基于网络监控的高速公路隧道供配电监控系统

李小武

(广西交科集团有限公司，广西 南宁 530007)

0 引言

伴随着高速公路网络的普及，高速公路隧道的数量在不断增加。隧道本身具备封闭性、狭隘性等特点，管理难度大，风险因素众多，在遇到交通量巨大或者恶劣天气的状况时，很容易出现交通堵塞和交通事故。供配电系统是高速公路隧道工程的一个重要组成部分，负责隧道内部照明、风机等设施的电力供应，由专门的配电所进行统一管理。但是在一些山区高速公路中，隧道的数量较大，要全部安排现场值班人员难度较大，而且也无法及时发现和排除存在的故障和安全隐患。对此，可以借助网络传输的方式，实现对高速公路隧道供配电的有效监控。

1 工程概况

某高速公路隧道采用的是双洞分离式隧道结构，隧道左幅起止点桩号为K92+310～K94+030，分界段总长度为1 720 m，隧道最大埋深约为155 m；隧道右幅起止点桩号为K92+185～K94+030，分界段总长度为1 845 m，隧道最大埋深约为150 m。隧道本身地处偏远山区，无法安排值班人员进行24小时管理，因此，在对供配电系统进行规划的过程中，设置了基于网络的供配电监控系统。该系统可以帮助工作人员准确把握隧道内部照明设施和通风设施的运行情况，实现对于隧道照明和通风系统的远程启停控制。

2 系统总体架构

基于网络监控的供配电监控系统，在设计中采用的总体架构是两层结构。

(1)管理层。主站层设置在隧道管理中心，包含了服务器、数据库、后台报警系统以及GNC-Manager管理系统等，主要负责对隧道内供配电设备的监督和全局管理[1]。

(2)前端层。包含了安装在隧道配电机房以及其他位置的监控主机、智能监控器以及配电测控模块等。管理层和前端层之间信息的传递采用的是区域内部的TCP/IP协议网络，与管理中心之间则是通过光纤以太网实现通信。

通过这样的系统架构，能够实现区域内各隧道以及隧道工程本身供配电系统的有效管理，实现“遥测、遥信、遥感、遥控”等功能。智能监控设备的应用，使得隧道供配电监控不再需要安排专业的值班人员，减少了人力资源的消耗，也能够实现对于隧道供配电系统的远程化、智能化管理。

隧道中的照明系统、通风系统、智能设备等可以采用一体化综合监控的方式进行管理，隧道配电所现场监测可以借助GNC系列网络监控主机以及各类测控模块实现对于供配电系统的有效监控[2]。GNC-M系列监控主机能够基于IP网络完成数据传输，配合现场总线采集控制技术以及标准MODBUS协议，可以有效地连接32个测控模块，实现对隧道供配电系统电压、电流、开关、智能电源等的有效监控。另外，可以在各隧道配电所设置本地调度管理中心，在高速公路监控中心构建供配电监控系统调度监控中心，使用GNC-Manager网络监控系统和软件包，在提供实时监测、告警联动等功能的同时，可以对地图以及组态图进行编辑和显示，设置不同的安全权限，实现对各种数据的详细记录，为查询提供便利。整理数据后，编制统计报表，可为管理人员决策的制定提供依据。借助相应的网络监控，可以将告警信息通过电子邮件、手机短信、电话语音等告知值班及管理人员[3]。

3 系统核心功能

对该系统进行设计的主要目的，是实现隧道供配电系统运行情况的远程监控管理，及时发现系统运行中存在的缺陷和问题，保证系统运行的稳定性和可靠性。系统的核心功能体现在以下几点。

(1)“遥测”功能。借助相应的系统网络监控主机、组态软件以及测控模块，系统能够对隧道内部所有的照明设施和通风设施进行监测，帮助工作人员把握设备的实际运行情况，也可以对配电所内高低压重要回路的运行参数进行采集，采集的对象包括电压、电流、有功功率、无功功率等；同时还需要对配电智能设备的运行状态进行实时检测，检测的对象有发电机、UPS等。

(2)“遥信”功能。遥信主要是借助系统网络监控主机、组态软件和测控模块等，对配电所中所有的开关数量进行采集，采集的对象包括断路器故障信号、变压器风机运行状态、电机储能状态、事故跳闸信号等[4]。

(3)“遥控”功能。遥控功能主要是对隧道内照明系统和通风系统开关的远程控制，同时包含风机正反转控制、接触器远程控制以及带有电动操作机构的框架式断路器远程控制等。

(4)管理功能。GNC-Manager管理系统能够依照相应的系统组态画面以及历史数据，与实际采集到的数据进行对比分析，明确每一个回路的用电情况，对回路名称、编号和用电量进行记录，为供配电安全、经济运行以及负荷分析调度等管理工作提供支撑。

(5)事故预警。系统可以实现对潜在事故的预警工作，也可以针对电量越限情况进行报警，提醒工作人员及时进行处理，避免发生安全事故或者造成安全隐患，将可能出现的损失降到最低。当隧道供配电系统发生异常时，工作人员能够及时了解故障相关的信息，为故障的检修提供便利，从而缩短故障处理所需的时间。

(6)数据监控。监控主机和相应的测控模块都被设置在隧道管理所中，两者之间的数据传输采用的是总线传输的形式，能够实现对高压配电系统以及低压供电系统运行情况的监督管理，明确UPS、柴油发电机等的工作状态。系统对数据信息的采集和控制采用了IP网络搭配MODBUS现场总线的方式，施工操作简单，后期维护方便，也不会影响现有系统的正常运行[5]。

4 系统实施方案

结合系统总体架构以及主要功能，在整个隧道供配电监控系统中，采用了GNC系列产品来确保系统的实现。系统中包含了GNC系列监控主机、智能设备监控器、485测控模块、GNC-Manager网络监控系统以及相应的后台多媒体报警系统。

系统中采用的传输通信平台是IP网络，可以将其分为三级结构，依照基本的拓扑结构来对隧道配电所的功能进行设置和实现。在每一个隧道配电所中，都需要结合隧道工程的实际情况以及监测工作的具体需求来对相关设备进行选择[6]，借助内部IP网络，将监测到的数据信息传输到本地管理站及高速公路管理监控中心，实现分级化、集中化管理，提升管理的效果。在区域范围内，当隧道配电所的数量增加时，可以相应地增加供配电监测所需的硬件设施。

结合该工程的经验，在隧道供配电监控系统中，可以尝试全部采用TCP/IP协议，以嵌入式操作系统作为监控主机，配合IP协议的方式，实现与监控中心之间的数据传输。可以在高速公路监控管理中心的机房中，设置相应的隧道供配电监控系统主站，在其他配电所设置本地管理站，配电所内的采集监控主机、网络控制器等IP智能控制主机可以将监测数据借助内部局域网通道，传输到相应的监控中心[7]。

5 结语

总而言之，借助相应的高速公路隧道供配电监控系统设计，配合网络传输平台，能够实现对高速公路隧道照明设施、通风设施及消防设施等的远程监测和自动控制，在不需要安排专人进行值守，节约人力资源的同时，也能够真正实现高速公路隧道供配电系统的集中化、远程化控制，保证了隧道的运行安全。这种设计具备一定的通用性，在常规高速公路隧道中也能够发挥出比较理想的效果，值得进行推广和普及。但设计中还存在一些需要解决的问题，如设备选型的合理性问题、设备故障的处理问题等，需要相关人员进行更加深入的研究。