直流远供在高速公路监控系统中的应用

庞宏源

(山西省自动化研究所，山西 太原 030012)

目前我国的高速公路状况是行车环境好、车流量较大、车辆速度比较快的特点。如果不采用更好的管理措施，在天气及环境比较恶劣的情况下，很容易发生交通事故和交通阻塞。但是高速公路的全程监控的特点是监控布点多，数据传输距离较远，本地取电困难。

在全程监控中，由于数据传输距离较远，视频检测仪、气象环境检测仪和车辆数据探测仪等仪器的供电就成为一大问题。目前普遍采用的是从高速公路的高低压变电所交流电源通过铺设的电力电缆而向远距离的前端设备进行供电的方式［1］。另外也有采用本地太阳能供电方式，但是受气候影响较大，并不能确保在长时间的阴雨天气下的能正常使用。

如果采用交流电源通过电力电缆向设备前端进行供电的形式，如在高速公路中央隔离带中通过通信管道进行远距离传输供电的方式必定会给通信信号带来干扰。因此，现有的供电状况是在高速公路两侧另行挖沟直埋铺设电力电缆的方式。

1 高速公路现有的供电状况及直流远供方案

1.1 交流电源直接供电

现在最常见的是直接从电网取电，这是一种最简便的供电方式，它投资成本低，但是缺点也很多，主要有以下几点:

* 需远距离铺设线路，需进行管线施工，无法走中央隔离带通信管道。

* 每个设备点都需要配备用电表，核算较为麻烦，资源也较浪费。

* 供电电压经常不稳，忽高忽低。

* 供电经常受停电干困扰。

* 供电经常遭受雷电袭击。

1.2 交流电源与UPS 不间断电源供用

如果想尽量避免交流电源在供电中的一些缺点，那就是在交流电源供电的基础上增加UPS 不间断电源的供电方式。即在各设备前配备UPS 不间断电源。

本地设备前加UPS 不间断电源的优点是:技术可行、价格合适、并有大范围的应用。但电池设备安装在室外，环境比较恶劣，因此有许多不足之处:

* 电池寿命短，因为它会受到充放电次数限制及环境温湿度影响，电池基本的最佳使用温度为25 ℃左右，如果气温每升高10 ℃，电池寿命就减半。

* UPS 不间断电源后备时间有限，一般为2 h 左右。

* UPS 主机在恶劣的环境中容易损坏，它经常安装在室外，环境差，灰尘多，极容易使主机电路烧坏。

* 安装在高杆上、弱电井中等，空间小，维护又困难。

1.3 太阳能电池板供电、风力发电及风光互补供电

第三种方式是在用电设备前端装配有太阳能电池板供电、风力发电及风光互补型供电系统。虽然这几种方式施工方便、节能、绿色环保，但也存在许多不足之处。

* 受环境影响较大，如果长时间无风或阴雨天时，就不能保障系统供电。

* 蓄电池工作温度较高，受户外环境温度的影响较大，电池寿命会受到影响，维护维修工作量较大。

1.4 直流远程供电方案

根据以上三种供电方式存在的问题，直流远程供电应该是一种更好的方案。

直流远程供电有如下优势:

* 直流电源波形稳定、可靠、基本没有干扰。

* 基本上不受雷电干扰。

* 可控性和安全性更高。

* 不会受停电的困扰，电源接入方便。

* 安装、维护工程量小。

* 节省投资，使用方便。

* 能避免因低温或高温造成对蓄电池的损坏。

* 降低成本，包括以下几个方面:

1)降低工程施工成本:采用远程供电系统，供电部分可以同通信终端设备一起安装，不需另行铺设专用线路，更不需要安装体积较大的UPS 不间断电源，大大地节省了工程施工成本，加快了施工进度。

2)降低施工管理成本:如果采用远程供电的方式，在本单位内部就能完成，无需供电部门的协助，大大降低了施工管理成本。

3)降低维护成本:采用直流远程供电会大大地降低维护成本，解决了因外供电源的波动、雷电的干扰、停电时间较长所带来的问题，因此节省了大量的维护工作量。

2 直流远程供电系统的工作原理

图1 直流远程供电系统原理图

高速公路远端设备经常有视频光端机、数据光端机、微波车辆检测器、气象信息检测器、监控摄像机、可变情报板等设备。远程供电的发送端将交流电源经过转换生成的直流电源，然后再进行升压并经过二芯电缆的传输给远端的接收设备使用的电能，远端接收设备再将该电能进行降压并进行(直流/交流或直流/直流)变换成远端设备所需要使用的稳定电源［2］。

由于在传输过程中所采用的是直流电能，因此该电缆可以和通信电缆平行铺设而不会产生任何干扰，也可以采用光电复合缆，这样，电缆就可以利用原有中央隔离带中通信管道进行铺设，而不需要采用交流远程供电方式那样在高速公路路边上进行挖沟铺设。

3 直流远供电源系统主要构成

3.1 直流远程供电的发送部分

采用模块化设计，具有自动保护功能、智能通信及继电器硬触点报警功能，可自动检测过载、线路开路、蓄电池电压低等异常情况并可提供告警信号;为保证系统供电可靠性，可以选用冗余系统，能自动均流控制，当其中一台出故障时，不会影响其他正常的模块供电，从而确保系统供电的可靠性。

考虑到安全问题，系统输入和输出进行电气隔离。这样，直流传输可浮出地面输出，即使碰到其中的一极也不会发生触电事故;另外，在单极接地时，直流传输系统还能正常工作。

3.2 直流远程供电的接收部分

远供接收部分主要有(直流/交流或直流/直流)变换部分组成。对于需要使用交流电源的设备，采用(直流/交流)变换器，将直流电能转换为所需交流电能;对于某些可以使用直流电的设备，则可以采用(直流/直流)变换器，将不稳的直流电源转换为稳定的所需直流电压。由于线路传输距离的长短不同，接收部分的变换器要能适应大的输入电压变化范围。

为避免通过外场摄像机等高空设备引发的雷击，雷电通过该高空设备回送至其他接收设备，因此接收部分一方面在输出端加防雷器件，另一方面，变换设备输入输出进行了电气隔离。

4 发送端电源系统实现方法［3］

1)远程供电的发送端由(交流/直流)变换组件完成:将交流电源经(交流/直流)变换装置变换为所需直流电源。该设备可设置在就近的变电所或通信电源室。当市电正常时，由市电提供远端设备电能并对蓄电池组充电，当市电异常时，为使系统在出现停电时能正常使用，可采用直流不间断电源系统结构形式:即在(交流/直流)输出端连接上相应的蓄电池组，由蓄电池组继续供电。

2)利用设置在通信机房的通信电源系统，远程供电的发送端主要完成(直流/直流)变换，将机房中的通信电源经(直流/直流)变换装置变换为所需直流电源。

5 结束语

随着科技的发展，结合高速全程监控系统，介绍了远程供电系统的原理和产品构成情况，提出一种适合高速公路全程监控用的既经济又可靠的远程供电系统。

［1］翁小雄.高速公路机电系统［M］.北京:人民交通出版社，2000.

［2］潘世皞.直流远供技术在移动通信中的应用［J］.科技风，2012(8):23.

［3］赵树军，付怀敬，林桐.基于JTL300 系列PHS 基站远供电源安装和调试［J］.交通科技与经济，2007(3):72－74.