高速公路电力监控系统方案.docx

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高速公路电力监控系统方案

高速公路电力监控系统方案

高速公路电力监控系统

设

计

方

案

前言

我国高速公路经过17年的持续快速发展，使公路基础设施总体水平实现了历史性跨越。

随着京沪、京沈、京石太、沪宁合、沪杭甬等一批长距离、跨省区的高速公路相继贯通，我国主要公路运输通道交通紧张状况得到明显缓解，长期存在的运输能力紧张状况得到明显改善。

高速公路的快速发展，大大缩短了省际之间、重要城市之间的时空距离，加快了区域间人员、商品、技术、信息的交流速度，有效降低了生产运输成本，在更大空间上实现了资源有效配置，拓展了市场，对提高企业竞争力、促进国民经济发展和社会进步都起到了重要的作用。

今天，高速公路的速度和便利也已经走进了平常百姓的生活，正在改变着人们的时空观念和生活方式。

高速公路供配电系统给沿路各收费系统、通信系统、隧道通风照明、运行监控及办公、生活设施等提供可靠的电力保障，这些负荷从不同角度保证整个高速公路的安全可靠运行和运营单位的正常经营，任何电力中断均有可能给交通安全和管理运营带来不可估量的损失，而高速公路的供配电系统又随着负荷点的分散呈现出沿着高速公路呈狭长的带状分布的特点，供配电所数量大，位置分散，按运营管理单位的不同可能面临几十公里和几百公里不等的供电范围，给整个供配电系统的管理提出了严峻的考验，供配电管理部门常常不得不面临人员少、维护劳动强度大的问题以及供配电网常期处于山区或乡村所面临的高风险、高技术、大责任的电力专业管理需求和人员素质之间的矛盾，设计一套能有效的减低工作人员的劳动强度、提高工作效率、避免人为事故发生的供配电远程监控及其维护管理系统意义重大。

我司针对以上问题，根据高速公路供配电呈带状分布、点多分散的特点,利用光纤组网的优势,吸收采用当前电力自动化、计算机通信组网、自动控制领域的先进技术,设计了这一套CSS3000高速公路电力监控系统。

高速公路电力监控系统是高速公路营运供配电系统的重要组成部分，由该监控系统来完成高速公路营运管理中的供用电系统以及隧道照明通风的管理自动化，利用该系统的微机智能集中监控功能以达到全线路电力供配电管理智能，解放人力资源，实现全系统各站所的无人值班。

通过高速公路电力监控自动化系统设于分站点的监控设备实时采集高速公路供用电系统以及隧道照明通风等供电设备的运行状态及对进线、出线、变压器等状态的监视，对故障动作信号的采集，将加快对电网事故的反映和处理速度，缩短故障的停电时间；通过对系统各级段母线电压实时采集，使电压合格率进一步提升，为电气设备稳定运行打下坚实的基础；对电能量及电度的采集可以全面了解系统各负荷变化及耗电成本；通过中心监控主站还可以远程遥控分合相应开关及接触器回路（尤其是照明通风回路）。

第一章需求分析

该项目高速公路电力监控系统对高速公路沿线的房建区变电站、箱式变电站、隧道房建变电站、隧道开闭所的运行状态进行监视，并可对配供电系统设备进行控制。

可以实现自动监测各智能设备的运行状态，记录和处理相关数据；可以及时侦测故障和报警，并通过预设的报警方式自动通知维护或管理人员及时处理，并要求能够实现无人值守及符合国家保密部门的安全要求。

平台软件具备组态功能，中文操作界面，简单易操作。

集成化管理，系统资源占有率较低，同时具备较强的二次开发功能。

该项目高速公路电力监控系统的要求如下：

1.1高压10KV系统监控

进线/出现回路：

可测量三相电压，电流I、频率、有功功率、功率因数COSΦ；16个遥信；控制开关分、合闸。

线路变压器组：

可测量有功功率P、无功功率Q、三相电压U、三项电流I、功率因数COSΦ、非电量信号；16个遥信；遥控本线路的遥跳、遥合。

1.2400V系统监控

进线回路：

可监测有功P、无功Q、三相电压U、三相电压I、功率因数COSΦ；开关位置信号、故障脱扣信号等；可以对进线开关（低压断路器或电操）进行远程分合闸控制

出线回路：

可监测开关位置信号、回路分合闸状态、故障脱扣信号。

电容补偿：

对电容柜三相电力参数、电容投切组数等电容器组的运行工况进行监测。

1.3发电机组监控

遥测量：

发电机出口三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、频率、功率因数等电量参数，监测发电机油压、水温、油温、转速、日期、运行时间、电池电压等非电量参数；

