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論高速公路隧道機電智慧管控系統的應用
2023-12-21 17:01:00 來源：安科瑞陳芳芳
摘要：首先探討了機電智慧管控系統的設計架構以及機電系統的設計，然后對機電系統的構成進行分析，包括供配電系統、通風系統、消防系統、照明系統、監控系統等，*后闡述機電智慧管控系統中需要實現的關鍵功能，如綜合監控、設備管理、智慧巡檢、視頻管理、信息發布以及事件聯動與管理等，以期有效實現對工程機電系統的智慧管控。
關鍵詞：高速公路；隧道機電；智慧管控
0引言
在高速公路運營過程中，公路基礎設施是保障人們行車安全的重要手段。尤其是高速公路隧道工程，為實現隧道內的正常通車，需要在隧道內部布置完善的機電系統，包括隧道的供配電系統、照明系統、通風消防系統等。在目前隧道機電系統中，各個系統相互獨立，既不利于公路運營人員的養護及管理，也容易導致隧道內的安全隱患。因此，為解決此類問題，應充分結合信息化技術的發展，研究設計一套隧道機電智慧管控系統，將機電系統各個獨立部分連接成整體，通過網絡對機電系統實施監控，以保證高速公路的安全運營。
1工程概況
某高速公路工程路線全長62.5m，途徑多處山區地帶，為節省施工成本并保護當地的自然環境，需要采用隧道的方式穿越山體。工程路線中共計隧道工程5處，總長度約為8.7km，在隧道建設中由于本身的空間密閉，視野范圍較小，需要安裝機電系統實現隧道內的照明與監控。因此為確保工程隧道的安全行車，同時實現機電系統的有效管控，經研究決定對隧道內的機電設施研發一種智慧管控系統，以提升隧道內機電系統的實時管控本文對該工程隧道機電系統智慧管控系統的應用進行分析。
2公路隧道機電智慧管控系統的應用
2.1機電智慧系統分析與設計
2.1.1系統架構分析
本工程隧道內的機電智慧系統通過一體化監管平臺可以實現在隧道內全面布局感知系統、資源整合以及信息共享，從而全面提高隧道機電系統的綜合管控和風險管控能力，保障人們的出行安全，提升隧道的服務水平。同時，一體化監管平臺可在隧道內充分利用高精度地圖、三維建模、智慧融合感知等技術，實現隧道內交通狀況的可視化，根據隧道的運行數據進行事件預警等，*終有效地將隧道機電系統的各個子系統集成于一個平臺之上，完成對隧道機電系統的智慧管控。
2.1.2機電系統設計
在隧道機電智慧管控系統設計中，主要包括系統平臺的數據庫建立以及系統的功能設計，結合工程隧道的實際情況，主要的隧道機電結構包括供配電系統、照明系統、監控系統、通風系統和消防系統等。在隧道智慧管控平臺數據庫設計時應整合多元業務數據，以加強外部設施的數據收集能力。完善系統的數據采集交換服務和共享能力數據的能力，將系統的數據分為兩大類，分別為機電設備運行狀態和道路車輛運行信息，通過對數據的數字化分析繪制隧道的可視圖；針對隧道機電系統所需的功能，一體化監管平臺應設計相應的綜合監控、設備管理、智慧巡檢、視頻管理、信息發布以及應急事件的處理功能，從而保證機電系統的正常運作，確保隧道的運營安全。
2.2機電系統構成
2.2.1供配電系統
（1）隧道內的基本照明、消防水泵、通風設施、監控設施及其他設施等設施均需要通電才能實現運營，因此隧道內需要具備完善的供配電系統。根據采用的各類機電設施的用電要求，本工程隧道內的供配電系統的用電負荷主要為一級負荷和三級負荷，其中上述的設施采用一級負荷，其他設施均采用三級負荷，根據此情況供電系統可采用雙電源供電形式設計，在供配電系統中利用10kV的電纜沿著隧道兩側進行布設，鋪設時所有的電纜放入設計的電纜溝中，避免暴露于隧道之內。
（2）電纜沿著隧道兩側布設完成后，工程隧道內部設置有變配電設施，布設的電纜會與變配電相互連接。當電流進入變配電設施之后，通過變配電設施的配置及變壓器的作用，會將電流分為一級負荷與三級負荷，通過設置的兩路電源分別向機電設施供電，保障機電系統的用電安全及正常運營。此外，本工程供配電系統接地處理采用TN-S形式，供配電系統所有變壓器的中性點均直接接地，接地電阻控制在1Ω,每一個變壓器中性點之后分別設置零線與保護線，兩種線路的設置不得出現相互連接問題，避免引發用電事故。
2.2.2通風系統
由于隧道是穿越山體進行修建，隧道內部其環相對封閉，為保證隧道內空氣的正常流通，需要在隧道內部設置通風系統來改善環境。本工程隧道的通風系統設置，主要由3大部分組成，分別為環境監測、風機控制及區域控制網絡。其中通風系統的環境監測功能是對隧道內的一氧化碳進行監測，避免隧道中有害物質濃度超標；風機控制是為了保證隧道內空氣的流通，本隧道采用射流風機，該類型風機完全滿足隧的通風需求；區域控制網絡可利用信息化實現對通風系統的管控，有利于機電智慧管控系統的應用。
2.2.3消防系統
