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AcrelEMS-HIM高速公路綜合能效系統(tǒng)在山東濟(jì)南至濰坊高速公路項(xiàng)目的應(yīng)用

發(fā)布時(shí)間: 2024-12-16  點(diǎn)擊次數(shù): 35次

安科瑞 宣依依

摘要:隨著高速公路數(shù)量和高速公路沿線的機(jī)電設(shè)備的增加,傳統(tǒng)的人工管理高速公路沿線機(jī)電設(shè)備的方式已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足高速公路交通安全暢通的要求。高速公路向著智能化和電力化發(fā)展的今天,電力控制智能化技術(shù)逐漸得到了廣泛應(yīng)用和快速發(fā)展,不僅促進(jìn)了高速公路運(yùn)輸能力的增強(qiáng),實(shí)現(xiàn)高速公路使用壽命的延長。同時(shí)新能源的發(fā)展,分布式光伏在高速公路的鋪設(shè),增加了高速供電的多樣性,也加劇了高速供電可靠的壓力。因此本文設(shè)計(jì)提供一套包括光伏監(jiān)測、電力監(jiān)控、電能計(jì)量、電能質(zhì)量治理、能耗分析、電氣安全、運(yùn)維巡檢管理等技術(shù)服務(wù)的一體化能源管理系統(tǒng),以保障高速公路沿線的安全性、合理性用電和可靠性。

關(guān)鍵詞:高速公路;智能化;分布式光伏;供電可靠

1概述

濟(jì)南至濰坊高速公路項(xiàng)目,項(xiàng)目全長162公里,設(shè)計(jì)速度120公里/小時(shí),雙向六車道,路基寬34.5米。設(shè)隧道10座,特大橋11座,大橋30座,互通立交20處、服務(wù)區(qū)3處、養(yǎng)護(hù)工區(qū)4處、監(jiān)控通信分中心3處、匝道收費(fèi)站15處、互通立交連接線4處。濰坊至青島連接線項(xiàng)目,項(xiàng)目全長47公里,設(shè)計(jì)速度120公里/小時(shí),雙向六車道,設(shè)特大橋2座、大橋14座、互通立交7處、服務(wù)區(qū)1處、養(yǎng)護(hù)工區(qū)1處、監(jiān)控通信分中心61處、匝道收費(fèi)站4處。上述兩個(gè)項(xiàng)目合稱濟(jì)青中線項(xiàng)目。

本項(xiàng)目中包含智慧供電的主要光伏棚洞上設(shè)置光伏發(fā)電系統(tǒng),光伏發(fā)電交流并網(wǎng)為隧道照明系統(tǒng)提供電力能源,節(jié)省隧道后期運(yùn)營費(fèi)用。馬家峪隧道進(jìn)一步提高光伏發(fā)電利用效率,設(shè)置為光伏直流電源直供隧道照明燈具,更大限度的利用光伏綠色能源。

另一方面,部分隧道變電所萬昌溜隧道出口、雙子山隧道出口、馬鞍山隧道出口采用模塊化預(yù)裝式變電站,包含變電站綜合能源管控系統(tǒng),為隧道的智慧供配電保駕護(hù)航;同時(shí)預(yù)制模塊化縮短施工工期,保證施工質(zhì)量,節(jié)約洞口占地面積,適用于洞口空間狹小的隧道。

2項(xiàng)目方案

2.1項(xiàng)目需求

監(jiān)控系統(tǒng)功能要求

數(shù)據(jù)采集功能:采集監(jiān)測線路的電壓、電流、有功功率、無功功率、頻率;采集變壓器溫度等;采集監(jiān)測斷路器狀態(tài)和開關(guān)狀態(tài)信號(hào)。

屏幕顯示功能:畫面美觀、清晰、色彩鮮明柔和,窗口界面風(fēng)格統(tǒng)一;顯示畫面可以多窗口顯示;顯示一次結(jié)線圖實(shí)時(shí)工況,遙測參數(shù)表(帶限值),曲線(負(fù)荷曲線、電壓曲線等),具有歷史數(shù)據(jù)的圖表顯示功能。

報(bào)表打印功能:系統(tǒng)具有簡單、方便、靈活的報(bào)表生成子程序,可以打印多種類型的日、月、年報(bào)表,日報(bào)表可以保存一月,月報(bào)表可以保存一年,年報(bào)表可以保存十年。

