■黃見和

（福建高速福州管理分公司， 福州 350000）

2020 年初福建省高速公路通車總里程達(dá)到5500 km，實(shí)現(xiàn)了“縣縣通高速”的偉大成就。 未來高速公路的路網(wǎng)覆蓋將更加密集，運(yùn)營(yíng)管理模式由傳統(tǒng)人工轉(zhuǎn)向智能化是發(fā)展的必然趨勢(shì)。 機(jī)電維護(hù)部門是保障整個(gè)系統(tǒng)用電的重要部門， 負(fù)責(zé)管理維護(hù)轄區(qū)內(nèi)所站、隧道和門架等系統(tǒng)，規(guī)范化、科學(xué)化、數(shù)據(jù)化管理保障供配電系統(tǒng)穩(wěn)定是高速公路運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)順利運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。 隨著全國高速公路收費(fèi)模式的重大改革，新增機(jī)電設(shè)備數(shù)量不斷增加，加之高速公路供電線路及相關(guān)設(shè)備長(zhǎng)期暴露容易老化腐蝕，機(jī)電維護(hù)部門需要投入大量的人力、物力和財(cái)力來保障電力安全，因此本文設(shè)計(jì)電力智能管理系統(tǒng)，為全面實(shí)現(xiàn)智能化低成本運(yùn)營(yíng)管理的高速公路電力系統(tǒng)提供參考。

1 福建省高速公路配電站房的現(xiàn)狀與存在的問題

1.1 配電站房的現(xiàn)狀

福建境內(nèi)多為山地丘陵地貌，全省高速公路運(yùn)營(yíng)管理里程近6000 km， 人工管理任務(wù)十分繁重且難度極大。 實(shí)際運(yùn)行維護(hù)中的安全隱患如：環(huán)境溫濕度對(duì)現(xiàn)有設(shè)備性能和壽命影響較大（尤其是軸流風(fēng)機(jī)房）， 導(dǎo)致設(shè)備使用壽命大幅度縮短甚至引起安全事故；因系統(tǒng)功能、地理位置和人員配置等原因，技術(shù)員難以及時(shí)準(zhǔn)確掌控配電房主要設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，嚴(yán)重影響故障的排查和修復(fù)及時(shí)率，極有可能因小故障引起大問題； 外場(chǎng)機(jī)房因無人值守，也存在設(shè)備被盜的可能。

1.2 配電站房存在的問題

1.2.1 運(yùn)營(yíng)維護(hù)效率低

各配電站房距離遠(yuǎn)、信息傳遞慢、響應(yīng)時(shí)間滯后，導(dǎo)致運(yùn)維效率比較低；維護(hù)人員少、維護(hù)里程長(zhǎng)、設(shè)備超齡，目前人工巡檢難以達(dá)到國家現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

1.2.2 設(shè)備運(yùn)行環(huán)境差

原有站房建設(shè)落后于國家規(guī)定的配電站房標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)相關(guān)要求，且未裝設(shè)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。 現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，受雷擊災(zāi)害、小動(dòng)物攻擊、高溫粉塵等外因素影響嚴(yán)重，影響設(shè)備使用壽命及導(dǎo)致故障停電。

1.2.3 缺失相關(guān)電子檔案

電力設(shè)備資產(chǎn)未及時(shí)形成電子檔案，基礎(chǔ)資料易丟失；設(shè)備改造、維修保養(yǎng)計(jì)劃實(shí)施不到位，無法準(zhǔn)確進(jìn)行設(shè)備壽命周期管理。

1.2.4 無法采集分析電力數(shù)據(jù)

目前無法實(shí)時(shí)掌握用電情況，功率因數(shù)、諧波含量等用電數(shù)據(jù)無法采集；負(fù)荷率、負(fù)載率、設(shè)備使用效率、線損率無法統(tǒng)計(jì)。

2 高速公路電力智能管理系統(tǒng)

2.1 智能管理系統(tǒng)簡(jiǎn)介

該智能管理平臺(tái)是為高速公路提供可靠性高、擴(kuò)展性強(qiáng)、安全穩(wěn)定、人工成本少的一款電力管理平臺(tái)。 通過關(guān)聯(lián)各所站、隧道配電房單元的相關(guān)設(shè)備以三維立體形式進(jìn)行智能化監(jiān)測(cè)，包括一套電能監(jiān)控及能耗管理系統(tǒng)和若干套智能儀表、傳感器和通訊管理機(jī)，實(shí)現(xiàn)一級(jí)配電(10 kV)的電參數(shù)監(jiān)測(cè)、線路運(yùn)行狀態(tài)、輸配電電能損耗等配電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)、二級(jí)配電的車間動(dòng)力用電、照明用電、消防應(yīng)急用電等分區(qū)分類電能能耗的統(tǒng)計(jì)分析，進(jìn)行電力監(jiān)測(cè)的相關(guān)業(yè)務(wù)、信息報(bào)警、設(shè)備管理、實(shí)時(shí)監(jiān)控和環(huán)境監(jiān)測(cè)；收集設(shè)備告警的事件并及時(shí)安排處理、歷史事件的回顧，具有報(bào)表、巡檢和檔案管理等功能；精確顯示其所在的地理位置信息，可通過VR模擬可視技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程查看或現(xiàn)場(chǎng)查看引導(dǎo)。

