試論基于分層分布網(wǎng)絡(luò)的高速公路供配電監(jiān)控系統(tǒng)
試論基于分層分布網(wǎng)絡(luò)的高速公路供配電監(jiān)控系統(tǒng)
【摘要】根據(jù)中國高速公路緯向分布，點(diǎn)多分散的特點(diǎn)，采用光纖網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)，采用當(dāng)前的電力自動(dòng)化技術(shù)，計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，自動(dòng)控制的技術(shù)，根據(jù)分層分布式的高速公路網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)了高速公路配電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，河北的石安高速舊路改造工程中，沿線外場(chǎng)設(shè)備供電采用基于分層分布網(wǎng)絡(luò)的高速公路供配電監(jiān)控系統(tǒng)，運(yùn)行一多年的使用，證明其系統(tǒng)的性能可靠，功能完善，可以有效地提高我國高速公路的安全可靠性，尤其是適用于外場(chǎng)設(shè)備較多且取電困難的高速公路路段，可以有效的提高供電系統(tǒng)可靠性和管理的效率，并且大大的節(jié)省供電成本。
【關(guān)鍵詞】分層分布網(wǎng)絡(luò)；高速公路；配電；監(jiān)控系統(tǒng)
高速公路供配電系統(tǒng)包括各種收費(fèi)系統(tǒng)，通信系統(tǒng)，通風(fēng)和照明系統(tǒng)，運(yùn)行監(jiān)控和辦公系統(tǒng)，生活設(shè)施等系統(tǒng)。這些負(fù)荷的正常運(yùn)行保證了整個(gè)公路的安全可靠運(yùn)行和運(yùn)行單位的管理經(jīng)營(yíng)，任何停電都可能帶來不可估量的交通安全供配電系統(tǒng)管理的損失。再加上高速公路緯向分布，點(diǎn)多分散，供電地點(diǎn)眾多，位置較分散的特點(diǎn)，根據(jù)地理上的供應(yīng)和分配和根據(jù)不同的經(jīng)營(yíng)管理單位，供電系統(tǒng)可能面臨在幾十公里，數(shù)百公里不等功率，嚴(yán)重挑戰(zhàn)著整個(gè)電力系統(tǒng)管理，管理人員缺乏，維護(hù)工作量大，勞動(dòng)強(qiáng)度高，設(shè)計(jì)一套能有效降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率，避免人為事故能力的遠(yuǎn)程監(jiān)控和維護(hù)管理系統(tǒng)具有重要的意義，因此，我們結(jié)合電力系統(tǒng)自動(dòng)化工作經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)電力操作實(shí)際情況，設(shè)計(jì)了一套高速公路供配電監(jiān)控系統(tǒng)。
1、分層分布的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
我們將從當(dāng)?shù)毓╇娤到y(tǒng)直接接入電源的變電所稱為中央變電所，公路往往是由幾個(gè)中央變電所，收費(fèi)站，服務(wù)區(qū)，隧道或辦公大樓從中央變電所接電經(jīng)過轉(zhuǎn)化變壓為相應(yīng)的電壓按需求對(duì)負(fù)載進(jìn)行電力供應(yīng)。
根據(jù)高速公路用電網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和設(shè)備安裝的需要，我們?cè)O(shè)計(jì)的分布式發(fā)電系統(tǒng)的三層網(wǎng)絡(luò)模型，供配電監(jiān)控在高速公路管理中心的建立，不是在分層的設(shè)計(jì)上進(jìn)行，而是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)總線的中心，用電網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控負(fù)責(zé)整個(gè)高速公路供配電系統(tǒng)和遠(yuǎn)程控制設(shè)備的維修管理，變電站監(jiān)控中心的設(shè)置，負(fù)責(zé)配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，遠(yuǎn)程控制設(shè)備的維修管理，在收費(fèi)站，隧道，高速公路服務(wù)區(qū)的監(jiān)控站設(shè)立第三個(gè)監(jiān)測(cè)站，負(fù)責(zé)電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集和本地設(shè)備維修。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，設(shè)備層的數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)程傳輸成為現(xiàn)實(shí)，因此數(shù)據(jù)采集裝置，因其均為一個(gè)系統(tǒng)布置，安裝后就地安裝數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，各監(jiān)測(cè)站，監(jiān)控中心之間的功能分布不同，而且互不影響，構(gòu)成了一個(gè)有層次的系統(tǒng)，功能分布的，分散安裝的高速公路供配電監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控中心，監(jiān)控分中心，監(jiān)控站和監(jiān)測(cè)站收集裝置進(jìn)行快速的通信，并通過網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議數(shù)據(jù)交互。
2、組合網(wǎng)絡(luò)的設(shè)置
2.1、建立良好的通信系統(tǒng)