（1）消防系統是高速公路隧道機電系統結構中不可缺少的設施，在隧道消防系統設置中，主要功能包括火災檢測、滅火設備、隧道排煙及報警系統等。針對工程長度較大的隧道工程，在隧道內應設置橫向的緊急出口，當隧道運營過程中發生火災問題，隧道內的行駛人員可以及時逃出隧道，其次隧道內的火災監測裝置，設置后保證其有效性，當遭遇火災問題可以及時反映至管理人員；滅火設備應貫穿整個隧道工程，每間隔一段位置設置一處消防設施并配備消防水管及滅火器；排煙及報警設施要實現對隧道排煙量的監控，如排煙量過大則可以實現自動報警操作。
（2）在隧道的消防系統設置中，為避免火災過大造成人員傷亡問題，在隧道橫向的緊急出口中，應安裝防火卷簾門，并將卷簾門設置為手動開啟和電動開啟2種形式，正常情況下保持卷簾門的開啟狀態，在突發火災的緊急情況下，可將卷簾門關閉，避免火勢蔓延至緊急出口，同時針對行人的緊急出口，在設置時每一側均要安裝防火門，正常情況下保持防火門的關閉狀態，當隧道內的消防系統全部布設完成后，由上級消防主管部門進行驗收，保證消防設施的使用性能，以確保隧道的運營安全。
2.2.4照明系統
（1）對高速公路隧道來說，機電系統中必不可少的就是照明系統，其能夠保證隧道內的光線滿足行車要求，從而保證隧道內的運營安全，因此照明系統也是隧道機電系統的*重要組成部分。本工程隧道內照明系統主要采用UPS電源供電，且供電設施的備用時間保持在30min以上，以保證運營期間不出現斷電的問題。在供電系統照明燈設置時，主要采用隧道拱頂單光帶的形式，在隧道內部設置雙排單光帶進行照明，局部較暗的區域可利用加強照明燈。
（2）依據不同的照明燈形式，隧道內的照明系統共分為加強照明燈、應急照明燈和基本照明燈3種，在安裝照明系統時這3種照明燈均布置于隧道兩側，應急照明燈與基本照明交錯安裝，各照明燈的距離控制在10m，應急照明燈的數量以基本照明燈數量保持一致。正常情況下基本照明燈按照要求開啟，當照明過程中遭遇緊急情況，則可立即啟動應急照明燈，保證隧道內的照明條件，在此過程中運營單位可及時排除故障恢復照明條件
2.2.5監控系統
（1）為保證隧道內的行車安全，或者遭遇緊急情況可以獲得相關信息，在本工程隧道內設置監控系統，以在隧道內部安裝攝像機對行駛的車輛進行實時監控，這不僅可以監控隧道內是否存在安全事故，還能記錄車輛是否存在違章行為，如超速形式、違規變道等，從而有利于保證隧道內的行車安全。基于此，本次隧道內的監控系統設置時，主要采用定焦高清網絡攝像機和車行橫洞紅外球型高清網絡攝像機，安裝于隧道的弧線位置。
（2）在攝像機安裝過程中，施工單位應根據設計要求確定安裝位置和高度，保持預埋螺栓的中心距離與攝像機底座法蘭孔的距離一致。安裝中為減小垂直立柱的偏差，施工人員用經緯儀測量垂直柱的垂直度，如果偏差較大，則可用墊片調節垂直柱的垂直度安裝后需要檢測其安裝效果，攝像機是否工作正常，是否能與機電智慧管控系統相連接，經檢測調試正常后，組織對機電監控系統的驗收工作。
2.3機電智慧系統功能研究
2.3.1綜合監控
結合上述隧道機電智慧管控系統的功能，在一體化平臺上可實現隧道內的綜合監控，即對隧道內全路段機電設施的監控功能。在平臺的監控軟件中，管控人員可以在平臺中監管所有的機電設施，并結合GIS技術將隧道機電設施所得到的交通流數據、氣象數據、施工信息、事故信息和實時監控視頻等，綜合地在計算機界面中呈現出來，同時能夠通過對應機電設施圖標顏色的變化，判斷該機電設備的運行狀態是否存在故障，以及設備當前工作的狀態和內容，以便實現隧道機電設施的綜合監控。
2.3.2設備管理
隧道機電系統中采用的設備種類繁多且設備的數量較大，如采取普通的管理方式對設備維修、養護、更換等信息進行記錄管理，會大幅增加運營人員的工作量。本工程隧道機電智慧管控系統中具有設備管理功能，通過一體化監管平臺，運營人員可以采用直觀的圖形操作界面，實現對設備的管理工作，這不僅包括設備的運行狀態，是否存在故障等問題，還包括設備的維修、保養臺賬，設備的更換、采購、報廢記錄以及設備廠商的基本信息等，有利于運營單位節省養護成本，保障機電設備的正常運行。
2.3.3智慧巡檢
上述設備管理功能主要采用直觀的圖形操作界面，使管控人員能夠在一體化平臺上完成對設備狀態及工作性能的監督，而智慧巡檢功能則可以完成對隧道機電設施的檢查工作，減少隧道養護人員的工作量。該系統是利用虛擬巡邏車的方式代替人工，通過一體化管控平臺對虛擬巡邏車的巡檢路線及要求進行設置，然后啟動巡邏車輛代替人工進入隧道對機電設備進行檢查，管控人員可在一體化平臺上獲得巡檢結果，如機電設備存在故障，則巡檢車可通過聲光報警的方式通知給管控人員，并將巡檢結果在一體化平臺進行展示，管控人員根據需求將巡檢結果導出或打印。
2.3.4視頻管理
在隧道機電系統中配置監控設施，為有效地利用監控設施所拍攝的畫面，在機電智慧管控系統中具備視頻管理功能，該功能可以實現兩個功能，分別是實時監控和視頻回放。其中實時監控是將機電系統監控設施的畫面轉播至一體化管控平臺，在管控平臺中可以對監控畫面、監控方式等進行遠程控制；視頻回放是指將機電監控設施所拍攝記錄的畫面保存，需要時可以隨時從管控平臺調取，方便管控人員對隧道內事故發生原因、設備損壞原因等進行調查，確保機電系統的正常運營。
2.3.5信息發布
