摘要：機(jī)電設(shè)備管理系統(tǒng)是高速公路項(xiàng)目的重要組成部分，當(dāng)前的機(jī)電設(shè)計(jì)及運(yùn)行還存在一些不足?；诖耍恼乱跃唧w工程為案例，論述了機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備的特點(diǎn)和現(xiàn)狀，分析了在設(shè)計(jì)及應(yīng)用方面存在的問(wèn)題，提出了全新的智能化高速公路機(jī)電設(shè)備管理系統(tǒng)。通過(guò)開(kāi)展實(shí)測(cè)檢驗(yàn)，證明該系統(tǒng)有助于機(jī)電設(shè)備管理效率的提升，且節(jié)約維保費(fèi)用，具有較高的實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：高速公路項(xiàng)目；機(jī)電設(shè)備管理系統(tǒng)；功能設(shè)計(jì)；維修流程

0 引言

該文對(duì)高速公路機(jī)電設(shè)備管理的現(xiàn)狀進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在設(shè)計(jì)及運(yùn)行方面的問(wèn)題，以某工程案例為分析對(duì)象，設(shè)計(jì)出全新的智能化高速公路機(jī)電設(shè)備管理系統(tǒng)。

1 高速公路機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備特點(diǎn)及現(xiàn)狀

1.1高速公路機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備特點(diǎn)

（1）系統(tǒng)技術(shù)集成度高：高速公路機(jī)電系統(tǒng)具有較高的集成度，交叉運(yùn)用了電子、自動(dòng)控制、通信、電路以及交通機(jī)械等多學(xué)科技術(shù)，從而為該系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。

（2）設(shè)備分布范圍廣，涉及面較大：機(jī)電設(shè)備廣泛分布于高速公路的收費(fèi)站、沿線隧道及管理場(chǎng)所等地，正因?yàn)榉植挤秶鷱V，才對(duì)信息傳遞的時(shí)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(jì)該管理系統(tǒng)，采用了多項(xiàng)技術(shù)，及時(shí)進(jìn)行技術(shù)的更新?lián)Q代，才能保證機(jī)電設(shè)備正常穩(wěn)定運(yùn)行，為高速公路的暢通運(yùn)行提供堅(jiān)實(shí)的保障。

1.2高速公路機(jī)電設(shè)備管理系統(tǒng)的現(xiàn)狀

近年來(lái)，高速公路通車總里程不斷攀升，配套機(jī)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(duì)不同類型的機(jī)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(shí)效性較差，在判斷機(jī)電設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題后，才開(kāi)始維修，無(wú)法及時(shí)維修機(jī)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(guò)制定例行巡檢劃，運(yùn)用相關(guān)技術(shù)制定并實(shí)施有效的預(yù)防措施，避免電設(shè)備出現(xiàn)故障。其優(yōu)點(diǎn)在于采取預(yù)防措施，消除故障隱患，將機(jī)電設(shè)備出現(xiàn)故障的概率降到*低，其缺點(diǎn)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(jī)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(shí)還對(duì)維修模式進(jìn)行了創(chuàng)新發(fā)展，在機(jī)電設(shè)備的設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)統(tǒng)籌維修，兼具各種維修模式的優(yōu)點(diǎn)。②機(jī)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(jì)以及交付運(yùn)行方面的內(nèi)容，主要是在施工環(huán)節(jié)的主要性能實(shí)現(xiàn)，后一階段的內(nèi)容包含設(shè)備交付后的使用、運(yùn)維以及報(bào)廢等內(nèi)容，主要是在使用環(huán)節(jié)開(kāi)展維保工作。

2 高速公路機(jī)電設(shè)備存在的問(wèn)題

高速公路機(jī)電設(shè)備管理主要有日常維護(hù)、定期巡檢、問(wèn)題排查以及系統(tǒng)升級(jí)等，管理內(nèi)容較多，且具有較高的難度。機(jī)電設(shè)備管理方面，因?yàn)榫S修規(guī)范制度內(nèi)容不合理、專業(yè)度較低等問(wèn)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(jī)電設(shè)備不能發(fā)揮*大效率。