2.2 智能管理系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行中的作用

2.2.1 多樣化智能巡檢巡查

該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)集監(jiān)測(cè)攝像巡檢、采集數(shù)據(jù)巡檢及人工指派巡檢為一體的多樣化智能巡檢體系，通過電子巡檢和人工巡檢的協(xié)調(diào)配合，有效的降低漏檢和錯(cuò)檢等情況。不但實(shí)現(xiàn)了無紙化數(shù)據(jù)采集記錄，同時(shí)能夠有效監(jiān)督和管理巡檢情況，實(shí)現(xiàn)巡檢電子化、信息化、智能化，從而最大程度提高巡檢工作效率，保證各系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行[1]。

2.2.2 高清人臉抓拍識(shí)別

本系統(tǒng)采用的高清人臉識(shí)別設(shè)備， 擁有1200萬像素?cái)z像頭，廣角范圍75°，即人員經(jīng)過進(jìn)行抓拍及數(shù)據(jù)比對(duì)，并在手機(jī)端和網(wǎng)頁端同步提示巡檢人員到位或非巡檢人員告警，避免了設(shè)備電房遭到人為破壞。 巡檢設(shè)備采用人臉識(shí)別技術(shù)落實(shí)了巡檢人員的崗位責(zé)任，人臉識(shí)別分辨高達(dá)98.7%具有唯一性，有效提高供配電系統(tǒng)的安全可靠性，消除安全隱患。

2.2.3 降低運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本

本系統(tǒng)不需要在供電線路和機(jī)電設(shè)備上安裝其他設(shè)備，只是數(shù)據(jù)讀寫、統(tǒng)計(jì)和分析，大大降低了系統(tǒng)的構(gòu)建和維護(hù)成本。

2.2.4 實(shí)現(xiàn)高效信息化管理

巡檢設(shè)備采用智能化系統(tǒng)，可以通過各個(gè)站點(diǎn)站長(zhǎng)在系統(tǒng)里進(jìn)行分配任務(wù)，確保各班人員分工明確。采用無線網(wǎng)絡(luò)和RFID 技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電力設(shè)備巡檢工作的真正高效信息化管理。

2.2.5 提供智能管理引導(dǎo)

本系統(tǒng)采取AR 技術(shù)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)，利用系統(tǒng)生成逼真的視聽虛擬環(huán)境，通過各種傳感設(shè)備使設(shè)備維護(hù)人員“沉浸”到現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，便于高效識(shí)別故障位置。 同時(shí)配備智能管理助手，通過故障預(yù)判分析后提出多種解決辦法可供技術(shù)人員選擇，并實(shí)現(xiàn)了智能助手對(duì)于部分故障問題的自動(dòng)調(diào)節(jié)修復(fù)功能。

3 系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)軟件架構(gòu)

該系統(tǒng)軟件主要由基礎(chǔ)硬件采集數(shù)據(jù)，通過系統(tǒng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)維和工單管理，故障預(yù)警及響應(yīng)管理等，具體架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 電力智能管理系統(tǒng)軟件總體架構(gòu)

3.2 模塊簡(jiǎn)介

系統(tǒng)采用分層、分布式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，按間隔單元?jiǎng)澐?，模塊化設(shè)計(jì)，整個(gè)系統(tǒng)分為3 層：系統(tǒng)管理層、網(wǎng)絡(luò)通信層和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控層[2]。 系統(tǒng)支持云平臺(tái)運(yùn)營(yíng)模式，可將配電智能終端或電力監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)上傳至云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)分析及處理，促進(jìn)信息資源的共享，實(shí)現(xiàn)手機(jī)APP 終端等設(shè)備訪問。 模塊簡(jiǎn)介見表1。

表1 電力智能管理系統(tǒng)大體模塊

4 設(shè)備應(yīng)用

4.1 功能描述

使用者可以通過頁面配置各單位下設(shè)備單元進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置和一次性系統(tǒng)的調(diào)整，方便對(duì)設(shè)備數(shù)據(jù)信息進(jìn)行更新和修改，通過配置參數(shù)來改變?cè)O(shè)備運(yùn)行時(shí)所使用的變量，觸發(fā)相應(yīng)參數(shù)配置下的功能的響應(yīng)并返回所需的數(shù)據(jù)，智能助手可通過監(jiān)測(cè)維護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行，自動(dòng)調(diào)節(jié)相關(guān)變動(dòng)參數(shù)來實(shí)現(xiàn)無人化智能管控。

因系統(tǒng)所涉及的功能模塊繁多，在此引用設(shè)備的相關(guān)編碼文件和該模塊的分層思路功來對(duì)模塊類圖進(jìn)行大體的描述介紹，如表2 所示。

表2 智能管理系統(tǒng)相關(guān)編碼文件表

4.2 項(xiàng)目?jī)?yōu)勢(shì)

