龐宏源

(山西省自動(dòng)化研究所，山西 太原 030012)

目前我國(guó)的高速公路狀況是行車環(huán)境好、車流量較大、車輛速度比較快的特點(diǎn)。如果不采用更好的管理措施，在天氣及環(huán)境比較惡劣的情況下，很容易發(fā)生交通事故和交通阻塞。但是高速公路的全程監(jiān)控的特點(diǎn)是監(jiān)控布點(diǎn)多，數(shù)據(jù)傳輸距離較遠(yuǎn)，本地取電困難。

在全程監(jiān)控中，由于數(shù)據(jù)傳輸距離較遠(yuǎn)，視頻檢測(cè)儀、氣象環(huán)境檢測(cè)儀和車輛數(shù)據(jù)探測(cè)儀等儀器的供電就成為一大問(wèn)題。目前普遍采用的是從高速公路的高低壓變電所交流電源通過(guò)鋪設(shè)的電力電纜而向遠(yuǎn)距離的前端設(shè)備進(jìn)行供電的方式［1］。另外也有采用本地太陽(yáng)能供電方式，但是受氣候影響較大，并不能確保在長(zhǎng)時(shí)間的陰雨天氣下的能正常使用。

如果采用交流電源通過(guò)電力電纜向設(shè)備前端進(jìn)行供電的形式，如在高速公路中央隔離帶中通過(guò)通信管道進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸供電的方式必定會(huì)給通信信號(hào)帶來(lái)干擾。因此，現(xiàn)有的供電狀況是在高速公路兩側(cè)另行挖溝直埋鋪設(shè)電力電纜的方式。

1 高速公路現(xiàn)有的供電狀況及直流遠(yuǎn)供方案

1.1 交流電源直接供電

現(xiàn)在最常見(jiàn)的是直接從電網(wǎng)取電，這是一種最簡(jiǎn)便的供電方式，它投資成本低，但是缺點(diǎn)也很多，主要有以下幾點(diǎn):

* 需遠(yuǎn)距離鋪設(shè)線路，需進(jìn)行管線施工，無(wú)法走中央隔離帶通信管道。

* 每個(gè)設(shè)備點(diǎn)都需要配備用電表，核算較為麻煩，資源也較浪費(fèi)。

* 供電電壓經(jīng)常不穩(wěn)，忽高忽低。

* 供電經(jīng)常受停電干困擾。

* 供電經(jīng)常遭受雷電襲擊。

1.2 交流電源與UPS 不間斷電源供用

如果想盡量避免交流電源在供電中的一些缺點(diǎn)，那就是在交流電源供電的基礎(chǔ)上增加UPS 不間斷電源的供電方式。即在各設(shè)備前配備UPS 不間斷電源。

本地設(shè)備前加UPS 不間斷電源的優(yōu)點(diǎn)是:技術(shù)可行、價(jià)格合適、并有大范圍的應(yīng)用。但電池設(shè)備安裝在室外，環(huán)境比較惡劣，因此有許多不足之處:

* 電池壽命短，因?yàn)樗鼤?huì)受到充放電次數(shù)限制及環(huán)境溫濕度影響，電池基本的最佳使用溫度為25 ℃左右，如果氣溫每升高10 ℃，電池壽命就減半。

* UPS 不間斷電源后備時(shí)間有限，一般為2 h 左右。

* UPS 主機(jī)在惡劣的環(huán)境中容易損壞，它經(jīng)常安裝在室外，環(huán)境差，灰塵多，極容易使主機(jī)電路燒壞。

* 安裝在高桿上、弱電井中等，空間小，維護(hù)又困難。

1.3 太陽(yáng)能電池板供電、風(fēng)力發(fā)電及風(fēng)光互補(bǔ)供電

第三種方式是在用電設(shè)備前端裝配有太陽(yáng)能電池板供電、風(fēng)力發(fā)電及風(fēng)光互補(bǔ)型供電系統(tǒng)。雖然這幾種方式施工方便、節(jié)能、綠色環(huán)保，但也存在許多不足之處。

* 受環(huán)境影響較大，如果長(zhǎng)時(shí)間無(wú)風(fēng)或陰雨天時(shí)，就不能保障系統(tǒng)供電。

* 蓄電池工作溫度較高，受戶外環(huán)境溫度的影響較大，電池壽命會(huì)受到影響，維護(hù)維修工作量較大。

1.4 直流遠(yuǎn)程供電方案

根據(jù)以上三種供電方式存在的問(wèn)題，直流遠(yuǎn)程供電應(yīng)該是一種更好的方案。

直流遠(yuǎn)程供電有如下優(yōu)勢(shì):

* 直流電源波形穩(wěn)定、可靠、基本沒(méi)有干擾。

* 基本上不受雷電干擾。

* 可控性和安全性更高。

* 不會(huì)受停電的困擾，電源接入方便。

* 安裝、維護(hù)工程量小。

* 節(jié)省投資，使用方便。

* 能避免因低溫或高溫造成對(duì)蓄電池的損壞。

* 降低成本，包括以下幾個(gè)方面:

1)降低工程施工成本:采用遠(yuǎn)程供電系統(tǒng)，供電部分可以同通信終端設(shè)備一起安裝，不需另行鋪設(shè)專用線路，更不需要安裝體積較大的UPS 不間斷電源，大大地節(jié)省了工程施工成本，加快了施工進(jìn)度。