對隧道機電智慧管控系統而言，該系統可提供統一的服務接口，以方便管控人員利用一體化管控平臺發布相關信息，包括隧道的交通誘導信息、查詢服務信息、隧道內事故信息等。比如在隧道運營過程中存在火災安全隱患問題時，此時管控人員可通過智慧管控系統通過車輛檢測器、閉路電視系統、環境監測系統等發布預警信息，若已經發生火災問題，則管控人員還可通過信息發布功能指揮和調度交通，從而避免造成重大損失。
2.3.6事件聯動與管理
在上述情境中，如隧道內發生火災問題，則可以利用機電智慧管控系統的事件聯動及管理功能報警理，該功能可以實現對系統各模塊的統一管理、分級處理，各個模塊根據工程實際情況設置閾值或狀態變化。當隧道運營過程中遭遇安全事故且事故危害等級超過設置的閾值，此時機電智慧管控系統可立即啟動預案，按照預先設置的要求報進行處理，如超過報警的閾值標準，就能自動觸發報警操作，從而保障隧道的運營安全。
3.高速公路供配電監控系統
近年來，我國的高速公路發展非常迅速，已形成遍布全國的高速公路網，它在對國家經濟發展作出突出貢獻的同時，也對高速公路管理及運營的自動化、智能化提出了嚴峻的考驗。高速公路自動化管理系統一般由通信、收費、監控和供配電4個子系統組成，而通信、收費和監控系統穩定運行的基礎是供配電系統的穩定運行。
高速公路供配電監控系統對高速公路沿線的變電站內的高低壓配電設備、發電機、變壓器、UPS、EPS、外場照明、隧道內的理地式變壓器與照明、通風及排水等機電設備進行實時分布式監控和集中管理,實現無人值守,確保高速公路安全暢通,提高自動化管理水平,降低機電設備的運行維護成本。
高速公路供配電監控系統包括隧道變電所、服務區變電所、收費站變電所、沿線箱式變電站、互通樞紐、路燈電源、風機控制箱等區域的電力綜合監控。
圖1高速公路監控對象
高速公路供配電系統傳統維護的缺點有以下幾點：
1、巡檢工作量大：由于變電所分布在幾十至幾百公里的高速公路上，需要沿高速路逐一巡查；
2、設備發生故障后上報不及時、維修效率低；
3、維護、維修狀態無法實時監控，維護、維修進度無法及時督查跟蹤；
4、缺乏信息化手段進行設備管理維護，導致隱患無法及時發現；
5、由于缺乏統一的監管平臺，機電設施運行狀況無法及時、全面、準確掌握。
6、無法實現綜合查詢分析，提供輔助決策支持；
7、無法即時排查電氣隱患、隱蔽工程隱患檢查難；
針對高速公路傳統維護的缺點，為了保障高速公路供配電系統的穩定運行并減少維護人員的工作量，設計了一套高速公路供配電監控系統，該系統的主要功能如下：
1、對配電房內的變壓器、開關柜電氣參數進行監控；
2、對配電房內的UPS、EPS電氣參數進行監視，當監測到UPS和EPS的電池電壓過低時，及時進行維護，避免停電后無法操作斷路器；
3、對配電房內的發電機進行監控，并對發電機油箱的油位進行實時監控，避免油位過低影響發電機正常運行，以及柴油被盜后能及時發現并報警；
4、對配電房內饋線回路的漏電電流、線纜溫度進行監測和異常報警；
5、對隧道的照明回路進行遠程控制，對隧道的引道照明回路和加強照明回路進行手動和自動控制；
6、隧道內消防疏散通道、出口有明顯的指示燈具，并可以通過不同應急預案進行緊急控制；
8、根據隧道配電房內可燃氣體濃度及煙霧啟停排風風機；
9、監測隧道配電房內部環境溫濕度，煙霧、甲烷等可燃氣體監測、報警及聯動控制；
10、監控軟件采用B/S架構，全面接入以上監測數據，通過瀏覽器、手機APP或短信等方式提供數據監測和異常報警，并可通過系統發布維保、巡檢及搶修派工任務。
本方案遵循的國家標準有：
GB/T14285-2006《繼電保護和安全自動裝置技術規程》
GBT14598.300-2008《微機變壓器保護裝置通用技術要求》
GB/T2887-2011《計算機場地通用規范》
GB50052-2009《供配電系統設計規范》
GB/T20965-2013《控制網絡HBES技術規范住宅和樓宇控制系統》
GB50116-2013《火災自動報警系統設計規范》
GB14287-2014《電氣火災監控系統》
GB25506-2010《消防控制室通用技術要求》
GB50116-2013《火災自動報警系統設計規范》
GB28184-2011《消防設備電源監控系統》
GB29364-2012《防火門監控器》
GB51309-2018《消防應急照明和疏散指示系統技術標準》
JB/T10736-2007 《低壓電動機保護器》
GB/T15576-2008 《低壓成套無功功率補償裝置》
根據高速公路供配電監控系統要求，方案配置綜合監控系統和子系統解決方案。
變電所電力監控子系統
電氣火災監控子系統
消防設備電源監控子系統
消防應急照明和疏散子系統
高速公路供配電運維管理云平臺
方案建立基于云平臺的“監、控、維”一體化的綜合監控系統，從數據采集、通信網絡、系統架構、聯動控制和綜合數據服務等方面的設計，解決了高速公路監控系統中存在內部干擾性強、使用單位多及協調復雜的根本問題，大大提高了系統運行的可靠性和可管理性，提升了高速公路基礎設施、環境和設備的使用和恢復效率。
