淺談公路項目機電工程的設備管理系統(tǒng)探討與應用

李明君

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：首先探討了機電智慧管控系統(tǒng)的設計架構以及機電系統(tǒng)的設計，然后對機電系統(tǒng)的構成進行分析，包括供配電系統(tǒng)、通風系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等，*后闡述機電智慧管控系統(tǒng)中需要實現(xiàn)的關鍵功能，如綜合監(jiān)控、設備管理、智慧巡檢、視頻管理、信息發(fā)布以及事件聯(lián)動與管理等，以期有效實現(xiàn)對工程機電系統(tǒng)的智慧管控。

關鍵詞：高速公路；隧道機電；智慧管控

0引言

在高速公路運營過程中，公路基礎設施是保障人們行車安全的重要手段。尤其是高速公路隧道工程，為實現(xiàn)隧道內的正常通車，需要在隧道內部布置完善的機電系統(tǒng)，包括隧道的供配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、通風消防系統(tǒng)等。在目前隧道機電系統(tǒng)中，各個系統(tǒng)相互獨立，既不利于公路運營人員的養(yǎng)護及管理，也容易導致隧道內的安全隱患。因此，為解決此類問題，應充分結合信息化技術的發(fā)展，研究設計一套隧道機電智慧管控系統(tǒng)，將機電系統(tǒng)各個獨立部分連接成整體，通過網(wǎng)絡對機電系統(tǒng)實施監(jiān)控，以保證高速公路的安全運營。

1工程概況

某高速公路工程路線全長62.5m，途徑多處山區(qū)地帶，為節(jié)省施工成本并保護當?shù)氐淖匀画h(huán)境，需要采用隧道的方式穿越山體。工程路線中共計隧道工程5處，總長度約為8.7km，在隧道建設中由于本身的空間密閉，視野范圍較小，需要安裝機電系統(tǒng)實現(xiàn)隧道內的照明與監(jiān)控。因此為確保工程隧道的安全行車，同時實現(xiàn)機電系統(tǒng)的有效管控，經(jīng)研究決定對隧道內的機電設施研發(fā)一種智慧管控系統(tǒng)，以提升隧道內機電系統(tǒng)的實時管控本文對該工程隧道機電系統(tǒng)智慧管控系統(tǒng)的應用進行分析。

2公路隧道機電智慧管控系統(tǒng)的應用

2.1機電智慧系統(tǒng)分析與設計

2.1.1系統(tǒng)架構分析

本工程隧道內的機電智慧系統(tǒng)通過一體化監(jiān)管平臺可以實現(xiàn)在隧道內全面布局感知系統(tǒng)、資源整合以及信息共享，從而全面提高隧道機電系統(tǒng)的綜合管控和風險管控能力，保障人們的出行安全，提升隧道的服務水平。同時，一體化監(jiān)管平臺可在隧道內充分利用高精度地圖、三維建模、智慧融合感知等技術，實現(xiàn)隧道內交通狀況的可視化，根據(jù)隧道的運行數(shù)據(jù)進行事件預警等，*終有效地將隧道機電系統(tǒng)的各個子系統(tǒng)集成于一個平臺之上，完成對隧道機電系統(tǒng)的智慧管控。

2.1.2機電系統(tǒng)設計

在隧道機電智慧管控系統(tǒng)設計中，主要包括系統(tǒng)平臺的數(shù)據(jù)庫建立以及系統(tǒng)的功能設計，結合工程隧道的實際情況，主要的隧道機電結構包括供配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、通風系統(tǒng)和消防系統(tǒng)等。在隧道智慧管控平臺數(shù)據(jù)庫設計時應整合多元業(yè)務數(shù)據(jù)，以加強外部設施的數(shù)據(jù)收集能力。完善系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集交換服務和共享能力數(shù)據(jù)的能力，將系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分為兩大類，分別為機電設備運行狀態(tài)和道路車輛運行信息，通過對數(shù)據(jù)的數(shù)字化分析繪制隧道的可視圖；針對隧道機電系統(tǒng)所需的功能，一體化監(jiān)管平臺應設計相應的綜合監(jiān)控、設備管理、智慧巡檢、視頻管理、信息發(fā)布以及應急事件的處理功能，從而保證機電系統(tǒng)的正常運作，確保隧道的運營安全。

2.2機電系統(tǒng)構成

2.2.1供配電系統(tǒng)

（1）隧道內的基本照明、消防水泵、通風設施、監(jiān)控設施及其他設施等設施均需要通電才能實現(xiàn)運營，因此隧道內需要具備完善的供配電系統(tǒng)。根據(jù)采用的各類機電設施的用電要求，本工程隧道內的供配電系統(tǒng)的用電負荷主要為一級負荷和三級負荷，其中上述的設施采用一級負荷，其他設施均采用三級負荷，根據(jù)此情況供電系統(tǒng)可采用雙電源供電形式設計，在供配電系統(tǒng)中利用10kV的電纜沿著隧道兩側進行布設，鋪設時所有的電纜放入設計的電纜溝中，避免暴露于隧道之內。

（2）電纜沿著隧道兩側布設完成后，工程隧道內部設置有變配電設施，布設的電纜會與變配電相互連接。當電流進入變配電設施之后，通過變配電設施的配置及變壓器的作用，會將電流分為一級負荷與三級負荷，通過設置的兩路電源分別向機電設施供電，保障機電系統(tǒng)的用電安全及正常運營。此外，本工程供配電系統(tǒng)接地處理采用TN-S形式，供配電系統(tǒng)所有變壓器的中性點均直接接地，接地電阻控制在1Ω,每一個變壓器中性點之后分別設置零線與保護線，兩種線路的設置不得出現(xiàn)相互連接問題，避免引發(fā)用電事故。

2.2.2通風系統(tǒng)

