基于分层分布式的网络式高速公路电力监控系统.doc

基于分层分布网络的高速公路供配电监控系统 朱发国1 周 斌2 罗进军2 华国哲3 1：深圳市奥博尔技术有限公司http:; zhufg@163.net 2：广东省高速公路集团公司 3：中铁一局电务工程有限公司 [摘要] 本文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，按分层分布式结构设计了一套高速公路供配电监控系统，并经京珠高速公路粤境北段运行，证明其性能可靠、功能适用，能有效地提高我国高速公路特别是隧道较多的山区高速公路供配电管理的安全可靠性及其管理效益。 关键词：高速公路 分层分布 供配电监控 0 概述 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，为此，我们结合电力系统的自动化运行经验，根据高速公路的供电运营实际，设计了一套高速公路供配电监控系统。 1 分层分布式结构 我们将具有从当地供配电系统直接引入电源的变电所（或开闭所）称为中心变电所，一条高速公路往往由几个中心变电所组成，各收费站、服务区、隧道或办公楼从中心变电所取电源经变压后给相应负荷供电。如图1所示， 根据供配电网络架构和设备安装的需要，我们设计了三层分布式供配电监控系统网络模式，即在高速公路管理中心设立供配电监控中心，为分层设计的最高层，也是全网数据汇流中心，负责全段高速公路供配电系统的电网监视、远程控制和设备维护管理，在各中心变电所设立监控分中心，负责本所辖区各配电所的电网运行状态监视、远程控制和设备维护管理，在各收费站、隧道、高速公路服务区等配电所设立第三层监控站，负责相应配电所的电网数据采集和当地设备维护。随着网络技术和计算机技术的发展，使得设备层的数据采集和远程传送成为现实，因此我们所有的数据采集装置均随着一次系统的布置就地安装，各监控站、不同监控分中心之间功能分布、互不影响，构成了一套系统分层、功能分布、安装分散的高速公路供配电监控系统，监控中心、监控分中心、监控站之间以及监控站各采集装置间均采用高速工业以太网通信，并通过网络式远动传输规约IEC870-5-103规约进行数据交互。 2 组网设计 要真正实现系统的分层分布式运行，使得系统各单元间相互影响程度达到最小，还必须建立一个良好的通讯网络。在高速公路的通信网络中，可提供用于供配电监控的组网通常有电话专线组网和光纤直接组网。电话专线组网利用高速公路运营企业自身的电话交换网络，在需要通信的监控中心和各监控分中心之间、监控分中心和各监控站之间申请设置若干对音频专线（条件许可也可以租用地方音频专线），通过音频MODEM将采集来的数据信号调制成音频信号在专线电话上传播，并在数据接收时将音频信号还原成数据信号通过串口服务器或计算机多串口卡送给监控中心或分中心的计算机处理。这种方式的特点是拓扑结构简单，扩展方便，在目前数据量小的监控领域应用较为广泛，但其缺点是数据的传输采用RS232接口模式，传输速率和传输可靠性较低，各站间采用点对点通信模式，占用通信资源大，维护也较为困难，特别是在底层监控站数量较多时，将占用大量的电话线路资源，且受串口服务器的数据处理能力限制，也很容易在监控中心点造成数据通信的瓶颈。图2给出了其组网模式示意图。 另外一种可以选择的通信模式为直接利用光纤组建供配电监控局域网。由于通信需要，沿高速公路两侧往往铺设数量不等的光缆，我们可以利用光缆中的少数光芯组建供配电系统专用的监控局域网。由于局域网通信可以很方便的达到10M或100M以上的通信速率，因此这种组网方式不存在供配电监控的任何瓶颈，且由于局域网通信可以方便的组建成总线结构，所以在未来的扩容和维护上能给用户带来很大的方便。在京珠高速粤境北段供配电监控系统中采用了光纤局域网通信模式，为了节省主干光缆，在网络组建时可以大量使用网络交换机级联技术，如图3。 由图3可以看出，整个系统组网可最多占用两对主干光纤完成。 3 系统功能 综合当今电力自动化研究新成果和高速公路供配电管理运营实际，经多次设