高速公路供配電監控監控
3.5電力監控子系統
電力監控系統主要針對隧道變電所、箱式變電站、收費站和服務區變電所，對變電所高壓回路配置微機保護裝置及多功能儀表、UPS、EPS和發電機進行保護和監控，主要是服務對象為高速公路供配電系統的維護人員，對實時性要求較高。
3.5.1電力監控子系統設備選型
變電所高低壓柜主要配置如下：
應用場合
型號
功能
10kV
進/饋線
AM5-F
相間電流速斷保護，相間限時電流速斷保護（可帶低壓閉鎖），相間過電流保護（可帶低壓閉鎖），兩段式零序過流保護，反時限相間過流保護（可帶低壓閉鎖），零序反時限過流保護，過負荷保護，控制回路異常告警。
變壓器
AM5-T
電流速斷保護，過流保護，復壓閉鎖，反時限過流保護，復壓閉鎖，兩段式高壓側零序過流保護，兩段式低壓側零序過流保護，過負荷保護，控制回路異常告警，超溫/重瓦斯跳閘，過溫/輕瓦斯報警。
母聯
AM5-B
相間電流速斷保護，相間過電流保護，母聯充電保護，母聯備自投，進線備自投，控制回路異常告警。
PT監測
AM5-U
過電壓告警、零序過壓告警、PT斷線告警、低電壓告警；4路交流電壓通道。
智能操控、節點測溫
ASD320-Pn
一次回路動態模擬圖、彈簧儲能指示、高壓帶電顯示及閉鎖、驗電、核相、自動溫濕度控制及顯示（標配一路強制加熱）、遠方/就地旋鈕、分合閘旋鈕、儲能旋鈕、人體感應、柜內照明控制、RS485接口、高壓柜內電氣接點無線測溫
電參量測量
APM810
三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序電流In，四象限電能，實時及*大需量，本月和上月極值，電流、電壓不平衡度，負載電流柱狀圖顯示，66種報警類型及外部事件（SOE）各16條事件記錄，支持SD卡擴展記錄，2-63次諧波，2DI+2DO，RS485/Modbus，LCD顯示
0.4kV
進線
APM810
三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序電流In，四象限電能，實時及*大需量，本月和上月極值，電流、電壓不平衡度，負載電流柱狀圖顯示，66種報警類型及外部事件（SOE）各16條事件記錄，支持SD卡擴展記錄，2-63次諧波，2DI+2DO，RS485/Modbus，LCD顯示
無功補償
ARC
測量I、U、Hz、cosΦ，具備過電壓保護、欠流鎖定、電網諧波過大保護功能,可控制電容器的投切，RS485/Modbus協議
ANSVC
動態無功補償控制柜
ANSVG
靜態無功補償柜
有源濾波
ANAPF
ANAPF系列有源電力濾波器并聯在含諧波負載的低壓配電系統中，能夠對動態變化的諧波電流進行快速實時的跟蹤和補償。
出線
AMC72L-E4/KC
三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），四象限電能，2DI+2DO，RS485/Modbus，LCD顯示
溫度檢測
變壓器溫度檢測
ARTM-8
8路溫度巡檢，熱電阻信號輸入，RS485接口，2路繼電器輸出
無線測溫
ARTM-Pn
可以嵌入式安裝在高壓柜、低壓抽屜柜內，每臺裝置可以接收60個傳感器的數據，可與ATE200、ATE400傳感器選配使用。裝置帶有一路485接口，可將采集到的溫度數據上傳到監控系統上位機。
ATE400
感應取電無線溫度傳感器，合金片固定，CT取電，測溫范圍-50℃-125℃，精度±1℃
ATE200
電池供電無線溫度傳感器，表帶式固定，測溫范圍-50℃-125℃，精度±1℃
配套附件
AKH-0.66
測量型互感器，采集交流電流信號
網關
Anet-2E4SM
4個RS485串口2kV隔離，2個以太網接口，支持ModbusRTU、IEC-60870-5-101/103/104、CJ/T188、DL/T645等通訊協議設備的接入，支持ModbusRTU、ModbusTCP、IEC-60870-5-104等上傳協議、支持多中心不同數據服務要求，支持斷點續傳；可擴展至12個RS485口，4G/LORA等無線通訊功能，裝置電源:220VAC/DC。
電力監控系統
Acrel-2000/Z
數據的實時采集、數字通信、遠程操作與程序控制、權限管理、事件記錄與告警、故障分析、各類報表。
3.5.2電力監控子系統功能
系統人機界面友好，以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運行狀態，實時監測各回路電壓、電流、功率、功率因數、電能等電參數信息，動態監視各配電回路斷路器、隔離開關、地刀等合、分狀態，以及有關故障、告警等信號。
在配電一次圖中，可以直接查看該回路詳細電參量，包括三相電流、三相電壓、三相總有功功率、總無功功率、總功率因數、正向有功電能，并可以查看24小時相電流趨勢曲線。
查詢各回路或設備指定時間的運行參數，報表中顯示電參量信息應包括：各相電流、三相電壓、總功率因數、總有功功率、總無功功率、正向有功電能等.