由于隧道是穿越山體進行修建，隧道內部其環(huán)相對封閉，為保證隧道內空氣的正常流通，需要在隧道內部設置通風系統(tǒng)來改善環(huán)境。本工程隧道的通風系統(tǒng)設置，主要由3大部分組成，分別為環(huán)境監(jiān)測、風機控制及區(qū)域控制網(wǎng)絡。其中通風系統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測功能是對隧道內的一氧化碳進行監(jiān)測，避免隧道中有害物質濃度超標；風機控制是為了保證隧道內空氣的流通，本隧道采用射流風機，該類型風機****隧的通風需求；區(qū)域控制網(wǎng)絡可利用信息化實現(xiàn)對通風系統(tǒng)的管控，有利于機電智慧管控系統(tǒng)的應用。

2.2.3消防系統(tǒng)

（1）消防系統(tǒng)是高速公路隧道機電系統(tǒng)結構中****的設施，在隧道消防系統(tǒng)設置中，主要功能包括火災檢測、滅火設備、隧道排煙及報警系統(tǒng)等。針對工程長度較大的隧道工程，在隧道內應設置橫向的緊急出口，當隧道運營過程中發(fā)生火災問題，隧道內的行駛人員可以及時逃出隧道，其次隧道內的火災監(jiān)測裝置，設置后保證其有效性，當遭遇火災問題可以及時反映至管理人員；滅火設備應貫穿整個隧道工程，每間隔一段位置設置一處消防設施并配備消防水管及滅火器；排煙及報警設施要實現(xiàn)對隧道排煙量的監(jiān)控，如排煙量過大則可以實現(xiàn)自動報警操作。

（2）在隧道的消防系統(tǒng)設置中，為避免火災過大造成人員傷亡問題，在隧道橫向的緊急出口中，應安裝防火卷簾門，并將卷簾門設置為手動開啟和電動開啟2種形式，正常情況下保持卷簾門的開啟狀態(tài)，在突發(fā)火災的緊急情況下，可將卷簾門關閉，避免火勢蔓延至緊急出口，同時針對行人的緊急出口，在設置時每一側均要安裝防火門，正常情況下保持防火門的關閉狀態(tài)，當隧道內的消防系統(tǒng)全部布設完成后，由上級消防主管部門進行驗收，保證消防設施的使用性能，以確保隧道的運營安全。

2.2.4照明系統(tǒng)

（1）對高速公路隧道來說，機電系統(tǒng)中****的就是照明系統(tǒng)，其能夠保證隧道內的光線滿足行車要求，從而保證隧道內的運營安全，因此照明系統(tǒng)也是隧道機電系統(tǒng)的*重要組成部分。本工程隧道內照明系統(tǒng)主要采用UPS電源供電，且供電設施的備用時間保持在30min以上，以保證運營期間不出現(xiàn)斷電的問題。在供電系統(tǒng)照明燈設置時，主要采用隧道拱頂單光帶的形式，在隧道內部設置雙排單光帶進行照明，局部較暗的區(qū)域可利用加強照明燈。

（2）依據(jù)不同的照明燈形式，隧道內的照明系統(tǒng)共分為加強照明燈、應急照明燈和基本照明燈3種，在安裝照明系統(tǒng)時這3種照明燈均布置于隧道兩側，應急照明燈與基本照明交錯安裝，各照明燈的距離控制在10m，應急照明燈的數(shù)量以基本照明燈數(shù)量保持一致。正常情況下基本照明燈按照要求開啟，當照明過程中遭遇緊急情況，則可立即啟動應急照明燈，保證隧道內的照明條件，在此過程中運營單位可及時排除故障恢復照明條件

2.2.5監(jiān)控系統(tǒng)

（1）為保證隧道內的行車安全，或者遭遇緊急情況可以第一時間獲得相關信息，在本工程隧道內設置監(jiān)控系統(tǒng)，以在隧道內部安裝攝像機對行駛的車輛進行實時監(jiān)控，這不僅可以監(jiān)控隧道內是否存在安全事故，還能記錄車輛是否存在違章行為，如超速形式、違規(guī)變道等，從而有利于保證隧道內的行車安全。基于此，本次隧道內的監(jiān)控系統(tǒng)設置時，主要采用定焦高清網(wǎng)絡攝像機和車行橫洞紅外球型高清網(wǎng)絡攝像機，安裝于隧道的弧線位置。

（2）在攝像機安裝過程中，施工單位應根據(jù)設計要求確定安裝位置和高度，保持預埋螺栓的中心距離與攝像機底座法蘭孔的距離一致。安裝中為減小垂直立柱的偏差，施工人員用經(jīng)緯儀測量垂直柱的垂直度，如果偏差較大，則可用墊片調節(jié)垂直柱的垂直度安裝后需要檢測其安裝效果，攝像機是否工作正常，是否能與機電智慧管控系統(tǒng)相連接，經(jīng)檢測調試正常后，組織對機電監(jiān)控系統(tǒng)的驗收工作。

2.3機電智慧系統(tǒng)功能研究

2.3.1綜合監(jiān)控

結合上述隧道機電智慧管控系統(tǒng)的功能，在一體化平臺上可實現(xiàn)隧道內的綜合監(jiān)控，即對隧道內全路段機電設施的監(jiān)控功能。在平臺的監(jiān)控軟件中，管控人員可以在平臺中監(jiān)管所有的機電設施，并結合GIS技術將隧道機電設施所得到的交通流數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、施工信息、事故信息和實時監(jiān)控視頻等，綜合地在計算機界面中呈現(xiàn)出來，同時能夠通過對應機電設施圖標顏色的變化，判斷該機電設備的運行狀態(tài)是否存在故障，以及設備當前工作的狀態(tài)和內容，以便實現(xiàn)隧道機電設施的綜合監(jiān)控。

2.3.2設備管理

隧道機電系統(tǒng)中采用的設備種類繁多且設備的數(shù)量較大，如采取普通的管理方式對設備維修、養(yǎng)護、更換等信息進行記錄管理，會大幅增加運營人員的工作量。本工程隧道機電智慧管控系統(tǒng)中具有設備管理功能，通過一體化監(jiān)管平臺，運營人員可以采用直觀的圖形操作界面，實現(xiàn)對設備的管理工作，這不僅包括設備的運行狀態(tài)，是否存在故障等問題，還包括設備的維修、保養(yǎng)臺賬，設備的更換、采購、報廢記錄以及設備廠商的基本信息等，有利于運營單位節(jié)省養(yǎng)護成本，保障機電設備的正常運行。

