高速公路遂道供配電監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

韓 芳，王紅梅，韓紅生

（1.新疆工程學(xué)院計(jì)算機(jī)工程系，烏魯木齊830091；2.新疆塔城電力有限公司，塔城834700）

高速公路遂道供配電監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

韓 芳1，王紅梅1，韓紅生2

（1.新疆工程學(xué)院計(jì)算機(jī)工程系，烏魯木齊830091；2.新疆塔城電力有限公司，塔城834700）

網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控應(yīng)用范圍很廣，針對(duì)高速公路的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控也很多，從系統(tǒng)架構(gòu)、系統(tǒng)功能、系統(tǒng)的總體實(shí)施等三個(gè)方面進(jìn)行高速公路隧道供配電監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，最后基于IP網(wǎng)絡(luò)傳輸，實(shí)現(xiàn)其集中監(jiān)控的核心功能以及遠(yuǎn)程智能控制隧道照明系統(tǒng)等功能。

智能；供配電監(jiān)控系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)傳輸；光纖以太網(wǎng)

1 引 言

隨著現(xiàn)代化進(jìn)程的推進(jìn)，高速公路建設(shè)在迅猛發(fā)展。高速公路隧道是目前國(guó)內(nèi)比較常見的一種高速公路通車道路。高速公路隧道如不采用先進(jìn)的監(jiān)控管理措施，在交通量大、氣候惡劣的情況下，極易發(fā)生交通事故和交通阻塞。高速公路隧道一般會(huì)設(shè)立隧道配電所對(duì)隧道內(nèi)的照明，交通情況，供配電情況，風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況等進(jìn)行管理。配電所設(shè)有值班人員進(jìn)行巡檢，但對(duì)處于山區(qū)的高速公路，隧道可能比較多，人員值班管理難度比較大，出現(xiàn)故障時(shí)就很難及時(shí)處理。目前許多隧道的管理不得不采用24小時(shí)專人值班，定時(shí)巡查環(huán)境設(shè)備，這樣不僅加重了管理人員的負(fù)擔(dān)，也會(huì)導(dǎo)致安全隱患不能及時(shí)排除。從而對(duì)高速公路運(yùn)維的有效及科學(xué)管理，提高客戶服務(wù)質(zhì)量等方面都會(huì)造成一定的影響。為了高速公路正常通車，防范交通安全隱患，需要一整套智能隧道供配電監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)高速公路路段內(nèi)的多個(gè)隧道進(jìn)行集中監(jiān)控管理，實(shí)時(shí)了解各隧道內(nèi)燈光照明情況，風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況，各配電所內(nèi)高低壓配電情況，發(fā)電機(jī)組，UPS等智能設(shè)備運(yùn)行情況等，遠(yuǎn)程智能控制隧道照明系統(tǒng)，風(fēng)機(jī)啟停運(yùn)轉(zhuǎn)控制等等。

通過(guò)對(duì)高速公路遂道供配電監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，最后基于IP網(wǎng)絡(luò)傳輸，實(shí)現(xiàn)其集中監(jiān)控的核心功能以及遠(yuǎn)程智能控制隧道照明系統(tǒng)等功能。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

高速公路隧道供配電監(jiān)控系統(tǒng)采用三層結(jié)構(gòu)進(jìn)行架構(gòu)，如圖1所示。主要為隧道監(jiān)控管理中心主站，各遂道配電房本地管理站及各隧道前端測(cè)控裝置等。

第一層：隧道管理中心主站層。主要由服務(wù)器、GNC-Manager管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)及后臺(tái)報(bào)警系統(tǒng)組成。全局管理本路段內(nèi)所有隧道供配電監(jiān)控系統(tǒng)。

圖1 高速公路隧道供配電監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)

第二層：各區(qū)域隧道配電所本地管理站。為了更好地管理上百公里路段內(nèi)各遂道的整體對(duì)象，我們提出區(qū)域的概念，本地管理站管理本地配電房?jī)?nèi)的供配電監(jiān)控系統(tǒng)。

第三層：各隧道前端各類測(cè)控裝置。主要包括安裝于各隧道配電房?jī)?nèi)的各類監(jiān)控主機(jī)，智能設(shè)備監(jiān)控器及各類配電測(cè)控模塊等。

第一層與第二層通過(guò)主干光纖以太網(wǎng)結(jié)合一體，第二層與第三層通過(guò)區(qū)域內(nèi)部的TCP／IP協(xié)議網(wǎng)絡(luò)為傳輸通道，與整個(gè)系統(tǒng)結(jié)合成一體。