遥信量：

发电机运行状态信号、故障信号、各类报警信号等；

遥控：

远程控制发电机组的启动/停止。

1.4变压器监控

对变压器的温度信号、超温报警、变压器风机工作状态等变压器运行状态进行监测。

1.5UPS监控

系统可全面诊断UPS运行状况，实时监视UPS的各种参数。

监测UPS运行状态，包括对出线电压、电池电压、电流、功率等实时量的监测。

监控UPS各出线开关的分合状态。

1.6照明风机回路监控

对低压出线回路进行监控，并监视控制隧道照明系统和隧道通风系统。

通过组态软件对照明回路实现远程控制开关、定时控制和光强控制等。

1.7报警方式

可分区多级报警级别，报警事件发生时系统可自动按事件级别排队报警、处理，以电子地图形式弹出相应的报警窗口，并可在电子地图上有明显的变化，报警事件实现分组处理，不同的事件反馈到相关的管理人员分组，达到优化报警处理方式；

第二章系统设计

该项目高速公路电力监控遵循“结构分层、功能分级、布置就近和控制可靠”的建设原则，按照变电站无人值守运行标准设计高速公路电力监控系统。

即现场安装测控设备和采集设备等都放置于箱体和柜内，通信设备就近安装在通讯借口附近。

电力监控系统对隧道变电所及箱式变电站的运行状态进行监视，监测高、低压开关柜的工作状态、各断路器的开关状态、故障、电流、电压、频率、有功功率、功率因素、变压器温度等参数，并对供配电系统设备及通风、照明回路进行监控。

主要包括显示和统计打印功能；事件报警和记录功能、控制操作和记录功能、数据采集和处理功能、在线维护和修改功能、数据库部分内容的在线修改、电能管理功能和系统自检功能等。

2.1设计目标

根据本项目实施目标，建设一个稳定电力监控平台和优秀的管理策略平台、电力监控系统不仅能实现对变电所远程实时监控和无人值守，提高系统可靠性，及时消除安全隐患，而且能节省大量交通和人力，降低运营成本。

对有关被监测和控制设备的运行信息、报警事件进行记录，可通过相应报表管理程序进行相关查询、确认、排序、打印等操作,系统具有实时报警报表、历史报警报表、操作员记录报警及历史数据记录报表，可由用户灵活设定多个报表，一个报表中可以显示的是某个监控设备的运行数据，也可以显示出多个设备的某些运行数据，以便于同类设备的运行情况比较。

系统通过强大的数据共享功能和标准开放式的数据库接口，可支持各种类型的数据库，实现先进的监控技术和科学的管理相容合的应用平台。

2.2设计原则

本项目方案设计遵循技术先进、功能齐全、性能稳定、节约成本的原则。

并综合考虑施工、维护及操作因素，并将为今后的发展、扩建、改造等因素留有扩充的余地。

本系统设计内容是系统的、完整的、全面的；设计方案具有科学性、合理性、可操作性。

其具有以下原则：

先进性与适用性

系统的技术性能和质量指标应达到国际领先水平；同时，系统的安装调试、软件编程和操作使用又应简便易行，容易掌握，适合中国国情和本项目的特点。

该系统集国际上众多先进技术于一身，体现了当前计算机控制技术与计算机网络技术的最新发展水平，适应时代发展的要求。

同时系统是面向各种管理层次使用的系统，其功能的配置以能给用户提供舒适、安全、方便、快捷为准则，其操作应简便易学。

经济性与实用性

充分考虑用户实际需要和信息技术发展趋势，根据用户现场环境，设计选用功能和适合现场情况、符合用户要求的系统配置方案，通过严密、有机的组合，实现最佳的性能价格比，以便节约工程投资，同时保证系统功能实施的需求，经济实用。