事件記錄和追憶功能:系統(tǒng)對開關(guān)跳、合閘可以記錄打印,相應(yīng)顯示畫面變色、閃光、報(bào)警,屏幕顯示事件信息;系統(tǒng)對模擬量產(chǎn)生越限值時(shí),可以打印記錄并報(bào)警;系統(tǒng)具有事件追憶功能;系統(tǒng)自動(dòng)記錄所發(fā)生的各類事件,便于操作人員了解供配電系統(tǒng)歷史情況;系統(tǒng)應(yīng)具備潮流分析表。

人機(jī)會(huì)話功能:操作界面非常友好,菜單操作,重要操作有口令要求;操作界面全漢化;語音報(bào)警。

2.2產(chǎn)品需求

1)ANet通訊管理機(jī)

監(jiān)控系統(tǒng)的通信層由光纖通訊網(wǎng)絡(luò)、各變電所/箱變的智能通訊管理機(jī)和光纖冗余工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)組成。變電所通過本路段高速公路主干通信網(wǎng)絡(luò),把電力監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸?shù)綄?yīng)的路段監(jiān)控分中心監(jiān)控分中心電力監(jiān)控主機(jī)。

通信管理機(jī)技術(shù)要求:

在各變電所/箱變設(shè)置一臺(tái)智能通訊管理機(jī),負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)變電所/箱變內(nèi)各監(jiān)控設(shè)備的通訊管理、信號(hào)傳輸?shù)裙δ?。其主要功能如下?/p>

采用高性能的嵌入式CPU,具有高速運(yùn)算、通信及數(shù)據(jù)處理能力。

具有2個(gè)10/100M網(wǎng)口、8個(gè)高速串行口(包括RS232、RS485)

具有多種通信規(guī)約,包括MQTT規(guī)約、IEC103\104協(xié)議、IEC61850協(xié)議、MODBUS協(xié)議等。

2)AM4保護(hù)裝置

高壓系統(tǒng)設(shè)置微機(jī)綜合保護(hù)測控裝置,對10kV進(jìn)出線、母線分段、變壓器組等回路進(jìn)行繼電保護(hù)和運(yùn)行測控。電力監(jiān)控系統(tǒng)與微機(jī)保護(hù)測控裝置進(jìn)行通信實(shí)時(shí)監(jiān)測各進(jìn)線、出線的運(yùn)行狀態(tài)。

10kV進(jìn)線出線:設(shè)置微機(jī)保護(hù)測控裝置,可實(shí)現(xiàn)就地、遠(yuǎn)動(dòng)的保護(hù)、測控功能。

10kV母線分段:設(shè)置帶BZT功能的微機(jī)保護(hù)測控裝置,可實(shí)現(xiàn)就地、遠(yuǎn)動(dòng)的保護(hù)、測控功能。

變壓器:設(shè)置微機(jī)變壓器保護(hù)測控裝置,可實(shí)現(xiàn)就地、遠(yuǎn)動(dòng)的保護(hù)、測控功能,電力監(jiān)控通過干變內(nèi)部預(yù)先埋設(shè)的溫度傳感器和相應(yīng)的智能溫控儀對干變的溫度信號(hào)、超溫報(bào)警、變壓器風(fēng)機(jī)工作狀態(tài)等變壓器運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測。

高壓PT:設(shè)置微機(jī)綜合PT測控裝置,實(shí)現(xiàn)PT的電壓監(jiān)測等功能。

至少具有8路模擬量通道,至少12路交直流兩用、110V/220V自適應(yīng)的開關(guān)量輸入。至少5路開關(guān)量輸出;所有接口資源均支持圖形化可編程、任意配置。至少具有1個(gè)RS485通信接口。

3)ARD低壓馬達(dá)保護(hù)

對電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的起動(dòng)超時(shí)、過載、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、阻塞、短路、外部故障等多種情況進(jìn)行保護(hù),并設(shè)有SOE故障事件記錄功能,方便現(xiàn)場維護(hù)人員查找故障原因。保護(hù)器需具有RS485遠(yuǎn)程通訊接口,DC4~20mA模擬量輸出,方便與PLC、PC等控制機(jī)組成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

4)AMC多功能數(shù)字式電表

進(jìn)線回路:0.4KV配電柜進(jìn)線單元和發(fā)電機(jī)進(jìn)線柜、聯(lián)絡(luò)開關(guān)柜等,對相應(yīng)回路均配置一臺(tái)智能多功能電力監(jiān)控儀表,監(jiān)測其有功P、無功Q、三相電壓U、三相電流I、功率因數(shù)COSΦ;監(jiān)視開關(guān)位置信號(hào)、回路分合閘狀態(tài)、故障脫扣信號(hào)等;并對進(jìn)線開關(guān)(低壓斷路器含電操等自動(dòng)機(jī)構(gòu))進(jìn)行遠(yuǎn)程分合閘控制。