電力監控系統具有實時報警功能，系統能夠對配電回路斷路器、隔離開關、接地刀分、合動作等遙信變位，保護動作、事故跳閘等事件發出告警。電力監控系統具有實時語音報警功能，系統能夠對所有事件發出語音告警。
電力監控系統能夠對遙信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統事件和報警進行歷史追溯，查詢統計、事故分析。
電力監控系統以豐富的報表體支撐量體系的完整性。系統具備定時抄表匯總統計功能，用戶可以自由查詢自系統正常運行以來任意時間段內各配電節點的用電情況，即該節點進線用電量與各分支回路消耗電量的統計分析報表。
電力監控系統為保障系統安全穩定運行，設置了用戶權限管理功能。通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作（如遙控的操作，數據庫修改等）。可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限，為系統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。
電力監控系統可以對整個配電系統范圍內的設備進行遠程遙控操作。例如配電系統維護人員可以通過監控系統的主界面點擊相應的斷路器遙信點調出遙控操作界面，可以及時執行調度系統或站內相應的操作命令。
電力監控系統支持實時監視接入系統的各設備的通訊狀態，能夠完整的顯示整個系統網絡結構；可在線診斷設備通訊狀態，發生網絡異常時能自動在界面上顯示故障設備或元件及其故障部位。
ANAPF系列有源電力濾波器通過電流互感器采集系統諧波電流，經控制器快速計算并提取各次諧波電流的含量，產生諧波電流指令，通過功率執行器件產生與諧波電流幅值相等方向相反的補償電流，并注入電力系統中，從而抵消非線性負載所產生的諧波電流。
產品特點：
補償方式靈活：既可補諧波，又可兼補無功，可對2-51次諧波進行全補償或指定特定次諧波進行補償；
可治理三相不平衡；
線性補償，響應時間≤5ms；
具有人性化的人機交互界面，可通過該界面看到系統和本體的實時電能質量信息，操作簡單，可以遠控，也可以本控；
采用進口IGBT，功率密度大，可靠性高；
采用DSP高速檢測和運算的數字控制系統；
監控以及顯示具備遠程通訊接口，可以通過PC機實時監控；
標準模塊化設計，縮短交付周期，同時提高了使用的可靠性和可維護性。
ANSVG靜止無功發生器是一種用于補償無功、諧波治理以及不平衡調節的新型電力電子裝置；智能控制系統主動根據系統的線性動態需求，自動調節模塊的輸出；ANSVG整機主要是由ANSVG模塊組成；能完成更大容量的無功功率的補償，整機通過一個7寸觸摸屏實現人機交互。觸摸屏通過RS485與ANSVG模塊進行通信。
功能特點：
補償方式靈活：補償負載無功，濾除5、7、9、11、13次以內的諧波；
可治理三相不平衡；
線性補償，響應時間≤5ms；
具有人性化的人機交互界面，可通過該界面看到系統和本體的實時電能質量信息，操作簡單，可以遠控，也可以本控；
采用進口IGBT，功率密度大，可靠性高；
采用DSP高速檢測和運算的數字控制系統；
監控以及顯示具備遠程通訊接口，可以通過PC機實時監控；
標準模塊化設計，縮短交付周期，同時提高了使用的可靠性和可維護性。
電氣火災監控系統作為火災自動報警系統的預警子系統，由電氣火災監控主機、電氣火災監控單元、剩余電流式電氣火災探測器以及測溫式電氣火災探測器組成，通過現場總線構成一套完整的預防電氣火災的監控系統，數據可集成速公路監控系統。
高速公路電氣火災監控系統以防火分區為單位設置，采集數據后上傳至監控主機，實現對高速公路電氣安全預警。現場設置的傳感器監測配電系統回路的漏電電流和線纜溫度，異常時實時發出報警信號。
3.6.1電氣火災監控子系統設備選型
型號
功能
安裝方式
防護等級
監控設備
Acrel-6000/B
接收電氣火災監控探測器信號，實現對被保護電氣線路的報警、監視、控制與管理。
壁掛式
IP65
監控探測器
ARCM300-J1
1路剩余電流監測，4路溫度監測，1路繼電器輸出，事件記錄，LCD顯示，1路RS485/Modbus通訊
導軌式
IP30
ARCM300-J4
4路剩余電流監測，1路溫度監測，4路繼電器輸出，事件記錄，LCD顯示，1路RS485/Modbus通訊
導軌式
IP30
配套附件
AKH-0.66/L
剩余電流互感器，采集剩余電流信號
螺絲固定
IP30
ARCM-NTC
溫度傳感器，采集線纜或配電箱體溫度
扎帶固定
IP30
3.6.2電氣火災監控子系統功能
監控設備能接收多臺探測器的剩余電流、溫度信息，報警時發出聲、光報警信號，同時設備上紅色“報警”指示燈亮，顯示屏指示報警部位及報警類型，記錄報警時間，聲光報警一直保持，直至按設備的“復位”按鈕或觸摸屏的“復位”按鍵遠程對探測器實現復位。對于聲音報警信號也可以使用觸摸屏“消聲”按鍵手動消除。
當被監測回路報警時，控制輸出繼電器閉合，用于控制被保護電路或其他設備，當報警消除后，控制輸出繼電器釋放。
通訊故障報警：當監控設備與所接的任一臺探測器之間發生通訊故障或探測器本身發生故障時，監控畫面中相應的探測器顯示故障提示，同時設備上的黃色“故障”指示燈亮，并發出故障報警聲音。
電源故障報警：當主電源或備用電源發生故障時，監控設備也發出聲光報警信號并顯示故障信息，可進入相應的界面查看詳細信息并可解除報警聲響。
當發生剩余電流、超溫報警或通訊、電源故障時，將報警部位、故障信息、報警時間等信息存儲在數據庫中，當報警解除、排除故障時，同樣予以記錄。歷史數據提供多種便捷、快速的查詢方法。
高速公路電力電纜、燃氣管線比較多，火災風險高，消防設備比較多，消防設備電源監控系統主要功能就是用于監測消防設備的工作電源是否正常，保障在發生火災時消防設備可以正常投入使用。
消防設備電源監控監控系統采用消防二總線，以高速公路防火分區設置區域分機采集消防設備電源狀態，區域分機通過二總線接收多臺傳感器的電壓、電流信息和開關狀態信息，以此實現對消防設備電源工作狀態的實時監視。。
3.7.1消防設備監控子系統設備選型
類別
型號
功能
安裝方式
防護等級
監控器
主監控器
AFPM100/B1
檢測消防設備電源的電壓、電流、開關狀態等相關信息，從而判斷消防設備電源是否有斷路、短路、過壓、欠壓、錯相以及過流（過載）等故障信息并報警、記錄。該監控系統采用二總線通訊，與AFPM系列傳感器進行數據交換。
壁掛式
IP65
區域分機
AF-QYFJ-250W-12Ah
區域分機可監控被監測設備的電壓電流狀態和故障信息，并反饋給消防設備電源監控器；增加了通信距離，擴展了監控終端的數量。
壁掛式
IP65
電源監控模塊
雙電源進線端
AFPM3-2AVML
①液晶屏顯示實時監測數據；
②實時監測兩路三相電壓；
③具有欠壓、過壓、錯相的故障報警功能；
④提供一路或兩路開關量輸入，監測開關量狀態；
⑤二總線通訊，智能化程度高.