可靠性与安全性

系统的设计应具有较高的可靠性，在系统故障或事故造成中断后，能确保数据的准确性、完整性和一致性，并具备迅速恢复的功能，同时系统具有一整套完成的系统管理策略，可以保证系统的运行安全。

开放性

以现有成熟的产品为对象设计，同时还考虑到周边信息通信环境的现状和技术的发展趋势，可实现远程控制。

可扩充性

系统设计中考虑到今后技术的发展和使用的需要，具有更新、扩充和升级的可能。

并根据今后该项目工程的实际要求扩展系统功能，同时，本方案在设计中留有冗余，以满足今后的发展要求。

追求最优化的系统设备配置

在满足用户对功能、质量、性能、价格和服务等各方面要求的前提下，追求最优化的系统设备配置，以尽量降低系统造价。

保留足够的扩展容量

该项目设备的控制容量上保留一定的余地，以便在系统中改造新的控制点；系统中还保留与其他计算机或自动化系统连接的接口；也尽量考虑未来科学的发展和新技术的应用。

提高监管力度与综合管理水平

本项目系统设备控制需要高效率、准确及可靠。

本系统通过中央控制系统对各子系统运行情况进行综合监控，时时动态撑握监视及报警情况。

闭路电视监控大大减少劳动强度，减少设备运行维护人员；另外，系统的综合统筹管理可使设备按最优组合运行，在最佳情况下运行，既可节能，又可大大减少设备损耗，减少设备维修费用，从而提高监管力度与综合管理水平。

2.3设计规范和依据

1）《中华人民共和国公共安全行业标准（GA/T70-94）》

2）《中华人民共和国公共安全行业标准（GA/T75-94）》

3）《工业企业通信设计规范》（GBJ42-81）；

4）《电业安全工作规程》（DL-408-91）；

5）《计算机软件开发规程》（GB856688）；

6）《建筑智能化系统工程设计标准》（DB32/191）

7）《计算机站场地技术条件（GB2887-89）》

8）《计算机站场地安全要求（GB9361）》

9）《低压配电设计规范（GB50054－95）》

2.4设计概述

由于该项目高速公路距离长，隧道比较多的特点，我们提出三层架构,突出浏览与远程参数设置的系统架构设计。

三层架构指：

第一层：

中心主站层；

第二层：

区域就地监控层；

第三层：

现场测控层。

第一层与第二层通过主干光纤以太网结合一体；第二层与第三层通过区域内部光纤数据网或总线数据网结合一体。

其大概示意图如下所示：

这样实现分层管理，可以全部实现监控的远程集中管理、维护及远程升级；保证分控点的不间断运行，便于监控规模的扩展及管理维护方便。

根据该项目高速公路的实际情况，在中心主站放置一台监控主机，安装CSS3000电力监控软件；同时根据现场的实际情况，就近设置区域分站点，各个分站点放置一台嵌入式主机负责采集各个测控点数据；现场设备的数据通过数据采集模块采集，在经过通讯设备（串口服务器）经网络集中到各个分站点的嵌入式主机，各个分站点的数据再经光纤网络汇总到中心主站。

其详细网络拓扑结构如下图所示。

现场测控层重要的设备是串口服务器，串口服务器将数据采集模块采集的实时数据经RS485通讯方式转换成以太网通讯方式后上传给光纤以太网交换机，具有多通道转换功能。

区域就地监控层的嵌入式主机经光纤以太网负责采集各个现场测控点的实时数据，同时传送至中心监控主机。

中心监控主机安装CSS3000电力监控软件,通过组态软件显示桥梁、隧道、道路、收费站和变电所等的地理位置及设备的安装位置以及设备参数、运行情况等。

通过人机界面，管理人员可以查看全线效果图、系统的主接线图（显示变电站各进线、出线电压、电流、有功功率、无功功率以及开关状态信息）、日负荷曲线图等等，同时定时打印各种报表，比如日报、月报等。

