1 高速公路機電系統(tǒng)設(shè)備特點及現(xiàn)狀
1.1高速公路機電系統(tǒng)設(shè)備特點
（1）系統(tǒng)技術(shù)集成度高：高速公路機電系統(tǒng)具有較高的集成度，交叉運用了電子、自動控制、通信、電路以及交通機械等多學(xué)科技術(shù)，從而為該系統(tǒng)的穩(wěn)定運行奠定了基礎(chǔ)。
（2）設(shè)備分布范圍廣，涉及面較大：機電設(shè)備廣泛分布于高速公路的收費站、沿線隧道及管理場所等地，正因為分布范圍廣，才對信息傳遞的時效性、準(zhǔn)確性有很高的要求。
（3）設(shè)備故障率高，更新速度快：設(shè)計該管理系統(tǒng)，采用了多項技術(shù)，及時進(jìn)行技術(shù)的更新?lián)Q代，才能保證機電設(shè)備正常穩(wěn)定運行，為高速公路的暢通運行提供堅實的保障。
1.2高速公路機電設(shè)備管理系統(tǒng)的現(xiàn)狀
近年來，高速公路通車總里程不斷攀升，配套機電設(shè)備的使用量也與日俱增，得益于科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各種新設(shè)備也層出不窮，并得到廣泛的應(yīng)用。針對不同類型的機電設(shè)備，其維修方式也存在一定的差異，可將其劃分為如下3種模式：
（1）事后維修模式：該模式的維修難度低且成本低，但時效性較差，在判斷機電設(shè)備出現(xiàn)問題后，才開始維修，無法及時維修機電設(shè)備，影響設(shè)備的正常使用。
（2）預(yù)防維修模式：該模式是通過制定例行巡檢劃，運用相關(guān)技術(shù)制定并實施有效的預(yù)防措施，避免電設(shè)備出現(xiàn)故障。其優(yōu)點在于采取預(yù)防措施，消除故障隱患，將機電設(shè)備出現(xiàn)故障的概率降到*低，其缺點是需要定期巡檢，消耗較高的人力物力。
（3）生產(chǎn)維修模式：①該模式在機電設(shè)備管理系統(tǒng)中已得到廣泛應(yīng)用，涵蓋了預(yù)防、事后維修模式，同時還對維修模式進(jìn)行了創(chuàng)新發(fā)展，在機電設(shè)備的設(shè)計階段，就已將其穩(wěn)定性內(nèi)容綜合考慮在內(nèi)，立足于常規(guī)保養(yǎng)，實現(xiàn)統(tǒng)籌維修，兼具各種維修模式的優(yōu)點。②機電設(shè)備的管理具有一定的周期，可據(jù)此將設(shè)備生產(chǎn)維修劃為設(shè)置階段和維持階段，前一階段的主要內(nèi)容側(cè)重于設(shè)備的規(guī)劃、設(shè)計以及交付運行方面的內(nèi)容，主要是在施工環(huán)節(jié)的主要性能實現(xiàn)，后一階段的內(nèi)容包含設(shè)備交付后的使用、運維以及報廢等內(nèi)容，主要是在使用環(huán)節(jié)開展維保工作。
2 高速公路機電設(shè)備存在的問題
高速公路機電設(shè)備管理主要有日常維護、定期巡檢、問題排查以及系統(tǒng)升級等，管理內(nèi)容較多，且具有較高的難度。機電設(shè)備管理方面，因為維修規(guī)范制度內(nèi)容不合理、專業(yè)度較低等問題，導(dǎo)致設(shè)備管理標(biāo)準(zhǔn)不一致、內(nèi)容不規(guī)范，管理手段不全面，各類機電設(shè)備不能發(fā)揮*大效率。
（1）機電設(shè)備管理具有較高的專業(yè)度，各類網(wǎng)絡(luò)、電力、自動化及通信設(shè)備屬于其管理范圍，設(shè)備的維護保養(yǎng)，要提升工作效果，配備具有一定專業(yè)技能的工作人員。現(xiàn)階段，還未建立起科學(xué)完整的機電設(shè)備管理系統(tǒng)，管理工作水平較低，工作人員專業(yè)技能參差不齊，且人員配備不足，嚴(yán)重影響公路機電設(shè)備的正常維修保養(yǎng)。為解決上述問題，要求規(guī)范維修作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，組建專業(yè)的人員隊伍，配備充足的人員數(shù)量。此外，因為公路機電設(shè)備使用量越來越多，道路汽車通行量快速增加，需要進(jìn)行大規(guī)模的系統(tǒng)升級，但機電系統(tǒng)擴容、技術(shù)升級等方面，缺乏統(tǒng)一、規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)。公路機電設(shè)備投入使用幾年后，其設(shè)計能力就已無法滿足現(xiàn)實需求，開展系統(tǒng)擴容與升級
