任华

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：首先探讨了机电智慧管控系统的设计架构以及机电系统的设计，然后对机电系统的构成进行分析，包括供配电系统、通风系统、消防系统、照明系统、监控系统等，*后阐述机电智慧管控系统中需要实现的关键功能，如综合监控、设备管理、智慧巡检、视频管理、信息发布以及事件联动与管理等，以期有效实现对工程机电系统的智慧管控。

关键词：高速公路；隧道机电；智慧管控

0引言

在高速公路运营过程中，公路基础设施是保障人们行车安全的重要手段。尤其是高速公路隧道工程，为实现隧道内的正常通车，需要在隧道内部布置完善的机电系统，包括隧道的供配电系统、照明系统、通风消防系统等。在目前隧道机电系统中，各个系统相互独立，既不利于公路运营人员的养护及管理，也容易导致隧道内的安全隐患。因此，为解决此类问题，应充分结合信息化技术的发展，研究设计一套隧道机电智慧管控系统，将机电系统各个独立部分连接成整体，通过网络对机电系统实施监控，以保证高速公路的安全运营。

1工程概况

某高速公路工程路线全长62.5m，途径多处山区地带，为节省施工成本并保护当地的自然环境，需要采用隧道的方式穿越山体。工程路线中共计隧道工程5处，总长度约为8.7km，在隧道建设中由于本身的空间密闭，视野范围较小，需要安装机电系统实现隧道内的照明与监控。因此为确保工程隧道的安全行车，同时实现机电系统的有效管控，经研究决定对隧道内的机电设施研发一种智慧管控系统，以提升隧道内机电系统的实时管控本文对该工程隧道机电系统智慧管控系统的应用进行分析。

2公路隧道机电智慧管控系统的应用

2.1机电智慧系统分析与设计

2.1.1系统架构分析

本工程隧道内的机电智慧系统通过一体化监管平台可以实现在隧道内全面布局感知系统、资源整合以及信息共享，从而全面提高隧道机电系统的综合管控和风险管控能力，保障人们的出行安全，提升隧道的服务水平。同时，一体化监管平台可在隧道内充分利用高精度地图、三维建模、智慧融合感知等技术，实现隧道内交通状况的可视化，根据隧道的运行数据进行事件预警等，*终有效地将隧道机电系统的各个子系统集成于一个平台之上，完成对隧道机电系统的智慧管控。

2.1.2机电系统设计

在隧道机电智慧管控系统设计中，主要包括系统平台的数据库建立以及系统的功能设计，结合工程隧道的实际情况，主要的隧道机电结构包括供配电系统、照明系统、监控系统、通风系统和消防系统等。在隧道智慧管控平台数据库设计时应整合多元业务数据，以加强外部设施的数据收集能力。完善系统的数据采集交换服务和共享能力数据的能力，将系统的数据分为两大类，分别为机电设备运行状态和道路车辆运行信息，通过对数据的数字化分析绘制隧道的可视图；针对隧道机电系统所需的功能，一体化监管平台应设计相应的综合监控、设备管理、智慧巡检、视频管理、信息发布以及应急事件的处理功能，从而保证机电系统的正常运作，确保隧道的运营安全。

2.2机电系统构成

2.2.1供配电系统

（1）隧道内的基本照明、消防水泵、通风设施、监控设施及其他设施等设施均需要通电才能实现运营，因此隧道内需要具备完善的供配电系统。根据采用的各类机电设施的用电要求，本工程隧道内的供配电系统的用电负荷主要为一级负荷和三级负荷，其中上述的设施采用一级负荷，其他设施均采用三级负荷，根据此情况供电系统可采用双电源供电形式设计，在供配电系统中利用10kV的电缆沿着隧道两侧进行布设，铺设时所有的电缆放入设计的电缆沟中，避免暴露于隧道之内。

（2）电缆沿着隧道两侧布设完成后，工程隧道内部设置有变配电设施，布设的电缆会与变配电相互连接。当电流进入变配电设施之后，通过变配电设施的配置及变压器的作用，会将电流分为一级负荷与三级负荷，通过设置的两路电源分别向机电设施供电，保障机电系统的用电安全及正常运营。此外，本工程供配电系统接地处理采用TN-S形式，供配电系统所有变压器的中性点均直接接地，接地电阻控制在1Ω,每一个变压器中性点之后分别设置零线与保护线，两种线路的设置不得出现相互连接问题，避免引发用电事故。

2.2.2通风系统

由于隧道是穿越山体进行修建，隧道内部其环相对封闭，为保证隧道内空气的正常流通，需要在隧道内部设置通风系统来改善环境。本工程隧道的通风系统设置，主要由3大部分组成，分别为环境监测、风机控制及区域控制网络。其中通风系统的环境监测功能是对隧道内的一氧化碳进行监测，避免隧道中有害物质浓度超标；风机控制是为了保证隧道内空气的流通，本隧道采用射流风机，该类型风机完全满足隧的通风需求；区域控制网络可利用信息化实现对通风系统的管控，有利于机电智慧管控系统的应用。

2.2.3消防系统

（1）消防系统是高速公路隧道机电系统结构中不可缺少的设施，在隧道消防系统设置中，主要功能包括火灾检测、灭火设备、隧道排烟及报警系统等。针对工程长度较大的隧道工程，在隧道内应设置横向的紧急出口，当隧道运营过程中发生火灾问题，隧道内的行驶人员可以及时逃出隧道，其次隧道内的火灾监测装置，设置后保证其有效性，当遭遇火灾问题可以及时反映至管理人员；灭火设备应贯穿整个隧道工程，每间隔一段位置设置一处消防设施并配备消防水管及灭火器；排烟及报警设施要实现对隧道排烟量的监控，如排烟量过大则可以实现自动报警操作。

