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淺談配電室在線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與工作原理

更新時(shí)間：2022-11-14

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吳柯霓

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定 201801

摘要：為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)配電室滲漏水、變壓器溫度過(guò)高、室內(nèi)進(jìn)入非工作人員等問(wèn)題，本文結(jié)合嵌入式技術(shù)設(shè)計(jì)配電室在線監(jiān)控系統(tǒng)。在線監(jiān)控系統(tǒng)由在線監(jiān)控主機(jī)、采集子節(jié)點(diǎn)、上位機(jī)系統(tǒng)組成，在線監(jiān)控器可以實(shí)時(shí)對(duì)配電室內(nèi)的濕度、變壓器溫度、室內(nèi)異動(dòng)情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)相關(guān)問(wèn)題。通過(guò)對(duì)滲漏水配電室進(jìn)行監(jiān)測(cè)試驗(yàn)，均能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并發(fā)送至上位機(jī)軟件進(jìn)行報(bào)警，證明了該系統(tǒng)的可靠性。

關(guān)鍵詞：配電室；在線監(jiān)測(cè)器；上位機(jī)

0、引言

近年來(lái) , 配電網(wǎng)絡(luò)發(fā)展迅速、供電量日益增加，電力系統(tǒng)供電可靠性、安全性的問(wèn)題日益突出。配電室作為大型小區(qū)居民重要的供電設(shè)備，保證其安全穩(wěn)定的運(yùn)行極為重要。雖然配電室均為土建建筑，其中設(shè)備運(yùn)行相對(duì)安全穩(wěn)定，但在日常的巡視工作中發(fā)現(xiàn)配電室存在滲漏水、變壓器溫度過(guò)高、非工作人員或貓、鼠進(jìn)入的情況時(shí)有發(fā)生。同時(shí)在配電線路的巡視中，地上、地下配電室的巡視周期為三個(gè)月一次，以上問(wèn)題出現(xiàn)時(shí)無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)。因此，針對(duì)以上問(wèn)題進(jìn)行相關(guān)研究，設(shè)計(jì)配電室在線監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)出現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)發(fā)現(xiàn)，及時(shí)處理，減少相應(yīng)的停電事故。

1、配電室在線監(jiān)控系統(tǒng)及原理

系統(tǒng)由在線監(jiān)控器與上位機(jī)組成，在線監(jiān)控器又分為監(jiān)控主機(jī)與采集子節(jié)點(diǎn)。通過(guò)溫濕度傳感器監(jiān)測(cè)變壓器溫度與配電室內(nèi)濕度情況；配電室門(mén)口處安裝攝像頭來(lái)監(jiān)控室內(nèi)的異動(dòng)情況，一旦有運(yùn)動(dòng)物體出現(xiàn)立即報(bào)警。在線監(jiān)控主機(jī)每日將采集溫濕度數(shù)據(jù)中的值保存，發(fā)往上位機(jī)系統(tǒng)，便于上位機(jī)系統(tǒng)查詢各個(gè)配電室的歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)如圖 1 所示。

圖 1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

2、在線監(jiān)測(cè)器設(shè)計(jì)

監(jiān)測(cè)器在無(wú)人值守的地區(qū)工作，主要完成多個(gè)數(shù)據(jù)的采集、處理與傳輸，要求整個(gè)系統(tǒng)功耗低、低成本維護(hù)運(yùn)行。在線監(jiān)控器由主控單元、溫濕度傳感器組、4G 模塊、有線通信模塊、Zigbee 通信模塊、調(diào)控單元組成。其結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。

圖 2 監(jiān)控器結(jié)構(gòu)圖

2.1 主控單元

本文使用 phyCORE-i.MX6UL 系列核心板進(jìn)行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，phyCORE-i.MX6UL 系列核心板適合用于低功耗、低成本、緊湊型應(yīng)用的設(shè)計(jì)中。它采用 Cortex-A7 低功耗內(nèi)核，提供高900MHz 的處理主頻，可以滿足該系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求；同時(shí)該核心板支持以太網(wǎng) PHY 等核心器件，同時(shí)對(duì)外提供郵票孔接口，方便無(wú)線傳輸設(shè)備連接，省去了額外連接器的空間及成本。

2.2 通信單元

配電室中采集子節(jié)點(diǎn)需要與監(jiān)控主機(jī)進(jìn)行通信，監(jiān)控主機(jī)需要與在上位機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行通信。在采集子節(jié)點(diǎn)與監(jiān)控主機(jī)的通信中，采用 ZigBee 無(wú)線通訊方式，使用 CC2430 通訊模塊。該產(chǎn)品是 TI 公司（德州儀器）生產(chǎn)的一款專用于 IEEE 802.15.4和 Zigbee 協(xié)議通信的模塊。該模塊具有 3 種休眠模式 , 從休眠模式轉(zhuǎn)換到正常模式僅需 54us，特別適合要求電池長(zhǎng)期供電的應(yīng)用場(chǎng)合。

監(jiān)控主機(jī)與上位機(jī)系統(tǒng)通信方式主要參考配電室中的集中器的通信方式，一般地上配電室，集中器采用 4G 方式進(jìn)行通信，而在地下配電室中，采用寬帶網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。因此對(duì)于地上的配電室，監(jiān)控主機(jī)也通過(guò)增加 4G 通信模塊并安裝有流量的電話卡實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)系統(tǒng)的通信；對(duì)于地下的配電室，則借用配電室中集中器的網(wǎng)絡(luò)與上位機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行通信。