（1）機(jī)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(dòng)化及通信設(shè)備屬于其管理范圍，設(shè)備的維護(hù)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?，F(xiàn)階段，還未建立起科學(xué)完整的機(jī)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(jī)電設(shè)備的正常維修保養(yǎng)。為解決上述問(wèn)題，要求規(guī)范維修作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，組建專業(yè)的人員隊(duì)伍，配備充足的人員數(shù)量。此外，因?yàn)楣窓C(jī)電設(shè)備使用量越來(lái)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(jí)，但機(jī)電系統(tǒng)擴(kuò)容、技術(shù)升級(jí)等方面，缺乏統(tǒng)一、規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)。公路機(jī)電設(shè)備投入使用幾年后，其設(shè)計(jì)能力就已無(wú)法滿足現(xiàn)實(shí)需求，開(kāi)展系統(tǒng)擴(kuò)容與升級(jí)

（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(kù)，設(shè)備入庫(kù)信息不完整，無(wú)法有效管控各類數(shù)據(jù)信息，信息資源的價(jià)值不能充分體現(xiàn)出來(lái)。

（3）機(jī)電設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)有時(shí)未開(kāi)啟，致使無(wú)法準(zhǔn)確及時(shí)檢測(cè)公路交通狀況，安全隱患較大，予以解決。

（4）未實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)電設(shè)備的全生命周期過(guò)程管理，因?yàn)闆](méi)有運(yùn)用現(xiàn)代化信息技術(shù)，無(wú)法快速獲取機(jī)電設(shè)備的使用年限、故障頻次及維修時(shí)間等內(nèi)容信息。

（5）還未共享各類資源，不能形成合力。采購(gòu)使用的機(jī)電設(shè)備不同，需要采用不同的維修技術(shù)，按路段劃分機(jī)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(jī)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(jī)電設(shè)備管理系統(tǒng)的提出

現(xiàn)階段，高速公路機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)主要有收費(fèi)、通信、監(jiān)控及供電系統(tǒng)構(gòu)成，各個(gè)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(duì)象，設(shè)計(jì)出高速公路機(jī)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(gè)收費(fèi)站，78對(duì)高速服務(wù)區(qū)，沿線共有15座隧道，配套安裝有十萬(wàn)多套機(jī)電設(shè)備。結(jié)合該路段的實(shí)際情況，制定科學(xué)的機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)管理維護(hù)模式，主要為自行維護(hù)，輔以專業(yè)維護(hù)。

3.1設(shè)備管理系統(tǒng)的總設(shè)計(jì)

使用B/S架構(gòu)開(kāi)發(fā)設(shè)備管理軟件系統(tǒng)，用戶無(wú)需下載安裝客戶端，可隨時(shí)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(jì)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(wèn)層，機(jī)電設(shè)備管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)與移動(dòng)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(yè)面系統(tǒng)功能可以用戶實(shí)現(xiàn)良好的交互作用。②后臺(tái)服務(wù)端邏輯，可查詢后臺(tái)數(shù)據(jù)邏輯，并根據(jù)實(shí)際需要作出修改。③手機(jī)移動(dòng)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(jì)

該系統(tǒng)的主要功能為設(shè)備維修管理、倉(cāng)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(jī)電設(shè)備管理系統(tǒng)的實(shí)測(cè)

通過(guò)具體分析該系統(tǒng)的維護(hù)管理功能模塊可知，在設(shè)備操作者遇到設(shè)備故障問(wèn)題時(shí)管理系統(tǒng)會(huì)及時(shí)將故障信息傳送至設(shè)備維修人員，后者在管理系統(tǒng)頁(yè)面填寫保修單提交資料后，開(kāi)展機(jī)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(jì)有各種功能表單，用于設(shè)備故障報(bào)修、派修、維修以及費(fèi)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(bào)修，填報(bào)故障出現(xiàn)時(shí)間、故障表現(xiàn)及所處位置等信息。