（2）在隧道的消防系统设置中，为避免火灾过大造成人员伤亡问题，在隧道横向的紧急出口中，应安装防火卷帘门，并将卷帘门设置为手动开启和电动开启2种形式，正常情况下保持卷帘门的开启状态，在突发火灾的紧急情况下，可将卷帘门关闭，避免火势蔓延至紧急出口，同时针对行人的紧急出口，在设置时每一侧均要安装防火门，正常情况下保持防火门的关闭状态，当隧道内的消防系统全部布设完成后，由上级消防主管部门进行验收，保证消防设施的使用性能，以确保隧道的运营安全。

2.2.4照明系统

（1）对高速公路隧道来说，机电系统中必不可少的就是照明系统，其能够保证隧道内的光线满足行车要求，从而保证隧道内的运营安全，因此照明系统也是隧道机电系统的*重要组成部分。本工程隧道内照明系统主要采用UPS电源供电，且供电设施的备用时间保持在30min以上，以保证运营期间不出现断电的问题。在供电系统照明灯设置时，主要采用隧道拱顶单光带的形式，在隧道内部设置双排单光带进行照明，局部较暗的区域可利用加强照明灯。

（2）依据不同的照明灯形式，隧道内的照明系统共分为加强照明灯、应急照明灯和基本照明灯3种，在安装照明系统时这3种照明灯均布置于隧道两侧，应急照明灯与基本照明交错安装，各照明灯的距离控制在10m，应急照明灯的数量以基本照明灯数量保持一致。正常情况下基本照明灯按照要求开启，当照明过程中遭遇紧急情况，则可立即启动应急照明灯，保证隧道内的照明条件，在此过程中运营单位可及时排除故障恢复照明条件

2.2.5监控系统

（1）为保证隧道内的行车安全，或者遭遇紧急情况可以第一时间获得相关信息，在本工程隧道内设置监控系统，以在隧道内部安装摄像机对行驶的车辆进行实时监控，这不仅可以监控隧道内是否存在安全事故，还能记录车辆是否存在违章行为，如超速形式、违规变道等，从而有利于保证隧道内的行车安全。基于此，本次隧道内的监控系统设置时，主要采用定焦高清网络摄像机和车行横洞红外球型高清网络摄像机，安装于隧道的弧线位置。

（2）在摄像机安装过程中，施工单位应根据设计要求确定安装位置和高度，保持预埋螺栓的中心距离与摄像机底座法兰孔的距离一致。安装中为减小垂直立柱的偏差，施工人员用经纬仪测量垂直柱的垂直度，如果偏差较大，则可用垫片调节垂直柱的垂直度安装后需要检测其安装效果，摄像机是否工作正常，是否能与机电智慧管控系统相连接，经检测调试正常后，组织对机电监控系统的验收工作。

2.3机电智慧系统功能研究

2.3.1综合监控

结合上述隧道机电智慧管控系统的功能，在一体化平台上可实现隧道内的综合监控，即对隧道内全路段机电设施的监控功能。在平台的监控软件中，管控人员可以在平台中监管所有的机电设施，并结合GIS技术将隧道机电设施所得到的交通流数据、气象数据、施工信息、事故信息和实时监控视频等，综合地在计算机界面中呈现出来，同时能够通过对应机电设施图标颜色的变化，判断该机电设备的运行状态是否存在故障，以及设备当前工作的状态和内容，以便实现隧道机电设施的综合监控。

2.3.2设备管理

隧道机电系统中采用的设备种类繁多且设备的数量较大，如采取普通的管理方式对设备维修、养护、更换等信息进行记录管理，会大幅增加运营人员的工作量。本工程隧道机电智慧管控系统中具有设备管理功能，通过一体化监管平台，运营人员可以采用直观的图形操作界面，实现对设备的管理工作，这不仅包括设备的运行状态，是否存在故障等问题，还包括设备的维修、保养台账，设备的更换、采购、报废记录以及设备厂商的基本信息等，有利于运营单位节省养护成本，保障机电设备的正常运行。

2.3.3智慧巡检

上述设备管理功能主要采用直观的图形操作界面，使管控人员能够在一体化平台上完成对设备状态及工作性能的监督，而智慧巡检功能则可以完成对隧道机电设施的检查工作，减少隧道养护人员的工作量。该系统是利用虚拟巡逻车的方式代替人工，通过一体化管控平台对虚拟巡逻车的巡检路线及要求进行设置，然后启动巡逻车辆代替人工进入隧道对机电设备进行检查，管控人员可在一体化平台上获得巡检结果，如机电设备存在故障，则巡检车可通过声光报警的方式通知给管控人员，并将巡检结果在一体化平台进行展示，管控人员根据需求将巡检结果导出或打印。

2.3.4视频管理

在隧道机电系统中配置监控设施，为有效地利用监控设施所拍摄的画面，在机电智慧管控系统中具备视频管理功能，该功能可以实现两个功能，分别是实时监控和视频回放。其中实时监控是将机电系统监控设施的画面转播至一体化管控平台，在管控平台中可以对监控画面、监控方式等进行远程控制；视频回放是指将机电监控设施所拍摄记录的画面保存，需要时可以随时从管控平台调取，方便管控人员对隧道内事故发生原因、设备损坏原因等进行调查，确保机电系统的正常运营。

2.3.5信息发布

对隧道机电智慧管控系统而言，该系统可提供统一的服务接口，以方便管控人员利用一体化管控平台发布相关信息，包括隧道的交通诱导信息、查询服务信息、隧道内事故信息等。比如在隧道运营过程中存在火灾安全隐患问题时，此时管控人员可通过智慧管控系统通过车辆检测器、闭路电视系统、环境监测系统等发布预警信息，若已经发生火灾问题，则管控人员还可通过信息发布功能指挥和调度交通，从而避免造成重大损失。