2.5设计优势

本方案中采用分散管理、数据共享、集中控制的设计方式有利于保证数据的安全性、减轻用户的网络带宽的占用，方便相关人员的管理和操作，提高高速公路运营和维护的整体运行效率。

第一、每个监控子站点是一个完全独立的子系统，在完成本地数据采集及监控信息处理的同时把采集到监控数据送往中心主站点，实现中心的数据的共享及统一管理，每个监控子站点出现通信故障不会影响其他子站的通讯。

第二、模块化结构，方便在线扩容。

第三、分布式组网结构，减少系统发生故障的机率和缩短系统故障恢复时间。

系统采用国内外专业的采集前端及相关的硬件，性能安全稳定，使整个监控系统具有极高性价比，系统的平均无故障工作时间达20万小时以上。

系统采用全中文界面，界面友好简洁。

电子地图显示，令操作人员一目了然。

参数实时动态显示，用户可按自己的意愿构造完美的人机交互界面。

支持多窗口显示。

监控系统将设备照片或图片直接显示屏幕上，场景逼真，鼠标控制，在图形环境中，以窗口和控件的方式构造应用系统。

系统提供丰富的控件及控件库可供用户自己组态，所有控件的大小、颜色等属性均可自己设置。

同时监控系统采用模块化节构使得整个系统具有优秀的联动性和可扩展性。

此外，在本地管理中心监控系统配有WEB远程服务可提供IE浏览功能，一般的管理人员通过一定的权限许可后，即可通过网络直接在远程计算机中输入管理中心主机的IP地址，如用户支持VPM广域网接入或主机在广域网上有固定的IP地址，这样管理员无任在全球任何地方可以上网就可以查看到设备运行信息。

使得管理人员，无论何时何地都能方便掌握设备的实时运行情况，真正使“无人值守”成为现实。

为保证计算机房的能源正常使用，在构建机房智能运行中，节能降耗是衡量智能化的重要指标。

CSS3000对所有的计算机设备和环境设备有明确的管理策略，可以根据不同环境和季节的需要，有效的控制照明回路和风机的运行方式,又不影响高速公路运营正常运转，从而达到节能的效果。

2.6系统特点

该系统具有以下特点：

通用性：

1）、监控系统的设计符合国际工业监控与开放式的设计标准。

2）、监控软件采用分布式处理方式，具有三层结构：

监控管理中心、现场监控单元和远程管理站。

可以全部实现监控的远程集中管理、维护及远程升级；保证分控点的不间断运行，便于监控规模的扩展及管理维护方便。

3）、监控系统的设计符合国际工业监控与开放式设计标准。

可靠性：

1）、监控系统具有良好的电磁兼容性和电气隔离性能，不影响被监控设备正常工作。

2）、系统采用模块化式结构，可在线修改系统软、硬件，不影响整个系统正常工作。

3）、系统选用工业控制级的产品，系统能365天*24小时连续工作，平均无故障时间大于20万小时，故障告警准确率100％。

4）、监控系统具有专家诊断功能，对数据通信中断、网络中断、软件故障能够及时诊断并及时告警。

5）、监视各智能设备各部件的运行状态和工作参数；可查询任一监测对象在任意时间段内的历史数据，最大值，最小值，平均值及某一特定时刻数值。

监控系统提供三年的历史曲线和事件发生记录，便于查询。

6）、监控系统网络通信协议符合国际网络协议标准，操作系统选用实时多任务管理的WIN2000/WINXP操作系统，标准开放式的数据库接口，可支持各种类型的数据库。

安全性：

1）系统拥有强大的自检功能，可以对系统与各设备的通讯状态和各设备的故障状态进行全面及时的检测；同时也对软件数据库、动态库等进行全面的自检。

2）系统强大的多媒体技术，对各种设备的报警提供专家处理提示，报警形式丰富包括声光报警、语音报警、电话报警、短信报警、E-MAIL、网络报警和SNMP信息报警系统等。

