高速公路智能化配电监控系统的设计与应用

修树斌　徐春滔

[摘要]电力系统是高速公路营运单位机电系统正常运行的动力与基础，电气安全问题已成为路公司安全运营重要一环，智能化配电监控系统由此产生，它为高速公路营运单位对电力系统管理提供了一种很好的管理模式。

[关键词]电气安全；智能化；动力环境监控

配电系统是高速公路机电系统的动力来源，一旦出现问题，后果不堪设想；高速公路的收费站、服务区、隧道站均配有相应的配电站，仅仅依靠人工方式进行巡视与运维，不仅成本高、不能及时发现问题，效率差，而且体现路公司管理落后，必将影响电力保障成效。因此，构建一套智能化配电监控平台成为高速公路机电管理的必要选择。配电监控主要涉及电力和环境安全，包插高低压电力指标（电压、电流、频率、功率、电能等）、配电站环境要素（温湿度、漏水状态、视频安防、红外入侵、消防烟感等）。

一、系统总构成

高速公路智能化配电监控系统主要由电力监控子系统、环境监控子系统、漏水监测子系统、消防报警子系统、红外报警子系统、安防监控子系统、监控软件子系统、计算机网络子系统等组成。各子系统能够在配电站进行本地采集层，实现本地集成，并通过高速公路计算机网络系统进行组网上传，最终在高速公路路公司电力管理的软件平台上实现数据实时监控、预警发布和统计分析的可视化工作。

二、系统设计方案

（一）系统架构图

智能化配电监控系统采用分布式架构，由采集层、传输层、管理层、应用层四个层次组成。其中采集层为前端智能设备，包括智能电量仪、温湿度仪、漏水检测仪、烟感探测器、红外探测器、数据采集网关；传输层为采集层与后台的网络链路，此处由高速公路内部业务网络结构；管理层为服务器、监控主机以及数据库等；应用层为配电安全智能化监控平台软件，主要实现数据展示、报警发布、查询统计、报表管理、控制策略等综合业务性应用。

（二）系统软件架构

监控软件平台采用面向SOA的分布式架构，其运行支撑平台为windows系统，开发平台为Microsoft Framework.Net，数据库支持SQL Server My SQL/Oracle/Sybase等系统；业务应用层为用户提供各类应用入口，包括：数据展示、报警管理、查询检索、报表统计、事件日志等，中间分布层负责处理核心业务逻辑，包括：业务规则、合法性校验、数据访问、计算引擎、对象调度等，协议接口层负责与第三方系统或设备的数据通信，协议支持OPC、SNMP、TCP、Modbus等，客户端提供基于C/S的后台支持系统和基于B/S的浏览入口，以及基于移动终端的APP应用和微信公众号关注：SOA架构的应用架构使软件能充分利用计算平台资源，让业务应用层从复杂的体系架构中彻底分离出来，更易于软件未来的维护扩充，保护已有的投资，形成协调一致、高效可靠的机房动力环境監控管理平台。

三、系统子系统

（一）电力监控子系统

1.监控内容

供电质量参数为电压、功率、能耗等。其供电好坏将直接影响用电设备的安全，故此系统是检测重点。方案设计中在低压配电箱的配电输入回路处分别安装配电安全监测模块，实现对配电进线进行各项供电参数监测。

供电质量主要涉及监测以下指标：

电压：V1，V2，V3，V inavg

电流：11，12，13，In，I avg

有功功率：P1，P2，P3，P sum

无功功率：Ql，Q2，Q3，Qsum

视在功率：S1，S2，S3，S sum

功率因数：PF1，PF2，PF3，PF

有功电度：EP_inp，EP_exp，E P_to ta l，E P_net

无功电度：Eq_imp，Eq_exp，E q_to ta l，E q_net

2.实现方式

通过安装在配电柜内的配电安全监测模块对配电实现监测，通过总线方式将信号接入嵌入式采集控制一体化智能网关串口，通过网络由后台监控软件进行馈电的实时监测。

3.实现功能

实时监测配电房进线电压V、（三相相电压、线电压及其平均值）、电流I（三相相电流及其平均值、中线电流）、有功功率P（四象限各相有功功率和系统有功功率）、无功功率Q（四象限各相无功功率和系统无功功率）、视在功率s（各相视在功率和系统视在功率）、功率因素RF（各相功率因数和系统功率因数）、频率F等。

（二）环境监控子系统

1.监控内容

对于配发电房，其正常运行对环境温湿度有较高的要求。因此设计在重要部位安装温湿度传感器（带液晶显示），一旦发现异常立即启动报警。

2.实现方式

通过在配电房重要部位安装带液晶显示的温、湿度传感器实现环境监测，既可在温湿度传感器仪面实时观察到当前的温度和湿度数值，亦可通过温、湿度传感器的RS485智能接口和通讯协议，以总线方式将信号接入嵌入式采集控制一体化智能网关串口，并由后台监控软件平台进行实时监测。