導軌式
IP30
單電源進線端
AFPM3-AVIML
①液晶屏顯示實時監測數據；
②實時監測一路三相電源的電壓和電流；
③具有欠壓、過壓、過流、錯相的故障報警功能；
④提供一路或兩路開關量輸入，監測開關量狀態；
⑤二總線通訊，智能化程度高。
導軌式
IP30
出線端
單相
AFPM/D-□
具有欠壓、過壓、過流的故障報警功能。
導軌式
IP30
三相
AFPM/T-□
具有欠壓、過壓、過流、錯相的故障報警功能。
導軌式
IP30
配套附件
AKH-0.66
測量型互感器，采集交流電流信號
螺絲固定
IP30
3.7.2消防設備監控子系統功能
監控器通過RS485總線接收多臺傳感器的電壓、電流信息和開關狀態信息，以此實現對消防設備電源工作狀態的實時監視。故障時發出聲光故障報警信號。
當被監測回路報警時，可控制輸出繼電器閉合，用于控制被保護電路或其他設備，當故障消除后，控制輸出繼電器釋放。
系統故障報警：程序不能正常運行時，監控設備發出聲光報警信號。
其它故障報警：主電源或備用電源出現異常，監控設備和傳感器回路發生短路、斷路等故障，或者傳感器發出被檢測電源的各種故障信號時，監控設備發出聲光報警信號。
當發生過壓、欠壓、錯相、過流故障報警或通訊、電源故障時，系統將故障報警部位、故障信息、故障報警時間等信息存儲在數據庫中，當故障報警解除、排除故障時，同樣予以記錄。
當主電源發生停電、欠壓等故障時，監控設備可自動切換到備用電源工作；當主電源恢復正常供電時，自動切回到主電源，切換過程中保證監控設備連續平穩運行。
高速公路的隧道距離比較長，空間狹小，200米設置一個防火分區，一旦發生火災，通過消防應急照明和疏散指示燈具指引快速疏散。
每個防火分區燈具數量較少，但是距離比較長，在每個防火分區設置小功率集中，通過光纖和控制器通訊，由于高速公路特殊環境，燈具需要具備IP65以上防護等級。
3.8.1消防應急照明和疏散指示系統設備選型
型號
功能
安裝方式
防護等級
監控主機
控制器
A-C-A100
通過控制器接收火災報警系統的信號，在火災發生時，發布合理的逃生路線，控制相關燈具自動工作，如頻閃、變向、開等、滅燈等，實時指示*佳逃生路線,琴臺式。
琴臺
落地
IP30
控制器
A-C-A100/B3
通過控制器接收火災報警系統的信號，在火災發生時，發布合理的逃生路線，控制相關燈具自動工作，如頻閃、變向、開等、滅燈等，實時指示*佳逃生路線,壁掛式。
壁掛
IP30
集中電源
集中
電源
A-D-0.2KVA-A200L
將AC220V電源轉換為DC36V，并為區域內的燈具提供DC36V電壓。內置備用電源，主電源供電不足時，備電源自動切換，切換過程中系統保持平穩運行狀態，有效保證系統可靠運行，且維持系統正常運行不小于90min。
壁掛
IP33
A-D-0.3KVA-A200FP
壁掛
IP33
A-D-0.5KVA-A200FP
壁掛
IP33
A-D-0.65KVA-A200FP
壁掛
IP33
燈具
指示
燈具
A-BLJC-1LROEII1W-A431H
巡檢、頻閃、亮燈、滅燈、方向可調
壁掛
吊裝
IP67
照明
燈具
A-ZFJC-EXW-A603HC
巡檢、亮燈、滅燈
吸頂
IP67
A-ZFJC-EXW-A603HE
巡檢、亮燈、滅燈
壁掛
IP67
A-ZFJC-EXW-A604T8
巡檢、亮燈、滅燈
壁掛，吸頂，嵌裝
IP67
3.8.2消防應急照明和疏散指示系統功能
本系統與火災自動報警系統無縫對接，當發生火災時，得到火災信息，系統自動生成逃生路線。同時也可以通過自動和手動兩種方式進入應急狀態。
本系統采用消防二總線將具有通信功能的設備和燈具相互連接起來，當監控系統中的設備及燈具發生短路、斷路等故障時，控制器能發出故障報警信號，指示故障報警地點并保存故障報警信息，*大限度地保障了電氣安全的可靠性。
控制器可對系統內部的所有組件工作狀態進行24小時監控，實時檢測其工作狀態是否正常，包括集中電源、分配電裝置、燈具，火災報警時，能迅速發出指令，控制燈具的顯示狀態
自動檢查控制器中所有狀態指示燈、顯示屏、喇叭、打印機是否正常。自檢功能分為常規自檢、月檢和年檢，定期檢查電路故障，消除安全隱患。常規自檢方式為所有指示燈閃亮、顯示器、音響器件發聲；月檢方式為上電24H后，每隔30天應急工作30~180秒；年檢方式為每年應急工作時間不少于30min。
當系統發生應急啟動、故障等事件時，控制器能自動記錄事件類型，事件發生時間，事件發生區域以及事件的詳細信息，可在日志記錄中自定義查詢日期及范圍，控制器能存儲事件記錄超過10000條。
控制器可通過軟件界面設置燈具順序閃亮的頻率，2～32Hz可設。
高速公路監控中心中，使管理人員可以隨時輕易的掌握所有情況。
系統采集高速公路供電系統內各個智能設備的信息，有異常時通過短信或APP推送報警信號，并且可以派發工單，并且進行跟蹤閉環處理。
