淺談新型高壓開(kāi)關(guān)配電室環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

安科瑞電氣股份有限公司   上海嘉定   201801

摘要：針對(duì)目前高壓開(kāi)關(guān)配電室環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在可靠性、擴(kuò)展性、靈活性、方便性等方面存在的問(wèn)題，提出種新型環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。系統(tǒng)由sIEMENs可編程控制器(PLC)及傳感器等組成，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)高壓開(kāi)關(guān)配電室環(huán)境中sF6氣體濃度、氧氣含量、環(huán)境溫濕度等參數(shù)。本系統(tǒng)具有可靠性高、擴(kuò)充方便、性能穩(wěn)定、維護(hù)方便、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，可有效地保障進(jìn)入高壓開(kāi)關(guān)配電室現(xiàn)場(chǎng)的工作人員的人身。

關(guān)鍵詞：高壓開(kāi)關(guān)配電室；sF6；環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

0 引言

高壓開(kāi)關(guān)是智能電網(wǎng)重要組成部分，高壓開(kāi)關(guān)可靠運(yùn)行，是整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)行的重要保證。目前，高壓開(kāi)關(guān)均采用SF6氣體作為絕緣保護(hù)氣體，在常溫下SF6是種無(wú)色無(wú)味的氣體，純凈的SF6氣體本身無(wú)毒，但經(jīng)過(guò)高壓、電弧作用后的分解產(chǎn)物中包含多種有毒的氣體，旦有毒的氣體泄漏到高壓開(kāi)關(guān)室環(huán)境中，將會(huì)給高壓開(kāi)關(guān)室內(nèi)工作人員的健康帶來(lái)嚴(yán)重危害，因此，必須對(duì)高壓開(kāi)關(guān)室環(huán)境中是否有SF6氣體泄漏進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。同時(shí)，我電業(yè)操作規(guī)程中也明確提出，在高壓開(kāi)關(guān)配電室應(yīng)安裝環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并要求系統(tǒng)具有SF6氣體濃度超標(biāo)自動(dòng)啟動(dòng)排風(fēng)扇進(jìn)行排風(fēng)的功能。

1 環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存在的問(wèn)題

目前，高壓開(kāi)關(guān)配電室環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存在的問(wèn)題主要有以下幾個(gè)方面：

(1)SF6氣體濃度傳感器的選用

SF6氣體濃度傳感器是整個(gè)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的重要組成部分，該傳感器質(zhì)量的好壞，工作是否可靠直接決定環(huán)境中SF6氣體濃度檢測(cè)的準(zhǔn)確性，進(jìn)而決定系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)排風(fēng)扇控制的準(zhǔn)確性。

目前，市場(chǎng)上SF6氣體濃度傳感器主要采用以下幾種原理：半導(dǎo)體原理、激光原理、電化學(xué)原理、紅外吸收原理。半導(dǎo)體原理的SF6氣體濃度傳感器不能定量測(cè)量，只能定性檢測(cè)，會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)漏報(bào)警和誤報(bào)警的現(xiàn)象；激光原理的SF6濃度傳感器定量檢測(cè)精度不高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、激光管易碎、維護(hù)困難；電化學(xué)原理的SF6濃度傳感器，定量檢測(cè)精度較高，但需要經(jīng)常更換傳感器的膜片和電解液，不易維護(hù)。

(2)檢測(cè)信號(hào)的輸出形式

在傳感器信號(hào)的輸出形式上，主要有4～20mA模擬量輸出形式和RS485總線輸出兩種輸出形式。4～20mA模擬量的輸出形式，需要將每個(gè)檢測(cè)通道的信號(hào)線都連接到監(jiān)控主機(jī)，布線繁瑣，擴(kuò)展困難。有些生產(chǎn)廠家采用了RS485總線通訊方式組成環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，但由于通訊協(xié)議過(guò)于簡(jiǎn)單，抗干擾能力不強(qiáng)，系統(tǒng)經(jīng)常受強(qiáng)磁場(chǎng)、強(qiáng)電場(chǎng)的干擾，而通訊不暢，無(wú)法傳輸檢測(cè)數(shù)據(jù)。

(3)通道切換方式的選用

有些生產(chǎn)廠家采用通道分時(shí)切換的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的信號(hào)檢測(cè)，這種檢測(cè)不是實(shí)時(shí)的，而且檢測(cè)的精度低。

2 系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)I由SF6濃度／氧氣含量復(fù)合傳感器、SIEMENS可編程控制器(PLC)、昆侖通態(tài)觸摸屏、溫濕度傳感器、紅外傳感器、聲光報(bào)警器、控制繼電器等組成。其組成如圖1所示。系統(tǒng)采用西門子SIMATIC s7．200系列可編程控制器(PLC)作為數(shù)據(jù)采集與控制的核心部件，昆侖通態(tài)觸摸屏作為數(shù)據(jù)顯示、存儲(chǔ)部件，采用德進(jìn)口的紅外吸收原理的SF6氣體濃度傳感器和日本進(jìn)口的氧氣含量傳感器為主要部件，配上通訊、電源隔離、信號(hào)隔離、抗電磁干擾等電路，組成SF6濃度／氧氣含量復(fù)合傳感器，使傳感器具有檢測(cè)精度高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)、維護(hù)方便等點(diǎn)，采用RS485總線輸出，使系統(tǒng)擴(kuò)充更為容易，*滿足現(xiàn)場(chǎng)各項(xiàng)要求。

