試論基于分層分布網絡的高速公路供配電監控系統

【摘要】根據中國高速公路緯向分布，點多分散的特點，采用光纖網絡的優點，采用當前的電力自動化技術，計算機通信網絡技術，自動控制的技術，根據分層分布式的高速公路網絡設計了高速公路配電監測系統，河北的石安高速舊路改造工程中，沿線外場設備供電采用基于分層分布網絡的高速公路供配電監控系統，運行一多年的使用，證明其系統的性能可靠，功能完善，可以有效地提高我國高速公路的安全可靠性，尤其是適用于外場設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可靠性和管理的效率，并且大大的節省供電成本。

【關鍵詞】分層分布網絡；高速公路；配電；監控系統

高速公路供配電系統包括各種收費系統，通信系統，通風和照明系統，運行監控和辦公系統，生活設施等系統。這些負荷的正常運行保證了整個公路的安全可靠運行和運行單位的管理經營，任何停電都可能帶來不可估量的交通安全供配電系統管理的損失。再加上高速公路緯向分布，點多分散，供電地點眾多，位置較分散的特點，根據地理上的供應和分配和根據不同的經營管理單位，供電系統可能面臨在幾十公里，數百公里不等功率，嚴重挑戰著整個電力系統管理，管理人員缺乏，維護工作量大，勞動強度高，設計一套能有效降低工人的勞動強度，提高工作效率，避免人為事故能力的遠程監控和維護管理系統具有重要的意義，因此，我們結合電力系統自動化工作經驗，根據電力操作實際情況，設計了一套高速公路供配電監控系統。

1、分層分布的網絡結構

我們將從當地供電系統直接接入電源的變電所稱為中央變電所，公路往往是由幾個中央變電所，收費站，服務區，隧道或辦公大樓從中央變電所接電經過轉化變壓為相應的電壓按需求對負載進行電力供應。

根據高速公路用電網絡的建設和設備安裝的需要，我們設計的分布式發電系統的三層網絡模型，供配電監控在高速公路管理中心的建立，不是在分層的設計上進行，而是整個網絡的數據總線的中心，用電網絡的監控負責整個高速公路供配電系統和遠程控制設備的維修管理，變電站監控中心的設置，負責配電網的運行狀態監測，遠程控制設備的維修管理，在收費站，隧道，高速公路服務區的監控站設立第三個監測站，負責電網數據采集和本地設備維修。隨著網絡技術和計算機技術的發展，設備層的數據采集和遠程傳輸成為現實，因此數據采集裝置，因其均為一個系統布置，安裝后就地安裝數據采集系統，各監測站，監控中心之間的功能分布不同，而且互不影響，構成了一個有層次的系統，功能分布的，分散安裝的高速公路供配電監控系統，實現監控中心，監控分中心，監控站和監測站收集裝置進行快速的通信，并通過網絡傳輸協議數據交互。

2、組合網絡的設置

2.1、建立良好的通信系統

為了實現分布式操作系統，系統各單元之間得到最小的相互影響，也必須建立一個良好的通信網絡。在高速公路的通信網絡，為網絡提供供配電監控通常有一個電話專線網絡和光纖網絡。電話網絡的公路經營企業有自己的電話交換網絡，監控中心的通信和監控中心和監控中心站之間設有多個音頻線（應用條件允許的情況下也可以租用當地的音頻線），聲音調制的的音頻信號的數據信號在電話專線網絡進行傳播調制采集，當數據接收的音頻信號通過串口服務器或計算機多串口轉換為數據信號給監控計算機處理中心或分中心，該方法具有拓撲結構簡單，擴展方便等優點，在監測數據量小的領域中得到廣泛應用，但缺點是采用RS232接口方式的數據傳輸，傳輸速率和可靠性低，點對點應用站的通信模式，占據了通信資源，維護監測站的較低層次的困難是，大量的電話線將占用大量的資源，串口服務器的數據處理能力的限制，也導致在監控中心點的數據通信的瓶頸。

2.2、建立光纖局域網系統

另一種通信模式可供選擇的供配電監控網絡是光纖組建形成直接使用的局域網。由于通信的需要，沿公路兩旁有不同數量的電纜鋪設，我們可以設置使用一種特殊的光纜監測局域網分布系統。因為局域網通信可以達到10m或100m的通信速率，是非常方便的，所以沒有網絡配電監測的任何瓶頸，因為局域網通信可以形成一個方便快捷的總線結構，所以未來的擴展和維護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和分配使用光纖局域網通信方式的監控系統中，為了節省主纜，可以在網絡中采用大量的網絡交換機級聯技術。

3、系統功能介紹

綜合目前電力自動化研究成果和公路管理配電的運行現狀，經過反復的設計，包含以下的配電系統的高速公路監控功能：

3.1、數據統一

遠程監測電網運行狀態的控制，即SCADA功能。GPS天文衛星時鐘對校，統一時鐘的數據采集設備的監控系統，以方便操作的數據管理和事件分析。

3.2、智能監控

智能設備遠程監測管理和維護，如變壓器溫度控制器，消弧線圈控制器，通過它的數據通訊端口協議接入柴油發電機組控制器，實現遠程維護和監控，而且對微機繼電保護是監視正在運行的保護裝置，實現了保護定值查詢，下載和設置管理等功能。

3.3、安全運行

電網分析和操作閉鎖功能，可以根據電網拓撲分析和動態著色的實時操作，進行潮流計算，短路電流計算等功能，還可以分析和根據實時狀態判斷電源開關，保護電網安全運行。可以進行報表分析，電壓，電流運行曲線的自動生成，可以自動生成如功率，電能，電壓合格率，供電可靠性和年度報告，以便進行電力網絡的運行統計和評價。

3.4、數據庫管理

系統可以定義不同級別的用戶密碼，嚴格管理和運行事件記錄，提供數據備份數據備份工具，以確保最大的安全系統。實現地理位置顯示，屬性和位置相關，設備的電氣位置與實際地理位置相對應，給設備的維護管理提供方便。系統運行進行監視，可自動的監視供配電系統本身的運行狀況，及時發現供配電系統自身隱患，保證監控系統的可靠運行。

4、結束語

本文闡述了高速公路供電系統實現遠程監控和自動化管理，并討論了系統網絡，網絡通信，功能設置、設計要點等方面，證明了電源監控系統的建立具有很強的適用性和可靠性，可以有效地提高供配電的效率和分配管理，提高配電網的供電可靠性，減少維護人員的勞動強度，降低管理維護人員數量，縮短事故處理時間，減少發生人為事故和設備事故，具有較大的推廣價值和應用展望。