3）强大的报警处理功能。

可区分999级报警级别，报警事件发生时，系统按事件级别排队报警，并将系统界面自动切换到相应的报警画面。

开放性：

1）考虑到现有的监控点及今后可能需要不断扩充的需求，联网监控系统具有较大的容量，不受监控点的限制。

2）网络传输协议采用标准的TCP/IP协议。

3）系统提供开放的数据接口（ODBC、SNMP、DDE、ADVACEDDE等）。

实时性：

1）系统采用轮巡检测、有值变化传送、系统自动方式来传送数据，采用成熟、稳定RS48总线或RS232方式，可以最大的提高系统的实时性。

可维护性：

1）系统运行进行在线运行状态诊断和监测，能及时发现系统各功能单元故障情况，便于系统故障的维护处理。

可扩充性：

1）根据设备的不断扩容和增加，系统设计考虑到将来可容易扩展，采用分散控制、集中管理模式。

系统软件功能模块化，便于升级与扩容。

高速公路现场监控单元采用模块化设计，便于扩容。

2）增加新的站点时，可以直接接入现有监控系统运行，并且能保证现有监控的正常运行；所有监控内容均可在一个平台上察看，保持监控的统一性。

第三章系统功能

3.1系统界面

系统启动主界面如下图，系统主界面分为七个显示功能区：

标题栏、快捷键区域、登录用户名信息区、系统导航区、日期时间表区、电子地图区、实时报警窗口等。

系统具有丰富的事件管理和事件处理功能，每个报警事件或异常事件产生时，要求经过相关管理人员的确认，对事件进行确认时具有身份、密码、权限进行身份确认。

3.2数据采集

数据采集负责将各测控设备数据汇总,同时也负责将主站的操作和控制命令转化

成测控设备命令去执行，数据采集的内容可分为以下几类：

模拟量:

