浅谈智能化电能管理在高速公路隧道中的应用

秦风龙

摘 要：以辽宁省新建高速公路所实施的隧道智能化电能管理为例，对智能化电能管理在隧道供电系统中的应用、要求和实现方案等进行了简单的介绍。

关键词：智能化电能管理；高速公路；隧道；供电系统

中图分类号：TM764 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.08.042

隧道机电系统的稳定性直接影响到高速公路的畅通，甚至关系到用路人的生命财产安全，因此，对隧道供电系统的要求非常严格——在保证高速公路隧道安全、畅通的同时，必须做到高效节能。可见，推行智能化电能管理势在必行。

1 高速公路隧道供电系统简介

高速公路隧道大多位于山区，环境十分恶劣，湿度较高、温度较低，且隧道内机电设备的损耗很大。在隧道两端（或一端）建有变电所，变电所大多由就近的农电网供电。高速公路隧道供电系统由高压供配电系统、变压器、发电机组、切换柜、低压供配电系统几部分组成。

1.1 高压供配电系统

高压市电（10 kV以上）进入高压配电室后，经高压电源引入柜、主受柜、计量柜、配出柜送至变压器。这四个高压配电柜按顺序前端可切断后端的输入。在高压室内还应该有一个直流配电屏，配有两路整流设备和电瓶储能并联浮充供电设备，为主备用热备份。

1.2 变压器

隧道变电所变压器大多是室内三相干式400 kVA变压器，一次输入高压10 kV以上，二次输出380 V。

1.3 发电机组

发电机组是供电系统的双电源之一，可保证在市电停电时供电系统仍正常工作，从而确保高速公路的正常运行。

1.4 切换柜

市电经变压后送入稳压器稳压，然后送入切换柜。发电机组的输出也被送到切换柜。也就是说，切换柜有两路输入。一般情况下，切换柜均设置为自动切换状态。当切换柜检测到市电输入正常时，由市电输出供电；当切换柜检测到没有市电输入或者市电缺相、市电电压偏高或偏低等时，自动启动发电机组并切换到发电机组输出供电状态；当市电输入恢复正常时，切换柜自动发出指令，关闭发电机组，切换回市电输入供电状态。

1.5 低压供配电系统

切换柜的输出接在低压进线柜上，低压进线柜有自己单独的隔离开关和电动空开。进线柜的输出送到节能控制柜，再由节能控制柜按类别各路输出到照明配电柜、监控设备配电柜、风机配电柜、交流低压配电柜、电容柜等多个设备。每个子供`

配电系统的主要空开都能够通过电力监测系统传输到监控室。因此，每个子供配电系统的操作都可以在管理处监控室观察到。当出现跳闸、缺相、高低压超限等不正常现象时，管理处监控室的电力检测主机会发出声音告警并在主机显示器上弹出相应的报错信息，以通知维护人员及时检修处理。

2 智能化电能管理的优势

智能化电能管理主要有以下几个优势：①节约运行和人力管理成本。智能化电能管理可对高压（10 kV、35 kV等）进户级变压器、低压馈出线、低压电动机等电气设备进行保护和监视，实现数据采集、事故报警及自动控制等。同时，在监控中心就能随时观察到设备的运行参数，全面实现电能管理的无人值班，节约运行和人力管理成本。②事故预警、报警。系统可对潜在的事故进行预报警，也可对各种电量越限、开关变位进行报警等，以提示维护人员及时处理出现的事故，避免造成更大的损失。同时，系统还可以根据提供的故障信息，缩短故障处理时间和停电时间。③用电成本考核。系统可对电气设备的用电进行高精度计量，并用报表显示，为成本考核和设备升级提供依据。④运行优化管理。系统可提供电气设备的运行趋势、状态记录和开机电流记录等数据，维护人员可根据这些数据对变压器、电缆、开关、电动机容量设计和运行进行优化。⑤便于设备检修和管理。根据电气设备历史资料库和实际运行情况、检修条件安排检修，设定检修提醒，制订检修计划，变定时检修为状态检修，缩短计划维修时间。⑥节省投资。用智能测控仪表代替传统变送器加PLC的监控模式，且后台软件经以太网接入BA系统，不需要与BA接入网关，布线结构简单、维护方便，节省投资。⑦系统功能完备。系统可对第三方设备（直流屏、UPS、变压器温控器等设备）进行监控，实现数据的共享等。