2.3.6事件联动与管理

在上述情境中，如隧道内发生火灾问题，则可以利用机电智慧管控系统的事件联动及管理功能报警理，该功能可以实现对系统各模块的统一管理、分级处理，各个模块根据工程实际情况设置阈值或状态变化。当隧道运营过程中遭遇安全事故且事故危害等级超过设置的阈值，此时机电智慧管控系统可立即启动预案，按照预先设置的要求报进行处理，如超过报警的阈值标准，就能自动触发报警操作，从而保障隧道的运营安全。

3.高速公路供配电监控系统

3.1概述

近年来，我国的高速公路发展非常迅速，已形成遍布全国的高速公路网，它在对国家经济发展作出突出贡献的同时，也对高速公路管理及运营的自动化、智能化提出了严峻的考验。高速公路自动化管理系统一般由通信、收费、监控和供配电4个子系统组成，而通信、收费和监控系统稳定运行的基础是供配电系统的稳定运行。

高速公路供配电监控系统对高速公路沿线的变电站内的高低压配电设备、发电机、变压器、UPS、EPS、外场照明、隧道内的理地式变压器与照明、通风及排水等机电设备进行实时分布式监控和集中管理,实现无人值守,确保高速公路安全畅通,提高自动化管理水平,降低机电设备的运行维护成本。

高速公路供配电监控系统包括隧道变电所、服务区变电所、收费站变电所、沿线箱式变电站、互通枢纽、路灯电源、风机控制箱等区域的电力综合监控。

图1高速公路监控对象

3.2.项目需求

高速公路供配电系统传统维护的缺点有以下几点：

1、巡检工作量大：由于变电所分布在几十至几百公里的高速公路上，需要沿高速路逐一巡查；

2、设备发生故障后上报不及时、维修效率低；

3、维护、维修状态无法实时监控，维护、维修进度无法及时督查跟踪；

4、缺乏信息化手段进行设备管理维护，导致隐患无法及时发现；

5、由于缺乏统一的监管平台，机电设施运行状况无法及时、全面、准确掌握。

6、无法实现综合查询分析，提供辅助决策支持；

7、无法即时排查电气隐患、隐蔽工程隐患检查难；

针对高速公路传统维护的缺点，为了保障高速公路供配电系统的稳定运行并减少维护人员的工作量，设计了一套高速公路供配电监控系统，该系统的主要功能如下：

1、对配电房内的变压器、开关柜电气参数进行监控；

2、对配电房内的UPS、EPS电气参数进行监视，当监测到UPS和EPS的电池电压过低时，及时进行维护，避免停电后无法操作断路器；

3、对配电房内的发电机进行监控，并对发电机油箱的油位进行实时监控，避免油位过低影响发电机正常运行，以及柴油被盗后能及时发现并报警；

4、对配电房内馈线回路的漏电电流、线缆温度进行监测和异常报警；

5、对隧道的照明回路进行远程控制，对隧道的引道照明回路和加强照明回路进行手动和自动控制；

6、隧道内消防疏散通道、出口有明显的指示灯具，并可以通过不同应急预案进行紧急控制；

8、根据隧道配电房内可燃气体浓度及烟雾启停排风风机；

9、监测隧道配电房内部环境温湿度，烟雾、甲烷等可燃气体监测、报警及联动控制；

10、监控软件采用B/S架构，全面接入以上监测数据，通过浏览器、手机APP或短信等方式提供数据监测和异常报警，并可通过系统发布维保、巡检及抢修派工任务。

3.3.参照标准

本方案遵循的国家标准有：

GB/T14285-2006《继电保护和安全自动装置技术规程》

GBT14598.300-2008《微机变压器保护装置通用技术要求》

GB/T2887-2011《计算机场地通用规范》

GB50052-2009《供配电系统设计规范》

GB/T20965-2013《控制网络HBES技术规范住宅和楼宇控制系统》

GB50116-2013《火灾自动报警系统设计规范》

GB14287-2014《电气火灾监控系统》

GB25506-2010《消防控制室通用技术要求》

GB50116-2013《火灾自动报警系统设计规范》

GB28184-2011《消防设备电源监控系统》

GB29364-2012《防火门监控器》

GB51309-2018《消防应急照明和疏散指示系统技术标准》

JB/T10736-2007 《低压电动机保护器》

GB/T15576-2008 《低压成套无功功率补偿装置》

3.4.方案设计

根据高速公路供配电监控系统要求，方案配置综合监控系统和子系统解决方案。

变电所电力监控子系统

电气火灾监控子系统

消防设备电源监控子系统

消防应急照明和疏散子系统

高速公路供配电运维管理云平台

方案建立基于云平台的“监、控、维”一体化的综合监控系统，从数据采集、通信网络、系统架构、联动控制和综合数据服务等方面的设计，解决了高速公路监控系统中存在内部干扰性强、使用单位多及协调复杂的根本问题，大大提高了系统运行的可靠性和可管理性，提升了高速公路基础设施、环境和设备的使用和恢复效率。

高速公路供配电监控监控

3.5电力监控子系统

电力监控系统主要针对隧道变电所、箱式变电站、收费站和服务区变电所，对变电所高压回路配置微机保护装置及多功能仪表、UPS、EPS和发电机进行保护和监控，主要是服务对象为高速公路供配电系统的维护人员，对实时性要求较高。