2.3.3智慧巡檢

上述設備管理功能主要采用直觀的圖形操作界面，使管控人員能夠在一體化平臺上完成對設備狀態(tài)及工作性能的監(jiān)督，而智慧巡檢功能則可以完成對隧道機電設施的檢查工作，減少隧道養(yǎng)護人員的工作量。該系統(tǒng)是利用虛擬巡邏車的方式代替人工，通過一體化管控平臺對虛擬巡邏車的巡檢路線及要求進行設置，然后啟動巡邏車輛代替人工進入隧道對機電設備進行檢查，管控人員可在一體化平臺上獲得巡檢結果，如機電設備存在故障，則巡檢車可通過聲光報警的方式通知給管控人員，并將巡檢結果在一體化平臺進行展示，管控人員根據(jù)需求將巡檢結果導出或打印。

2.3.4視頻管理

在隧道機電系統(tǒng)中配置監(jiān)控設施，為有效地利用監(jiān)控設施所拍攝的畫面，在機電智慧管控系統(tǒng)中具備視頻管理功能，該功能可以實現(xiàn)兩個功能，分別是實時監(jiān)控和視頻回放。其中實時監(jiān)控是將機電系統(tǒng)監(jiān)控設施的畫面轉播至一體化管控平臺，在管控平臺中可以對監(jiān)控畫面、監(jiān)控方式等進行遠程控制；視頻回放是指將機電監(jiān)控設施所拍攝記錄的畫面保存，需要時可以隨時從管控平臺調取，方便管控人員對隧道內事故發(fā)生原因、設備損壞原因等進行調查，確保機電系統(tǒng)的正常運營。

2.3.5信息發(fā)布

對隧道機電智慧管控系統(tǒng)而言，該系統(tǒng)可提供統(tǒng)一的服務接口，以方便管控人員利用一體化管控平臺發(fā)布相關信息，包括隧道的交通誘導信息、查詢服務信息、隧道內事故信息等。比如在隧道運營過程中存在火災安全隱患問題時，此時管控人員可通過智慧管控系統(tǒng)通過車輛檢測器、閉路電視系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)等發(fā)布預警信息，若已經(jīng)發(fā)生火災問題，則管控人員還可通過信息發(fā)布功能指揮和調度交通，從而避免造成重大損失。

2.3.6事件聯(lián)動與管理

在上述情境中，如隧道內發(fā)生火災問題，則可以利用機電智慧管控系統(tǒng)的事件聯(lián)動及管理功能報警理，該功能可以實現(xiàn)對系統(tǒng)各模塊的統(tǒng)一管理、分級處理，各個模塊根據(jù)工程實際情況設置閾值或狀態(tài)變化。當隧道運營過程中遭遇安全事故且事故危害等級超過設置的閾值，此時機電智慧管控系統(tǒng)可立即啟動預案，按照預先設置的要求報進行處理，如超過報警的閾值標準，就能自動觸發(fā)報警操作，從而保障隧道的運營安全。

3.高速公路供配電監(jiān)控系統(tǒng)

3.1概述

近年來，我國的高速公路發(fā)展非常迅速，已形成遍布全國的高速公路網(wǎng)，它在對國家經(jīng)濟發(fā)展作出突出貢獻的同時，也對高速公路管理及運營的自動化、智能化提出了嚴峻的考驗。高速公路自動化管理系統(tǒng)一般由通信、收費、監(jiān)控和供配電4個子系統(tǒng)組成，而通信、收費和監(jiān)控系統(tǒng)穩(wěn)定運行的基礎是供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

高速公路供配電監(jiān)控系統(tǒng)對高速公路沿線的變電站內的高低壓配電設備、發(fā)電機、變壓器、UPS、EPS、外場照明、隧道內的理地式變壓器與照明、通風及排水等機電設備進行實時分布式監(jiān)控和集中管理,實現(xiàn)無人值守,確保高速公路安全暢通,提高自動化管理水平,降低機電設備的運行維護成本。

高速公路供配電監(jiān)控系統(tǒng)包括隧道變電所、服務區(qū)變電所、收費站變電所、沿線箱式變電站、互通樞紐、路燈電源、風機控制箱等區(qū)域的電力綜合監(jiān)控。

圖1高速公路監(jiān)控對象

3.2.項目需求

高速公路供配電系統(tǒng)傳統(tǒng)維護的缺點有以下幾點：

1、巡檢工作量大：由于變電所分布在幾十至幾百公里的高速公路上，需要沿高速路逐一巡查；

2、設備發(fā)生故障后上報不及時、維修效率低；

3、維護、維修狀態(tài)無法實時監(jiān)控，維護、維修進度無法及時督查跟蹤；

4、缺乏信息化手段進行設備管理維護，導致隱患無法及時發(fā)現(xiàn)；

5、由于缺乏統(tǒng)一的監(jiān)管平臺，機電設施運行狀況無法及時、全面、準確掌握。

6、無法實現(xiàn)綜合查詢分析，提供輔助決策支持；

7、無法即時排查電氣隱患、隱蔽工程隱患檢查難；

針對高速公路傳統(tǒng)維護的缺點，為了保障高速公路供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行并減少維護人員的工作量，設計了一套高速公路供配電監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)的主要功能如下：

1、對配電房內的變壓器、開關柜電氣參數(shù)進行監(jiān)控；

2、對配電房內的UPS、EPS電氣參數(shù)進行監(jiān)視，當監(jiān)測到UPS和EPS的電池電壓過低時，及時進行維護，避免停電后無法操作斷路器；

