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淺談用于配電室的內部環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設計與產(chǎn)品選型

更新時間:2023-06-21 點擊次數(shù): 385次

劉細鳳

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要:配電室是配電系統(tǒng)的重要組成部分,影響著電力用戶的用電需求,需要保障其安全、可靠運行。針對配電室內部環(huán)境進行了深入分析,設計了一種內部環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。通過該系統(tǒng)可以采集配電室內部的溫度、濕度、液位、SF6氣體和煙霧,根據(jù)采集來的數(shù)據(jù)及時對風機、除濕機、空調、排水泵等輔助設備進行聯(lián)動控制;此外系統(tǒng)采集得到的數(shù)據(jù)通過GPRS網(wǎng)絡傳輸?shù)奖O(jiān)控中心供工作人員查詢和控制。通過實地測試發(fā)現(xiàn),該系統(tǒng)可以為配電室安全、可靠運行提供良好的內部環(huán)境支持。

關鍵詞:配電室;內部環(huán)境;監(jiān)控系統(tǒng)

0、引言

配電室是指帶有低壓負荷的室內配電場所,主要為低壓用戶配送電能,設有中壓進線(可有少 量出線)、配電變壓器和低壓配電裝置。它是配電系統(tǒng)的重要組成部分,影響著電力用戶的用電需求,因此保障它安全、可靠運行顯得十分重要。影響配電室安全、可靠運行的因素很多,比如配電室內部的溫度、濕度、浸水、氣體和煙霧等 ??紤]到上述因素對配電室的影響,本文設計了一種內部環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng),用于配電室日常管理,以盡可能降低內部環(huán)境異常對配電室工作的影響,為配電室安全、可靠運行提供良好的內部環(huán)境支持。

1、系統(tǒng)設計思路

傳統(tǒng)方式下配電室內部環(huán)境的監(jiān)控多以人工方式進行,存在漏檢、問題發(fā)現(xiàn)不及時等現(xiàn)象,工作效率低,不能保障配電室內部環(huán)境處于良好狀況 。因此本文摒棄傳統(tǒng)方式,采用智能化系統(tǒng)進行日常內部環(huán)境監(jiān)控。通過分析配電室內部環(huán)境,本文設計的系統(tǒng)應該具備溫濕度監(jiān)測、液位監(jiān)測、SF6氣體監(jiān)測、煙霧監(jiān)測等功能。監(jiān)測得到的數(shù)據(jù)匯總到一臺主機上面,主機根據(jù)設置的安全閾值進行綜合分析,根據(jù)分析的結果及時對風機、除濕機、空調、排水 泵等輔助設備進行聯(lián)動控制;此外,監(jiān)測得到的數(shù)據(jù)通過GPRS網(wǎng)絡傳輸?shù)奖O(jiān)控中心供工作人員查詢和分析,工作人員可以遠程控制輔助設備。系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

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圖1 系統(tǒng)組成框圖

2、系統(tǒng)硬件設計

系統(tǒng)硬件主要由主機模塊、內部環(huán)境監(jiān)測模塊、輔助設備控制模塊、電源模塊等組成。

2.1 主機模塊設計

主機模塊由CC2530*小化電路和GPRS通信電路組成。其中CC2530*小化電路采用TI公司 的CC2530芯片,配以相應的外圍電路,如圖 2 所示。CC2530*小化電路一方面把內部環(huán)境監(jiān)測 模塊采集來的數(shù)據(jù)通過ZigBee無線網(wǎng)絡接收進來并和安全閾值進行比對分析,根據(jù)比對分析的結果再去控制輔助設備控制模塊;另一方面把內部環(huán)境數(shù)據(jù)通過GPRS通信電路中的USR-GM3,如圖3所示發(fā)送到監(jiān)控中心服務器上,接收監(jiān)控中心回傳的控制指令數(shù)據(jù),再去控制輔助設備控制模塊。