3.5.1电力监控子系统设备选型

变电所高低压柜主要配置如下：

应用场合		型号	功能
10kV	进/馈线	AM5-F	相间电流速断保护，相间限时电流速断保护（可带低压闭锁），相间过电流保护（可带低压闭锁），两段式零序过流保护，反时限相间过流保护（可带低压闭锁），零序反时限过流保护，过负荷保护，控制回路异常告警。
	变压器	AM5-T	电流速断保护，过流保护，复压闭锁，反时限过流保护，复压闭锁，两段式高压侧零序过流保护，两段式低压侧零序过流保护，过负荷保护，控制回路异常告警，超温/重瓦斯跳闸，过温/轻瓦斯报警。
	母联	AM5-B	相间电流速断保护，相间过电流保护，母联充电保护，母联备自投，进线备自投，控制回路异常告警。
	PT监测	AM5-U	过电压告警、零序过压告警、PT断线告警、低电压告警；4路交流电压通道。
	智能操控、节点测温	ASD320-Pn	一次回路动态模拟图、弹簧储能指示、高压带电显示及闭锁、验电、核相、自动温湿度控制及显示（标配一路强制加热）、远方/就地旋钮、分合闸旋钮、储能旋钮、人体感应、柜内照明控制、RS485接口、高压柜内电气接点无线测温
	电参量测量	APM810	三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序电流In，四象限电能，实时及*大需量，本月和上月极值，电流、电压不平衡度，负载电流柱状图显示，66种报警类型及外部事件（SOE）各16条事件记录，支持SD卡扩展记录，2-63次谐波，2DI+2DO，RS485/Modbus，LCD显示
0.4kV	进线	APM810	三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序电流In，四象限电能，实时及*大需量，本月和上月极值，电流、电压不平衡度，负载电流柱状图显示，66种报警类型及外部事件（SOE）各16条事件记录，支持SD卡扩展记录，2-63次谐波，2DI+2DO，RS485/Modbus，LCD显示
	无功补偿	ARC	测量I、U、Hz、cosΦ，具备过电压保护、欠流锁定、电网谐波过大保护功能,可控制电容器的投切，RS485/Modbus协议
		ANSVC	动态无功补偿控制柜
		ANSVG	静态无功补偿柜
	有源滤波	ANAPF	ANAPF系列有源电力滤波器并联在含谐波负载的低压配电系统中，能够对动态变化的谐波电流进行快速实时的跟踪和补偿。
	出线	AMC72L-E4/KC	三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），四象限电能，2DI+2DO，RS485/Modbus，LCD显示
温度检测	变压器温度检测	ARTM-8	8路温度巡检，热电阻信号输入，RS485接口，2路继电器输出
	无线测温	ARTM-Pn	可以嵌入式安装在高压柜、低压抽屉柜内，每台装置可以接收60个传感器的数据，可与ATE200、ATE400传感器选配使用。装置带有一路485接口，可将采集到的温度数据上传到监控系统上位机。
		ATE400	感应取电无线温度传感器，合金片固定，CT取电，测温范围-50℃-125℃，精度±1℃
		ATE200	电池供电无线温度传感器，表带式固定，测温范围-50℃-125℃，精度±1℃
配套附件		AKH-0.66	测量型互感器，采集交流电流信号
网关		Anet-2E4SM	4个RS485串口2kV隔离，2个以太网接口，支持ModbusRTU、IEC-60870-5-101/103/104、CJ/T188、DL/T645等通讯协议设备的接入，支持ModbusRTU、ModbusTCP、IEC-60870-5-104等上传协议、支持多中心不同数据服务要求，支持断点续传；可扩展至12个RS485口，4G/LORA等无线通讯功能，装置电源:220VAC/DC。
电力监控系统		Acrel-2000/Z	数据的实时采集、数字通信、远程操作与程序控制、权限管理、事件记录与告警、故障分析、各类报表。

3.5.2电力监控子系统功能

实时监测

系统人机界面友好，以配电一次图的形式直观显示配电线路的运行状态，实时监测各回路电压、电流、功率、功率因数、电能等电参数信息，动态监视各配电回路断路器、隔离开关、地刀等合、分状态，以及有关故障、告警等信号。

详细电参量查询

在配电一次图中，可以直接查看该回路详细电参量，包括三相电流、三相电压、三相总有功功率、总无功功率、总功率因数、正向有功电能，并可以查看24小时相电流趋势曲线。

运行报表

查询各回路或设备指定时间的运行参数，报表中显示电参量信息应包括：各相电流、三相电压、总功率因数、总有功功率、总无功功率、正向有功电能等.

实时报警

电力监控系统具有实时报警功能，系统能够对配电回路断路器、隔离开关、接地刀分、合动作等遥信变位，保护动作、事故跳闸等事件发出告警。电力监控系统具有实时语音报警功能，系统能够对所有事件发出语音告警。

历史事件查询

电力监控系统能够对遥信变位，保护动作、事故跳闸，以及电压、电流、功率、功率因数越限等事件记录进行存储和管理，方便用户对系统事件和报警进行历史追溯，查询统计、事故分析。

电能统计报表

电力监控系统以丰富的报表体支撑量体系的完整性。系统具备定时抄表汇总统计功能，用户可以自由查询自系统正常运行以来任意时间段内各配电节点的用电情况，即该节点进线用电量与各分支回路消耗电量的统计分析报表。

用户权限管理

电力监控系统为保障系统安全稳定运行，设置了用户权限管理功能。通过用户权限管理能够防止未经授权的操作（如遥控的操作，数据库修改等）。可以定义不同级别用户的登录名、密码及操作权限，为系统运行、维护、管理提供可靠的安全保障。

遥控操作

电力监控系统可以对整个配电系统范围内的设备进行远程遥控操作。例如配电系统维护人员可以通过监控系统的主界面点击相应的断路器遥信点调出遥控操作界面，可以及时执行调度系统或站内相应的操作命令。

网络拓扑图

电力监控系统支持实时监视接入系统的各设备的通讯状态，能够完整的显示整个系统网络结构；可在线诊断设备通讯状态，发生网络异常时能自动在界面上显示故障设备或元件及其故障部位。

3.5.3电能质量治理

ANAPF系列有源电力滤波器通过电流互感器采集系统谐波电流，经控制器快速计算并提取各次谐波电流的含量，产生谐波电流指令，通过功率执行器件产生与谐波电流幅值相等方向相反的补偿电流，并注入电力系统中，从而抵消非线性负载所产生的谐波电流。