根據(jù)以上系統(tǒng)架構(gòu)及本系統(tǒng)技術(shù)要求特點(diǎn)，我們確定按照以下的設(shè)計(jì)思路進(jìn)行系統(tǒng)建設(shè)：針對(duì)于隧道供配電監(jiān)控的實(shí)際狀況和具體需求，采用TCP／IP協(xié)議，用高速公路光纖IP網(wǎng)絡(luò)為傳輸通道，集中構(gòu)建高性能、安全可靠的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)。全面實(shí)現(xiàn)對(duì)各隧道供配電系統(tǒng)的“遙測(cè)、遙信、遙控”及無(wú)人值守（或少人值班），節(jié)約人力資源，實(shí)現(xiàn)對(duì)高速公路整個(gè)路段內(nèi)隧道供配電系統(tǒng)的集中遠(yuǎn)程智能管理。對(duì)各隧道照明系統(tǒng)，風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，配電所高低壓配電系統(tǒng)和配電所內(nèi)的各類智能設(shè)備進(jìn)行一體化綜合監(jiān)控、統(tǒng)一管理。在各個(gè)隧道配電所監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)使用GNC系列網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控主機(jī)及各類測(cè)控模塊對(duì)各系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，GNC-M系列監(jiān)控主機(jī)基于IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，使用現(xiàn)場(chǎng)總線采集控制技術(shù)，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的MODBUS協(xié)議可以與32個(gè)測(cè)控模塊連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)供配電系統(tǒng)的電壓、電流、開關(guān)及刀閘、智能電源的監(jiān)控。在各隧道配電所設(shè)立本地調(diào)度管理中心，在高速公路監(jiān)控中心建立供配電監(jiān)控系統(tǒng)的調(diào)度監(jiān)控中心，各中心使用GNC-Manager網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，軟件包主體是以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及告警聯(lián)動(dòng)處理為主的，支持地圖及組態(tài)圖的顯示、編輯，有不同的安全權(quán)限，可以詳細(xì)記錄數(shù)據(jù)，方便查詢，形成相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)報(bào)表（如月統(tǒng)計(jì)用電量，考慮節(jié)能），給主管人員提供決策依據(jù)。可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)以聲音、電子郵件、小靈通短信、手機(jī)短信和電話語(yǔ)音的形式將告警信息發(fā)送到值班人員和主管人員。

3 系統(tǒng)主要功能：

（1）“遙測(cè)”是指通過(guò)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控主機(jī)、485測(cè)控模塊以及組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道內(nèi)照明情況和風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況的實(shí)時(shí)檢測(cè)；配電所內(nèi)各高低壓重要回路的電量采集，即電流、電壓、有功功率、無(wú)功功率、視在功率、有功電度、無(wú)功電度、視在電度、功率因數(shù)、頻率等；配電各類智能設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)檢測(cè)，如ATS、UPS和發(fā)電機(jī)等。

（2）“遙信”是指通過(guò)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控主機(jī)、485測(cè)控模塊以及組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)配電所中所有開關(guān)量的采集，如斷路器的分合閘、電機(jī)儲(chǔ)能狀態(tài)、變壓器風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、斷路器故障信號(hào)、事故跳閘信號(hào)、綜合保護(hù)器的故障類型等開關(guān)量。

（3）“遙控”是指通過(guò)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控主機(jī)、485測(cè)控模塊以及組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)照明系統(tǒng)開關(guān)的遠(yuǎn)程控制；風(fēng)機(jī)正反轉(zhuǎn)遠(yuǎn)程控制；帶有電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)的框架式斷路器和分勵(lì)脫扣的塑殼斷路器以及接觸器等遠(yuǎn)程控制功能。

（4）GNC-Manager網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中心系統(tǒng)可以根據(jù)系統(tǒng)組態(tài)畫面、實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)列表以及歷史數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)分析每個(gè)回路的實(shí)際用電量，同時(shí)記錄回路的名稱、站號(hào)以及用電量等情況。及時(shí)、準(zhǔn)確地知道各用電回路的情況，同時(shí)也給變配電的安全保障、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、負(fù)荷分析、經(jīng)濟(jì)核算、合理調(diào)度及故障及時(shí)處理等現(xiàn)代化管理提供了保障。

（5）系統(tǒng)可以對(duì)潛在的事故進(jìn)行預(yù)報(bào)警，同時(shí)實(shí)現(xiàn)各種電量的越限報(bào)警，便于及時(shí)處理以避免事故或隱患的出現(xiàn)，減少損失。供配電系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)，可以及時(shí)了解到有關(guān)故障信息（故障原因、性質(zhì)、地點(diǎn)及發(fā)生時(shí)間），來(lái)指導(dǎo)維修，減少故障的處理時(shí)間及停電時(shí)間。