2.2 內部環(huán)境監(jiān)測模塊設計

內部環(huán)境監(jiān)測模塊由CC2530*小化電路、485轉換電路和變送器電路組成。

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圖2 CC2530*小化電路

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圖3 GPRS通信電路

其中CC2530*小化電路用于加入到主機模塊創(chuàng)建的ZigBee無線網(wǎng)絡中去,通過ZigBee無線網(wǎng)絡把變送器采集來的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街鳈C模塊。變送器電路用于采集內部環(huán)境相關數(shù)據(jù),有溫濕度變送器、液位變送器、SF6氣體變送器、煙霧變送器。這些變送器都是RS485型的,4芯輸出,每一芯的顏色和對應的接線如圖 4 所示。485轉換電路用于變送器和 CC2530之間進行串口通訊,如圖5所示。

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圖4 變送器電路

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圖5 485轉換電路

2.3 輔助設備控制模塊設計

輔助設備控制模塊由CC2530*小化電路、空調控制電路、風機控制電路、除濕機控制電路和排 水泵控制電路組成。其中CC2530*小化電路用于加入到主機模塊創(chuàng)建的ZigBee無線網(wǎng)絡中去,通過ZigBee無線網(wǎng)絡接收主機模塊發(fā)送的控制指令數(shù)據(jù)??照{控制電路用于控制空調工作和停止,它由學習空調遙控器指令的紅外接收電路和控制空調工作的紅外發(fā)送電路組成。風機控制電路、除濕機控制電路和排水泵控制電路用于控制相應設備(風機、除濕機和排水泵)的工作和停止,它們由驅動固態(tài)繼電器電路、固態(tài)繼電器、交流接觸器和相應設備組成。

2.4 電源模塊設計

電源模塊用于輸出電能為主機模塊、內部環(huán)境監(jiān)測模塊、輔助設備控制模塊提供電能。提供的電源有+3.3VDC、+3.6VDC、+5VDC、+12VDC和220VAC。其中直流穩(wěn)壓電源由橋式整流 電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路組成。

3、系統(tǒng)軟件設計

為了實現(xiàn)模塊之間順利通信,需要在前面硬件設計的基礎上進行軟件設計。

3.1 主機模塊軟件設計

主機模塊開始工作后,需要進行初始化,然后建立ZigBee 網(wǎng)絡并為自己確定一個網(wǎng)絡ID,接著廣播自己的網(wǎng)絡ID和信道,等待內部環(huán)境監(jiān)測模塊、輔助設備控制模塊的入網(wǎng)請求,并根據(jù)收到的入網(wǎng)請求做出應答。當主機模塊同意了它們的入網(wǎng)請求后,會自動為它們分配網(wǎng)絡短地址。成功組網(wǎng)后,主機模塊接收內部環(huán)境監(jiān)測模 塊發(fā)送來的數(shù)據(jù)信息,并和安全閾值進行比對,根據(jù)比對的結果發(fā)送控制指令數(shù)據(jù)給輔助設備控制模塊;除此之外主機模塊還通過GPRS網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控中心服務器,接收監(jiān)控中心的控制指令數(shù)據(jù)并發(fā)送到輔助設備控制模塊進行控制。其流程如圖6所示。

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圖6 主機模塊的軟件流程

3.2 內部環(huán)境監(jiān)測模塊軟件設計

內部環(huán)境監(jiān)測模塊開始工作后,需要進行初始化,自動掃描信道并向主機模塊發(fā)送入網(wǎng)申請, 直至成功加入主機模塊創(chuàng)建的ZigBee無線網(wǎng)絡為止。成功加入ZigBee無線網(wǎng)絡后,內部環(huán)境監(jiān)測模塊按照事先設置好的時間周期把變送器采集來的數(shù)據(jù)發(fā)送給主機模塊,直至發(fā)送數(shù)據(jù)成功為止,其他時間段處于休眠狀態(tài)。其流程如圖7所示

