基于網絡監控的高速公路隧道供配電監控系統

李小武

(廣西交科集團有限公司，廣西 南寧 530007)

0 引言

伴隨著高速公路網絡的普及，高速公路隧道的數量在不斷增加。隧道本身具備封閉性、狹隘性等特點，管理難度大，風險因素眾多，在遇到交通量巨大或者惡劣天氣的狀況時，很容易出現交通堵塞和交通事故。供配電系統是高速公路隧道工程的一個重要組成部分，負責隧道內部照明、風機等設施的電力供應，由專門的配電所進行統一管理。但是在一些山區高速公路中，隧道的數量較大，要全部安排現場值班人員難度較大，而且也無法及時發現和排除存在的故障和安全隱患。對此，可以借助網絡傳輸的方式，實現對高速公路隧道供配電的有效監控。

1 工程概況

某高速公路隧道采用的是雙洞分離式隧道結構，隧道左幅起止點樁號為K92+310～K94+030，分界段總長度為1 720 m，隧道最大埋深約為155 m；隧道右幅起止點樁號為K92+185～K94+030，分界段總長度為1 845 m，隧道最大埋深約為150 m。隧道本身地處偏遠山區，無法安排值班人員進行24小時管理，因此，在對供配電系統進行規劃的過程中，設置了基于網絡的供配電監控系統。該系統可以幫助工作人員準確把握隧道內部照明設施和通風設施的運行情況，實現對于隧道照明和通風系統的遠程啟停控制。

2 系統總體架構

基于網絡監控的供配電監控系統，在設計中采用的總體架構是兩層結構。

(1)管理層。主站層設置在隧道管理中心，包含了服務器、數據庫、后臺報警系統以及GNC-Manager管理系統等，主要負責對隧道內供配電設備的監督和全局管理[1]。

(2)前端層。包含了安裝在隧道配電機房以及其他位置的監控主機、智能監控器以及配電測控模塊等。管理層和前端層之間信息的傳遞采用的是區域內部的TCP/IP協議網絡，與管理中心之間則是通過光纖以太網實現通信。

通過這樣的系統架構，能夠實現區域內各隧道以及隧道工程本身供配電系統的有效管理，實現“遙測、遙信、遙感、遙控”等功能。智能監控設備的應用，使得隧道供配電監控不再需要安排專業的值班人員，減少了人力資源的消耗，也能夠實現對于隧道供配電系統的遠程化、智能化管理。

隧道中的照明系統、通風系統、智能設備等可以采用一體化綜合監控的方式進行管理，隧道配電所現場監測可以借助GNC系列網絡監控主機以及各類測控模塊實現對于供配電系統的有效監控[2]。GNC-M系列監控主機能夠基于IP網絡完成數據傳輸，配合現場總線采集控制技術以及標準MODBUS協議，可以有效地連接32個測控模塊，實現對隧道供配電系統電壓、電流、開關、智能電源等的有效監控。另外，可以在各隧道配電所設置本地調度管理中心，在高速公路監控中心構建供配電監控系統調度監控中心，使用GNC-Manager網絡監控系統和軟件包，在提供實時監測、告警聯動等功能的同時，可以對地圖以及組態圖進行編輯和顯示，設置不同的安全權限，實現對各種數據的詳細記錄，為查詢提供便利。整理數據后，編制統計報表，可為管理人員決策的制定提供依據。借助相應的網絡監控，可以將告警信息通過電子郵件、手機短信、電話語音等告知值班及管理人員[3]。

3 系統核心功能

對該系統進行設計的主要目的，是實現隧道供配電系統運行情況的遠程監控管理，及時發現系統運行中存在的缺陷和問題，保證系統運行的穩定性和可靠性。系統的核心功能體現在以下幾點。