3 系統(tǒng)功能

(1)數(shù)據(jù)檢測(cè)與控制

當(dāng)配電室環(huán)境中某監(jiān)測(cè)點(diǎn)SF6氣體的濃度高于設(shè)定的報(bào)警值時(shí)，或者氧氣的含量低于設(shè)定值時(shí)，可編程控制器通過(guò)控制繼電器啟動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)排風(fēng)扇進(jìn)行排風(fēng)換氣，同時(shí)啟動(dòng)聲光報(bào)警器，輸出聲光報(bào)警：當(dāng)環(huán)境中SF6氣體的濃度或氧氣含量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，關(guān)閉現(xiàn)場(chǎng)排風(fēng)扇，停止聲光報(bào)警；當(dāng)有人員進(jìn)入配電室現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)排風(fēng)扇進(jìn)行排風(fēng)，另外，可編程控制器還可以根據(jù)設(shè)定，定時(shí)啟動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)排風(fēng)扇或手動(dòng)啟動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)排風(fēng)扇。

(2)監(jiān)測(cè)點(diǎn)動(dòng)態(tài)參數(shù)配置表

由于不同的高壓開(kāi)關(guān)配電室環(huán)境監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)不同、傳感器地址不同、配置方式與排風(fēng)扇的控制方式也不相同，本系統(tǒng)特別設(shè)置了動(dòng)態(tài)參數(shù)配置表，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高度靈活性和擴(kuò)展性。動(dòng)態(tài)參數(shù)配置表如圖2所示，具體功能說(shuō)明如下：

(3)監(jiān)測(cè)點(diǎn)安裝情況靈活配置

動(dòng)態(tài)參數(shù)配置表的第1列為監(jiān)測(cè)點(diǎn)編號(hào)，實(shí)際應(yīng)用中可為16路、32路、64路等。當(dāng)某監(jiān)測(cè)點(diǎn)安裝有SF6濃度／氧氣含量復(fù)合傳感器，就按下相應(yīng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)后面的按鈕，按鈕上的符號(hào)由“X”變?yōu)?ldquo;√”，表示此監(jiān)測(cè)點(diǎn)安裝了SF6濃度／氧氣含量復(fù)合傳感器，反之，當(dāng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)后面按鈕上的符號(hào)“X”時(shí)，表明此監(jiān)測(cè)點(diǎn)沒(méi)有安裝傳感器，通過(guò)操作按鈕，可在“x”和“√”之間切換。SF6濃度變送器和氧氣含量變送器的安裝情況可分別設(shè)定，而安裝SF6濃度／氧氣含量復(fù)合傳感器需要將SF6和02均設(shè)置為“√”；溫濕度變送器設(shè)置方法與SF6／02變送器的設(shè)置方法相同。

(4)變送器地址靈活配置

變送器采用RS485總線數(shù)字量輸出的方式，每臺(tái)變送器在出廠前均設(shè)置有固定的地址標(biāo)識(shí)。

本系統(tǒng)中，通過(guò)在相應(yīng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)相應(yīng)變送器地址設(shè)定框內(nèi)輸入地址，可以方便地設(shè)置安裝在系統(tǒng)中的任意臺(tái)變送器的通訊地址，使得在系統(tǒng)中更換、增加變送器后，不需要修改系統(tǒng)程序，大大地增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性與實(shí)用性。

(5)排風(fēng)扇組控制靈活配置

當(dāng)配電室環(huán)境中SF6氣體濃度超標(biāo)或氧氣含量過(guò)低時(shí)，本系統(tǒng)具有自動(dòng)啟動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)排風(fēng)扇進(jìn)行排風(fēng)的功能。本系統(tǒng)將現(xiàn)場(chǎng)排風(fēng)扇分為4組分別控制，通過(guò)對(duì)每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)參數(shù)超標(biāo)后，對(duì)4組排風(fēng)扇啟動(dòng)的設(shè)置，可以靈活地設(shè)置排風(fēng)扇的啟動(dòng)方案，當(dāng)環(huán)境中有多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)超標(biāo)的情況，將合并執(zhí)行排風(fēng)扇的啟動(dòng)方案。

(6)系統(tǒng)參數(shù)配置表

為了增強(qiáng)系統(tǒng)的靈活性，適應(yīng)不同現(xiàn)場(chǎng)的要求，本系統(tǒng)設(shè)置了系統(tǒng)參數(shù)配置表。