3、對配電房內的發(fā)電機進行監(jiān)控，并對發(fā)電機油箱的油位進行實時監(jiān)控，避免油位過低影響發(fā)電機正常運行，以及柴油被盜后能及時發(fā)現(xiàn)并報警；

4、對配電房內饋線回路的漏電電流、線纜溫度進行監(jiān)測和異常報警；

5、對隧道的照明回路進行遠程控制，對隧道的引道照明回路和加強照明回路進行手動和自動控制；

6、隧道內消防疏散通道、出口有明顯的指示燈具，并可以通過不同應急預案進行緊急控制；

8、根據(jù)隧道配電房內可燃氣體濃度及煙霧啟停排風風機；

9、監(jiān)測隧道配電房內部環(huán)境溫濕度，煙霧、甲烷等可燃氣體監(jiān)測、報警及聯(lián)動控制；

10、監(jiān)控軟件采用B/S架構，全面接入以上監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過瀏覽器、手機APP或短信等方式提供數(shù)據(jù)監(jiān)測和異常報警，并可通過系統(tǒng)發(fā)布維保、巡檢及搶修派工任務。

3.3.參照標準

本方案遵循的國家標準有：

GB/T14285-2006《繼電保護和安全自動裝置技術規(guī)程》

GBT14598.300-2008《微機變壓器保護裝置通用技術要求》

GB/T2887-2011《計算機場地通用規(guī)范》

GB50052-2009《供配電系統(tǒng)設計規(guī)范》

GB/T20965-2013《控制網(wǎng)絡HBES技術規(guī)范住宅和樓宇控制系統(tǒng)》

GB50116-2013《火災自動報警系統(tǒng)設計規(guī)范》

GB14287-2014《電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)》

GB25506-2010《消防控制室通用技術要求》

GB50116-2013《火災自動報警系統(tǒng)設計規(guī)范》

GB28184-2011《消防設備電源監(jiān)控系統(tǒng)》

GB29364-2012《防火門監(jiān)控器》

GB51309-2018《消防應急照明和疏散指示系統(tǒng)技術標準》

JB/T10736-2007 《低壓電動機保護器》

GB/T15576-2008 《低壓成套無功功率補償裝置》

3.4.方案設計

根據(jù)高速公路供配電監(jiān)控系統(tǒng)要求，方案配置綜合監(jiān)控系統(tǒng)和子系統(tǒng)解決方案。

變電所電力監(jiān)控子系統(tǒng)

電氣火災監(jiān)控子系統(tǒng)

消防設備電源監(jiān)控子系統(tǒng)

消防應急照明和疏散子系統(tǒng)

高速公路供配電運維管理云平臺

方案建立基于云平臺的“監(jiān)、控、維"一體化的綜合監(jiān)控系統(tǒng)，從數(shù)據(jù)采集、通信網(wǎng)絡、系統(tǒng)架構、聯(lián)動控制和綜合數(shù)據(jù)服務等方面的設計，解決了高速公路監(jiān)控系統(tǒng)中存在內部干擾性強、使用單位多及協(xié)調復雜的根本問題，大大提高了系統(tǒng)運行的可靠性和可管理性，提升了高速公路基礎設施、環(huán)境和設備的使用和恢復效率。

高速公路供配電監(jiān)控監(jiān)控

3.5電力監(jiān)控子系統(tǒng)

電力監(jiān)控系統(tǒng)主要針對隧道變電所、箱式變電站、收費站和服務區(qū)變電所，對變電所高壓回路配置微機保護裝置及多功能儀表、UPS、EPS和發(fā)電機進行保護和監(jiān)控，主要是服務對象為高速公路供配電系統(tǒng)的維護人員，對實時性要求較高。

3.5.1電力監(jiān)控子系統(tǒng)設備選型

變電所高低壓柜主要配置如下：

3.5.2電力監(jiān)控子系統(tǒng)功能

實時監(jiān)測

系統(tǒng)人機界面友好，以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)、電能等電參數(shù)信息，動態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開關、地刀等合、分狀態(tài)，以及有關故障、告警等信號。

詳細電參量查詢

在配電一次圖中，可以直接查看該回路詳細電參量，包括三相電流、三相電壓、三相總有功功率、總無功功率、總功率因數(shù)、正向有功電能，并可以查看24小時相電流趨勢曲線。

運行報表

查詢各回路或設備**時間的運行參數(shù)，報表中顯示電參量信息應包括：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.

實時報警

電力監(jiān)控系統(tǒng)具有實時報警功能，系統(tǒng)能夠對配電回路斷路器、隔離開關、接地刀分、合動作等遙信變位，保護動作、事故跳閘等事件發(fā)出告警。電力監(jiān)控系統(tǒng)具有實時語音報警功能，系統(tǒng)能夠對所有事件發(fā)出語音告警。

歷史事件查詢

電力監(jiān)控系統(tǒng)能夠對遙信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析。

電能統(tǒng)計報表

電力監(jiān)控系統(tǒng)以豐富的報表體支撐量體系的完整性。系統(tǒng)具備定時抄表匯總統(tǒng)計功能，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運行以來任意時間段內各配電節(jié)點的用電情況，即該節(jié)點進線用電量與各分支回路消耗電量的統(tǒng)計分析報表。

用戶權限管理

電力監(jiān)控系統(tǒng)為保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，設置了用戶權限管理功能。通過用戶權限管理能夠防止未經(jīng)授權的操作（如遙控的操作，數(shù)據(jù)庫修改等）。可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限，為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

遙控操作

電力監(jiān)控系統(tǒng)可以對整個配電系統(tǒng)范圍內的設備進行遠程遙控操作。例如配電系統(tǒng)維護人員可以通過監(jiān)控系統(tǒng)的主界面點擊相應的斷路器遙信點調出遙控操作界面，可以及時執(zhí)行調度系統(tǒng)或站內相應的操作命令。

網(wǎng)絡拓撲圖

電力監(jiān)控系統(tǒng)支持實時監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡結構；可在線診斷設備通訊狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡異常時能自動在界面上顯示故障設備或元件及其故障部位。

