【摘 要】為提高青島海灣大橋的生產(chǎn)與管理效益,通過(guò)設(shè)置海灣大橋電力監(jiān)控系統(tǒng),利用先進(jìn)成熟的計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、多媒體技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù),實(shí)現(xiàn)大橋沿線各類(lèi)供配電設(shè)施、照明設(shè)施(路燈照明、景觀照明、橋梁結(jié)構(gòu)照明)的配電自動(dòng)化、無(wú)人值班、自動(dòng)控制、自動(dòng)監(jiān)測(cè)等,推動(dòng)海灣大橋機(jī)電設(shè)施管理向自動(dòng)化、綜合化、集中化、智能化方向發(fā)展。
【關(guān)鍵詞】青島海灣大橋 綜合電力監(jiān)控系統(tǒng) 電力參數(shù)監(jiān)控
青島海灣大橋是青島市道路交通網(wǎng)絡(luò)中膠州灣東西岸跨海通道的重要組成部分,也是山東省“五縱四橫一環(huán)”公路網(wǎng)主框架的重要組成部分。青島海灣大橋起于青島側(cè)膠州灣高速李村河處,設(shè)李村河互通立交與膠州灣高速公路相接;設(shè)計(jì)終于黃島側(cè)膠州灣高速東1km處,順接濟(jì)青南線設(shè)計(jì)起點(diǎn);中間設(shè)紅島互通與擬建的紅島連接線相接。
一、系統(tǒng)構(gòu)成
(一)系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)
海灣大橋沿線共設(shè)有4處變電所(紅島管理中心(大橋主變電所)、紅島收費(fèi)站、黃島養(yǎng)護(hù)工區(qū)、青島主線收費(fèi)站)、2處箱式變電站(李村河南收費(fèi)站、李村河北收費(fèi)站),橋梁段設(shè)置中壓供電系統(tǒng)及若干埋地變、路燈照明配電箱、檢修配電箱、景觀照明配電箱、交通信號(hào)燈(航道障礙燈、航道標(biāo)志燈)、除濕設(shè)施等。根據(jù)該路運(yùn)營(yíng)管理體制方案、沿線供配電設(shè)施的分布情況及從系統(tǒng)可靠性出發(fā),本項(xiàng)目考慮沿線共設(shè)置27處電力監(jiān)控子站,其中,橋上無(wú)人監(jiān)控子站25處,收費(fèi)站變電所監(jiān)控子站2處(紅島變電所監(jiān)控子站、青島主線變電所監(jiān)控子站)。考慮到供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及管理的便捷性,李村河南、北兩處收費(fèi)站箱式變電站的電力監(jiān)控信號(hào)就近納入青島主線變電所監(jiān)控子站。
(二)系統(tǒng)監(jiān)控層次
系統(tǒng)可以分為三個(gè)層次:監(jiān)控子站層(現(xiàn)地設(shè)備層)、通信網(wǎng)絡(luò)層、監(jiān)控管理層(遠(yuǎn)方集控層)。
監(jiān)控子站層的各電力參數(shù)監(jiān)控設(shè)備(高、低壓測(cè)控單元、低壓智能無(wú)功補(bǔ)償控制器、ATS控制器、變壓器溫控儀、發(fā)電機(jī)控制屏、UPS、交流接觸器等)分別通過(guò)RS485總線與通信管理機(jī)相連,通信管理機(jī)進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換成Ethernet數(shù)據(jù),然后通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)層(冗余光纖工業(yè)以太環(huán)網(wǎng))與監(jiān)控管理層進(jìn)行數(shù)據(jù)通信;監(jiān)控子站層的視頻監(jiān)測(cè)設(shè)備(球型遙控?cái)z像機(jī)、環(huán)境傳感器等)經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)視頻編碼器后將模擬視頻數(shù)據(jù)和串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成Ethernet數(shù)據(jù)后,同樣通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)層(冗余光纖工業(yè)以太環(huán)網(wǎng))與監(jiān)控管理層進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。通信網(wǎng)絡(luò)層是電力監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵之一,系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用環(huán)形結(jié)構(gòu),如圖1所示:
