無功補償控制器、發(fā)電機控制器、UPS控制器等自帶智能接口的控制單元保留使用，通過標準通信接口直接上傳相關(guān)數(shù)據(jù)。

2.2.2 視頻環(huán)境監(jiān)控

在各配電房內(nèi)設(shè)置視頻監(jiān)控系統(tǒng)。視頻監(jiān)控系統(tǒng)包括攝像機和紅外傳感器、煙霧傳感器、溫濕度傳感器、水浸傳感器等的安裝，紅外、煙霧、溫濕度、水電力監(jiān)控系統(tǒng)對配電房供配電系統(tǒng)進行監(jiān)控，系統(tǒng)開關(guān)柜組成部分主要有高壓柜、低壓進線柜、聯(lián)絡(luò)柜、出線柜、變壓器、無功補償、發(fā)電機等。電力監(jiān)控分別設(shè)置相應(yīng)的測控裝置進行監(jiān)控。

除高低壓智能測控單元統(tǒng)一更新替換為Modbus通信協(xié)議的智能儀表，其他如帶有智能接口綜合繼保裝置、變壓器溫控儀、無功補償控制器、發(fā)電機控制器、UPS控制器等自帶智能接口的控制單元保留使用，通過標準通信接口直接上傳數(shù)據(jù)。

浸傳感器報警信息通過數(shù)據(jù)采集器與通信管理機連接上傳至電力監(jiān)控計算機，對配電房防盜、火災(zāi)情況進行實時監(jiān)測并發(fā)出報警信息。改造時，更換紅外傳感器、煙霧傳感器、溫濕度傳感器，增設(shè)水浸傳感器等，將視頻攝像機升級為高清數(shù)字攝像機[7]。

3 系統(tǒng)功能

采用集成化、智能化電力管控平臺后，能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能：

①實現(xiàn)系統(tǒng)自動化實時報告，為系統(tǒng)事件提供快速、持續(xù)的響應(yīng)，以高效、快速、可靠、準確的方式反映系統(tǒng)事件；

②實現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，能保證系統(tǒng)和系統(tǒng)設(shè)備長期穩(wěn)定運行；③實現(xiàn)電力管控集成化、智能化，減輕管理人員工作強度；④實現(xiàn)快速信息處理能力，達到設(shè)計要求的信息處理速度；⑤實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫存儲預(yù)留容量的智能化管理，保證數(shù)據(jù)安全性。

4 方案實施

本系統(tǒng)方案的實施主要包括設(shè)備選型與安裝、系統(tǒng)軟件設(shè)計與開發(fā)、實驗驗證與總結(jié)、系統(tǒng)試運行及推廣等。系統(tǒng)實施方案如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)實施方案

4.1 主要設(shè)備的選擇與安裝

電力監(jiān)控系統(tǒng)對配電房供配電系統(tǒng)進行監(jiān)控。電力監(jiān)控采用相應(yīng)的計量控制裝置進行監(jiān)測。

高壓進線、出線柜：在高壓進線、出線柜上安裝高壓測控裝置，監(jiān)測三相電壓U、三相電流I、功率因數(shù)COSΦ、有功P、無功Q、電度、頻率等遙測量；監(jiān)測開關(guān)位置信號；對有遙控需求的裝置實現(xiàn)遙控功能。

低壓進線、聯(lián)絡(luò)柜：在低壓進線柜安裝低壓測控裝置，監(jiān)測三相電壓U、三相電流I、功率因數(shù)COSΦ、有功P、無功Q、電度、頻率等遙測量；監(jiān)測開關(guān)位置信號；對有遙控需求的裝置實現(xiàn)遙控功能。

低壓出線柜：在低壓出線柜安裝低壓出線測控裝置，監(jiān)測三相電壓U、三相電流I、功率因數(shù)COSΦ、有功P、無功Q、電度、頻率等遙測量；監(jiān)測開關(guān)位置信號；對有遙控需求的回路實現(xiàn)遙控功能。

變壓器：更換原有的變壓器溫控儀，安裝帶有智能接口的變壓器溫控儀，監(jiān)測變壓器溫度。

無功補償柜：更換原有的無功補償控制器，安裝帶有智能接口的無功補償控制器，監(jiān)測電壓、電流、投切組數(shù)、功率因數(shù)等，實現(xiàn)自動投切。

發(fā)電機：發(fā)電機控制器沒有通信接口，更換發(fā)電機控制器，采集發(fā)電機數(shù)據(jù)監(jiān)測電流、電壓、水溫、轉(zhuǎn)速等。

改造的時侯，除了高低壓智能測控單元統(tǒng)一更新替換為Modbus通信協(xié)議的智能儀表，其它的如帶有智能接口綜合繼保裝置、變壓器溫控儀、無功補償控制器、發(fā)電機控制器、UPS控制器等智能接口控制單元預(yù)留使用，相關(guān)的數(shù)據(jù)通過標準通信接口直接上傳。

4.2 軟件系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)

電源監(jiān)控管理中心主要的功能是完成配電室內(nèi)電源監(jiān)控的應(yīng)用和與其他系統(tǒng)的接口。以圖形的方式進行實時顯示各終端設(shè)備的工作狀態(tài)，對所有數(shù)據(jù)進行分析和處理，并以此為依據(jù)制定相應(yīng)的控制方案，實現(xiàn)對終端的遠程監(jiān)控，并把監(jiān)測到的數(shù)據(jù)和遠程操作指令以數(shù)據(jù)庫形式存放在數(shù)據(jù)服務(wù)器中，以備日后查詢時調(diào)用，同時可以形成日報表、月報表及年報表等[8]。在電力監(jiān)控管理中心配置視頻監(jiān)控工作站，集中管理和控制轄區(qū)內(nèi)配電室的視頻圖像和環(huán)境監(jiān)測信息，還可以有效防止發(fā)生各類盜竊、火災(zāi)等異常情況，并隨時監(jiān)控配電室的溫濕度數(shù)據(jù)等環(huán)境狀況。

各配電房內(nèi)電力監(jiān)控數(shù)據(jù)及視頻圖像需通過光纖通道傳輸至電力監(jiān)控管理中心，電力監(jiān)控管理中心設(shè)在常熟開發(fā)區(qū)變電站，電力監(jiān)控管理中心設(shè)有電力監(jiān)控計算機、視頻計算機、硬盤錄像機、打印機、控制臺等，操作及管理人員在電力監(jiān)控管理中心通過計算機實現(xiàn)對各個配電房遙控、遙測、遙信功能。

改造后，監(jiān)控中心的設(shè)置位置不變，將設(shè)備軟件替換升級。設(shè)1個主電力監(jiān)控中心 （設(shè)于常熟港變電所） 、1個副電力監(jiān)控中心（設(shè)于北主線站變電所） 、1個電力監(jiān)控調(diào)度管理中心 （設(shè)于南通開發(fā)區(qū)機電養(yǎng)護中心）。

5 結(jié)語

蘇通大橋電力監(jiān)控改造，通過對供電配電設(shè)備的改造，增設(shè)自動化儀表裝置，設(shè)立集中控制中心等，達到了消除隱患的作用，并提高了系統(tǒng)供電配電的可靠性，同時增加了自動化功能，也減少運維人員，更有助于實現(xiàn)變電站智能化管理。