2)降低施工管理成本:如果采用遠(yuǎn)程供電的方式，在本單位內(nèi)部就能完成，無(wú)需供電部門的協(xié)助，大大降低了施工管理成本。

3)降低維護(hù)成本:采用直流遠(yuǎn)程供電會(huì)大大地降低維護(hù)成本，解決了因外供電源的波動(dòng)、雷電的干擾、停電時(shí)間較長(zhǎng)所帶來(lái)的問(wèn)題，因此節(jié)省了大量的維護(hù)工作量。

2 直流遠(yuǎn)程供電系統(tǒng)的工作原理

圖1 直流遠(yuǎn)程供電系統(tǒng)原理圖

高速公路遠(yuǎn)端設(shè)備經(jīng)常有視頻光端機(jī)、數(shù)據(jù)光端機(jī)、微波車輛檢測(cè)器、氣象信息檢測(cè)器、監(jiān)控?cái)z像機(jī)、可變情報(bào)板等設(shè)備。遠(yuǎn)程供電的發(fā)送端將交流電源經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換生成的直流電源，然后再進(jìn)行升壓并經(jīng)過(guò)二芯電纜的傳輸給遠(yuǎn)端的接收設(shè)備使用的電能，遠(yuǎn)端接收設(shè)備再將該電能進(jìn)行降壓并進(jìn)行(直流/交流或直流/直流)變換成遠(yuǎn)端設(shè)備所需要使用的穩(wěn)定電源［2］。

由于在傳輸過(guò)程中所采用的是直流電能，因此該電纜可以和通信電纜平行鋪設(shè)而不會(huì)產(chǎn)生任何干擾，也可以采用光電復(fù)合纜，這樣，電纜就可以利用原有中央隔離帶中通信管道進(jìn)行鋪設(shè)，而不需要采用交流遠(yuǎn)程供電方式那樣在高速公路路邊上進(jìn)行挖溝鋪設(shè)。

3 直流遠(yuǎn)供電源系統(tǒng)主要構(gòu)成

3.1 直流遠(yuǎn)程供電的發(fā)送部分

采用模塊化設(shè)計(jì)，具有自動(dòng)保護(hù)功能、智能通信及繼電器硬觸點(diǎn)報(bào)警功能，可自動(dòng)檢測(cè)過(guò)載、線路開(kāi)路、蓄電池電壓低等異常情況并可提供告警信號(hào);為保證系統(tǒng)供電可靠性，可以選用冗余系統(tǒng)，能自動(dòng)均流控制，當(dāng)其中一臺(tái)出故障時(shí)，不會(huì)影響其他正常的模塊供電，從而確保系統(tǒng)供電的可靠性。

考慮到安全問(wèn)題，系統(tǒng)輸入和輸出進(jìn)行電氣隔離。這樣，直流傳輸可浮出地面輸出，即使碰到其中的一極也不會(huì)發(fā)生觸電事故;另外，在單極接地時(shí)，直流傳輸系統(tǒng)還能正常工作。

3.2 直流遠(yuǎn)程供電的接收部分

遠(yuǎn)供接收部分主要有(直流/交流或直流/直流)變換部分組成。對(duì)于需要使用交流電源的設(shè)備，采用(直流/交流)變換器，將直流電能轉(zhuǎn)換為所需交流電能;對(duì)于某些可以使用直流電的設(shè)備，則可以采用(直流/直流)變換器，將不穩(wěn)的直流電源轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的所需直流電壓。由于線路傳輸距離的長(zhǎng)短不同，接收部分的變換器要能適應(yīng)大的輸入電壓變化范圍。

為避免通過(guò)外場(chǎng)攝像機(jī)等高空設(shè)備引發(fā)的雷擊，雷電通過(guò)該高空設(shè)備回送至其他接收設(shè)備，因此接收部分一方面在輸出端加防雷器件，另一方面，變換設(shè)備輸入輸出進(jìn)行了電氣隔離。

4 發(fā)送端電源系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法［3］

1)遠(yuǎn)程供電的發(fā)送端由(交流/直流)變換組件完成:將交流電源經(jīng)(交流/直流)變換裝置變換為所需直流電源。該設(shè)備可設(shè)置在就近的變電所或通信電源室。當(dāng)市電正常時(shí)，由市電提供遠(yuǎn)端設(shè)備電能并對(duì)蓄電池組充電，當(dāng)市電異常時(shí)，為使系統(tǒng)在出現(xiàn)停電時(shí)能正常使用，可采用直流不間斷電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式:即在(交流/直流)輸出端連接上相應(yīng)的蓄電池組，由蓄電池組繼續(xù)供電。

2)利用設(shè)置在通信機(jī)房的通信電源系統(tǒng)，遠(yuǎn)程供電的發(fā)送端主要完成(直流/直流)變換，將機(jī)房中的通信電源經(jīng)(直流/直流)變換裝置變換為所需直流電源。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著科技的發(fā)展，結(jié)合高速全程監(jiān)控系統(tǒng)，介紹了遠(yuǎn)程供電系統(tǒng)的原理和產(chǎn)品構(gòu)成情況，提出一種適合高速公路全程監(jiān)控用的既經(jīng)濟(jì)又可靠的遠(yuǎn)程供電系統(tǒng)。

［1］翁小雄.高速公路機(jī)電系統(tǒng)［M］.北京:人民交通出版社，2000.

［2］潘世皞.直流遠(yuǎn)供技術(shù)在移動(dòng)通信中的應(yīng)用［J］.科技風(fēng)，2012(8):23.

［3］趙樹(shù)軍，付懷敬，林桐.基于JTL300 系列PHS 基站遠(yuǎn)供電源安裝和調(diào)試［J］.交通科技與經(jīng)濟(jì)，2007(3):72－74.