（2）設(shè)備管理系統(tǒng)的智能化、信息化程度較低，由于未搭建完備的數(shù)據(jù)庫，設(shè)備入庫信息不完整，無法有效管控各類數(shù)據(jù)信息，信息資源的價值不能充分體現(xiàn)出來。
（3）機電設(shè)備運轉(zhuǎn)過程中，自動檢測系統(tǒng)有時未開啟，致使無法準(zhǔn)確及時檢測公路交通狀況，安全隱患較大，予以解決。
（4）未實現(xiàn)對機電設(shè)備的全生命周期過程管理，因為沒有運用現(xiàn)代化信息技術(shù)，無法快速獲取機電設(shè)備的使用年限、故障頻次及維修時間等內(nèi)容信息。
（5）還未共享各類資源，不能形成合力。采購使用的機電設(shè)備不同，需要采用不同的維修技術(shù)，按路段劃分機電設(shè)備維修任務(wù)，工作人員有各自分工，只負(fù)責(zé)維修某段公路的機電設(shè)備。維修技術(shù)及資源不能交流共享，嚴(yán)重影響到設(shè)備維修工作的質(zhì)量。
3 智能化高速公路機電設(shè)備管理系統(tǒng)的提出
現(xiàn)階段，高速公路機電設(shè)備系統(tǒng)主要有收費、通信、監(jiān)控及供電系統(tǒng)構(gòu)成，各個系統(tǒng)發(fā)揮著各自作用，服務(wù)于高速公路的正常通行。該文以某高速公路為研究對象，設(shè)計出高速公路機電設(shè)備智能管理系統(tǒng)，公路總里程為3.452km，設(shè)置有238個收費站，78對高速服務(wù)區(qū)，沿線共有15座隧道，配套安裝有十萬多套機電設(shè)備。結(jié)合該路段的實際情況，制定科學(xué)的機電設(shè)備系統(tǒng)管理維護模式，主要為自行維護，輔以專業(yè)維護。
3.1設(shè)備管理系統(tǒng)的總設(shè)計
使用B/S架構(gòu)開發(fā)設(shè)備管理軟件系統(tǒng)，用戶無需下載安裝客戶端，可隨時隨地使用，不存在任何限制，服務(wù)區(qū)的負(fù)載可得到極大緩解。基于B/S架構(gòu)的應(yīng)用，設(shè)計三層架構(gòu)，并根據(jù)不同的業(yè)務(wù)類型，劃分為表現(xiàn)層、業(yè)務(wù)邏輯層及數(shù)據(jù)訪問層，機電設(shè)備管理系統(tǒng)的設(shè)計過程中，實現(xiàn)與移動端的交互使用，系統(tǒng)架構(gòu)共由三部分組成：①前端的功能頁面系統(tǒng)功能可以用戶實現(xiàn)良好的交互作用。②后臺服務(wù)端邏輯，可查詢后臺數(shù)據(jù)邏輯，并根據(jù)實際需要作出修改。③手機移動App，便于用戶使用該系統(tǒng)。
3.2設(shè)備系統(tǒng)的功能模式設(shè)計
該系統(tǒng)的主要功能為設(shè)備維修管理、倉管、維保管理、數(shù)據(jù)管理、車輛管理以及系統(tǒng)設(shè)置管理等。
4 智能化高速公路機電設(shè)備管理系統(tǒng)的實測
通過具體分析該系統(tǒng)的維護管理功能模塊可知，在設(shè)備操作者遇到設(shè)備故障問題時管理系統(tǒng)會及時將故障信息傳送至設(shè)備維修人員，后者在管理系統(tǒng)頁面填寫保修單提交資料后，開展機電設(shè)備維修工作。
設(shè)備管理系統(tǒng)的維修模塊中，設(shè)計有各種功能表單，用于設(shè)備故障報修、派修、維修以及費用核算等，具體流程維修流程如下：
（1）設(shè)備出現(xiàn)故障后，需要在管理系統(tǒng)中報修，填報故障出現(xiàn)時間、故障表現(xiàn)及所處位置等信息。
（2）錄入完信息后，會向工作人員出具派修單，接收到后開始維修工作，并將維修信息填在維修單上，主要內(nèi)容為維修時間、采用的方式、工作結(jié)果及完工時間等。
（3）系統(tǒng)接收到工作人員填報的維修單后，會審核其內(nèi)容結(jié)果，而且有專人對維修工作進(jìn)行全過程監(jiān)督，并對維修結(jié)果進(jìn)行檢查，評價維修工作成效。
（4）機電設(shè)備維修工作結(jié)束后，期間產(chǎn)生的各項費用，系統(tǒng)會做統(tǒng)一的核算確認(rèn)，核定之后，各項費用明細(xì)及類別會在管理系統(tǒng)中顯示，同時工作人員的工作成果、工作態(tài)度評價信息也能在管理系統(tǒng)中查詢。