（2）錄入完信息后，會(huì)向工作人員出具派修單，接收到后開(kāi)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(shí)間、采用的方式、工作結(jié)果及完工時(shí)間等。

（3）系統(tǒng)接收到工作人員填報(bào)的維修單后，會(huì)審核其內(nèi)容結(jié)果，而且有專人對(duì)維修工作進(jìn)行全過(guò)程監(jiān)督，并對(duì)維修結(jié)果進(jìn)行檢查，評(píng)價(jià)維修工作成效。

（4）機(jī)電設(shè)備維修工作結(jié)束后，期間產(chǎn)生的各項(xiàng)費(fèi)用，系統(tǒng)會(huì)做統(tǒng)一的核算確認(rèn)，核定之后，各項(xiàng)費(fèi)用明細(xì)及類別會(huì)在管理系統(tǒng)中顯示，同時(shí)工作人員的工作成果、工作態(tài)度評(píng)價(jià)信息也能在管理系統(tǒng)中查詢。

通過(guò)開(kāi)展設(shè)備管理系統(tǒng)實(shí)測(cè)可知，運(yùn)用該系統(tǒng)，一方面能快速排查機(jī)電設(shè)備的故障問(wèn)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(wèn)題后，能快速響應(yīng)并實(shí)施維修，設(shè)備的運(yùn)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(fèi)用支出，提高維修費(fèi)用的實(shí)效，杜絕額外開(kāi)支。

5 高速公路供配電監(jiān)控系統(tǒng)

5.1概述

近年來(lái)，我國(guó)的高速公路發(fā)展非常迅速，已形成遍布全國(guó)的高速公路網(wǎng)，它在對(duì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展作出突出貢獻(xiàn)的同時(shí)，也對(duì)高速公路管理及運(yùn)營(yíng)的自動(dòng)化、智能化提出了嚴(yán)峻的考驗(yàn)。高速公路自動(dòng)化管理系統(tǒng)一般由通信、收費(fèi)、監(jiān)控和供配電4個(gè)子系統(tǒng)組成，而通信、收費(fèi)和監(jiān)控系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)是供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

高速公路供配電監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)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(jī)、變壓器、UPS、EPS、外場(chǎng)照明、隧道內(nèi)的理地式變壓器與照明、通風(fēng)及排水等機(jī)電設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)分布式監(jiān)控和集中管理,實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守,確保高速公路安全暢通,提高自動(dòng)化管理水平,降低機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)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(fèi)站變電所、沿線箱式變電站、互通樞紐、路燈電源、風(fēng)機(jī)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(duì)象

5.2項(xiàng)目需求

高速公路供配電系統(tǒng)傳統(tǒng)維護(hù)的缺點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：

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(bào)不及時(shí)、維修效率低；

3、維護(hù)、維修狀態(tài)無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)控，維護(hù)、維修進(jìn)度無(wú)法及時(shí)督查跟蹤；

4、缺乏信息化手段進(jìn)行設(shè)備管理維護(hù)，導(dǎo)致隱患無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)；

5、由于缺乏統(tǒng)一的監(jiān)管平臺(tái)，機(jī)電設(shè)施運(yùn)行狀況無(wú)法及時(shí)、全面、準(zhǔn)確掌握。

6、無(wú)法實(shí)現(xiàn)綜合查詢分析，提供輔助決策支持；

7、無(wú)法即時(shí)排查電氣隱患、隱蔽工程隱患檢查難；

針對(duì)高速公路傳統(tǒng)維護(hù)的缺點(diǎn)，為了保障高速公路供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行并減少維護(hù)人員的工作量，設(shè)計(jì)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(duì)配電房?jī)?nèi)的變壓器、開(kāi)關(guān)柜電氣參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控；

2、對(duì)配電房?jī)?nèi)的UPS、EPS電氣參數(shù)進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)監(jiān)測(cè)到UPS和EPS的電池電壓過(guò)低時(shí)，及時(shí)進(jìn)行維護(hù)，避免停電后無(wú)法操作斷路器；