軟件采用B/S架構，用瀏覽器打開云平臺鏈接、輸入賬戶名和權限密碼，進行登錄，防止未授權人員瀏覽有關信息。
平臺主頁顯示用戶管理變配電站的概況，包括用能月報、選定的變配電站狀態、變壓器狀態、運維中心、看板。
變電站狀態
變電站狀態包括概況、運行狀態、當日事件記錄、當日逐時用電曲線、用電概況。
變壓器狀態
變壓器狀態支持用戶查詢所有或某個站所的變壓器功率、負荷率、等運行狀態數據，支持按負荷率、功率等升、降序排名。
運維中心
運維中心展示當前用戶管理的有關變電所在地圖上位置及總量信息。
電力監測包括電力數據、變壓器監測、運行報表、配電圖、電力極值表、運行日報、平均功率因數監視和統計頁面。
用電分析包括用能報表、同比分析、環比分析、電能集抄、計量及線路損耗。
用能報表顯示各回路的用能數據，包括日報、月報、年報，日報顯示分時用能，月報顯示分日用能，年報顯示分月用能，報表可以導出。
事件記錄方便運維人員查看分析設備如斷路器合分、門開門關、電流電壓越限告警、煙霧報警、氣體濃度越限報警、浸水報警、故障告警、短信志、平臺運行日志等記錄。
安全用電包括漏電監測和線纜溫度監測。
漏電監測
漏電監測展示選中變配電站的漏電流和線纜溫度及報警狀況。
線纜溫度監測
線纜溫度監測界面展示了選中變配電站的線纜溫度，選中需查看的監測點，點擊查詢可以查看線纜溫度的歷史數據
運行環境包括環境監測、視頻監控、環境溫濕度、儀表通訊狀態、網關通信狀態、視頻監控、視頻設備狀態等。
環境監測
環境監測展示了變配電站內的環境狀態，包括環境溫濕度、水浸、煙霧、門狀態等信息
視頻監控
視頻監控展示了當前實時畫面（視頻直播），選中某一個變配電站，即可查看該變配電站內視頻信息。
環境溫濕度
環境溫濕度展示變電所內儀表記錄的環境溫濕度信息，并可導出為excel。
視頻設備狀態
視頻設備狀態展示了變電所內視頻設備的在線情況。
設備控制包括遙控定義、照明控制以及控制操作日志。
照明控制
照明控制可以控制燈泡的亮滅，選擇“變配電站”，點擊勾選要控制的設備，點擊“控制”按鈕，在彈出層選擇設備狀態，點擊“確定”。
設備管理包括設別定義、設備檔案和設備報表，在設備檔案中對變電所設備進行維護處理。
設備檔案
設備檔案中選擇變電所，對設備定義的模板進行導入，有新增、修改、刪除、復制等操作，對變電所設備進行維護管理。/
設備報表
設備報表展示了各個變電所的設備狀況，并根據設備檔案中填寫的安裝時間和質保期得出建議更換時間，并在舉例建議更換時間7天內提示用戶更換設備。
運維管理包括任務管理、巡檢記錄、缺陷記錄三部分，其中任務管理可以完成任務的創建、發布、任務完成情況查詢；巡檢記錄是巡檢任務的執行情況和執行明細，缺陷記錄是消缺任務創建、發布、完成狀態情況查詢。
任務管理
任務管理頁面可以發布巡檢或消缺任務，查看巡檢或消缺任務的狀態和完成情況，可以點擊查看任務查看具體的巡檢信息。
巡檢記錄
巡檢記錄顯示了巡檢任務的完成情況，以及巡檢詳情。
缺陷記錄
缺陷記錄記錄了各個變電所運維巡檢過程中上傳的缺陷信息。
電力運維手機支持“監控系統”、“設備檔案”、“待辦事項”、“巡檢記錄”、“缺陷記錄”、“文檔管理”和“用戶報告”七大模塊，支持一次圖、需量、極值、用電量、視頻、曲線、溫濕度、同比、環比、電能質量、各種事件報警查詢，設備檔案查詢、待辦事件處理、巡檢記錄查詢、用戶報告、文檔管理等。
5.1維護服務
我公司的技術人員將負責系統工程的安裝、調試及優化等工作，提供全面、及時的培訓、維護、咨詢服務，并配合用戶管理系統的運行。
在整個系統運行期內，系統所有故障問題的檢測和恢復均由我公司負責，并作現場測試和恢復。在故障問題發生時，我公司將及時派出富有經驗的工程師（或工程師小組），利用有關工具和測試設備，檢測問題所在，并及時提出解決方案。具體地說，我們公司將成立專項服務小組，由技術部工程師負責該項目所涉及人員的技術培訓及解決日常出現的一些問題。我公司將免費接受用戶的電話技術咨詢和書函技術咨詢，幫助用戶解決在應用過程中遇到的各種技術問題。
技術支持熱線電話：800-820-6632
對于非設備性故障或一般性故障以及電話技術咨詢，我公司保證在1小時內給予回應，必要時派技術人員到達現場處理故障。
對于設備性故障，一方面在系統設計時，我們盡量避免單點故障，另一方面我們將利用我們公司的零備件應急供應體系，及時排除故障，保證不影響系統的正常運行。
系統自驗收合格之日起，免費保修三年，終身維護。系統常規軟件終身免費維護。
在質保期間發生問題，我方會在收到通知后及時響應，24小時內派合格的技術人員并攜帶工具無條件到現場作技術服務，除非該問題可以通過通訊解決。
在質保期內，如因我方責任需要調換或修理合同設備，并由此引起合同設備停機時，則有關合同設備的質保期按實際停機時間相應延長。重新修理或更換后的合同設備部件的質保期為修理和更換完畢并經雙方確認相應延長，但不能少于規定的一年質保期。
在質保期滿后30天內，買方因在質保期內發現合同設備有缺陷而出具的索賠證明仍然有效。