為了實(shí)現(xiàn)分布式操作系統(tǒng)，系統(tǒng)各單元之間得到最小的相互影響，也必須建立一個(gè)良好的通信網(wǎng)絡(luò)。在高速公路的通信網(wǎng)絡(luò)，為網(wǎng)絡(luò)提供供配電監(jiān)控通常有一個(gè)電話專線網(wǎng)絡(luò)和光纖網(wǎng)絡(luò)。電話網(wǎng)絡(luò)的公路經(jīng)營(yíng)企業(yè)有自己的電話交換網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)控中心的通信和監(jiān)控中心和監(jiān)控中心站之間設(shè)有多個(gè)音頻線（應(yīng)用條件允許的情況下也可以租用當(dāng)?shù)氐囊纛l線），聲音調(diào)制的的音頻信號(hào)的數(shù)據(jù)信號(hào)在電話專線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳播調(diào)制采集，當(dāng)數(shù)據(jù)接收的音頻信號(hào)通過串口服務(wù)器或計(jì)算機(jī)多串口轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)信號(hào)給監(jiān)控計(jì)算機(jī)處理中心或分中心，該方法具有拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，擴(kuò)展方便等優(yōu)點(diǎn)，在監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)量小的領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，但缺點(diǎn)是采用RS232接口方式的數(shù)據(jù)傳輸，傳輸速率和可靠性低，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)應(yīng)用站的通信模式，占據(jù)了通信資源，維護(hù)監(jiān)測(cè)站的較低層次的困難是，大量的電話線將占用大量的資源，串口服務(wù)器的數(shù)據(jù)處理能力的限制，也導(dǎo)致在監(jiān)控中心點(diǎn)的數(shù)據(jù)通信的瓶頸。
2.2、建立光纖局域網(wǎng)系統(tǒng)
另一種通信模式可供選擇的供配電監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)是光纖組建形成直接使用的局域網(wǎng)。由于通信的需要，沿公路兩旁有不同數(shù)量的電纜鋪設(shè)，我們可以設(shè)置使用一種特殊的光纜監(jiān)測(cè)局域網(wǎng)分布系統(tǒng)。因?yàn)榫钟蚓W(wǎng)通信可以達(dá)到10m或100m的通信速率，是非常方便的，所以沒有網(wǎng)絡(luò)配電監(jiān)測(cè)的任何瓶頸，因?yàn)榫钟蚓W(wǎng)通信可以形成一個(gè)方便快捷的總線結(jié)構(gòu)，所以未來的擴(kuò)展和維護(hù)可以給用戶帶來極大的方便。在河北的石安高速舊路改造工程中的供應(yīng)和分配使用光纖局域網(wǎng)通信方式的監(jiān)控系統(tǒng)中，為了節(jié)省主纜，可以在網(wǎng)絡(luò)中采用大量的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)級(jí)聯(lián)技術(shù)。
3、系統(tǒng)功能介紹
綜合目前電力自動(dòng)化研究成果和公路管理配電的運(yùn)行現(xiàn)狀，經(jīng)過反復(fù)的設(shè)計(jì)，包含以下的配電系統(tǒng)的高速公路監(jiān)控功能：
3.1、數(shù)據(jù)統(tǒng)一
遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的控制，即SCADA功能。GPS天文衛(wèi)星時(shí)鐘對(duì)校，統(tǒng)一時(shí)鐘的數(shù)據(jù)采集設(shè)備的監(jiān)控系統(tǒng)，以方便操作的數(shù)據(jù)管理和事件分析。
3.2、智能監(jiān)控
智能設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)管理和維護(hù)，如變壓器溫度控制器，消弧線圈控制器，通過它的數(shù)據(jù)通訊端口協(xié)議接入柴油發(fā)電機(jī)組控制器，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程維護(hù)和監(jiān)控，而且對(duì)微機(jī)繼電保護(hù)是監(jiān)視正在運(yùn)行的保護(hù)裝置，實(shí)現(xiàn)了保護(hù)定值查詢，下載和設(shè)置管理等功能。
3.3、安全運(yùn)行
電網(wǎng)分析和操作閉鎖功能，可以根據(jù)電網(wǎng)拓?fù)浞治龊蛣?dòng)態(tài)著色的實(shí)時(shí)操作，進(jìn)行潮流計(jì)算，短路電流計(jì)算等功能，還可以分析和根據(jù)實(shí)時(shí)狀態(tài)判斷電源開關(guān)，保護(hù)電網(wǎng)安全運(yùn)行?？梢赃M(jìn)行報(bào)表分析，電壓，電流運(yùn)行曲線的自動(dòng)生成，可以自動(dòng)生成如功率，電能，電壓合格率，供電可靠性和年度報(bào)告，以便進(jìn)行電力網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行統(tǒng)計(jì)和評(píng)價(jià)。
3.4、數(shù)據(jù)庫管理
系統(tǒng)可以定義不同級(jí)別的用戶密碼，嚴(yán)格管理和運(yùn)行事件記錄，提供數(shù)據(jù)備份數(shù)據(jù)備份工具，以確保最大的安全系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)地理位置顯示，屬性和位置相關(guān)，設(shè)備的電氣位置與實(shí)際地理位置相對(duì)應(yīng)，給設(shè)備的維護(hù)管理提供方便。系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)視，可自動(dòng)的監(jiān)視供配電系統(tǒng)本身的運(yùn)行狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)供配電系統(tǒng)自身隱患，保證監(jiān)控系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。
4、結(jié)束語
本文闡述了高速公路供電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和自動(dòng)化管理，并討論了系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)通信，功能設(shè)置、設(shè)計(jì)要點(diǎn)等方面，證明了電源監(jiān)控系統(tǒng)的建立具有很強(qiáng)的適用性和可靠性，可以有效地提高供配電的效率和分配管理，提高配電網(wǎng)的供電可靠性，減少維護(hù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低管理維護(hù)人員數(shù)量，縮短事故處理時(shí)間，減少發(fā)生人為事故和設(shè)備事故，具有較大的推廣價(jià)值和應(yīng)用展望。