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圖7 內部環(huán)境監(jiān)測模塊的軟件流程

3.3 輔助設備控制模塊軟件設計

輔助設備控制模塊軟件設計和內部環(huán)境監(jiān)測模塊軟件設計很相似,不同之處在于成功加入主機模塊創(chuàng)建的ZigBee無線網(wǎng)絡后,輔助設備控制模塊只接收主機模塊發(fā)送的控制指令數(shù)據(jù),根據(jù)指令數(shù)據(jù)再去控制具體的輔助設備工作或者停止。其流程如圖8所示。

3.4 監(jiān)控中心相關界面軟件設計

監(jiān)控中心相關的界面有登錄界面和管理界面。其中登錄界面需要工作人員輸入正確的賬號 和密碼,點擊確定才能進入到管理界面;管理界面一方面可以查詢到配電室內部的溫濕度、液位、SF6氣體和煙霧的相關數(shù)據(jù),另一方面工作人員可以根據(jù)需要控制空調、風機、除濕機和排水泵工作或者停止。

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圖8 輔助設備控制模塊的軟件流程

打開監(jiān)控中心登錄界面,登錄界面如圖 9 所示,輸入賬號和密碼,點擊登錄按鈕進入管理界面,管理界面如圖10 所示。從圖10中可以看到當前溫度是25.79℃,濕度是57.65%RH,SF6 氣體、煙霧和液位為 0,相關輔助設備不需要控制、處于關閉狀態(tài)。

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圖9 監(jiān)控中心登錄頁面

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圖10 監(jiān)控中心管理頁面

4、安科瑞配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

4.1概述

配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)包括智能監(jiān)控系統(tǒng)屏、通訊管理機、UPS電源、視頻監(jiān)控子系統(tǒng)(云臺球機、槍機)、環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)(溫度、濕度、水浸、煙感)、控制子系統(tǒng)(燈光、空調、除濕機、風機、水泵)、門禁監(jiān)控子系統(tǒng)(讀卡器、開門按鈕、磁力鎖)、安防監(jiān)控子系統(tǒng)(雙鑒檢測器)。

4.2應用場所

適用于軌道交通,工業(yè),建筑,學校,商業(yè)綜合體等35kV及以下用戶端供配電自動化系統(tǒng)工程設計、施工和運行維護。

4.3系統(tǒng)結構

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4.4系統(tǒng)功能

4.4.1實時監(jiān)測

能夠顯示配電室設備的運行狀態(tài),實時監(jiān)測配電室環(huán)境參數(shù)信息,實時顯示有關故障、告警等信息。

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4.4.2數(shù)據(jù)查詢

在人機界面中,可以直接查看配電室中各個設備的運行數(shù)據(jù)。

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4.4.3曲線查詢

可以直接查看各電參量曲線。

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4.4.4運行報表

查詢配電室內設備的運行數(shù)據(jù)報表。

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4.4.5實時告警

具有實時告警功能,系統(tǒng)能夠對配電室溫度、濕度、有害氣體、設備故障或通信故障等事件發(fā)出告警。

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4.4.6歷史事件查詢

能夠對產(chǎn)生的所有事件記錄進行存儲和管理,方便用戶對系統(tǒng)事件和進行歷史追溯、查詢統(tǒng)計、事故分析。 

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4.4.7用戶權限管理

設置了用戶權限管理功能,可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限。

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4.4.8網(wǎng)絡拓撲圖

支持實時監(jiān)視并診斷各設備的通訊狀態(tài),能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡結構。

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4.4.9遙控功能

可以對整個配電系統(tǒng)范圍內的設備進行遠程遙控操作。

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4.5系統(tǒng)硬件配置

名稱

型號

圖片

功能

系統(tǒng)