产品特点：

补偿方式灵活：既可补谐波，又可兼补无功，可对2-51次谐波进行全补偿或指定特定次谐波进行补偿；

可治理三相不平衡；

线性补偿，响应时间≤5ms；

具有人性化的人机交互界面，可通过该界面看到系统和本体的实时电能质量信息，操作简单，可以远控，也可以本控；

采用进口IGBT，功率密度大，可靠性高；

采用DSP高速检测和运算的数字控制系统；

监控以及显示具备远程通讯接口，可以通过PC机实时监控；

标准模块化设计，缩短交付周期，同时提高了使用的可靠性和可维护性。

ANSVG静止无功发生器是一种用于补偿无功、谐波治理以及不平衡调节的新型电力电子装置；智能控制系统主动根据系统的线性动态需求，自动调节模块的输出；ANSVG整机主要是由ANSVG模块组成；能完成更大容量的无功功率的补偿，整机通过一个7寸触摸屏实现人机交互。触摸屏通过RS485与ANSVG模块进行通信。

功能特点：

补偿方式灵活：补偿负载无功，滤除5、7、9、11、13次以内的谐波；

可治理三相不平衡；

线性补偿，响应时间≤5ms；

具有人性化的人机交互界面，可通过该界面看到系统和本体的实时电能质量信息，操作简单，可以远控，也可以本控；

采用进口IGBT，功率密度大，可靠性高；

采用DSP高速检测和运算的数字控制系统；

监控以及显示具备远程通讯接口，可以通过PC机实时监控；

标准模块化设计，缩短交付周期，同时提高了使用的可靠性和可维护性。

3.6电气火灾监控子系统

电气火灾监控系统作为火灾自动报警系统的预警子系统，由电气火灾监控主机、电气火灾监控单元、剩余电流式电气火灾探测器以及测温式电气火灾探测器组成，通过现场总线构成一套完整的预防电气火灾的监控系统，数据可集成至高速公路监控系统。

高速公路电气火灾监控系统以防火分区为单位设置，采集数据后上传至监控主机，实现对高速公路电气安全预警。现场设置的传感器监测配电系统回路的漏电电流和线缆温度，异常时实时发出报警信号。

3.6.1电气火灾监控子系统设备选型

类别	型号	功能	安装方式	防护等级
监控设备	Acrel-6000/B	接收电气火灾监控探测器信号，实现对被保护电气线路的报警、监视、控制与管理。	壁挂式	IP65
监控探测器	ARCM300-J1	1路剩余电流监测，4路温度监测，1路继电器输出，事件记录，LCD显示，1路RS485/Modbus通讯	导轨式	IP30
	ARCM300-J4	4路剩余电流监测，1路温度监测，4路继电器输出，事件记录，LCD显示，1路RS485/Modbus通讯	导轨式	IP30
配套附件	AKH-0.66/L	剩余电流互感器，采集剩余电流信号	螺丝固定	IP30
	ARCM-NTC	温度传感器，采集线缆或配电箱体温度	扎带固定	IP30

3.6.2电气火灾监控子系统功能

监控报警功能

监控设备能接收多台探测器的剩余电流、温度信息，报警时发出声、光报警信号，同时设备上红色“报警”指示灯亮，显示屏指示报警部位及报警类型，记录报警时间，声光报警一直保持，直至按设备的“复位”按钮或触摸屏的“复位”按键远程对探测器实现复位。对于声音报警信号也可以使用触摸屏“消声”按键手动消除。

控制输出功能

当被监测回路报警时，控制输出继电器闭合，用于控制被保护电路或其他设备，当报警消除后，控制输出继电器释放。

故障报警功能

通讯故障报警：当监控设备与所接的任一台探测器之间发生通讯故障或探测器本身发生故障时，监控画面中相应的探测器显示故障提示，同时设备上的黄色“故障”指示灯亮，并发出故障报警声音。

电源故障报警：当主电源或备用电源发生故障时，监控设备也发出声光报警信号并显示故障信息，可进入相应的界面查看详细信息并可解除报警声响。

报警记录存储查询功能

当发生剩余电流、超温报警或通讯、电源故障时，将报警部位、故障信息、报警时间等信息存储在数据库中，当报警解除、排除故障时，同样予以记录。历史数据提供多种便捷、快速的查询方法。

3.7消防设备电源监控子系统

高速公路电力电缆、燃气管线比较多，火灾风险高，消防设备比较多，消防设备电源监控系统主要功能就是用于监测消防设备的工作电源是否正常，保障在发生火灾时消防设备可以正常投入使用。

消防设备电源监控监控系统采用消防二总线，以高速公路防火分区设置区域分机采集消防设备电源状态，区域分机通过二总线接收多台传感器的电压、电流信息和开关状态信息，以此实现对消防设备电源工作状态的实时监视。。

3.7.1消防设备监控子系统设备选型

类别			型号		功能	安装方式	防护等级
监控器	主监控器		AFPM100/B1		检测消防设备电源的电压、电流、开关状态等相关信息，从而判断消防设备电源是否有断路、短路、过压、欠压、错相以及过流（过载）等故障信息并报警、记录。该监控系统采用二总线通讯，与AFPM系列传感器进行数据交换。	壁挂式	IP65
	区域分机		AF-QYFJ-250W-12Ah		区域分机可监控被监测设备的电压电流状态和故障信息，并反馈给消防设备电源监控器；增加了通信距离，扩展了监控终端的数量。	壁挂式	IP65
电源监控模块		双电源进线端	AFPM3-2AVML		①液晶屏显示实时监测数据； ②实时监测两路三相电压； ③具有欠压、过压、错相的故障报警功能； ④提供一路或两路开关量输入，监测开关量状态； ⑤二总线通讯，智能化程度高.	导轨式	IP30
		单电源进线端	AFPM3-AVIML		①液晶屏显示实时监测数据； ②实时监测一路三相电源的电压和电流； ③具有欠压、过压、过流、错相的故障报警功能； ④提供一路或两路开关量输入，监测开关量状态； ⑤二总线通讯，智能化程度高。	导轨式	IP30
		出线端	单相	AFPM/D-□	具有欠压、过压、过流的故障报警功能。	导轨式	IP30
			三相	AFPM/T-□	具有欠压、过压、过流、错相的故障报警功能。	导轨式	IP30
配套附件			AKH-0.66		测量型互感器，采集交流电流信号	螺丝固定	IP30