綜合工程投資及運(yùn)行的可靠性,本系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選用環(huán)形結(jié)構(gòu),采用冗余單模光纖環(huán)網(wǎng)技術(shù), 根據(jù)海灣大橋的路線特點(diǎn)及供配電設(shè)施的分布情況,在紅島~青島間、紅島~黃島間分別構(gòu)建冗余千兆工業(yè)以太環(huán)網(wǎng),構(gòu)建海灣大橋電力監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
監(jiān)控管理層(遠(yuǎn)方集控層)由電力監(jiān)控主機(jī)(互為備用)、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、視頻主機(jī)、打印機(jī)等設(shè)備由交換機(jī)連接,通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)層與現(xiàn)地各監(jiān)控子站進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,實(shí)現(xiàn)電力參數(shù)監(jiān)控子系統(tǒng)的SCADA功能和變電所視頻監(jiān)視子系統(tǒng)的監(jiān)視、控制、錄像等功能。同時(shí)監(jiān)控管理層將電力監(jiān)控信息通過(guò)通信系統(tǒng)上傳給海灣大橋監(jiān)控中心。
二、 系統(tǒng)主要功能
海灣大橋電力監(jiān)控系統(tǒng)功能可以劃分為:電力參數(shù)監(jiān)控子系統(tǒng)(含供配電、照明等),變電所視頻監(jiān)視及環(huán)境監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)等部分。如圖2所示:
(一)電力參數(shù)監(jiān)控子系統(tǒng)
遙測(cè)功能
1.10kV進(jìn)線三相電壓、電流、有功功率,無(wú)功功率、功率因素、頻率、電能;
2.低壓總開(kāi)關(guān)回路三相電壓、電流、有功功率,無(wú)功功率、功率因素、頻率、電能;
3.0.4kV饋線三相電壓、三相/單相電流、功率因素、有功功率,無(wú)功功率、頻率;
4.發(fā)電機(jī)輸出三相電壓、電流、有功功率,無(wú)功功率、功率因素、頻率;
5.外場(chǎng)照明回路三相電壓、電流、有功功率,無(wú)功功率、功率因素;
6.UPS輸入/輸出電壓、頻率、電池工作參數(shù)、負(fù)載。
遙信功能
1.10kV進(jìn)線開(kāi)關(guān)狀態(tài)與故障報(bào)警;
2.變壓器超溫狀態(tài)、變壓器風(fēng)機(jī)開(kāi)停狀態(tài)、故障報(bào)警等;
3.0.4kV總進(jìn)線開(kāi)關(guān)狀態(tài)與故障報(bào)警;
4.0.4kV出線手/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)狀態(tài)、斷路器運(yùn)行狀態(tài)及故障報(bào)警;
5.ATS位置狀態(tài);
6.無(wú)功補(bǔ)償狀態(tài)信號(hào)及刀熔開(kāi)關(guān)熔斷器接通信號(hào);
7.柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)及故障報(bào)警、出線開(kāi)關(guān)狀態(tài);
8.UPS運(yùn)行狀態(tài);
9.監(jiān)測(cè)變電所風(fēng)機(jī)及照明配電箱手動(dòng)/自動(dòng)狀態(tài)、繼電器狀態(tài)及故障報(bào)警。
遙控功能
1.10kV開(kāi)關(guān)
2.0.4kV低壓進(jìn)線總開(kāi)關(guān)
3.0.4kV低壓饋線斷路器或照明回路交流接觸器
4.ATS開(kāi)關(guān)
5.柴油發(fā)電機(jī)組
(二)變電所視頻監(jiān)視子系統(tǒng)
變電所視頻監(jiān)視子系統(tǒng)中應(yīng)實(shí)現(xiàn)如下功能:
1.畫(huà)面監(jiān)視、多畫(huà)面分割和畫(huà)面切換功能,可以對(duì)不同變電站的不同監(jiān)視點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視和切換。
