苏通大桥智能化电力监控平台的应用与研究

朱永辉 奚培华

江苏苏通大桥有限责任公司，江苏南通 226000

随着江苏智慧高速建设发展的需要，电力管控作为苏通大桥的重要心脏组成部分，为实现供电系统的信息化、远程管理的实时化、设备信息等的数据化及设备故障提前感知或判断对于提升整个供电系统的可靠性、缩短发现和解决问题的时间，变电站智能化管理显得十分必要和迫切。到目前为止，苏通大桥建成通车已将近10年，通车前期建成的配电房内多数电力监控设备已投入使用多年，有些设备寿命已进入延寿期，设备配置已较难保证运营安全且也很难满足高速公路信息化要求下的配电房智能化的需求。

1 现状分析

苏通大桥现有的电力监控系统主要监控对象为变电所变配电一次设备、桥梁附属机电设备、道路照明设备以及变电所环境等。具体包括：高压进出线开关、低压进线开关、双电源自动切换开关、低压母联、电容补偿器、低压出线断路器、交流接触器（ 照明回路） 、变压器（ 温控仪） 、变电所环境、航空障碍灯、航道标志灯、除湿机、道路照明等。

目前监控中心采用100M高速以太网；主干环网采用100M高速冗余光纤环网（ 单模光纤以太网） ；系统根据地理位置和被监控对象的类型，在设备相对集中的地方构成11个现场总线控制子网，即竹行、南通服务区、北主线站、张江（ 南通开发区） 、北塔、南塔、南岸桥区、常熟港（ 常熟开发区） 、南主线站以及北引桥埋地变和南引桥埋地变。

监控中心：设1个主电力监控中心（ 设于常熟港变电所） 、1个副电力监控中心（ 设于北主线站变电所） 、1个电力监控调度管理中心（ 设于机电监控中心）。

主干网：主干网以8芯单模光纤（ 4用4备） 为传输介质，其传输速率是100Mbps。子网采用现场总线控制网络技术，子网通过通信管理机、光纤交换机与主网连接，整个网络使用光纤交换机11台，通管理机11台。

子网：系统根据地理位置和被监控对象的类型，对于设备相对集中的区域内 （如变电所、埋地变） 的用户节点用双绞线构成一个现场基于 LonWorks总线子网系统，再通过通信管理机、光纤交换机连接到光纤主干网上。底层设备主要组网类型为：摄像机/红外门禁/烟感/温感 + 视频编码器 + 百兆以太网交换机。

目前许多智能仪表存在不同程度的损坏故障，附属机电设施监测数据无法上传，致使无法实现真正意义上的远程监测管理。现有的电力监控系统功能已无法满足当前的建设管理要求[1]。具体表现在：

（1） 系统兼容性不好。现有软件在设计之初对未来新型硬件设备的参数、性能、容量无法预判，致使估计不足，导致无法完美兼容新增硬件设备。特别是LonWorks系统配置，对目前市场绝大多数主流电力监控仪表无法兼容，接入均需增设网关转换，致使主要终端智能仪表市场可供选择受限[2]。目前，除湿机、航空航标灯、直流屏等通过网关转换上传的数据普遍无法上传，致使无法实现远程监控。

（2） 系统架构不合理。现有的电力监控系统软件采用的C/S架构，编程开发工具为Borland Delphi5，数据库全线均采用Windows Server2003 （32-bit），SQLServer2000 （32-bit） 数据库。由于现有的架构比较陈旧，软件技术脱节太大，已经无法满足现有业务的发展需求。

（3） 安全性低。现有服务器操作系统及数据库版本低，系统安全防护功能差。服务器无冗余备份功能，一旦设备故障或磁盘损坏，数据将永久丢失。现场表计数据完全依托网络传输至数据库服务器存储，未设置现场存储设备，一旦数据库服务器故障或网络中断，也会导致数据永久丢失[3]。

（4） 设备元件老化严重。现有终端仪表由于使用时间较长，内部电子元件老化，电气特性发生变化，致使数据不稳定且无法与实际数据对应。

综上原因并拟结合新增供配电设施智能化需求和前期投入的电力监控设施的老化情况，对苏通大桥电力监控系统改造很有必要，拟采用最新主流电力监控系统对升级和转换所有电源和配电装置实现信息化管理，以提高运营管理信息化和自动化水平的电力供应和分配系统，便于管理人员的操作，节省人力和物力资源，降低运营和维护成本，提高安全性，实现无人值守的电源和配电系统。因此，开发一套集成化、智能化电力管控系统成为当务之急。