3.7.2消防设备监控子系统功能

监控功能

监控器通过RS485总线接收多台传感器的电压、电流信息和开关状态信息，以此实现对消防设备电源工作状态的实时监视。故障时发出声光故障报警信号。

控制输出功能

当被监测回路报警时，可控制输出继电器闭合，用于控制被保护电路或其他设备，当故障消除后，控制输出继电器释放。

报警功能

系统故障报警：程序不能正常运行时，监控设备发出声光报警信号。

其它故障报警：主电源或备用电源出现异常，监控设备和传感器回路发生短路、断路等故障，或者传感器发出被检测电源的各种故障信号时，监控设备发出声光报警信号。

记录存储查询功能

当发生过压、欠压、错相、过流故障报警或通讯、电源故障时，系统将故障报警部位、故障信息、故障报警时间等信息存储在数据库中，当故障报警解除、排除故障时，同样予以记录。

主备电源切换功能

当主电源发生停电、欠压等故障时，监控设备可自动切换到备用电源工作；当主电源恢复正常供电时，自动切回到主电源，切换过程中保证监控设备连续平稳运行。

3.8消防应急照明和疏散指示系统

高速公路的隧道距离比较长，空间狭小，200米设置一个防火分区，一旦发生火灾，通过消防应急照明和疏散指示灯具指引快速疏散。

每个防火分区灯具数量较少，但是距离比较长，在每个防火分区设置小功率集中，通过光纤和控制器通讯，由于高速公路特殊环境，灯具需要具备IP65以上防护等级。

3.8.1消防应急照明和疏散指示系统设备选型

类别			型号	功能	安装方式	防护等级
监控主机	控制器		A-C-A100	通过控制器接收火灾报警系统的信号，在火灾发生时，发布合理的逃生路线，控制相关灯具自动工作，如频闪、变向、开等、灭灯等，实时指示*佳逃生路线,琴台式。	琴台 落地	IP30
	控制器		A-C-A100/B3	通过控制器接收火灾报警系统的信号，在火灾发生时，发布合理的逃生路线，控制相关灯具自动工作，如频闪、变向、开等、灭灯等，实时指示*佳逃生路线,壁挂式。	壁挂	IP30
集中电源		集中 电源	A-D-0.2KVA-A200L	将AC220V电源转换为DC36V，并为区域内的灯具提供DC36V电压。内置备用电源，主电源供电不足时，备电源自动切换，切换过程中系统保持平稳运行状态，有效保证系统可靠运行，且维持系统正常运行不小于90min。	壁挂	IP33
			A-D-0.3KVA-A200FP		壁挂	IP33
			A-D-0.5KVA-A200FP		壁挂	IP33
			A-D-0.65KVA-A200FP		壁挂	IP33
灯具		指示 灯具	A-BLJC-1LROEII1W-A431H	巡检、频闪、亮灯、灭灯、方向可调	壁挂 吊装	IP67
		照明 灯具	A-ZFJC-EXW-A603HC	巡检、亮灯、灭灯	吸顶	IP67
			A-ZFJC-EXW-A603HE	巡检、亮灯、灭灯	壁挂	IP67
			A-ZFJC-EXW-A604T8	巡检、亮灯、灭灯	壁挂，吸顶，嵌装	IP67

3.8.2消防应急照明和疏散指示系统功能

消防联动

本系统与火灾自动报警系统无缝对接，当发生火灾时，第一时间得到火灾信息，系统自动生成逃生路线。同时也可以通过自动和手动两种方式进入应急状态。

故障报警

本系统采用消防二总线将具有通信功能的设备和灯具相互连接起来，当监控系统中的设备及灯具发生短路、断路等故障时，控制器能发出故障报警信号，指示故障报警地点并保存故障报警信息，*大限度地保障了电气安全的可靠性。

系统监控

控制器可对系统内部的所有组件工作状态进行24小时监控，实时检测其工作状态是否正常，包括集中电源、分配电装置、灯具，火灾报警时，能迅速发出指令，控制灯具的显示状态

系统自检

自动检查控制器中所有状态指示灯、显示屏、喇叭、打印机是否正常。自检功能分为常规自检、月检和年检，定期检查电路故障，消除安全隐患。常规自检方式为所有指示灯闪亮、显示器、音响器件发声；月检方式为上电24H后，每隔30天应急工作30~180秒；年检方式为每年应急工作时间不少于30min。

记录查询

当系统发生应急启动、故障等事件时，控制器能自动记录事件类型，事件发生时间，事件发生区域以及事件的详细信息，可在日志记录中自定义查询日期及范围，控制器能存储事件记录超过10000条。