2.控制操作, 即對(duì)各變電站監(jiān)視點(diǎn)攝像設(shè)備的光圈、焦距等進(jìn)行控制;此外,一些輔助控制操作也是必須的,包括變電站室內(nèi)燈光的開(kāi)/停,告警裝置的投入/解除等。
3.事件告警功能, 當(dāng)變電站現(xiàn)場(chǎng)有異常情況發(fā)生時(shí)(如盜警、火警等), 后臺(tái)系統(tǒng)能迅速告警。
4.畫(huà)面記錄、回放功能。 當(dāng)變電站發(fā)生異常告警時(shí), 能自動(dòng)記錄事發(fā)時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)情況。
5.事件查詢(xún)功能。可分類(lèi)檢索各變電站,各監(jiān)視點(diǎn)的告警記錄,結(jié)合畫(huà)面記錄、回放功能,可對(duì)異常告警時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)情景進(jìn)行回放。
三、系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)
(一) 系統(tǒng)實(shí)時(shí)性指標(biāo):
系統(tǒng)應(yīng)對(duì)系統(tǒng)事件提供快速和恒定的響應(yīng)性,以高效,快速,可靠和準(zhǔn)確的方式反映系統(tǒng)事件,系統(tǒng)實(shí)時(shí)響應(yīng)性應(yīng)滿(mǎn)足下列指標(biāo):
1.模擬量變化傳送 ≤ 5秒;
2.控制命令傳送 ≤3秒;
3.畫(huà)面調(diào)用時(shí)間 ≤1~5秒;
4.畫(huà)面自動(dòng)刷新周期 5秒 (1 ~ 10秒可調(diào));
5.模擬量和數(shù)字量的掃描周期 2秒 (1 ~ 10秒可調(diào));
6.脈沖計(jì)數(shù)量采集周期 15分;
7.開(kāi)關(guān)變位到報(bào)警信息推出時(shí)間 ≤2秒;
8.雙機(jī)切換時(shí)間 ≤60秒;
(二)系統(tǒng)的可靠性指標(biāo):
系統(tǒng)和系統(tǒng)設(shè)備必須能保證長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。有足夠的可靠性,滿(mǎn)足以下可靠性指標(biāo):
1.系統(tǒng)平均無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間(MTBF):≥25000小時(shí);
2.數(shù)據(jù)采集及控制裝置平均無(wú)故障時(shí)間(MTBF):≥40000小時(shí);
3.系統(tǒng)所有設(shè)備均能保證長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠運(yùn)行。
(三)系統(tǒng)的可用性指標(biāo):
系統(tǒng)在完成系統(tǒng)重要功能(SCADA、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、通信、網(wǎng)絡(luò)分析)的前提下,滿(mǎn)足以下性能指標(biāo):
1.系統(tǒng)可用率≥99.9%;
2.遙控執(zhí)行可靠率≥99.99%;
四、結(jié)束語(yǔ)
青島海灣大橋海灣大橋綜合電力監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)充分考慮了海灣大橋結(jié)構(gòu)特殊性與其所屬的環(huán)境,采用先進(jìn)成熟的監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與管理模式,推動(dòng)海灣大橋機(jī)電設(shè)施管理向自動(dòng)化、綜合化、集中化、智能化方向發(fā)展,對(duì)供電系統(tǒng)可靠性,提高供電質(zhì)量,降低運(yùn)營(yíng)成本,供配電系統(tǒng)的管理與控制都具有十分重要的意義。
參考文獻(xiàn):
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[3]樊平毅等.現(xiàn)代通信理論基礎(chǔ).北京:清華大學(xué)出版社.2006.
作者簡(jiǎn)介:
1.樂(lè)衛(wèi)洪,江蘇省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司,工程。
2.張士磊,江蘇省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司,助理工程師。