本項(xiàng)目具有以下優(yōu)勢(shì)：（1） 兼容有線、 無線通信，支持混合模式，完美解決偏僻配電站房的通信難題；（2）支持多種智能運(yùn)維設(shè)備的無縫接入，支持工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約及定制規(guī)約的融合；（3） 采用線上加線下的整合與互動(dòng)， 實(shí)現(xiàn)智能運(yùn)維的端對(duì)端服務(wù)；（4）采用帶數(shù)據(jù)采集、運(yùn)維數(shù)據(jù)挖掘及云計(jì)算、智能感知等先進(jìn)信息技術(shù)，確保該系統(tǒng)安全、可靠運(yùn)行；（5）完善的預(yù)警機(jī)制及告警分析，能提供及時(shí)的告警推送及評(píng)估；（6）兼容移動(dòng)端、網(wǎng)頁端的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)管理的快捷與便捷；（7）基于5G 通訊技術(shù)的硬件解決方案，應(yīng)用邊緣計(jì)算，廣泛兼容，讓數(shù)據(jù)安全可靠，光速傳輸速度更快更穩(wěn)，智慧協(xié)同，系統(tǒng)感知，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程運(yùn)維；（8）配備智能助手，通過簡(jiǎn)潔明了的操作引導(dǎo)實(shí)現(xiàn)快速上手。

5 實(shí)際應(yīng)用案例

福州高速福銀段電房率先試行電力系統(tǒng)智能化運(yùn)營(yíng)管理模式，該路段智能化電力系統(tǒng)改造建設(shè)至今運(yùn)行平穩(wěn)高效。 技術(shù)人員可通過PC 端/手機(jī)端實(shí)現(xiàn)對(duì)該路段配電設(shè)備、隧道配電箱電力參數(shù)及電房環(huán)境等數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。 通過設(shè)備分布實(shí)景圖實(shí)時(shí)了解供電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)：

（1）數(shù)據(jù)體現(xiàn)。 系統(tǒng)采集相關(guān)電力參數(shù)并自動(dòng)生成曲線圖等形式體現(xiàn)，并比對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行智能化分析管理來降低能耗。 通過手機(jī)APP 端，隨時(shí)對(duì)各種電力數(shù)據(jù)直觀查看，如圖2 所示。

圖2 手機(jī)APP 端界面

（2）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。 對(duì)設(shè)備周圍進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)，包含濕度、溫度等氣候數(shù)據(jù)的采集匯總。

（3）VR 體驗(yàn)。 通過VR 實(shí)景模式現(xiàn)場(chǎng)勘察故障問題、線路走向、設(shè)備布局等，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示各接線圖上的運(yùn)行參數(shù)和設(shè)備運(yùn)行狀況， 能夠結(jié)合故障預(yù)判情況引導(dǎo)技術(shù)人員完成現(xiàn)場(chǎng)工作， 如圖3所示。

（4）縮減成本。 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)用電量與電費(fèi)分析，自動(dòng)進(jìn)行電能消耗的統(tǒng)計(jì)與分析，結(jié)合電力公司賬單結(jié)構(gòu)進(jìn)行峰谷平統(tǒng)計(jì)與記錄，從技術(shù)層面上降低用電成本、人力成本和管理成本。

（5）智能運(yùn)維。 系統(tǒng)提供智能助手引導(dǎo)，支持通過平臺(tái)的告警與線下的巡檢、維修關(guān)聯(lián)、進(jìn)行維修任務(wù)分配、工單派送及跟進(jìn)、并可實(shí)現(xiàn)定期巡檢及維修、維護(hù)業(yè)務(wù)的信息化管理，如圖4 所示。

圖3 系統(tǒng)圖與現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景結(jié)合

圖4 系統(tǒng)智能預(yù)判及派工

6 結(jié)語

本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)智能化運(yùn)營(yíng)管理高速公路電力系統(tǒng)，智能助手自動(dòng)生成每日工作方案可供選擇，使用者也可根據(jù)日常和特殊巡檢工作實(shí)際需要及特點(diǎn)，具有可安排周期、可計(jì)劃路線、可記錄數(shù)據(jù)、可監(jiān)督工作狀態(tài)、可匯總報(bào)告數(shù)據(jù)等功能，并可與現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)無縫連接，有效地了解、檢查巡檢工作狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電力設(shè)備或線路上的事故隱患， 提升機(jī)電設(shè)備運(yùn)行的安全性，降低生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)成本，提高工作效率，具有低成本、輕便易操作，設(shè)備使用時(shí)間長(zhǎng)等顯著優(yōu)點(diǎn)， 能夠有效彌補(bǔ)當(dāng)下高速公路電力管理中的難點(diǎn)和缺點(diǎn)， 同時(shí)也為未來實(shí)現(xiàn)高速公路智能化運(yùn)營(yíng)管理提供了可靠有效的先行經(jīng)驗(yàn)[3]。 高速公路電力智能管理系統(tǒng)所具備的應(yīng)用價(jià)值，以及低成本、高效率的顯著優(yōu)勢(shì)， 結(jié)合當(dāng)前高速公路迅速發(fā)展下的廣闊市場(chǎng)需求， 可以得知電力智能管理系統(tǒng)有著必然的推廣可行趨勢(shì)。