导光流

控制器可通过软件界面设置灯具顺序闪亮的频率，2～32Hz可设。

4高速公路供配电监控云平台

高速公路监控中心中，使管理人员可以随时轻易的掌握所有情况。 

系统采集高速公路供电系统内各个智能设备的信息，有异常时通过短信或APP推送报警信号，并且可以派发工单，并且进行跟踪闭环处理。

4.1.平台登录

软件采用B/S架构，用浏览器打开云平台链接、输入账户名和权限密码，进行登录，防止未授权人员浏览有关信息。

4.2.平台导航

平台主页显示用户管理变配电站的概况，包括用能月报、选定的变配电站状态、变压器状态、运维中心、看板。

变电站状态

变电站状态包括概况、运行状态、当日事件记录、当日逐时用电曲线、用电概况。

变压器状态

变压器状态支持用户查询所有或某个站所的变压器功率、负荷率、等运行状态数据，支持按负荷率、功率等升、降序排名。

运维中心

运维中心展示当前用户管理的有关变电所在地图上位置及总量信息。

4.3.电力监测

电力监测包括电力数据、变压器监测、运行报表、配电图、电力极值表、运行日报、平均功率因数监视和统计页面。

4.4.用电分析

用电分析包括用能报表、同比分析、环比分析、电能集抄、计量及线路损耗。

用能报表

用能报表显示各回路的用能数据，包括日报、月报、年报，日报显示分时用能，月报显示分日用能，年报显示分月用能，报表可以导出。

4.5.事件记录

事件记录方便运维人员查看分析设备如断路器合分、门开门关、电流电压越限告警、烟雾报警、气体浓度越限报警、浸水报警、故障告警、短信志、平台运行日志等记录。

4.6.安全用电

安全用电包括漏电监测和线缆温度监测。

漏电监测

漏电监测展示选中变配电站的漏电流和线缆温度及报警状况。

线缆温度监测

线缆温度监测界面展示了选中变配电站的线缆温度，选中需查看的监测点，点击查询可以查看线缆温度的历史数据

4.7.运行环境

运行环境包括环境监测、视频监控、环境温湿度、仪表通讯状态、网关通信状态、视频监控、视频设备状态等。

环境监测

环境监测展示了变配电站内的环境状态，包括环境温湿度、水浸、烟雾、门状态等信息

视频监控

视频监控展示了当前实时画面（视频直播），选中某一个变配电站，即可查看该变配电站内视频信息。

环境温湿度

环境温湿度展示变电所内仪表记录的环境温湿度信息，并可导出为excel。

视频设备状态

视频设备状态展示了变电所内视频设备的在线情况。

4.8.设备控制

设备控制包括遥控定义、照明控制以及控制操作日志。

照明控制

照明控制可以控制灯泡的亮灭，选择“变配电站”，点击勾选要控制的设备，点击“控制”按钮，在弹出层选择设备状态，点击“确定”。

4.9.设备管理

设备管理包括设别定义、设备档案和设备报表，在设备档案中对变电所设备进行维护处理。

设备档案

设备档案中选择变电所，对设备定义的模板进行导入，有新增、修改、删除、复制等操作，对变电所设备进行维护管理。/

设备报表

设备报表展示了各个变电所的设备状况，并根据设备档案中填写的安装时间和质保期得出建议更换时间，并在举例建议更换时间7天内提示用户更换设备。

4.10.运维管理

运维管理包括任务管理、巡检记录、缺陷记录三部分，其中任务管理可以完成任务的创建、发布、任务完成情况查询；巡检记录是巡检任务的执行情况和执行明细，缺陷记录是消缺任务创建、发布、完成状态情况查询。

任务管理

任务管理页面可以发布巡检或消缺任务，查看巡检或消缺任务的状态和完成情况，可以点击查看任务查看具体的巡检信息。

巡检记录

巡检记录显示了巡检任务的完成情况，以及巡检详情。

缺陷记录

缺陷记录记录了各个变电所运维巡检过程中上传的缺陷信息。

4.11.APP支持

电力运维手机支持“监控系统”、“设备档案”、“待办事项”、“巡检记录”、“缺陷记录”、“文档管理”和“用户报告”七大模块，支持一次图、需量、极值、用电量、视频、曲线、温湿度、同比、环比、电能质量、各种事件报警查询，设备档案查询、待办事件处理、巡检记录查询、用户报告、文档管理等。

5售后承诺和质量保证

5.1维护服务

我公司的技术人员将负责系统工程的安装、调试及优化等工作，提供全面、及时的培训、维护、咨询服务，并配合用户管理系统的运行。

在整个系统运行期内，系统所有故障问题的检测和恢复均由我公司负责，并作现场测试和恢复。在故障问题发生时，我公司将及时派出富有经验的工程师（或工程师小组），利用有关工具和测试设备，检测问题所在，并及时提出解决方案。具体地说，我们公司将成立专项服务小组，由技术部工程师负责该项目所涉及人员的技术培训及解决日常出现的一些问题。我公司将免费接受用户的电话技术咨询和书函技术咨询，帮助用户解决在应用过程中遇到的各种技术问题。

技术支持热线电话：800-820-6632

对于非设备性故障或一般性故障以及电话技术咨询，我公司保证在1小时内给予回应，必要时派专业技术人员到达现场处理故障。

对于设备性故障，一方面在系统设计时，我们尽量避免单点故障，另一方面我们将利用我们公司的零备件应急供应体系，及时排除故障，保证不影响系统的正常运行。

5.2维修服务

系统自验收合格之日起，免费保修三年，终身维护。系统常规软件终身免费维护。

在质保期间发生问题，我方会在收到通知后及时响应，24小时内派合格的技术人员并携带工具无条件到现场作技术服务，除非该问题可以通过通讯解决。

在质保期内，如因我方责任需要调换或修理合同设备，并由此引起合同设备停机时，则有关合同设备的质保期按实际停机时间相应延长。重新修理或更换后的合同设备部件的质保期为修理和更换完毕并经双方确认相应延长，但不能少于规定的一年质保期。