3 高速公路隧道智能化电能管理的要求

高速公路隧道较长，耗电量很大。智能化电能管理系统可对供用电系统的电能进行管理，实现高效节能，满足电力安全、可靠供应的需求，从而保证高速公路的安全、经济运转。

高速公路隧道应急照明、监控、消防系统为一级负荷中特别重要的负荷，除了配备市电和发电机两个电源供电外，同时还应有UPS不间断电源保证供电系统的可靠性。高速公路隧道对供电系统的要求极高，因此，智能化电能管理要做到以下几点：①兼容电气火灾监控功能，真正实现隧道的防患于未“燃”。火灾对隧道来说是灾难性的，因此必须从根本上杜绝火灾的发生。②兼容电能质量的监测功能，在电能质量下降时，系统能够自动分析电能质量下降的原因，减少因电能质量问题而造成的不必要的损失，并减少因电能问题而产生的隧道通行障碍。③采用光纤自愈式环网通信结构，支持环网冗余功能，保障系统的稳定、可靠运行。在通信系统有断点或部分线路中断时，系统能够保证其他线路正常通信，减少通信中断现象。④有分级、分组控制隧道照明系统，既要保证照明的质量，又要做到节约能源，保证隧道内部视线良好。⑤实现隧道通风系统风机自动控制。当检测到隧道内空气质量不佳时，能及时排除尾气和烟尘，提高隧道内的空气质量，保证隧道运行环境舒适和安全。

高速公路隧道对供电系统的要求极高，电能系统的稳定关系着道路的畅通和用路人的生命财产安全。另外，在保证电能质量的同时还要节约电能。

4 实现方案

高速公路隧道的环境恶劣，湿度较高、温度较低。一些设备因潮湿而经常造成线路短路，或因长期潮湿而引发设备、线路腐蚀等。因此，应使用具有抗腐蚀、抗灰尘的全封闭、金属封装的PMC等一系列保护装置对测控电表、电能表、电能质量监控装置等设备进行保护。另外，还要实现全电量测量、计量、电能质量在线监测、各种保护等功能，其中，开关量可以用于负荷控制，节电节能。图1所示为智能化电能管理系统架构。

高压市电输入110 kV、35 kV和10 kV在变电所内的保护可采用PMC-651X系列保护测控装置和PMC-6830系列备自投装置，以实现对馈线、电容器、母联分段开关、配电变压器、高压电动机以及TV的保护和测控；动力380 V电动机可采用PCM-550系列低压保护控制器，具有各种控制功能，并配合PLC控制运行，配置了各种电动机的常用保护，以保证电动机的安全运行；低压线路可采用PCM-550F保护装置，以保证低压线路的安全、可靠运行。

隧道内采用具有探测剩余电流、温度以及消防联动功能的PMC系列电气火灾探测器，以实现对隧道内各个电气火灾探测点的实时监控。

在传输上应该采用光纤自愈式环网接入控制中心，支持环网冗余功能，避免网络因环境问题无法工作，并且可在一段线路出现故障时不断网络，即使网络停止运行也能够将停止时间降至最少，从而保证系统的稳定运行。

在软件实现上，监控中心采用中电技术装备有限公司（以下简称“中电技术”）的PecStar自动化组态软件（这也是大多数电能管理系统使用的软件），实现对高速公路隧道内全部路段各个变电所和隧道内的机电设备在线实时监控。PecStar 自动化组态软件是中电技术在开发电力监控应用软件的基础上，应用现代网络和计算机技术而开发的集多种功能于一体的自动化组态软件。PecStar是一个功能强大的组套软件，集安全、可靠、兼容、易操作等优点于一身，可帮助用户制订更科学、更有效的用电管理决策，提高用户用电管理和运行水平，提高效益。PecStar软件具有以下多个优点：①采用模块化设计方案，提供个性化组态方式；②多种不同类型的数据采集、分析功能为各类能源整合提供了基础平台；③拥有全新的 SQL Server 数据库存储方式和主备数据库设计，保证全网数据不丢失；④基于地理信息的管理监控功能，将信息全面、直观地呈现给用户；⑤具备灵活的报表分析工具，满足用户的具体需求；⑥支持多种通信规约（协议）的接入，易与其他系统软件或设备整合；⑦具有高精度波形采样和波形瞬态捕捉分析功能，帮助用户迅速查找分析故障原因；⑧支持服务器冗余、网络冗余、设备冗余、客户端冗余等多种冗余方式；⑨支持 Web 客户端访问，可使用 IE 浏览器访问管理数据，实时掌控现场细节。

5 结束语

智能化电能管理系统是以智能仪表测量为核心，运用计算机和通信技术将保证配电系统安全、可靠运行而相互关联的各个部分连接成一个有机整体，完成配电系统的测量和监视、事故记录与分析等。智能化电能管理不仅可以保证隧道供电系统的安全、可靠运行，也可以节约能源，还可以节省投资，减少维护的人力成本。因此，加强高速公路隧道供电系统的智能化管理是大势所趋。随着科技的发展，智能化电能管理系统将越来越科学，越来越完善。

〔编辑：刘晓芳〕