通過開展設(shè)備管理系統(tǒng)實測可知，運用該系統(tǒng)，一方面能快速排查機電設(shè)備的故障問題，做好故障隱患預(yù)防，減少出現(xiàn)的概率。另一方面當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)問題后，能快速響應(yīng)并實施維修，設(shè)備的運轉(zhuǎn)效率得到明顯提升，確保高速公路安全暢通。此外，還可準(zhǔn)確監(jiān)控設(shè)備修的費用支出，提高維修費用的實效，杜絕額外開支。
5 高速公路供配電監(jiān)控系統(tǒng)
5.1概述
近年來，我國的高速公路發(fā)展非常迅速，已形成遍布全國的高速公路網(wǎng)，它在對國家經(jīng)濟發(fā)展作出突出貢獻(xiàn)的同時，也對高速公路管理及運營的自動化、智能化提出了嚴(yán)峻的考驗。高速公路自動化管理系統(tǒng)一般由通信、收費、監(jiān)控和供配電4個子系統(tǒng)組成，而通信、收費和監(jiān)控系統(tǒng)穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)是供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。
高速公路供配電監(jiān)控系統(tǒng)對高速公路沿線的變電站內(nèi)的高低壓配電設(shè)備、發(fā)電機、變壓器、UPS、EPS、外場照明、隧道內(nèi)的理地式變壓器與照明、通風(fēng)及排水等機電設(shè)備進(jìn)行實時分布式監(jiān)控和集中管理,實現(xiàn)無人值守,確保高速公路安全暢通,提高自動化管理水平,降低機電設(shè)備的運行維護成本。
高速公路供配電監(jiān)控系統(tǒng)包括隧道變電所、服務(wù)區(qū)變電所、收費站變電所、沿線箱式變電站、互通樞紐、路燈電源、風(fēng)機控制箱等區(qū)域的電力綜合監(jiān)控。
圖1高速公路監(jiān)控對象
5.2項目需求
高速公路供配電系統(tǒng)傳統(tǒng)維護的缺點有以下幾點：
1、巡檢工作量大：由于變電所分布在幾十至幾百公里的高速公路上，需要沿高速路逐一巡查；
2、設(shè)備發(fā)生故障后上報不及時、維修效率低；
3、維護、維修狀態(tài)無法實時監(jiān)控，維護、維修進(jìn)度無法及時督查跟蹤；
4、缺乏信息化手段進(jìn)行設(shè)備管理維護，導(dǎo)致隱患無法及時發(fā)現(xiàn)；
5、由于缺乏統(tǒng)一的監(jiān)管平臺，機電設(shè)施運行狀況無法及時、全面、準(zhǔn)確掌握。
6、無法實現(xiàn)綜合查詢分析，提供輔助決策支持；
7、無法即時排查電氣隱患、隱蔽工程隱患檢查難；
針對高速公路傳統(tǒng)維護的缺點，為了保障高速公路供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行并減少維護人員的工作量，設(shè)計了一套高速公路供配電監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)的主要功能如下：
1、對配電房內(nèi)的變壓器、開關(guān)柜電氣參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控；
2、對配電房內(nèi)的UPS、EPS電氣參數(shù)進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)監(jiān)測到UPS和EPS的電池電壓過低時，及時進(jìn)行維護，避免停電后無法操作斷路器；
3、對配電房內(nèi)的發(fā)電機進(jìn)行監(jiān)控，并對發(fā)電機油箱的油位進(jìn)行實時監(jiān)控，避免油位過低影響發(fā)電機正常運行，以及柴油被盜后能及時發(fā)現(xiàn)并報警；
4、對配電房內(nèi)饋線回路的漏電電流、線纜溫度進(jìn)行監(jiān)測和異常報警；
5、對隧道的照明回路進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，對隧道的引道照明回路和加強照明回路進(jìn)行手動和自動控制；
6、隧道內(nèi)消防疏散通道、出口有明顯的指示燈具，并可以通過不同應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行緊急控制；
8、根據(jù)隧道配電房內(nèi)可燃?xì)怏w濃度及煙霧啟停排風(fēng)風(fēng)機；
