宁淮高速公路（南京段）电力监控系统的设计与实现

摘要：本文简要的介绍了宁淮高速公路工程概况，给出了宁淮高速公路（南京段）及其电力监控自动化系统的整体结构，并根据实际需求，给出了宁淮高速公路电力监控自动化系统的具体实现方案。
关键词：高速公路、电力监控系统、ON2000系统
The Designing and Implementation of Power SCADA for Express-way
Author：Wangwengong
Abstract: This paper briefly introduces us the project of Ninghuai Express-way, gives us the total frameworks of Ninghuai Express-way Power and its PSCADA，and，on the basis of factual requirements，an specific application scheme is provided to verify the implementation of the Express-way `s PSCADA .
Key words:  Express-way、PSCADA（Power SCADA）、ON2000 System
1宁淮高速公路工程概述
      宁淮高速公路是国家重点规划建设的“十三纵、十五横”公路网中“纵四”(天津至汕尾公路)的重要组成部分，是江苏规划建设的“四纵四横四联”高速公路主骨架中“纵三”的重要组成部分。宁淮高速投资约87.72亿元，全线长183.45公里（不含安徽天长段14公里），为双向六车道高速公路，计算行车速度120公里每小时。宁淮高速被誉为苏北“沪宁高速公路”，是江苏省会南京连接苏北腹地最重要的交通干线，苏北的淮安、宿迁、连云港等五个城市将会因这条快速通道的建设而迈上新的经济发展跑道。这条大动脉的建设将使两市的环城高速得以形成。对于南京，它将直接串起南京二桥和三桥，完善了南京的高速环线。宁淮高速于2003年开工 ，计划于2007年全线建成通车，届时将被打造成生态环保型与国际先进水平接轨的一流品牌工程。

2宁淮高速公路（南京段）电力监控系统结构设计方案
       宁淮高速公路(南京段)工程资资约40亿元, 路线全长约70.6km，计算行车速度120km／h，双向六车道，路基宽度35米。宁淮高速公路(南京段)起自实施中的南京长江三桥北接线的张店互通，止于六合区竹镇镇乌石村草塘附近，沿途穿越老山山脉，经珠江镇、永宁、盘城、葛塘、新集、程桥、竹镇等集镇。为保护生态环境，宁淮高速公路穿越老山山脉段采用隧道方式，隧道宽度14米、长3.6公里，为目前江苏省最长，跨径最大的高速公路隧道，也是宁淮高速公路的重点工程及亮点工程。
电力监控系统是宁淮高速公路（南京段）建设的一个配套系统，包括电力运行参数监控、各种供配电设备（含发电机）的监控、变电所视频监控（含环境检测）等功能，并具有与高速公路管理系统共享数据的能力。
       宁淮高速公路（南京段）电力监控系统工程的工作内容为：2个道路照明配电箱、9个无人值班监控子站（包括老山隧道监控子站及隧道内16个低压配电总箱），1个有人值班监控子站、1个电力监控管理所，1个宁淮高速公路南京段电力监测分中心等。
      宁淮高速公路在淮安段马坝西互通收费站与南京段永宁服务区分别设置两个电力监控管理所负责对各自管辖区域内的变电所实施监控、管理及维护功能。监测分中心只对全线各变电所的运行状态进行监视，不进行控制。
      电力监控系统包括系统的硬件设备、软件、系统接口及附属材料，保持正常运营所需的备品备件及专用工具等，并满足与宁淮高速公路（南京段）其他相关系统的接口与通信功能，并能达到业主对系统维护的要求。系统总体目标是在贯彻安全、可靠、实用、先进和经济的原则前提下，建设一个标准化、多层次、全方位和集成化的高速公路无人值守配电自动化系统。
 

图1宁淮高速公路（南京段）江浦变电所电力监控系统结构设计方案
        通信管理机采用C300系列通信控制器，是南瑞自主研制开发的基于PC104主板的工控通信控制系统，采用嵌入式实时多任务操作系统Vxworks，可以提供2～4个以太网络端口，5～18个串行通信端口。