(7)報(bào)警點(diǎn)設(shè)置

在系統(tǒng)參數(shù)配置表中，設(shè)置了報(bào)警點(diǎn)設(shè)置功能，通過(guò)此功能，可實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地設(shè)置SF6氣體濃度變送器、氧氣含量變送器的報(bào)警值。

(8)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)查詢時(shí)間間隔設(shè)置

用戶可根據(jù)需要，隨時(shí)設(shè)置采集數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)時(shí)間間隔和歷史數(shù)據(jù)查詢的時(shí)間間隔。

(9)現(xiàn)場(chǎng)排風(fēng)扇定時(shí)啟動(dòng)次數(shù)及啟動(dòng)時(shí)間設(shè)置

用戶可根據(jù)需要，隨時(shí)設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)排風(fēng)扇的定時(shí)啟動(dòng)次數(shù)及啟動(dòng)時(shí)間，以滿足不同情況的需要。

(10)界面顯示與動(dòng)態(tài)參數(shù)配置表自動(dòng)關(guān)聯(lián)

系統(tǒng)能夠根據(jù)動(dòng)態(tài)參數(shù)配置表的配置情況，自動(dòng)與之相關(guān)聯(lián)，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示畫面、歷史數(shù)據(jù)查詢畫面、歷史曲線畫面的動(dòng)態(tài)變化。

(11)存盤數(shù)據(jù)導(dǎo)出

為方便對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及報(bào)警數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過(guò)U盤，可以將存盤的歷史數(shù)據(jù)和報(bào)警數(shù)據(jù)導(dǎo)出，導(dǎo)出后的數(shù)據(jù)可以方便地在Excel上進(jìn)行查看、編輯。

4 安科瑞配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的介紹與選型

4.1簡(jiǎn)介

安科瑞電氣股份有限公司根據(jù)配電室實(shí)際情況，結(jié)合多年的變電站和配電室的運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)，研發(fā)了安科瑞配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了智能開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行監(jiān)控、高壓開(kāi)關(guān)柜帶電顯示、電流電壓等負(fù)載運(yùn)行監(jiān)控、母線測(cè)溫監(jiān)測(cè)、電纜測(cè)溫監(jiān)測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、有害氣體監(jiān)測(cè)、安防監(jiān)控、采暖通風(fēng)、門禁、燈光、風(fēng)機(jī)、除濕機(jī)、空調(diào)控制等功能。實(shí)現(xiàn)動(dòng)力環(huán)境各數(shù)據(jù)的檢測(cè)與設(shè)備控制，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力環(huán)境化，避免運(yùn)行環(huán)境的失控導(dǎo)致配電設(shè)備運(yùn)行故障，保證維護(hù)人員，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，減少配電室粗放式管理導(dǎo)致成本過(guò)高，同時(shí)實(shí)現(xiàn)配電動(dòng)力環(huán)境的分布式遠(yuǎn)程管理。

4.2系統(tǒng)功能

4.2.1 通信管理

安科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)可以完成對(duì)整個(gè)配電室范圍內(nèi)的通信設(shè)備進(jìn)行管理、添加、刪除、控制和數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

4.2.2實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

安科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)人機(jī)界面友好，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，如視頻、溫度、濕度、漏水/水浸、水位、有害氣體和電參量等。實(shí)時(shí)顯示有關(guān)故障、告警等信息。

4.2.3 數(shù)據(jù)查詢

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

4.2.4曲線查詢

在曲線查詢界面，可以直接查看遙測(cè)參量曲線，包括溫度、濕度、水位、有害氣體、電壓、電流等曲線。

4.2.5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，包括日?qǐng)?bào)表、月報(bào)表、年報(bào)表和查詢報(bào)表等。

4.2.6實(shí)時(shí)告警

科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)告警功能，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娛覝囟取穸?、有害氣體、設(shè)備故障或通信故障等事件發(fā)出告警。告警如右圖所示：

4.2.7 歷史事件查詢

安科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)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。

4.2.8 用戶權(quán)限管理

為保障系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能。通過(guò)用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作（如遙控的操作，數(shù)據(jù)庫(kù)修改等）?？梢远x不同級(jí)別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、管理提供可靠的保障。

4.2.9網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

安科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)支持實(shí)時(shí)監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設(shè)備的通信狀態(tài)，能夠完整的顯示整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)?？稍诰€診斷設(shè)備通信狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡(luò)異常時(shí)能自動(dòng)在界面上顯示故障設(shè)備或元件及其故障部位。

4.2.10遙控操作

安科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)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。

4.3Acrel-2000E/B配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)配置選型

5 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)電廠、變電站等電力系統(tǒng)的生產(chǎn)，保障工作人員的身體健康，都有著十分重要的意義。隨著家對(duì)智能電網(wǎng)工作的大力推進(jìn)，高壓開(kāi)關(guān)配電室SF6環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中必然會(huì)發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。

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[3] 安科瑞Acrel-2000EB配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)2020.04版

作者簡(jiǎn)介：劉細(xì)風(fēng)，女，安科瑞電氣股份有限公司