(1)“遙測”功能。借助相應的系統網絡監控主機、組態軟件以及測控模塊，系統能夠對隧道內部所有的照明設施和通風設施進行監測，幫助工作人員把握設備的實際運行情況，也可以對配電所內高低壓重要回路的運行參數進行采集，采集的對象包括電壓、電流、有功功率、無功功率等；同時還需要對配電智能設備的運行狀態進行實時檢測，檢測的對象有發電機、UPS等。

(2)“遙信”功能。遙信主要是借助系統網絡監控主機、組態軟件和測控模塊等，對配電所中所有的開關數量進行采集，采集的對象包括斷路器故障信號、變壓器風機運行狀態、電機儲能狀態、事故跳閘信號等[4]。

(3)“遙控”功能。遙控功能主要是對隧道內照明系統和通風系統開關的遠程控制，同時包含風機正反轉控制、接觸器遠程控制以及帶有電動操作機構的框架式斷路器遠程控制等。

(4)管理功能。GNC-Manager管理系統能夠依照相應的系統組態畫面以及歷史數據，與實際采集到的數據進行對比分析，明確每一個回路的用電情況，對回路名稱、編號和用電量進行記錄，為供配電安全、經濟運行以及負荷分析調度等管理工作提供支撐。

(5)事故預警。系統可以實現對潛在事故的預警工作，也可以針對電量越限情況進行報警，提醒工作人員及時進行處理，避免發生安全事故或者造成安全隱患，將可能出現的損失降到最低。當隧道供配電系統發生異常時，工作人員能夠及時了解故障相關的信息，為故障的檢修提供便利，從而縮短故障處理所需的時間。

(6)數據監控。監控主機和相應的測控模塊都被設置在隧道管理所中，兩者之間的數據傳輸采用的是總線傳輸的形式，能夠實現對高壓配電系統以及低壓供電系統運行情況的監督管理，明確UPS、柴油發電機等的工作狀態。系統對數據信息的采集和控制采用了IP網絡搭配MODBUS現場總線的方式，施工操作簡單，后期維護方便，也不會影響現有系統的正常運行[5]。

4 系統實施方案

結合系統總體架構以及主要功能，在整個隧道供配電監控系統中，采用了GNC系列產品來確保系統的實現。系統中包含了GNC系列監控主機、智能設備監控器、485測控模塊、GNC-Manager網絡監控系統以及相應的后臺多媒體報警系統。

系統中采用的傳輸通信平臺是IP網絡，可以將其分為三級結構，依照基本的拓撲結構來對隧道配電所的功能進行設置和實現。在每一個隧道配電所中，都需要結合隧道工程的實際情況以及監測工作的具體需求來對相關設備進行選擇[6]，借助內部IP網絡，將監測到的數據信息傳輸到本地管理站及高速公路管理監控中心，實現分級化、集中化管理，提升管理的效果。在區域范圍內，當隧道配電所的數量增加時，可以相應地增加供配電監測所需的硬件設施。

結合該工程的經驗，在隧道供配電監控系統中，可以嘗試全部采用TCP/IP協議，以嵌入式操作系統作為監控主機，配合IP協議的方式，實現與監控中心之間的數據傳輸。可以在高速公路監控管理中心的機房中，設置相應的隧道供配電監控系統主站，在其他配電所設置本地管理站，配電所內的采集監控主機、網絡控制器等IP智能控制主機可以將監測數據借助內部局域網通道，傳輸到相應的監控中心[7]。

5 結語

總而言之，借助相應的高速公路隧道供配電監控系統設計，配合網絡傳輸平臺，能夠實現對高速公路隧道照明設施、通風設施及消防設施等的遠程監測和自動控制，在不需要安排專人進行值守，節約人力資源的同時，也能夠真正實現高速公路隧道供配電系統的集中化、遠程化控制，保證了隧道的運行安全。這種設計具備一定的通用性，在常規高速公路隧道中也能夠發揮出比較理想的效果，值得進行推廣和普及。但設計中還存在一些需要解決的問題，如設備選型的合理性問題、設備故障的處理問題等，需要相關人員進行更加深入的研究。