在质保期满后30天内，买方因在质保期内发现合同设备有缺陷而出具的索赔证明仍然有效。

免费维修期内人为或自然灾害引起的故障或损坏，仅收取维修成本费。

免费维修期以外的维修服务仅收取维修成本费。

5.3更新改进服务

本公司产品设计更新提高或软件版本升级，我司将即时通知和协助需方进行已运行系统的改进提高，并无偿提供软件新版本。

用户对系统改制、扩容、拆点等不同要求，公司将及时、准确地予以满足。

5.4质量保证

我公司通过了ISO9001认证。公司各项与质量有关的活动均严格按ISO9001:2008的要求开展。

公司从产品的整个过程对产品的质量进行控制。对订货合同，公司组织相关人员进行认真评审，并及时将评审结果传达给相关人员，以确保产品能充分满足顾客的要求。

在产品的设计和开发过程中，开发人员根据顾客的要求，相关的国际、国家、行业标准以及相关法律和法规编制开发计划。

在设计和开发的过程中，分阶段的进行设计评审和设计验证，设计完成后，选择能代表顾客的单位进行确认，确保公司的设计能满足顾客的要求。

在原材料的采购方面，本公司事先对供应商进行调查，确信他们的质量保证能力后才会实施采购。

在生产安装和加工的过程中，本公司制订了完善的工艺指导书，并在管理人员的监督下由生产人员实施操作，以保证产品的均一性及质量的稳定性。

在检验和试验的过程中，首先由质管部和开发部一起按企业标准制订检验标准和检验作业指导书，并指导检验人员严格执行。本公司的检验和试验设备齐全，且都经过相关技术监督部门的校验，确认合格后方可使用。检验中发现的产品不合格会及时反馈给责任部门，追查不合格原因，并限期整改。

本公司有完善的培训制度，员工上岗前按规定接受培训，经考核合格后方可上岗，保证每个岗位上均有一批训练有素的骨干人员，为产品的质量合格提供了强有力的保障。

我方保证货物是全新、未使用过的，是用一流的工艺和*佳材料制造而成的并完全符合合同规定的质量、技术规范和性能的要求。我方保证所提供的货物经正确安装、正常运转和保养在其使用寿命期内应具有满意的性能。在货物质量保证期之内，我方对由于设计、工艺或材料的缺陷而发生的任何不足或故障负责。

6典型案例

6.1荔浦至玉林段高速公路配电工程

荔玉高速公路是《广西高速公路网规划》“四纵六横三支线”布局中“纵二”荔浦至铁山港高速公路的组成部分，也是国家高速公路网G59广西境段重要组成部分。项目建成后，将成为桂林、梧州、玉林通往北海、湛江等沿海城市*便捷的高速公路通道，对于加快区域一体化步伐、促进经济社会发展具有重要意义。荔玉高速公路全长261.7公里，设计标准为双向四车道，工程内容包括：桥梁198座，隧道14座，涵洞、通道1759道，互通式立交20处，服务区5对。

本次针对荔浦至玉林高速公路配电工程项目中不同保护对象配置不同微机保护装置，10kV进线柜配置AM5-F线路保护装置，共22只；10kV变压器出线柜配置AM5-T变压器保护装置，共22只。0,4KV配电房，配置了PZ96L系列的多功能仪表800只；本工程10kV配电工程共有16个隧道变电所，为实时监视整个配电室的运行以及数据采集，该项目配置一套Acrel-2000Z电力监控系统，主要实现对荔浦至玉林高速公路各个变电所的用电监控与管理。监控范围为变电所的微机保护装置、电能表、变压器温控仪、EPS、UPS、无功补偿、发电机控制屏、油箱液位仪、水泵运行状态和水位、风机软启动器和照明控制器。本系统由用户管理层、网络通信层、现场设备层三部分组成，现场设置的电能表采用屏蔽双绞线连接至各分区数据采集器，各分区数据采集器将数据分类处理后，通过网线连接至局域网交换机上传至电力监控系统主机，实现电力设备集中监控功能。

6.2广西崇左至水口高速电力监控系统

广西崇左到水口高速全线全长94.053公里，设置桥梁27座，隧道2座（其中特长隧道1座），互通式立交6处，服务区2处，停车区1处，管理分中心。

本系统由用户管理层、网络通信层、现场设备层三部分组成，现场设置的综保、微机保护装置、电能表、变压器温控仪、EPS、UPS、无功补偿、发电机控制屏、油箱液位仪采用屏蔽双绞线连接至各配电房的通讯管理机，各配电房的通讯管理机将数据分类处理后，通过网线连接至高速公路局域网交换机上传至电力监控系统主机，实现电力设备集中监控功能。

7结语

通过隧道内机电系统智慧管控系统的应用，公路运营单位可以有效地利用管控系统对各机电系统进行监督，如隧道内发生安全问题或意外事故，运营单位可以及时获取相关信息，安排维修人员对机电系统进行维护，从而保证隧道内的行车安全。但由于隧道机电系统组成部分众多，为实现更为合理的管控，仍需加强对隧道机电智慧管控系统的研究，从而进一步进隧道工程的发展，保证我国公路的行车安全。

参考文献：

[1]于立军.高速公路隧道机电系统安装工程施工研究[J].中华建设，2021（1）：147-148.

[2]肖雨桐.高速公路隧道机电安装施工技术[J].科学技术创新，2020（34）.

[3]谭小刚.高速公路隧道机电设施检测技术应用研究[D].西安：长安大学，2014.

[4]侯建.高速公路隧道机电设施养护检测技术[J].交通世界，2019（10）：155-156.

[5]车志英.高速公路隧道机电设施养护检测技术研究[J].四川水泥，2020（3）：277.

[6]梁云龙，赵云涛.高速公路隧道机电智慧管控系统的应用与研究

[4]安科瑞企业微电网设计与应用手册2023.01版

 

作者简介：

任华，男，本科，安科瑞电气股份有限公司，工程师， 技术交流： 021-59104851 ，187-0211-2061（同微信） 

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