3.5.3電能質量治理

ANAPF系列有源電力濾波器通過電流互感器采集系統(tǒng)諧波電流，經(jīng)控制器快速計算并提取各次諧波電流的含量，產(chǎn)生諧波電流指令，通過功率執(zhí)行器件產(chǎn)生與諧波電流幅值相等方向相反的補償電流，并注入電力系統(tǒng)中，從而抵消非線性負載所產(chǎn)生的諧波電流。

產(chǎn)品特點：

補償方式靈活：既可補諧波，又可兼補無功，可對2-51次諧波進行全補償或**特定次諧波進行補償；

可治理三相不平衡；

線性補償，響應時間≤5ms；

具有人性化的人機交互界面，可通過該界面看到系統(tǒng)和本體的實時電能質量信息，操作簡單，可以遠控，也可以本控；

采用進口IGBT，功率密度大，可靠性高；

采用DSP高速檢測和運算的數(shù)字控制系統(tǒng)；

監(jiān)控以及顯示具備遠程通訊接口，可以通過PC機實時監(jiān)控；

標準模塊化設計，縮短交付周期，同時提高了使用的可靠性和可維護性。

ANSVG靜止無功發(fā)生器是一種用于補償無功、諧波治理以及不平衡調節(jié)的新型電力電子裝置；智能控制系統(tǒng)主動根據(jù)系統(tǒng)的線性動態(tài)需求，自動調節(jié)模塊的輸出；ANSVG整機主要是由ANSVG模塊組成；能完成更大容量的無功功率的補償，整機通過一個7寸觸摸屏實現(xiàn)人機交互。觸摸屏通過RS485與ANSVG模塊進行通信。

功能特點：

補償方式靈活：補償負載無功，濾除5、7、9、11、13次以內的諧波；

可治理三相不平衡；

線性補償，響應時間≤5ms；

具有人性化的人機交互界面，可通過該界面看到系統(tǒng)和本體的實時電能質量信息，操作簡單，可以遠控，也可以本控；

采用進口IGBT，功率密度大，可靠性高；

采用DSP高速檢測和運算的數(shù)字控制系統(tǒng)；

監(jiān)控以及顯示具備遠程通訊接口，可以通過PC機實時監(jiān)控；

標準模塊化設計，縮短交付周期，同時提高了使用的可靠性和可維護性。

3.6電氣火災監(jiān)控子系統(tǒng)

電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)作為火災自動報警系統(tǒng)的預警子系統(tǒng)，由電氣火災監(jiān)控主機、電氣火災監(jiān)控單元、剩余電流式電氣火災探測器以及測溫式電氣火災探測器組成，通過現(xiàn)場總線構成一套完整的預防電氣火災的監(jiān)控系統(tǒng)，數(shù)據(jù)可集成至高速公路監(jiān)控系統(tǒng)。

高速公路電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)以防火分區(qū)為單位設置，采集數(shù)據(jù)后上傳至監(jiān)控主機，實現(xiàn)對高速公路電氣安全預警。現(xiàn)場設置的傳感器監(jiān)測配電系統(tǒng)回路的漏電電流和線纜溫度，異常時實時發(fā)出報警信號。

3.6.1電氣火災監(jiān)控子系統(tǒng)設備選型

3.6.2電氣火災監(jiān)控子系統(tǒng)功能

監(jiān)控報警功能

監(jiān)控設備能接收多臺探測器的剩余電流、溫度信息，報警時發(fā)出聲、光報警信號，同時設備上紅色“報警"指示燈亮，顯示屏指示報警部位及報警類型，記錄報警時間，聲光報警一直保持，直至按設備的“復位"按鈕或觸摸屏的“復位"按鍵遠程對探測器實現(xiàn)復位。對于聲音報警信號也可以使用觸摸屏“消聲"按鍵手動消除。

控制輸出功能

當被監(jiān)測回路報警時，控制輸出繼電器閉合，用于控制被保護電路或其他設備，當報警消除后，控制輸出繼電器釋放。

故障報警功能

通訊故障報警：當監(jiān)控設備與所接的任一臺探測器之間發(fā)生通訊故障或探測器本身發(fā)生故障時，監(jiān)控畫面中相應的探測器顯示故障提示，同時設備上的黃色“故障"指示燈亮，并發(fā)出故障報警聲音。

電源故障報警：當主電源或備用電源發(fā)生故障時，監(jiān)控設備也發(fā)出聲光報警信號并顯示故障信息，可進入相應的界面查看詳細信息并可解除報警聲響。

報警記錄存儲查詢功能

當發(fā)生剩余電流、超溫報警或通訊、電源故障時，將報警部位、故障信息、報警時間等信息存儲在數(shù)據(jù)庫中，當報警解除、排除故障時，同樣予以記錄。歷史數(shù)據(jù)提供多種便捷、快速的查詢方法。

3.7消防設備電源監(jiān)控子系統(tǒng)

高速公路電力電纜、燃氣管線比較多，火災風險高，消防設備比較多，消防設備電源監(jiān)控系統(tǒng)主要功能就是用于監(jiān)測消防設備的工作電源是否正常，保障在發(fā)生火災時消防設備可以正常投入使用。

消防設備電源監(jiān)控監(jiān)控系統(tǒng)采用消防二總線，以高速公路防火分區(qū)設置區(qū)域分機采集消防設備電源狀態(tài)，區(qū)域分機通過二總線接收多臺傳感器的電壓、電流信息和開關狀態(tài)信息，以此實現(xiàn)對消防設備電源工作狀態(tài)的實時監(jiān)視。

。

3.7.1消防設備監(jiān)控子系統(tǒng)設備選型

3.7.2消防設備監(jiān)控子系統(tǒng)功能

監(jiān)控功能

監(jiān)控器通過RS485總線接收多臺傳感器的電壓、電流信息和開關狀態(tài)信息，以此實現(xiàn)對消防設備電源工作狀態(tài)的實時監(jiān)視。故障時發(fā)出聲光故障報警信號。