3宁淮高速公路（南京段）电力监控系统的具体实现方案
        宁淮高速公路（南京段）电力监控系统采用的是新一代电网综合监控调度自动化系统ON2000，电力监控系统的具体实现方案主要包括三个方面：电力监控管理所系统实现方案 、监测分中心实现方案、变电站系统实现方案，下面将逐一进行介绍。
① 电力监控管理所配置2台电力监控主机（采用工业级计算机）对各变电站的负荷状况、负荷分布曲线、重要报警、事故统计、工作状态等电力监控数据进行调用与监控，完成管辖段内10个监控子站（即变电所）及2个道路照明配电箱的日常监控、管理及维护。电力监控管理所配置1套视频主机，对全线各变电所视频图像进行选择性调用，并对变电站视频摄像机进行远程遥控。电力监控管理所还另设1台数据库服务器完成历史数据的存储。电力监控管理所电力监控系统主要是采集各监控子站内各监控设备信息等数据，对数据信息进行分析、处理，并以此为依据制定相应的控制方案，同时向变电站内设备发送各种数据信息或控制命令，以保证整个沿线各变电站供配电系统安全、可靠地运行。
② 南京段管理处监测分中心设置1台电力监控主机（采用工业级计算机）对南京段全线各监控子站及道路照明配电箱的运行及负荷分布状况、重要报警、事故统计、工作状态等电力监控数据进行监视，监测分中心对各监控子站及道路照明配电箱的电力设备只进行监视，不进行控制。监测分中心的电力监控主机相当于电力监控管理所电力监控系统的远程终端，所有数据可与电力监控管理所系统数据同步，数据的处理和存贮均由设在电力监控管理所的电力数据库服务器来完成。
③ 每个变电站为一个监控子站，监控子站对变电站内的变压器、高低压设备、发电机组、变电站环境等进行监视与控制。现场电力设备监控节点采用RS485总线连接，RS485总线通过通信管理机完成规约及接口转换接入光纤工业以太网交换机，视频和控制信号通过网络视频编码器转换后接入光纤工业以太网交换机，各子站通过光纤工业以太网交换机构成光纤环网，将视频和监控数据送至相应的电力监控管理所。
      电力监控系统总体功能结构可以划分为：电力参数监控子系统和变电站视频监视子系统两部分。如图2所示：
 

图2 宁淮高速公路（南京段）电力监控系统功能结构组成图

（1）电力参数监控子系统
        电力参数监控子系统主要是电力监控主机（电力监控管理所）采集各变电所（监控子站）内各监控设备电力参数信息等数据，以图形的方式进行实时显示各监控子站的工作状态，对数据信息进行分析、处理，并以此为依据制定相应的控制方案，然后向变电站内各监控设备发送各种数据信息或控制命令，以保证整个沿线各变电站供配电系统安全、可靠地运行，实现对各监控子站的遥测、遥信、遥控等功能，同时也可以对沿线设有室外照明的互通路灯进行远程控制，并把监测到的数据和远程操作指令等以数据库形式存放在计算机中，以备日后查询时调用，同时形成日报表，月报表及年报表等。电力监控管理所的电力监控主机直接负责监视和控制各监控子站的供配电及照明情况，同时将管辖内的各变电站的运行情况（包括历史数据等必要信息）上传至南京管理处监控分中心。监控分中心则不直接对电力监控系统进行操作。
       该子系统主要由通信管理机、测控单元等以及数据传输通道（冗余光纤以太环网，和变电站视频监视子系统共用）等共同组成。其中：
1) 各监控子站（老山隧道变电所监控子站除外）的电力参数监控子系统设备有：通信管理机、高低压测控单元、多回路监控单元、工业以太网交换机及UPS等；
2) 老山隧道变电所监控子站的电力参数监控子系统设备有：通信管理机、高低压测控单元、多回路监控单元、视频数据光端机1套（与视频监视子系统合用）及UPS等；
3) 各道路照明配电箱电力参数监控子系统设备有：低压测控单元、数据光端机1套等；
4) 电力监控管理所设有电力监控主机2台、数据库服务器1台、以太网交换机1台、打印机及大屏幕投影机等。
（2）变电站视频监视子系统
      变电站视频监控子系统则是对变电站内部的变压器、发电机、高低压开关柜等设备及变电站的运行环境（防火、防盗、温度）等进行视频图像监控并能根据现场情况自动报警和自动录像等，实现对其的遥控功能。
      变电站视频监视子系统主要用于变电站环境状况（防火、防盗）的监视，同时对电力参数监控子系统的控制操作进行确认（通过监视变电站现地电力仪表读数），紧急时用于事件、事故等上传信息的确认，为选择电力控制方案提供依据，是电力参数监控子系统的辅助工具，并可以对必要的视频图像进行录像，以便分析及取证。