（6）監(jiān)控主機(jī)和各類測(cè)控模塊設(shè)在隧道管理所內(nèi)，主機(jī)與測(cè)控模塊采用總線方式進(jìn)行傳輸，實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓配電系統(tǒng)和低壓供電系統(tǒng)主回路進(jìn)行監(jiān)控，并可實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)電壓、電流、功率和功率因數(shù)等參數(shù)，同時(shí)監(jiān)測(cè)UPS、柴油發(fā)電機(jī)的工作狀態(tài)。本系統(tǒng)采用IP網(wǎng)絡(luò)＋MODBUS現(xiàn)場(chǎng)總線方式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集控制，施工實(shí)時(shí)方便，不影響原系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

4 系統(tǒng)總體實(shí)施方案

根據(jù)前面對(duì)隧道供配電監(jiān)控系統(tǒng)的介紹，及整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)架構(gòu)，系統(tǒng)具體實(shí)施全部采用GNC系列產(chǎn)品進(jìn)行建設(shè)。系統(tǒng)主要由GNC系列監(jiān)控主機(jī)，GNC智能設(shè)備監(jiān)控器，GNC系列485測(cè)控模塊，GNC-Manager網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)及后臺(tái)多媒體報(bào)警系統(tǒng)組成，隧道供配電監(jiān)控系統(tǒng)的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 隧道供配電監(jiān)控系統(tǒng)基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

整個(gè)系統(tǒng)以IP網(wǎng)絡(luò)為傳輸通信平臺(tái)，分為三級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行建設(shè)，各隧道配電所的建設(shè)基本按圖2中的隧道配電所1的功能進(jìn)行實(shí)施。每個(gè)隧道配電所根據(jù)監(jiān)測(cè)需求選擇相應(yīng)的設(shè)備，通過(guò)內(nèi)部IP網(wǎng)絡(luò)將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分別上傳到本地管理站和高速公路管理監(jiān)控中心進(jìn)行分級(jí)集中管理。每增加一個(gè)隧道配電所，增加一套配電所需監(jiān)測(cè)的相關(guān)硬件產(chǎn)品即可，可以非常方便的對(duì)整段公路中的隧道配電所供配電系統(tǒng)進(jìn)行集中管理及分布建設(shè)。為此設(shè)計(jì)建議，隧道供配電監(jiān)控系統(tǒng)全部采用TCP／IP協(xié)議平臺(tái)架構(gòu)。各采集監(jiān)控主機(jī)全部采用嵌入式操作系統(tǒng)，以IP協(xié)議的方式與監(jiān)控中心傳輸數(shù)據(jù)。在高速公路監(jiān)控管理中心機(jī)房設(shè)立隧道供配電監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控中心主站，在其它各配電所本地設(shè)立本地管理站，配電所內(nèi)的采集監(jiān)控主機(jī)、網(wǎng)絡(luò)控制器等IP智能控制主機(jī)將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)內(nèi)部局域網(wǎng)通道傳送到各級(jí)監(jiān)控中心站。

5 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)高速公路隧道供配電室設(shè)計(jì)了監(jiān)控系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)以IP網(wǎng)絡(luò)為傳輸平臺(tái)，全面實(shí)現(xiàn)對(duì)各隧道供配電系統(tǒng)的 “遙測(cè)、遙信、遙控”及無(wú)人值守（或少人值班），節(jié)約人力資源，實(shí)現(xiàn)對(duì)高速公路整個(gè)路段內(nèi)隧道供配電系統(tǒng)的集中遠(yuǎn)程智能管理。該設(shè)計(jì)具有一定的通用性和開放性，可以被多地高速公路隧道所采用，具有一定的借鑒意義。

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Design of Highway TunnelMonitoring System of Power Supply and Distribution System

HAN Fang1，WANG Hong-mei1，HAN Hong-sheng2
（1.Computer Engineering Department，Xinjiang Institute of Engineering，Urumqi830091，China；2.Xinjiang Tacheng Power Co..Ltd.，Tacheng 834700，China）

The network monitoring is widely used，and the highway network monitoring is available aswell.This paper introduces the design of the highway tunnelmonitoring system of power supply and distribution system in three aspects of the system architecture，system function and the overall implementation of the system.Based on the IP network transmission，the system can realize the functions of the centralized monitoring and the tunnel lighting system by remote control intelligent.

Intelligence；Power supply and distribution monitoring system；Network transmission；Fiberoptic Ethernet

10.3969／j.issn.1002-2279.2014.04.015

TP393.1

：B

：1002-2279（2014）04-0047-03

韓芳（1978-），女，甘肅武威人，碩士研究生，副教授，主研方向：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、信息安全。

2013-12-18