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

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(nèi)部環(huán)境進行了深入分析，設計了一種內(nèi)部環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。通過該系統(tǒng)可以采集配電室內(nèi)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(diào)、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(nèi)部環(huán)境支持。

關(guān)鍵詞：配電室；內(nèi)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(nèi)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(nèi)部的溫度、濕度、浸水、氣體和煙霧等 。考慮到上述因素對配電室的影響，本文設計了一種內(nèi)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(nèi)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(nèi)部環(huán)境支持。

1、系統(tǒng)設計思路

傳統(tǒng)方式下配電室內(nèi)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(nèi)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(nèi)部環(huán)境監(jiān)控。通過分析配電室內(nèi)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(jié)果及時對風機、除濕機、空調(diào)、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。

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(nèi)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(nèi)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(jié)果再去控制輔助設備控制模塊；另一方面把內(nèi)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(nèi)部環(huán)境監(jiān)測模塊設計

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

圖2 CC2530*小化電路

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(nèi)部環(huán)境相關(guān)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(zhuǎn)換電路用于變送器和 CC2530之間進行串口通訊，如圖5所示。

圖4 變送器電路

圖5 485轉(zhuǎn)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(diào)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)。空調(diào)控制電路用于控制空調(diào)工作和停止，它由學習空調(diào)遙控器指令的紅外接收電路和控制空調(diào)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(qū)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(nèi)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(nèi)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(nèi)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(jié)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。

圖6 主機模塊的軟件流程

3.2 內(nèi)部環(huán)境監(jiān)測模塊軟件設計

內(nèi)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(nèi)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

圖7 內(nèi)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(nèi)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(guān)界面軟件設計

監(jiān)控中心相關(guān)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(nèi)部的溫濕度、液位、SF6氣體和煙霧的相關(guān)數(shù)據(jù)，另一方面工作人員可以根據(jù)需要控制空調(diào)、風機、除濕機和排水泵工作或者停止。

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(guān)輔助設備不需要控制、處于關(guān)閉狀態(tài)。

圖9 監(jiān)控中心登錄頁面

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(diào)、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(jié)構(gòu)

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(guān)故障、告警等信息。

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)。

4.4.3曲線查詢

可以直接查看各電參量曲線。

4.4.4運行報表

查詢配電室內(nèi)設備的運行數(shù)據(jù)報表。

4.4.5實時告警

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

4.4.6歷史事件查詢

能夠?qū)Ξa(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。 

4.4.7用戶權(quán)限管理

設置了用戶權(quán)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(quán)限。

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(jié)構(gòu)。

4.4.9遙控功能

可以對整個配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設備進行遠程遙控操作。

4.5系統(tǒng)硬件配置

5、結(jié)論

本文設計的系統(tǒng)緊貼配電室內(nèi)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(nèi)部環(huán)境支持。

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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