2 系统解决方案

改造将根据沿线供电设施的建造时间、设备的寿命周期、设备在市场上备品备件器件的可选择性，以及自动化配电的适应性要求，进行科学合理的选择。现有电力监控设备已投入使用多年，有些设备寿命已进入延寿期，设备已进入延寿期，继续使用存在较大的安全隐患[4]。设备配置已较难保证运营安全和满足高速公路信息化要求下的配电房智能化的需求。为了保证苏通大桥供电设施的运行稳定，对现有系统进行升级改造，实现运营安全和自动化目标。

2.1 电力监控系统构成

电力监控系统是一个较为完善的电力自动化系统，它充分体现了电力综合监控系统的三大远程功能 （遥测、遥信、遥控）。电力监控子系统由计算机监控层、通信系统层、电力监控终端设备层三个层次组成。苏通大桥电力监控系统架构图如图1所示。

图1 苏通大桥电力监控系统架构图

2.1.1 计算机监控层

计算机监控层设置在监控中心，设置在晋济路隧道电力监控工作站。主要完成各变电站电力设备的数据采集和先进应用。供配电系统的实时数据、报警、环境等信息是主站从各变电站的设备监控单元等自动系统中获取的。对整个供电配电系统进行监控，分析供电配电系统的运行状态，对整个监控供电配电系统进行有效的控制和管理，使供电配电系统处于最优运行状态。监测站将在电力监测站的监测和仿真屏幕上实时显示有效数据，为了保证管理中心对供电系统的全局运行状态的掌握和协调各自动化系统的运行。

2.1.2 通信层

电力监控系统采用原通信系统网络完成其传输。由现场总线进行各变电站的数据采集和通信。通信系统层的组成主要有华为光通信设备、电源监控通信管理机、数据光终端机等设。

主干通信网络是利用通信系统的原始网络完成的，电力监控系统监控站子网与通信系统通信室通过分支光缆连接。

每个变电站设置1台通信管理机，通信管理线与附近通信系统的2M端口相连，下行通信接口为RS485、CAN等现场总线接口，与变电站智能保护测控装置通信。构成现场总线通信系统，完成集中监控数据信息和协议转换，实时传输和采集终端设备数据信息，与电源监控工作站上游通信。

2.1.3 电力监控终端设备层

终端设备层主要由高低压测控装置、变压器温控仪和视频环境监控设备（ 摄像机、各类报警器、传感器等） 设备构成。该设备采用模块化、整体式结构，采用面向对象数据采集和数据集转换传输的标准模式配置[5]。各类终端设备带有通信接口，通过RS485总线方式接入通信管理机，经光纤传至监控主机。视频摄像机通过以太网交换机接入光纤网络，将图像传输到电力监控管理中心。

终端设备层根据被监控设备的情况设置数据采集监控终端，完成现场设备的数据信息采集、状态监视和控制输出执行功能，是电力监控系统的前端设备。

综合监控终端设备层设备采用模块化、单元化结构、面向对象（高压进线、出线、低压进出线、变压器等设备对象） 的数据采集方式和数据信息集中转换传输的标准模式配置，主要由400V系统低压微机测控装置、变压器监控单元（ 设备自带） 等设备等构成。

2.2 设备自动化改造

2.2.1 电力监控装置

电力监控系统对配电房供配电系统进行监控，系统开关柜的主要组成部分有高压柜、低压进线柜、联络柜、出线柜、变压器、无功补偿、发电机等。电力监控分别设置相应的测控装置进行监控[6]。

除高低压智能测控单元统一更新替换为Modbus通信协议的智能仪表，其他如带有智能接口综合继保装置、变压器温控仪、无功补偿控制器、发电机控制器、UPS控制器等自带智能接口的控制单元保留使用，通过标准通信接口直接上传相关数据。

2.2.2 视频环境监控

在各配电房内设置视频监控系统。视频监控系统包括摄像机和红外传感器、烟雾传感器、温湿度传感器、水浸传感器等的安装，红外、烟雾、温湿度、水电力监控系统对配电房供配电系统进行监控，系统开关柜组成部分主要有高压柜、低压进线柜、联络柜、出线柜、变压器、无功补偿、发电机等。电力监控分别设置相应的测控装置进行监控。