2.3 信息采集單元

2.3.1 溫濕度傳感器的選擇

為了準(zhǔn)確的獲取環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)，本文采用 DHT91 傳感器實(shí)現(xiàn)環(huán)境溫濕度采集的功能。DHT91 是數(shù)字型溫濕度傳感器，其將傳感器和信號(hào)處理單元集成到一起，可直接輸出數(shù)字信號(hào)。

2.3.2 溫濕度傳感器的布置

由于配電室內(nèi)滲水漏水常發(fā)生在棚頂或電纜溝內(nèi)，因此溫濕度傳感器安置在變壓器、高壓柜、低壓柜的柜頂和電纜溝的溝口處，通過(guò)室內(nèi)照明或其他 220V 交流電源處取電轉(zhuǎn)成 5V直流電源為采集子節(jié)點(diǎn)進(jìn)行供電。

圖 3 采集子節(jié)點(diǎn)布局圖

2.4 調(diào)控單元

配電室中對(duì)于變壓器溫度過(guò)高，啟動(dòng)室內(nèi)排風(fēng)風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)降溫；對(duì)于室內(nèi)濕度過(guò)高，則共同啟動(dòng)室內(nèi)排風(fēng)風(fēng)機(jī)與除濕器進(jìn)行相應(yīng)除濕。配電室內(nèi)的排風(fēng)風(fēng)機(jī)與除濕器可根據(jù)環(huán)境參數(shù)自動(dòng)啟動(dòng)，也可通過(guò)上位機(jī)系統(tǒng)控制人工啟動(dòng)。

3、上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)與控制通過(guò)上位機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)，軟件包括站房查找、室內(nèi)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、歷史數(shù)據(jù)查看、環(huán)境調(diào)控控制等功能。軟件是在 QT 環(huán)境下進(jìn)行開(kāi)發(fā)，通過(guò)對(duì) PC 網(wǎng)絡(luò)端口的操作實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸功能，軟件界面如圖 4 所示。

圖 4 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

4、試驗(yàn)測(cè)試與分析

在線監(jiān)控器的試驗(yàn)，選取存在滲漏水的 92 號(hào)配電室進(jìn)行，該配電室下雨時(shí)墻體滲水嚴(yán)重。本實(shí)驗(yàn)按上述設(shè)計(jì)安裝溫濕度傳感器，同時(shí)在配電室門(mén)口頂部安裝異動(dòng)監(jiān)控?cái)z像頭。每日觀察該配電室內(nèi)變壓器溫度、室內(nèi)濕度和異動(dòng)情況。

5、安科瑞配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

5.1 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(jī)、UPS電源、視頻監(jiān)控子系統(tǒng)（云臺(tái)球機(jī)、槍機(jī)）、環(huán)境監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)（溫度、濕度、水浸、煙感）、控制子系統(tǒng)（燈光、空調(diào)、除濕機(jī)、風(fēng)機(jī)、水泵）、門(mén)禁監(jiān)控子系統(tǒng)（讀卡器、開(kāi)門(mén)按鈕、磁力鎖）、安防監(jiān)控子系統(tǒng)（雙鑒檢測(cè)器）。

5.2 應(yīng)用場(chǎng)所

適用于軌道交通，工業(yè)，建筑，學(xué)校，商業(yè)綜合體等35kV及以下用戶端供配電自動(dòng)化系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行維護(hù)。

5.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

5.4 系統(tǒng)功能

5.4.1 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

能夠顯示配電室設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)配電室環(huán)境參數(shù)信息，實(shí)時(shí)顯示有關(guān)故障、告警等信息。

5.4.2 數(shù)據(jù)查詢

在人機(jī)界面中，可以直接查看配電室中各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)。

5.4.3 曲線查詢

可以直接查看各電參量曲線。

5.4.4 運(yùn)行報(bào)表

查詢配電室內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)報(bào)表。

5.4.5 實(shí)時(shí)告警

具有實(shí)時(shí)告警功能，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娛覝囟�、濕度、有害氣體、設(shè)備故障或通信故障等事件發(fā)出告警。

5.4.6 歷史事件查詢

能夠?qū)Ξa(chǎn)生的所有事件記錄進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，方便用戶對(duì)系統(tǒng)事件和進(jìn)行歷史追溯、查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析。

5.4.7 用戶權(quán)限管理

設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能，可以定義不同級(jí)別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限。

5.4.8 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

支持實(shí)時(shí)監(jiān)視并診斷各設(shè)備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

5.4.9 遙控功能

可以對(duì)整個(gè)配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控操作。

5.5 系統(tǒng)硬件配置

6、結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)配電室內(nèi)的滲水漏水、變壓器溫度過(guò)高、室內(nèi)非工作人員進(jìn)入或小動(dòng)物進(jìn)入等無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行相關(guān)研究，通過(guò)設(shè)計(jì)在線監(jiān)控器實(shí)現(xiàn)對(duì)配電室內(nèi)滲漏水、變壓器溫度過(guò)高、室內(nèi)異動(dòng)的情況及時(shí)發(fā)現(xiàn)及時(shí)報(bào)警。同時(shí)，該系統(tǒng)開(kāi)發(fā)成本低廉，便于推廣，可以投入到現(xiàn)實(shí)的工作中，實(shí)現(xiàn)配電室少巡視或免巡視。

參考文獻(xiàn)：

（1）王君明.電力工程安裝的相關(guān)安全技術(shù)措施分析[J]. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2017(34).

（2）時(shí)啟凡,孫洲同.配電室在線監(jiān)控系統(tǒng).

（3）安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2022.05版.

作者簡(jiǎn)介：

吳柯霓，女，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事配電室在線監(jiān)控系統(tǒng)相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)及應(yīng)用。