电流、电压、有功功率、无功功率、频率等；

3.3监控功能

监视画面

通过系统电气主接线图,监视进出线开关及隔离开关的状态,电网的功率总加及潮流方向,各段母线电压,进出线的有功功率、无功功率、电压、电流等；

运行监视

监视内容包括设备运行状态（检修、运行）、缺陷、报警、带电状态等；

告警管理

系统中可设置报警如遥测越限、断路器跳闸、开关变位、设备故障、通道故障、通

报表系统

系统提供整点记录、日报表、月报表和年报表等不同形式报表,内容包括系统运行报表

第四章系统详细说明

4.1系统组成结构

CSS3000电力监控系统主要由硬件系统和软件系统两部分组成。

硬件系统包括监控主机、采控模块、监测模块、远程管理计算机、计算机网络、总线协议转换模块、信号处理模块、智能设备等组成。

为了增强系统的功能，用户可根据需要选择配置多媒体声卡、智能电话语音卡、短消息发送器、E-MAIL等设备，实现系统的扩展功能。

4.2系统支持在线动态扩容

1）　当增加设备，在系统正常运行的情况下，可以进行设备的增加与软件平台的平滑扩容；

2）　站点个数增加，所增加的站点的监控内容，可以实时的增加到该系统中来，同时并不影响系统中其他站点与设备的运行情况。

3）可在线平滑扩容、升级软硬件，保证系统的无间断安全运行的同时，不对其他站点、设备产生任何影响。

4.3系统主要功能、特点

CSS3000具有独立的开发和使用版权，非自由或共享软件，可以根据用户的需求定制开发功能模块。

软件系统的设计采用模块化结构设计和规范化标识，保证软件的可维护性要求。

通过多线程技术来实现多任务同时进行，支持各种标准WindowsActiveX控件。

机房平面布置图、设备工作原理图等。

具有实时运行状况的自诊断功能和自动恢复功能。

系统具有较强的抗误操作能力，不会因误操作而影响系统的正常运行。

当系统软件局部功能模块发生故障时，不影响其他模块的正常运行。

4.4界面功能

1）所有监控端使用简体中文界面，操作界面友好、简洁、美观，以图形方式显示设备状态。

2）提供详细的Windows类似，只需对用户做简单的培训就能熟练使用。

3）系统提供电子地图导航功能，能显示系统网络结构图、3D效果机房布置图、设备工作原理图等，具有实时反映监控系统本身运行状况的自诊断功能。

4.5系统管理功能

1） 完整的多级用户权限管理功能，可根据不同的结构特点对用户进行分组群管理。

权限级别在999种以上。

2）能够存储两年的设备操作记录，记录操作人员工号、操作时间、操作内容和设备，提供操作人员的登录和退出系统时间信息，并可以将信息打印输出。

3）监控系统具有强大的容错能力，对用户的致命全提示认证，不会出现误操作退出系统和死机现象。

4） 系统可来电自启动，提供完整的数据备份和恢复功能。

5） 可根各项参数进行管理，如：

设备采样周期、策略循环周期和界面刷新周期等。

4.6数据管理功能

实时查询相关站点及设备的状态、参数，提供实时数据曲线功能，可对设备当前的参数变化进行密切的监测，并可实时打印；同时也可以通过策略，当设备参数值达到某个标准时进行自动打印。

对设备的重要参数可进行2年以上的历史数据保存，可在直观的坐标图中以曲线形式显示，并可支持屏幕打印输出。

用户可以对曲线的显示整，可以细致到以秒为单位的曲线变化输出。

所有打印出来的曲线图都有打印范围内值/最小值分别为多少。

数据库具有自动备份功能，保证数据的安全性。

提供完美的报表功能，除提供日常报表模板外，还可根据用户要求定制各种样式报表，并可以多种格式打印输出（EXCEL，ACESS，自定义等）。

可以对任何设备参数实现报表功能，报表中会对设备参数进行专家级数据分析，为用户的维护提供准确的数字依据。

对所有历史、实时数据查询、统计、输出和打印。

并可对查询后显示的数据进行条件排序。

4.7报警功能

1）具有多种方式的并行报警能力，发生事件报警时可根据级别高低同时发出多媒体语音信息、电话语音信息、短信文字信息、网络报警、E-MAIL报警等多种报警。

4.8强大的联动性

1） 可实现了各子能够实现更加强大、完善的监控。

2） 可实现对系统或设备的灵活、有效的操作、控制，可以实时的更改联动功能和效果。

4.9WEB浏览

1） 借助基于TCP/IP协议的接入技术，可以轻松的将多个站点监控各项参数传送监控管理中一个站点中任意一条报警信息，并且可以将网络延续到INTERNET实现WEB浏览。

2） 在有合理权限的条件下，便于工程师远程维护，便于用户的集中管理和数据查看。

4.10硬件特点

环境适应特性：

1）采用工业级硬件产品，模块化构成，有足够的机械强度，安装固定方式可靠并具有防震、抗震能力破损变形等现象。

2）

3）良好的电磁兼容性，在保证不受任何工作状态的影响下不影响其他监控设备的工作。

可靠性和扩展性：

1）采用国际上/232标准接口的专用设备，通讯上具有较高的稳定性和可靠性。

4.11数据记录

《CSS3000电力监控软件》遵循工业标准设计的实时数据库，对每个采样点的数据都配置了时间戳和质量戳，来保证数据的完整性和实时性，对设备的实时参数和状态进行高效的记录。

4.12历史报表

以报表的形式给出历史数据，这种查询方式可以对要求查询的数据进行分组，可以指定查询的时间范围效率。

还可以以Excel表格的方式导出，以达到对历史数据汇总、校对、分析、打印的目的。

如图：

4.13历史趋势曲线

历史趋势曲线以一种历史报表不能实现的方式对历史数据进行浏览，它采用的是更直观更易于分析问题的趋势曲线方式。

4.14报警记录

和历史数据记录一样，报警记录也可以进行灵活的配置，包括记录的优先级和存储设定。

实时报警查询窗口

实时报行汇总显示的一种方式，是为了让操作管理人员能一目了然地看到系统中所有存在的报警。

实时报警窗口的显示内容和格式是可以自定义的，是一种完全自由的表格样式。

历史报警查询报表

历史报警查询报表是历史报警数据查询的另外一种工具，它不是以表格形式，而是用报表形式给出的查询结果。