9、監(jiān)測隧道配電房內(nèi)部環(huán)境溫濕度，煙霧、甲烷等可燃?xì)怏w監(jiān)測、報警及聯(lián)動控制；
10、監(jiān)控軟件采用B/S架構(gòu)，全面接入以上監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過瀏覽器、手機APP或短信等方式提供數(shù)據(jù)監(jiān)測和異常報警，并可通過系統(tǒng)發(fā)布維保、巡檢及搶修派工任務(wù)。
5.3參照標(biāo)準(zhǔn)
本方案遵循的國家標(biāo)準(zhǔn)有：
GB/T14285-2006《繼電保護和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程》
GBT14598.300-2008《微機變壓器保護裝置通用技術(shù)要求》
GB/T2887-2011《計算機場地通用規(guī)范》
GB50052-2009《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》
GB/T20965-2013《控制網(wǎng)絡(luò)HBES技術(shù)規(guī)范住宅和樓宇控制系統(tǒng)》
GB50116-2013《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》
GB14287-2014《電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)》
GB25506-2010《消防控制室通用技術(shù)要求》
GB50116-2013《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》
GB28184-2011《消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)》
GB29364-2012《防火門監(jiān)控器》
GB51309-2018《消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》
JB/T10736-2007 《低壓電動機保護器》
GB/T15576-2008 《低壓成套無功功率補償裝置》
5.4方案設(shè)計
根據(jù)高速公路供配電監(jiān)控系統(tǒng)要求，方案配置綜合監(jiān)控系統(tǒng)和子系統(tǒng)解決方案。
變電所電力監(jiān)控子系統(tǒng)
電氣火災(zāi)監(jiān)控子系統(tǒng)
消防設(shè)備電源監(jiān)控子系統(tǒng)
消防應(yīng)急照明和疏散子系統(tǒng)
高速公路供配電運維管理云平臺
方案建立基于云平臺的“監(jiān)、控、維”一體化的綜合監(jiān)控系統(tǒng)，從數(shù)據(jù)采集、通信網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)架構(gòu)、聯(lián)動控制和綜合數(shù)據(jù)服務(wù)等方面的設(shè)計，解決了高速公路監(jiān)控系統(tǒng)中存在內(nèi)部干擾性強、使用單位多及協(xié)調(diào)復(fù)雜的根本問題，大大提高了系統(tǒng)運行的可靠性和可管理性，提升了高速公路基礎(chǔ)設(shè)施、環(huán)境和設(shè)備的使用和恢復(fù)效率。
高速公路供配電監(jiān)控監(jiān)控系統(tǒng)
5.5電力監(jiān)控子系統(tǒng)
電力監(jiān)控系統(tǒng)主要針對隧道變電所、箱式變電站、收費站和服務(wù)區(qū)變電所，對變電所高壓回路配置微機保護裝置及多功能儀表、UPS、EPS和發(fā)電機進(jìn)行保護和監(jiān)控，主要是服務(wù)對象為高速公路供配電系統(tǒng)的維護人員，對實時性要求較高。
參考文獻(xiàn)
[1]張偉偉,趙劍.高速公路機電設(shè)備維護管理系統(tǒng)信息化研究[J].技術(shù)與市場,2022(9):122-123+126.
[2]錢悅.基于可靠性分析的高速公路機電設(shè)備管理系統(tǒng)研究[D].西安：長安大學(xué),2022.
[3]張慶妹.高速公路機電設(shè)備維護管理系統(tǒng)信息化研究[J].設(shè)備管理與維修,2021(10):105-106.
[4]秦湖.公路項目機電工程的設(shè)備管理系統(tǒng)探討
[5]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊2023.01版
