综合电力监控系统在青岛海湾大桥的应用

【摘 要】为提高青岛海湾大桥的生产与管理效益，通过设置海湾大桥电力监控系统，利用先进成熟的计算机技术、自动化技术、多媒体技术及网络通信技术，实现大桥沿线各类供配电设施、照明设施（路灯照明、景观照明、桥梁结构照明）的配电自动化、无人值班、自动控制、自动监测等，推动海湾大桥机电设施管理向自动化、综合化、集中化、智能化方向发展。

【关键词】青岛海湾大桥 综合电力监控系统 电力参数监控

青岛海湾大桥是青岛市道路交通网络中胶州湾东西岸跨海通道的重要组成部分，也是山东省“五纵四横一环”公路网主框架的重要组成部分。青岛海湾大桥起于青岛侧胶州湾高速李村河处，设李村河互通立交与胶州湾高速公路相接；设计终于黄岛侧胶州湾高速东1km处，顺接济青南线设计起点；中间设红岛互通与拟建的红岛连接线相接。

一、系统构成

（一）系统组成结构

海湾大桥沿线共设有4处变电所（红岛管理中心（大桥主变电所）、红岛收费站、黄岛养护工区、青岛主线收费站）、2处箱式变电站（李村河南收费站、李村河北收费站），桥梁段设置中压供电系统及若干埋地变、路灯照明配电箱、检修配电箱、景观照明配电箱、交通信号灯（航道障碍灯、航道标志灯）、除湿设施等。根据该路运营管理体制方案、沿线供配电设施的分布情况及从系统可靠性出发，本项目考虑沿线共设置27处电力监控子站，其中，桥上无人监控子站25处，收费站变电所监控子站2处（红岛变电所监控子站、青岛主线变电所监控子站）。考虑到供电系统结构以及管理的便捷性，李村河南、北两处收费站箱式变电站的电力监控信号就近纳入青岛主线变电所监控子站。

（二）系统监控层次

系统可以分为三个层次：监控子站层（现地设备层）、通信网络层、监控管理层（远方集控层）。

监控子站层的各电力参数监控设备（高、低压测控单元、低压智能无功补偿控制器、ATS控制器、变压器温控仪、发电机控制屏、UPS、交流接触器等）分别通过RS485总线与通信管理机相连，通信管理机进行协议转换成Ethernet数据，然后通过通信网络层（冗余光纤工业以太环网）与监控管理层进行数据通信；监控子站层的视频监测设备（球型遥控摄像机、环境传感器等）经过网络视频编码器后将模拟视频数据和串口数据转换成Ethernet数据后，同样通过通信网络层（冗余光纤工业以太环网）与监控管理层进行数据通信。通信网络层是电力监控系统的关键之一，系统的通信网络拓扑结构采用环形结构，如图1所示：

综合工程投资及运行的可靠性，本系统通信网络拓扑结构选用环形结构，采用冗余单模光纤环网技术， 根据海湾大桥的路线特点及供配电设施的分布情况，在红岛～青岛间、红岛～黄岛间分别构建冗余千兆工业以太环网，构建海湾大桥电力监控系统网络结构。

监控管理层（远方集控层）由电力监控主机（互为备用）、数据库服务器、视频主机、打印机等设备由交换机连接，通过通信网络层与现地各监控子站进行数据通信，实现电力参数监控子系统的SCADA功能和变电所视频监视子系统的监视、控制、录像等功能。同时监控管理层将电力监控信息通过通信系统上传给海湾大桥监控中心。