控制輸出功能

當被監(jiān)測回路報警時，可控制輸出繼電器閉合，用于控制被保護電路或其他設備，當故障消除后，控制輸出繼電器釋放。

報警功能

系統(tǒng)故障報警：程序不能正常運行時，監(jiān)控設備發(fā)出聲光報警信號。

其它故障報警：主電源或備用電源出現(xiàn)異常，監(jiān)控設備和傳感器回路發(fā)生短路、斷路等故障，或者傳感器發(fā)出被檢測電源的各種故障信號時，監(jiān)控設備發(fā)出聲光報警信號。

記錄存儲查詢功能

當發(fā)生過壓、欠壓、錯相、過流故障報警或通訊、電源故障時，系統(tǒng)將故障報警部位、故障信息、故障報警時間等信息存儲在數(shù)據(jù)庫中，當故障報警解除、排除故障時，同樣予以記錄。

主備電源切換功能

當主電源發(fā)生停電、欠壓等故障時，監(jiān)控設備可自動切換到備用電源工作；當主電源恢復正常供電時，自動切回到主電源，切換過程中保證監(jiān)控設備連續(xù)平穩(wěn)運行。

3.8消防應急照明和疏散指示系統(tǒng)

高速公路的隧道距離比較長，空間狹小，200米設置一個防火分區(qū)，一旦發(fā)生火災，通過消防應急照明和疏散指示燈具指引快速疏散。

每個防火分區(qū)燈具數(shù)量較少，但是距離比較長，在每個防火分區(qū)設置小功率集中，通過光纖和控制器通訊，由于高速公路特殊環(huán)境，燈具需要具備IP65以上防護等級。

3.8.1消防應急照明和疏散指示系統(tǒng)設備選型

3.8.2消防應急照明和疏散指示系統(tǒng)功能

消防聯(lián)動

本系統(tǒng)與火災自動報警系統(tǒng)無縫對接，當發(fā)生火災時，第一時間得到火災信息，系統(tǒng)自動生成逃生路線。同時也可以通過自動和手動兩種方式進入應急狀態(tài)。

故障報警

本系統(tǒng)采用消防二總線將具有通信功能的設備和燈具相互連接起來，當監(jiān)控系統(tǒng)中的設備及燈具發(fā)生短路、斷路等故障時，控制器能發(fā)出故障報警信號，指示故障報警地點并保存故障報警信息，*大限度地保障了電氣安全的可靠性。

系統(tǒng)監(jiān)控

控制器可對系統(tǒng)內部的所有組件工作狀態(tài)進行24小時監(jiān)控，實時檢測其工作狀態(tài)是否正常，包括集中電源、分配電裝置、燈具，火災報警時，能迅速發(fā)出指令，控制燈具的顯示狀態(tài)

系統(tǒng)自檢

自動檢查控制器中所有狀態(tài)指示燈、顯示屏、喇叭、打印機是否正常。自檢功能分為常規(guī)自檢、月檢和年檢，定期檢查電路故障，消除安全隱患。常規(guī)自檢方式為所有指示燈閃亮、顯示器、音響器件發(fā)聲；月檢方式為上電24H后，每隔30天應急工作30~180秒；年檢方式為每年應急工作時間不少于30min。

記錄查詢

當系統(tǒng)發(fā)生應急啟動、故障等事件時，控制器能自動記錄事件類型，事件發(fā)生時間，事件發(fā)生區(qū)域以及事件的詳細信息，可在日志記錄中自定義查詢日期及范圍，控制器能存儲事件記錄超過10000條。

導光流

控制器可通過軟件界面設置燈具順序閃亮的頻率，2～32Hz可設。

4高速公路供配電監(jiān)控云平臺

高速公路監(jiān)控中心中，使管理人員可以隨時輕易的掌握所有情況。 

系統(tǒng)采集高速公路供電系統(tǒng)內各個智能設備的信息，有異常時通過短信或APP推送報警信號，并且可以派發(fā)工單，并且進行跟蹤閉環(huán)處理。

4.1.平臺登錄

軟件采用B/S架構，用瀏覽器打開云平臺鏈接、輸入賬戶名和權限密碼，進行登錄，防止未授權人員瀏覽有關信息。

4.2.平臺導航

平臺主頁顯示用戶管理變配電站的概況，包括用能月報、選定的變配電站狀態(tài)、變壓器狀態(tài)、運維中心、看板。

變電站狀態(tài)

變電站狀態(tài)包括概況、運行狀態(tài)、當日事件記錄、當日逐時用電曲線、用電概況。

變壓器狀態(tài)

變壓器狀態(tài)支持用戶查詢所有或某個站所的變壓器功率、負荷率、等運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，支持按負荷率、功率等升、降序排名。

運維中心

運維中心展示當前用戶管理的有關變電所在地圖上位置及總量信息。

4.3.電力監(jiān)測

電力監(jiān)測包括電力數(shù)據(jù)、變壓器監(jiān)測、運行報表、配電圖、電力極值表、運行日報、平均功率因數(shù)監(jiān)視和統(tǒng)計頁面。

4.4.用電分析

用電分析包括用能報表、同比分析、環(huán)比分析、電能集抄、計量及線路損耗。

用能報表

用能報表顯示各回路的用能數(shù)據(jù)，包括日報、月報、年報，日報顯示分時用能，月報顯示分日用能，年報顯示分月用能，報表可以導出。

4.5.事件記錄

事件記錄方便運維人員查看分析設備如斷路器合分、門開門關、電流電壓越限告警、煙霧報警、氣體濃度越限報警、浸水報警、故障告警、短信志、平臺運行日志等記錄。

4.6.安全用電

安全用電包括漏電監(jiān)測和線纜溫度監(jiān)測。

漏電監(jiān)測

漏電監(jiān)測展示選中變配電站的漏電流和線纜溫度及報警狀況。

線纜溫度監(jiān)測

線纜溫度監(jiān)測界面展示了選中變配電站的線纜溫度，選中需查看的監(jiān)測點，點擊查詢可以查看線纜溫度的歷史數(shù)據(jù)