免費維修期內人為或自然災害引起的故障或損壞，僅收取維修成本費。
免費維修期以外的維修服務僅收取維修成本費。
本公司產品設計更新提高或軟件版本升級，我司將即時通知和協助需方進行已運行系統的改進提高，并無償提供軟件新版本。
用戶對系統改制、擴容、拆點等不同要求，公司將及時、準確地予以滿足。
我公司通過了ISO9001認證。公司各項與質量有關的活動均嚴格按ISO9001:2008的要求開展。
公司從產品的整個過程對產品的質量進行控制。對訂貨合同，公司組織相關人員進行認真評審，并及時將評審結果傳達給相關人員，以確保產品能充分滿足顧客的要求。
在產品的設計和開發過程中，開發人員根據顧客的要求，相關的國際、國家、行業標準以及相關法律和法規編制開發計劃。
在設計和開發的過程中，分階段的進行設計評審和設計驗證，設計完成后，選擇能代表顧客的單位進行確認，確保公司的設計能滿足顧客的要求。
在原材料的采購方面，本公司事先對供應商進行調查，確信他們的質量保證能力后才會實施采購。
在生產安裝和加工的過程中，本公司制訂了完善的工藝指導書，并在管理人員的監督下由生產人員實施操作，以保證產品的均一性及質量的穩定性。
在檢驗和試驗的過程中，首先由質管部和開發部一起按企業標準制訂檢驗標準和檢驗作業指導書，并指導檢驗人員嚴格執行。本公司的檢驗和試驗設備齊全，且都經過相關技術監督部門的校驗，確認合格后方可使用。檢驗中發現的產品不合格會及時反饋給責任部門，追查不合格原因，并限期整改。
本公司有完善的培訓制度，員工上崗前按規定接受培訓，經考核合格后方可上崗，保證每個崗位上均有一批訓練有素的骨干人員，為產品的質量合格提供了強有力的保障。
我方保證貨物是全新、未使用過的，是用一流的工藝和*佳材料制造而成的并完全符合合同規定的質量、技術規范和性能的要求。我方保證所提供的貨物經正確安裝、正常運轉和保養在其使用壽命期內應具有滿意的性能。在貨物質量保證期之內，我方對由于設計、工藝或材料的缺陷而發生的任何不足或故障負責。
荔玉高速公路是《廣西高速公路網規劃》“四縱六橫三支線”布局中“縱二”荔浦至鐵山港高速公路的組成部分，也是國家高速公路網G59廣西境段重要組成部分。項目建成后，將成為桂林、梧州、玉林通往北海、湛江等沿海城市*便捷的高速公路通道，對于加快區域一體化步伐、促進經濟社會發展具有重要意義。荔玉高速公路全長261.7公里，設計標準為雙向四車道，工程內容包括：橋梁198座，隧道14座，涵洞、通道1759道，互通式立交20處，服務區5對。
本次針對荔浦至玉林高速公路配電工程項目中不同保護對象配置不同微機保護裝置，10kV進線柜配置AM5-F線路保護裝置，共22只；10kV變壓器出線柜配置AM5-T變壓器保護裝置，共22只。0,4KV配電房，配置了PZ96L系列的多功能儀表800只；本工程10kV配電工程共有16個隧道變電所，為實時監視整個配電室的運行以及數據采集，該項目配置一套Acrel-2000Z電力監控系統，主要實現對荔浦至玉林高速公路各個變電所的用電監控與管理。監控范圍為變電所的微機保護裝置、電能表、變壓器溫控儀、EPS、UPS、無功補償、發電機控制屏、油箱液位儀、水泵運行狀態和水位、風機軟啟動器和照明控制器。本系統由用戶管理層、網絡通信層、現場設備層三部分組成，現場設置的電能表采用屏蔽雙絞線連接至各分區數據采集器，各分區數據采集器將數據分類處理后，通過網線連接至局域網交換機上傳至電力監控系統主機，實現電力設備集中監控功能。
廣西崇左到水口高速全線全長94.053公里，設置橋梁27座，隧道2座（其中特長隧道1座），互通式立交6處，服務區2處，停車區1處，管理分中心。
本系統由用戶管理層、網絡通信層、現場設備層三部分組成，現場設置的綜保、微機保護裝置、電能表、變壓器溫控儀、EPS、UPS、無功補償、發電機控制屏、油箱液位儀采用屏蔽雙絞線連接至各配電房的通訊管理機，各配電房的通訊管理機將數據分類處理后，通過網線連接速公路局域網交換機上傳至電力監控系統主機，實現電力設備集中監控功能。
7結語
通過隧道內機電系統智慧管控系統的應用，公路運營單位可以有效地利用管控系統對各機電系統進行監督，如隧道內發生安全問題或意外事故，運營單位可以及時獲取相關信息，安排維修人員對機電系統進行維護，從而保證隧道內的行車安全。但由于隧道機電系統組成部分眾多，為實現更為合理的管控，仍需加強對隧道機電智慧管控系統的研究，從而進一步進隧道工程的發展，保證我國公路的行車安全。
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[4]安科瑞企業微電網設計與應用手冊2023.01版
作者簡介
陳芳芳，女，現任職于安科瑞電氣股份有限公司，銷售工程師，主要負責高速公路管控系統的應用研究。
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