出線回路:對0.4KV低壓開關(guān)柜的每一回出線回路,均配置一臺(tái)智能三相電力監(jiān)控儀表,監(jiān)測該回路的電壓、電流、有功、無功、電度并在當(dāng)?shù)仫@示,隨時(shí)了解供電回路的負(fù)荷情況;并監(jiān)視開關(guān)位置信號(hào)、回路分合閘狀態(tài)等。

2.3產(chǎn)品上圖方案

本工程10kV/0.4kV配電工程共有18個(gè)變電所,以馬家峪隧道1#變電所為例,上圖方案如下:

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圖1馬家峪隧道1#變電所10kV上圖方案

img2 

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圖2馬家峪隧道1#變電所0.4kV上圖方案

2.4產(chǎn)品明細(xì)

整個(gè)高速公路項(xiàng)目共有18個(gè)變電所,各變電所所設(shè)產(chǎn)品類型及數(shù)量如下:

img4

 

上述所有變電所共計(jì)71臺(tái)微機(jī)保護(hù)裝置AM4,272臺(tái)電力儀表AMC96L,666臺(tái)電力儀表AMC72L,324臺(tái)馬達(dá)保護(hù)ARD2M,18個(gè)ANET網(wǎng)關(guān),1套電力監(jiān)控系統(tǒng)。

3系統(tǒng)組網(wǎng)

項(xiàng)目通過AcrelEMS-HIW高速公路綜合能效系統(tǒng),主要實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)大屏顯示各個(gè)配電場景情況,對濟(jì)南至濰坊高速公路沿線的變電站內(nèi)的高低壓配電設(shè)備、微機(jī)保護(hù)裝置、電能表、馬達(dá)保護(hù)、變壓器、EPS、UPS、柴發(fā)、紅外測溫和光伏發(fā)電等進(jìn)行實(shí)時(shí)分布式監(jiān)控和集中管理。本系統(tǒng)由用戶管理層、網(wǎng)絡(luò)通信層、現(xiàn)場設(shè)備層三部分組成,現(xiàn)場設(shè)置的電能表采用屏蔽雙絞線連接至各分區(qū)數(shù)據(jù)采集器,各分區(qū)數(shù)據(jù)采集器將數(shù)據(jù)分類處理后,通過網(wǎng)線連接至局域網(wǎng)交換機(jī)上傳至高速公路綜合能效系統(tǒng)主機(jī),實(shí)現(xiàn)綜合能效管理功能。

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圖3系統(tǒng)拓?fù)鋱D

4系統(tǒng)功能

1)電力綜合看板:可查看整個(gè)平臺(tái)的一個(gè)概況,包括變電站數(shù)量、變電站分布位置;變壓器數(shù)量、總裝機(jī)容量,統(tǒng)計(jì)出的整個(gè)系統(tǒng)當(dāng)前的總功率和當(dāng)日的總用電,也可監(jiān)測網(wǎng)關(guān)、儀表的運(yùn)行狀態(tài);展示了接入的光伏站點(diǎn)的信息,包括發(fā)電功率和當(dāng)日發(fā)電量;還有運(yùn)維任務(wù)的情況,待辦、在辦、辦畢的個(gè)數(shù),統(tǒng)計(jì)出任務(wù)完成率;報(bào)警情況統(tǒng)計(jì),統(tǒng)計(jì)出報(bào)警程度的分布情況,報(bào)警滾動(dòng)顯示,平臺(tái)當(dāng)月每天的報(bào)警數(shù)量統(tǒng)計(jì)。

2)全路段監(jiān)控:沿途數(shù)十幾個(gè)配電房繪制在一張K線圖里面,點(diǎn)擊每個(gè)站跳轉(zhuǎn)相關(guān)配電圖畫面顯示,使整條高速公路的配電系統(tǒng)一圖掌握。

3)光伏監(jiān)測:以配電圖的形式直觀顯示光伏電站的運(yùn)行狀態(tài),實(shí)時(shí)監(jiān)測各逆變器的電壓、電流、輸出功率等電參量。展示當(dāng)前光伏電站發(fā)電功率,補(bǔ)貼電價(jià),峰值功率等基本參數(shù)。統(tǒng)計(jì)當(dāng)前光伏電站的日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益。