除高低压智能测控单元统一更新替换为Modbus通信协议的智能仪表，其他如带有智能接口综合继保装置、变压器温控仪、无功补偿控制器、发电机控制器、UPS控制器等自带智能接口的控制单元保留使用，通过标准通信接口直接上传数据。

浸传感器报警信息通过数据采集器与通信管理机连接上传至电力监控计算机，对配电房防盗、火灾情况进行实时监测并发出报警信息。改造时，更换红外传感器、烟雾传感器、温湿度传感器，增设水浸传感器等，将视频摄像机升级为高清数字摄像机[7]。

3 系统功能

采用集成化、智能化电力管控平台后，能够实现以下功能：

①实现系统自动化实时报告，为系统事件提供快速、持续的响应，以高效、快速、可靠、准确的方式反映系统事件；

②实现系统稳定可靠，能保证系统和系统设备长期稳定运行；③实现电力管控集成化、智能化，减轻管理人员工作强度；④实现快速信息处理能力，达到设计要求的信息处理速度；⑤实现数据库存储预留容量的智能化管理，保证数据安全性。

4 方案实施

本系统方案的实施主要包括设备选型与安装、系统软件设计与开发、实验验证与总结、系统试运行及推广等。系统实施方案如图2所示。

图2 系统实施方案

4.1 主要设备的选择与安装

电力监控系统对配电房供配电系统进行监控。电力监控采用相应的计量控制装置进行监测。

高压进线、出线柜：在高压进线、出线柜上安装高压测控装置，监测三相电压U、三相电流I、功率因数COSΦ、有功P、无功Q、电度、频率等遥测量；监测开关位置信号；对有遥控需求的装置实现遥控功能。

低压进线、联络柜：在低压进线柜安装低压测控装置，监测三相电压U、三相电流I、功率因数COSΦ、有功P、无功Q、电度、频率等遥测量；监测开关位置信号；对有遥控需求的装置实现遥控功能。

低压出线柜：在低压出线柜安装低压出线测控装置，监测三相电压U、三相电流I、功率因数COSΦ、有功P、无功Q、电度、频率等遥测量；监测开关位置信号；对有遥控需求的回路实现遥控功能。

变压器：更换原有的变压器温控仪，安装带有智能接口的变压器温控仪，监测变压器温度。

无功补偿柜：更换原有的无功补偿控制器，安装带有智能接口的无功补偿控制器，监测电压、电流、投切组数、功率因数等，实现自动投切。

发电机：发电机控制器没有通信接口，更换发电机控制器，采集发电机数据监测电流、电压、水温、转速等。

改造的时侯，除了高低压智能测控单元统一更新替换为Modbus通信协议的智能仪表，其它的如带有智能接口综合继保装置、变压器温控仪、无功补偿控制器、发电机控制器、UPS控制器等智能接口控制单元预留使用，相关的数据通过标准通信接口直接上传。

4.2 软件系统设计与开发

电源监控管理中心主要的功能是完成配电室内电源监控的应用和与其他系统的接口。以图形的方式进行实时显示各终端设备的工作状态，对所有数据进行分析和处理，并以此为依据制定相应的控制方案，实现对终端的远程监控，并把监测到的数据和远程操作指令以数据库形式存放在数据服务器中，以备日后查询时调用，同时可以形成日报表、月报表及年报表等[8]。在电力监控管理中心配置视频监控工作站，集中管理和控制辖区内配电室的视频图像和环境监测信息，还可以有效防止发生各类盗窃、火灾等异常情况，并随时监控配电室的温湿度数据等环境状况。

各配电房内电力监控数据及视频图像需通过光纤通道传输至电力监控管理中心，电力监控管理中心设在常熟开发区变电站，电力监控管理中心设有电力监控计算机、视频计算机、硬盘录像机、打印机、控制台等，操作及管理人员在电力监控管理中心通过计算机实现对各个配电房遥控、遥测、遥信功能。

改造后，监控中心的设置位置不变，将设备软件替换升级。设1个主电力监控中心 （设于常熟港变电所） 、1个副电力监控中心（设于北主线站变电所） 、1个电力监控调度管理中心 （设于南通开发区机电养护中心）。

5 结语

苏通大桥电力监控改造，通过对供电配电设备的改造，增设自动化仪表装置，设立集中控制中心等，达到了消除隐患的作用，并提高了系统供电配电的可靠性，同时增加了自动化功能，也减少运维人员，更有助于实现变电站智能化管理。