4.7.運行環(huán)境

運行環(huán)境包括環(huán)境監(jiān)測、視頻監(jiān)控、環(huán)境溫濕度、儀表通訊狀態(tài)、網(wǎng)關通信狀態(tài)、視頻監(jiān)控、視頻設備狀態(tài)等。

環(huán)境監(jiān)測

環(huán)境監(jiān)測展示了變配電站內的環(huán)境狀態(tài)，包括環(huán)境溫濕度、水浸、煙霧、門狀態(tài)等信息

視頻監(jiān)控

視頻監(jiān)控展示了當前實時畫面（視頻直播），選中某一個變配電站，即可查看該變配電站內視頻信息。

環(huán)境溫濕度

環(huán)境溫濕度展示變電所內儀表記錄的環(huán)境溫濕度信息，并可導出為excel。

視頻設備狀態(tài)

視頻設備狀態(tài)展示了變電所內視頻設備的在線情況。

4.8.設備控制

設備控制包括遙控定義、照明控制以及控制操作日志。

照明控制

照明控制可以控制燈泡的亮滅，選擇“變配電站"，點擊勾選要控制的設備，點擊“控制"按鈕，在彈出層選擇設備狀態(tài)，點擊“確定"。

4.9.設備管理

設備管理包括設別定義、設備檔案和設備報表，在設備檔案中對變電所設備進行維護處理。

設備檔案

設備檔案中選擇變電所，對設備定義的模板進行導入，有新增、修改、刪除、復制等操作，對變電所設備進行維護管理。/

設備報表

設備報表展示了各個變電所的設備狀況，并根據(jù)設備檔案中填寫的安裝時間和質保期得出建議更換時間，并在舉例建議更換時間7天內提示用戶更換設備。

4.10.運維管理

運維管理包括任務管理、巡檢記錄、缺陷記錄三部分，其中任務管理可以完成任務的創(chuàng)建、發(fā)布、任務完成情況查詢；巡檢記錄是巡檢任務的執(zhí)行情況和執(zhí)行明細，缺陷記錄是消缺任務創(chuàng)建、發(fā)布、完成狀態(tài)情況查詢。

任務管理

任務管理頁面可以發(fā)布巡檢或消缺任務，查看巡檢或消缺任務的狀態(tài)和完成情況，可以點擊查看任務查看具體的巡檢信息。

巡檢記錄

巡檢記錄顯示了巡檢任務的完成情況，以及巡檢詳情。

缺陷記錄

缺陷記錄記錄了各個變電所運維巡檢過程中上傳的缺陷信息。

4.11.APP支持

電力運維手機支持“監(jiān)控系統(tǒng)"、“設備檔案"、“待辦事項"、“巡檢記錄"、“缺陷記錄"、“文檔管理"和“用戶報告"七大模塊，支持一次圖、需量、極值、用電量、視頻、曲線、溫濕度、同比、環(huán)比、電能質量、各種事件報警查詢，設備檔案查詢、待辦事件處理、巡檢記錄查詢、用戶報告、文檔管理等。

5售后承諾和質量保證

5.1維護服務

我公司的技術人員將負責系統(tǒng)工程的安裝、調試及優(yōu)化等工作，提供全面、及時的培訓、維護、咨詢服務，并配合用戶管理系統(tǒng)的運行。

在整個系統(tǒng)運行期內，系統(tǒng)所有故障問題的檢測和恢復均由我公司負責，并作現(xiàn)場測試和恢復。在故障問題發(fā)生時，我公司將及時派出富有經(jīng)驗的工程師（或工程師小組），利用有關工具和測試設備，檢測問題所在，并及時提出解決方案。具體地說，我們公司將成立專項服務小組，由技術部工程師負責該項目所涉及人員的技術培訓及解決日常出現(xiàn)的一些問題。我公司將免費接受用戶的電話技術咨詢和書函技術咨詢，幫助用戶解決在應用過程中遇到的各種技術問題。

對于非設備性故障或一般性故障以及電話技術咨詢，我公司保證在1小時內給予回應，必要時派專業(yè)技術人員到達現(xiàn)場處理故障。

對于設備性故障，一方面在系統(tǒng)設計時，我們盡量避免單點故障，另一方面我們將利用我們公司的零備件應急供應體系，及時排除故障，保證不影響系統(tǒng)的正常運行。

5.2維修服務

系統(tǒng)自驗收合格之日起，免費保修三年，終身維護。系統(tǒng)常規(guī)軟件****維護。

在質保期間發(fā)生問題，我方會在收到通知后及時響應，24小時內派合格的技術人員并攜帶工具無條件到現(xiàn)場作技術服務，除非該問題可以通過通訊解決。

在質保期內，如因我方責任需要調換或修理合同設備，并由此引起合同設備停機時，則有關合同設備的質保期按實際停機時間相應延長。重新修理或更換后的合同設備部件的質保期為修理和更換完畢并經(jīng)雙方確認相應延長，但不能少于規(guī)定的一年質保期。

在質保期滿后30天內，買方因在質保期內發(fā)現(xiàn)合同設備有缺陷而出具的索賠證明仍然有效。

免費維修期內人為或自然災害引起的故障或損壞，僅收取維修成本費。

免費維修期以外的維修服務僅收取維修成本費。

5.3更新改進服務

本公司產(chǎn)品設計更新提高或軟件版本升級，我司將即時通知和協(xié)助需方進行已運行系統(tǒng)的改進提高，并無償提供軟件新版本。

用戶對系統(tǒng)改制、擴容、拆點等不同要求，公司將及時、準確地予以滿足。

5.4質量保證

我公司通過了ISO9001認證。公司各項與質量有關的活動均嚴格按ISO9001:2008的要求開展。

公司從產(chǎn)品的整個過程對產(chǎn)品的質量進行控制。對訂貨合同，公司組織相關人員進行認真評審，并及時將評審結果傳達給相關人員，以確保產(chǎn)品能充分滿足顧客的要求。