3、對(duì)配電房?jī)?nèi)的發(fā)電機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，并對(duì)發(fā)電機(jī)油箱的油位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，避免油位過(guò)低影響發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行，以及柴油被盜后能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并報(bào)警；

4、對(duì)配電房?jī)?nèi)饋線回路的漏電電流、線纜溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)和異常報(bào)警；

5、對(duì)隧道的照明回路進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，對(duì)隧道的引道照明回路和加強(qiáng)照明回路進(jìn)行手動(dòng)和自動(dòng)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(guò)不同應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行緊急控制；

8、根據(jù)隧道配電房?jī)?nèi)可燃?xì)怏w濃度及煙霧啟停排風(fēng)風(fēng)機(jī)；

9、監(jiān)測(cè)隧道配電房?jī)?nèi)部環(huán)境溫濕度，煙霧、甲烷等可燃?xì)怏w監(jiān)測(cè)、報(bào)警及聯(lián)動(dòng)控制；

10、監(jiān)控軟件采用B/S架構(gòu)，全面接入以上監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)瀏覽器、手機(jī)APP或短信等方式提供數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和異常報(bào)警，并可通過(guò)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)有：

GB/T14285-2006《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》

GBT14598.300-2008《微機(jī)變壓器保護(hù)裝置通用技術(shù)要求》

GB/T2887-2011《計(jì)算機(jī)場(chǎng)地通用規(guī)范》

GB50052-2009《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(dòng)機(jī)保護(hù)器》

GB/T15576-2008 《低壓成套無(wú)功功率補(bǔ)償裝置》

5.4方案設(shè)計(jì)

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(yùn)維管理云平臺(tái)

方案建立基于云平臺(tái)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(dòng)控制和綜合數(shù)據(jù)服務(wù)等方面的設(shè)計(jì)，解決了高速公路監(jiān)控系統(tǒng)中存在內(nèi)部干擾性強(qiáng)、使用單位多及協(xié)調(diào)復(fù)雜的根本問(wèn)題，大大提高了系統(tǒng)運(yùn)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(duì)隧道變電所、箱式變電站、收費(fèi)站和服務(wù)區(qū)變電所，對(duì)變電所高壓回路配置微機(jī)保護(hù)裝置及多功能儀表、UPS、EPS和發(fā)電機(jī)進(jìn)行保護(hù)和監(jiān)控，主要是服務(wù)對(duì)象為高速公路供配電系統(tǒng)的維護(hù)人員，對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高。

5.5.1電力監(jiān)控子系統(tǒng)設(shè)備選型

變電所高低壓柜主要配置如下：

5.5.2電力監(jiān)控子系統(tǒng)功能

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

系統(tǒng)人機(jī)界面友好，以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)、電能等電參數(shù)信息，動(dòng)態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、地刀等合、分狀態(tài)，以及有關(guān)故障、告警等信號(hào)。

詳細(xì)電參量查詢

在配電一次圖中，可以直接查看該回路詳細(xì)電參量，包括三相電流、三相電壓、三相總有功功率、總無(wú)功功率、總功率因數(shù)、正向有功電能，并可以查看24小時(shí)相電流趨勢(shì)曲線。

運(yùn)行報(bào)表

查詢各回路或設(shè)備時(shí)間的運(yùn)行參數(shù)，報(bào)表中顯示電參量信息應(yīng)包括：各相電流、三相電壓、總功率因數(shù)、總有功功率、總無(wú)功功率、正向有功電能等.

實(shí)時(shí)報(bào)警

電力監(jiān)控系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)報(bào)警功能，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娀芈窋嗦菲?、隔離開(kāi)關(guān)、接地刀分、合動(dòng)作等遙信變位，保護(hù)動(dòng)作、事故跳閘等事件發(fā)出告警。電力監(jiān)控系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)語(yǔ)音報(bào)警功能，系統(tǒng)能夠?qū)λ惺录l(fā)出語(yǔ)音告警。