ACREL-2000E

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Acrel-2000E 配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng),可實現(xiàn)開關柜運行監(jiān)控、高壓開關柜帶電顯示、母線及電纜測溫監(jiān)測、環(huán)境溫濕度監(jiān)測、有害氣體監(jiān)測、安防監(jiān)控,可對燈光、風機、除濕機、空調控制等設備進行聯(lián)動控制。實現(xiàn)動力環(huán)境各數(shù)據(jù)的檢測與設備控制,優(yōu)化動力環(huán)境,避免運行環(huán)境的失控導致配電設備運行故障,保證維護人員安全,延長設備使用壽命,實現(xiàn)配電動力環(huán)境的分布式遠程管理。

智能通信管理機

Anet-2E4SM

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通用網(wǎng)關,2路網(wǎng)口,4路RS485,可選配1路LORA,帶電告警功能,支持485,4G從模塊擴展。

主機

Acrel-2000E/A

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數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)監(jiān)測、設備控制、報警事件記錄查詢,可以根據(jù)采集到的設備數(shù)據(jù)或狀態(tài)聯(lián)動啟動風機、聲光報警器、空調、水泵等設備。

Acrel-2000E/B

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參數(shù)設置、通信管理、圖形繪制、狀態(tài)監(jiān)測、設備控制、視頻監(jiān)控和回放、報警事件記錄查詢、報警圖片和視頻查詢功能。

Acrel-2000E/M

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參數(shù)設置、通信管理、圖形繪制、狀態(tài)監(jiān)測、設備控制、視頻監(jiān)控和回放、報警事件記錄查詢、報警圖片和視頻查詢功能。立柜式安裝。

Acrel-2000E/G

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參數(shù)設置、通信管理、圖形繪制、狀態(tài)監(jiān)測、設備控制、視頻監(jiān)控和回放、報警事件記錄查詢、報警圖片和視頻查詢功能。立柜式安裝

環(huán)境監(jiān)測硬件

RS-WS-NO1-8

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用于配電房溫度和濕度。工作電源:AC/DC 85~265V 工作溫度:-40.0℃~99.9℃ 工作濕度:0%RH~99%RH

BRJ-307

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光電式煙霧傳感; 電源正極(DC 12V):+12V,繼電器輸出:常開觸點

RS-SJ-N01R01-2

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接觸式水浸傳感器,監(jiān)測變電所、電纜溝、控制室等場所積水情況,工作電源:DC 10-30V 工作溫度:-20℃~+60℃ 工作濕度:0%RH~80%RH 響應時間:1s 繼電器輸出:常開觸點

環(huán)境監(jiān)測硬件

T35-II-5.6

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風量4800,帶溫控器,帶消聲段,電機變頻

AT8002

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常開型;感應距離:30-50mm 材質:鋅合金,銀灰色電度 干接點輸出

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視頻監(jiān)控

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8路開關量輸入,8路繼電器輸出

5、結論

本文設計的系統(tǒng)緊貼配電室內部環(huán)境實際,從硬件和軟件2個方面著手進行設計。經(jīng)過實地測試發(fā)現(xiàn),系統(tǒng)能較好地為配電室安全、可靠運行提供良好的內部環(huán)境支持。

參考文獻:

[1]荀磊.用于配電室的內部環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設計.

[2]時家林.配電網(wǎng)開閉站、配電室典型設計[M].北京:國家電網(wǎng)有限公司,2007:68-72.

[3]劉翼.配電房輔助綜合監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D].鄭州:鄭州大學,2017.

[4]霍曉宇.配電房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D].成都:電子科技大學,2015.

[5]范強,戴宇,胡挜喆,等.高壓配電室溫度與濕度的智能調節(jié)系統(tǒng)研究[J].廣東電力,2018,31(12):147-152.

[6]宋光華.智能配電房監(jiān)控系統(tǒng)的技術研究[J].通信電源技術,2018,35(2):82-84.

[7]企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2022.05版.

作者簡介:

劉細鳳,女,現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司,主要從事配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的研究與應用


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