在產(chǎn)品的設計和開發(fā)過程中，開發(fā)人員根據(jù)顧客的要求，相關的國際、國家、行業(yè)標準以及相關法律和法規(guī)編制開發(fā)計劃。

在設計和開發(fā)的過程中，分階段的進行設計評審和設計驗證，設計完成后，選擇能代表顧客的單位進行確認，確保公司的設計能滿足顧客的要求。

在原材料的采購方面，本公司事先對供應商進行調查，確信他們的質量保證能力后才會實施采購。

在生產(chǎn)安裝和加工的過程中，本公司制訂了完善的工藝指導書，并在管理人員的監(jiān)督下由生產(chǎn)人員實施操作，以保證產(chǎn)品的均一性及質量的穩(wěn)定性。

在檢驗和試驗的過程中，首先由質管部和開發(fā)部一起按企業(yè)標準制訂檢驗標準和檢驗作業(yè)指導書，并指導檢驗人員嚴格執(zhí)行。本公司的檢驗和試驗設備齊全，且都經(jīng)過相關技術監(jiān)督部門的校驗，確認合格后方可使用。檢驗中發(fā)現(xiàn)的產(chǎn)品不合格會及時反饋給責任部門，追查不合格原因，并限期整改。

本公司有完善的培訓制度，員工上崗前按規(guī)定接受培訓，經(jīng)考核合格后方可上崗，保證每個崗位上均有一批訓練有素的骨干人員，為產(chǎn)品的質量合格提供了強有力的保障。

我方保證貨物是全新、未使用過的，是用**的工藝和*佳材料制造而成的并**符合合同規(guī)定的質量、技術規(guī)范和性能的要求。我方保證所提供的貨物經(jīng)正確安裝、正常運轉和保養(yǎng)在其使用壽命期內應具有滿意的性能。在貨物質量保證期之內，我方對由于設計、工藝或材料的缺陷而發(fā)生的任何不足或故障負責。

6典型案例

6.1荔浦至玉林段高速公路配電工程

荔玉高速公路是《廣西高速公路網(wǎng)規(guī)劃》“四縱六橫三支線"布局中“縱二"荔浦至鐵山港高速公路的組成部分，也是國家高速公路網(wǎng)G59廣西境段重要組成部分。項目建成后，將成為桂林、梧州、玉林通往北海、湛江等沿海城市*便捷的高速公路通道，對于加快區(qū)域一體化步伐、促進經(jīng)濟社會發(fā)展具有重要意義。荔玉高速公路全長261.7公里，設計標準為雙向四車道，工程內容包括：橋梁198座，隧道14座，涵洞、通道1759道，互通式立交20處，服務區(qū)5對。

本次針對荔浦至玉林高速公路配電工程項目中不同保護對象配置不同微機保護裝置，10kV進線柜配置AM5-F線路保護裝置，共22只；10kV變壓器出線柜配置AM5-T變壓器保護裝置，共22只。0,4KV配電房，配置了PZ96L系列的多功能儀表800只；本工程10kV配電工程共有16個隧道變電所，為實時監(jiān)視整個配電室的運行以及數(shù)據(jù)采集，該項目配置一套Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)，主要實現(xiàn)對荔浦至玉林高速公路各個變電所的用電監(jiān)控與管理。監(jiān)控范圍為變電所的微機保護裝置、電能表、變壓器溫控儀、EPS、UPS、無功補償、發(fā)電機控制屏、油箱液位儀、水泵運行狀態(tài)和水位、風機軟啟動器和照明控制器。本系統(tǒng)由用戶管理層、網(wǎng)絡通信層、現(xiàn)場設備層三部分組成，現(xiàn)場設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)交換機上傳至電力監(jiān)控系統(tǒng)主機，實現(xiàn)電力設備集中監(jiān)控功能。

6.2廣西崇左至水口高速電力監(jiān)控系統(tǒng)

廣西崇左到水口高速全線全長94.053公里，設置橋梁27座，隧道2座（其中特長隧道1座），互通式立交6處，服務區(qū)2處，停車區(qū)1處，管理分中心。

本系統(tǒng)由用戶管理層、網(wǎng)絡通信層、現(xiàn)場設備層三部分組成，現(xiàn)場設置的綜保、微機保護裝置、電能表、變壓器溫控儀、EPS、UPS、無功補償、發(fā)電機控制屏、油箱液位儀采用屏蔽雙絞線連接至各配電房的通訊管理機，各配電房的通訊管理機將數(shù)據(jù)分類處理后，通過網(wǎng)線連接至高速公路局域網(wǎng)交換機上傳至電力監(jiān)控系統(tǒng)主機，實現(xiàn)電力設備集中監(jiān)控功能。

7結語

通過隧道內機電系統(tǒng)智慧管控系統(tǒng)的應用，公路運營單位可以有效地利用管控系統(tǒng)對各機電系統(tǒng)進行監(jiān)督，如隧道內發(fā)生安全問題或意外事故，運營單位可以及時獲取相關信息，安排維修人員對機電系統(tǒng)進行維護，從而保證隧道內的行車安全。但由于隧道機電系統(tǒng)組成部分眾多，為實現(xiàn)更為合理的管控，仍需加強對隧道機電智慧管控系統(tǒng)的研究，從而進一步進隧道工程的發(fā)展，保證我國公路的行車安全。

參考文獻：

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[3]譚小剛.高速公路隧道機電設施檢測技術應用研究[D].西安：長安大學，2014.

[4]侯建.高速公路隧道機電設施養(yǎng)護檢測技術[J].交通世界，2019（10）：155-156.

[5]車志英.高速公路隧道機電設施養(yǎng)護檢測技術研究[J].四川水泥，2020（3）：277.

[6]梁云龍，趙云濤.高速公路隧道機電智慧管控系統(tǒng)的應用與研究

[4]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2023.01版

作者簡介

李明君，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，銷售工程師，主要負責高速公路管控系統(tǒng)的應用研究。