二、 系统主要功能

海湾大桥电力监控系统功能可以划分为：电力参数监控子系统（含供配电、照明等），变电所视频监视及环境监测子系统等部分。如图2所示：

（一）电力参数监控子系统

遥测功能

1.10kV进线三相电压、电流、有功功率，无功功率、功率因素、频率、电能；

2.低压总开关回路三相电压、电流、有功功率，无功功率、功率因素、频率、电能；

3.0.4kV馈线三相电压、三相/单相电流、功率因素、有功功率，无功功率、频率；

4.发电机输出三相电压、电流、有功功率，无功功率、功率因素、频率；

5.外场照明回路三相电压、电流、有功功率，无功功率、功率因素；

6.UPS输入/输出电压、频率、电池工作参数、负载。

遥信功能

1.10kV进线开关状态与故障报警；

2.变压器超温状态、变压器风机开停状态、故障报警等；

3.0.4kV总进线开关状态与故障报警；

4.0.4kV出线手/自动转换开关状态、断路器运行状态及故障报警；

5.ATS位置状态；

6.无功补偿状态信号及刀熔开关熔断器接通信号；

7.柴油发电机运行状态及故障报警、出线开关状态；

8.UPS运行状态；

9.监测变电所风机及照明配电箱手动/自动状态、继电器状态及故障报警。

遥控功能

1.10kV开关

2.0.4kV低压进线总开关

3.0.4kV低压馈线断路器或照明回路交流接触器

4.ATS开关

5.柴油发电机组

（二）变电所视频监视子系统

变电所视频监视子系统中应实现如下功能：

1.画面监视、多画面分割和画面切换功能，可以对不同变电站的不同监视点进行实时监视和切换。

2.控制操作， 即对各变电站监视点摄像设备的光圈、焦距等进行控制；此外，一些辅助控制操作也是必须的，包括变电站室内灯光的开/停，告警装置的投入/解除等。

3.事件告警功能， 当变电站现场有异常情况发生时（如盗警、火警等）， 后台系统能迅速告警。

4.画面记录、回放功能。 当变电站发生异常告警时， 能自动记录事发时的现场情况。

5.事件查询功能。可分类检索各变电站，各监视点的告警记录，结合画面记录、回放功能，可对异常告警时的现场情景进行回放。

三、系统主要技术指标

（一） 系统实时性指标：

系统应对系统事件提供快速和恒定的响应性，以高效，快速，可靠和准确的方式反映系统事件，系统实时响应性应满足下列指标：

1.模拟量变化传送 ≤ 5秒；

2.控制命令传送 ≤3秒；

3.画面调用时间 ≤1～5秒；

4.画面自动刷新周期 5秒 （1 ～ 10秒可调）；

5.模拟量和数字量的扫描周期 2秒 （1 ～ 10秒可调）；

6.脉冲计数量采集周期 15分；

7.开关变位到报警信息推出时间 ≤2秒；

8.双机切换时间 ≤60秒；

（二）系统的可靠性指标：

系统和系统设备必须能保证长期稳定运行。有足够的可靠性，满足以下可靠性指标：

1.系统平均无故障运行时间（MTBF）：≥25000小时；

2.数据采集及控制装置平均无故障时间（MTBF）：≥40000小时；

3.系统所有设备均能保证长期稳定可靠运行。

（三）系统的可用性指标：

系统在完成系统重要功能（SCADA、历史数据存储、通信、网络分析）的前提下，满足以下性能指标：

1.系统可用率≥99.9%；

2.遥控执行可靠率≥99.99%；

四、结束语

青岛海湾大桥海湾大桥综合电力监控系统设计充分考虑了海湾大桥结构特殊性与其所属的环境，采用先进成熟的监控系统结构与管理模式，推动海湾大桥机电设施管理向自动化、综合化、集中化、智能化方向发展，对供电系统可靠性，提高供电质量，降低运营成本，供配电系统的管理与控制都具有十分重要的意义。

参考文献：

[1] 郭元术. 高速公路通信. 人民交通出版社.2002

[2] 张洋等. 高速公路供配电照明系统理论及应用/高速公路机电工程丛书. 电子工业出版社.2003

[3]樊平毅等.现代通信理论基础.北京：清华大学出版社.2006.

作者简介：

1.乐卫洪，江苏省交通规划设计院股份有限公司，工程。

2.张士磊，江苏省交通规划设计院股份有限公司，助理工程师。