3.实现功能

实时监测区域内的温度和湿度值，同时支持与其它子系统的联动控制，如当温度过高时自动联动启动空调进行制冷。

（三）漏水监测子系统

1.监控内容

配电房电缆沟如果浸水会造成不可预知的严重后果，这就要求及早发现及时处理，因此设计在电缆沟安装浸水感应检测绳.发现有浸水现象时立刻报警，保证配电房设备的稳定运行。

2.实现方式

在配电房关键位置安装水浸式浸水检测系统，然后通过其485总线接入嵌入式采集控制一体化网关，并由后台监控软件平台进行实时监测。

3.实现功能

实时监测漏水情况，发生漏水时系统自动切换到进水监控界面，（并显示具体的进水区域，同时产生报警事件进行记录存储及有相应的处理提示，并第一时间发出多媒体语音、电话语音拨号、手机短信、E-Mail等对外报警。

（四）消防报警子系统

1.监控内容

主要监控配电房内烟感、温的报警状态，通过烟、温感输出与开关量采集模块对接向数据网关进行集成，完成对烟、温感报警状态、位置信息的发布。

2.实现方式

在关键位置的布设烟感应点接入开关量输入模块，通过开关量模块的RS485端口以总线方式将信号接入嵌入式网关的串口，通過与后台软件的交互实现消防的运维管理功能。

3.实现功能

如果发生火警时，除消防报警系统的报警显示外，在集成系统工作站上自动以动画方式显示出该防火分区的报警信息，包括火警位置以及相关联动设备的状态。相关的联动还包括：发生火灾报警时，消防系统根据报警点的位置信息，查找到附近摄像机编号；通过网络，向集成系统发送联动申请。系统可对监测到的各项设备状态，一旦出现变位，系统将自动切换到相应的监控界面，且发生报警的该项状态或参数会变红色并闪烁显示。

（五）红外报警子系统

1.监控内容

监测红外感应点的状态，一旦发现布防后又入侵，立刻报警。

2.实现方式

将各个布局在关键出入口的红外感应点接入开关量输入模块，通过开关量模块的RS485端口以总线方式将信号接入嵌入式网关的串口，通过与后台软件的交互实现红外入侵的运维管理功能。

3.实现功能

实时监控红外检测器的状态，一旦发生报警，系统将自动切换到相应的监控界面，同时产生报警事件进行记录存储并有相应的处理提示。

（六）监控软件子系统

监控软件子系统是整个配电智能化监控系统的总平台，它负责与采集层的数据通信及数据库交互，并部署相应的业务功能。

通过该应用平台软件为管理者提供强大的技术支持，主要功能包括：

1.图形化数据展示功能：支持电子地图、界面设计、仿真仪表、三维动画等视图。

2.预警发布功能：支持界面、短信、语音、邮件、声光报警，支持报警级别管理、支持报警升级。

3.统计分析功能：支持组态查询功能、支持各类统计图表分析（趋势图、柱形图、饼图、散点图、甘特图等）、支持电子表格设计。

4.报表管理功能：支持自定义报表设计功能、支持SQL语言、VB脚本嵌入，形成强大的报表组态能力。

5.日志管理功能：支持系统日志和用户操作的跟踪和分析。

6.控制策略管理：支持算术表达式、逻辑表达式、定时器等功能，支持控制策略和方案自定义。

7.移动App功能：支持基于Android、iOS移动App功能，可以远程在线观测数据、推送报警。

8.HMI人机交互功能：支持现场HMI触摸屏交互显示功能，并支持参数配置、报警、日志管理等功能。

在获得各子系统相关参数后，监控软件子系统进行记录存储并有相应的处理提示，并第一时间发出多媒体语音、电话语音拨号、手机短信、E-Mail等对外报警。并提供曲线记录，直观显示实时及历史曲线，可查询一年内相应参数的历史曲线及具体时间的参数值（包括最大值、最小值），并可将历史曲线导出为EXCEL格式，方便电力管理员全面了解各子系统运行状况。

四、结束语

该系统已根据方案设计并成功在高速公路进行应用。智能化配电监控系统的投入使用，提高了业务管理效率，有效降低了成本，使得以往需要人工往返巡视的耗时、耗人、耗物维护工作变得轻松自如：其次，配电智能化监控系统能够做到全时段、全覆盖安全监控，比人工的监控频率高出数倍；另外，该系统有别于一般的电力监控，该项目纳入环境、安防、消防方面的动力环境监控，不仅针对高速公路机电系统的监控，以后可以延伸到隧道机电、外场设备、涵洞、通信机房、监控大厅等，形成一个全方位智能化高速公路机电运维系统，而且还可以选配支持3D动画、GIS导航等。通过开放式接口平台方便接入，使用方便，具有广泛的应用前景。