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圖4發(fā)電效率監(jiān)測圖

逆變器狀態(tài):日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益顯示。顯示逆變器功率、環(huán)境輻照度曲線。直流側(cè)電壓電流查詢。逆變器曲線分析:展示交、直流側(cè)電壓、功率、輻照度、溫度曲線。

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圖5逆變器狀態(tài)監(jiān)測圖

4)實(shí)時(shí)監(jiān)測:以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運(yùn)行狀態(tài),可以實(shí)時(shí)監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息,動(dòng)態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開關(guān)、地刀等合、分閘狀態(tài)。

5)環(huán)境監(jiān)測:氣體、煙感、水浸、紅外雙鑒、視頻、氣候、視頻監(jiān)測風(fēng)機(jī)/空調(diào)/水泵控制、聲光報(bào)警。

img8 

圖6環(huán)境監(jiān)測圖

6)電參量查詢:在配電一次圖中,可以直接查看該回路詳細(xì)電參量,包括三相電流、三相電壓、總有功功率、總無功功率、總功率因數(shù)、正向有功電能等。

7)運(yùn)行報(bào)表:查詢各回路或設(shè)備時(shí)間的運(yùn)行參數(shù),報(bào)表中顯示電參量信息應(yīng)包括:各相電流、三相電壓、總功率因數(shù)、總有功功率、總無功功率、正向有功電能等,報(bào)表格式有日報(bào)表、月報(bào)表、年報(bào)表等。

9 

圖7運(yùn)行報(bào)表界面

8)實(shí)時(shí)告警:能夠?qū)ε潆娀芈窋嗦菲鳌⒏綦x開關(guān)、接地刀分、合動(dòng)作等遙信變位,保護(hù)動(dòng)作、事故跳閘等事件發(fā)出告警。

屏幕截圖(36) 

圖8事件告警界面

9)歷史事件查詢:能夠?qū)b信變位,保護(hù)動(dòng)作、事故跳閘,以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)越限等事件記錄進(jìn)行存儲(chǔ)和管理,方便用戶對系統(tǒng)事件和報(bào)警信息進(jìn)行歷史追溯,查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析。

10)事故追憶:能夠自動(dòng)記錄事故時(shí)刻前后一段時(shí)間的所有實(shí)時(shí)穩(wěn)態(tài)信息,包括開關(guān)位置、保護(hù)動(dòng)作狀態(tài)、遙測量等,形成事故分析的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

11)曲線查詢:能夠查詢實(shí)時(shí)曲線和歷史曲線,包括三相電流、三相電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)等所有遙測量。

12)用戶權(quán)限管理:設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能,通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作(如遙控的操作,數(shù)據(jù)庫修改等)。系統(tǒng)可以定義不同操作權(quán)限的權(quán)限組(如管理員組、工程師組、操作員組等),在每個(gè)權(quán)限組里分配不同用戶,為系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、管理提供可靠的安全保障。

13)遙控功能:根據(jù)電力規(guī)程要求,可以對整個(gè)配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控操作。

14)通信管理:可以對整個(gè)配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備通信情況進(jìn)行管理、控制、數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測。

6結(jié)語

高速公路隧道的供配電系統(tǒng)在整個(gè)高速公路的正常運(yùn)行中具有十分重要的地位和重要的價(jià)值,因此保障高速公路隧道供配電系統(tǒng)的正常運(yùn)行是高速公路建設(shè)的重中之重。AcrelEMS-HIM高速公路綜合能效管理系統(tǒng)除對高速公路沿線變電所內(nèi)的配電設(shè)備、發(fā)電機(jī)、變壓器、UPS、EPS等進(jìn)行實(shí)時(shí)分布式監(jiān)控和集中管理外,還對高速公路上的分布式光伏發(fā)電數(shù)據(jù)和逆變器狀態(tài)等實(shí)時(shí)監(jiān)測,并結(jié)合環(huán)境進(jìn)行光功率預(yù)測,使高速公路子在保證供電多樣性和節(jié)能的前提下,高速公路沿線供電可靠穩(wěn)定,確保高速公路安全暢通,提高自動(dòng)化管理水平,降低機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)成本。

參考文獻(xiàn)

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[3]安科瑞用戶變電站綜合自動(dòng)化與運(yùn)維解決方案.2020.5月版


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