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    淺談配電室在線監控系統設計與工作原理

    更新時間:2022-10-28 點擊次數:257

    周穎

    安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
    摘要:為了及時發現配電室滲漏水、變壓器溫度過高、室內進入非工作人員等問題,本文結合嵌入式技術設計配電室在線監控系統。在線監控系統由在線監控主機、采集子節點、上位機系統組成,在線監控器可以實時對配電室內的濕度、變壓器溫度、室內異動情況進行監測,及時發現相關問題。通過對滲漏水配電室進行監測試驗,均能及時發現問題并發送至上位機軟件進行報警,證明了該系統的可靠性。
    關鍵詞:配電室;在線監測器;上位機
    0、引言
           近年來 , 配電網絡發展迅速、供電量日益增加,電力系統供電可靠性、安全性的問題日益突出。配電室作為大型小區居民重要的供電設備,保證其安全穩定的運行極為重要。雖然配電室均為土建建筑,其中設備運行相對安全穩定,但在日常的巡視工作中發現配電室存在滲漏水、變壓器溫度過高、非工作人員或貓、鼠進入的情況時有發生。同時在配電線路的巡視中,地上、地下配電室的巡視周期為三個月一次,以上問題出現時無法及時發現。因此,針對以上問題進行相關研究,設計配電室在線監控系統,實現出現問題及時發現,及時處理,減少相應的停電事故。
     
    1、配電室在線監控系統及原理
           系統由在線監控器與上位機組成,在線監控器又分為監控主機與采集子節點。通過溫濕度傳感器監測變壓器溫度與配電室內濕度情況;配電室門口處安裝攝像頭來監控室內的異動情況,一旦有運動物體出現立即報警。在線監控主機每日將采集溫濕度數據中的值保存,發往上位機系統,便于上位機系統查詢各個配電室的歷史監測數據。系統整體設計如圖 1 所示。
    圖 1 系統整體設計
    2、在線監測器設計
           監測器在無人值守的地區工作,主要完成多個數據的采集、處理與傳輸,要求整個系統功耗低、低成本維護運行。在線監控器由主控單元、溫濕度傳感器組、4G 模塊、有線通信模塊、Zigbee 通信模塊、調控單元組成。其結構如圖 2 所示。
    圖 2 監控器結構圖
    2.1 主控單元
           本文使用 phyCORE-i.MX6UL 系列核心板進行開發設計,phyCORE-i.MX6UL 系列核心板適合用于低功耗、低成本、緊湊型應用的設計中。它采用 Cortex-A7 低功耗內核,提供高900MHz 的處理主頻,可以滿足該系統設計要求;同時該核心板支持以太網 PHY 等核心器件,同時對外提供郵票孔接口,方便無線傳輸設備連接,省去了額外連接器的空間及成本。
    2.2 通信單元
           配電室中采集子節點需要與監控主機進行通信,監控主機需要與在上位機系統進行通信。在采集子節點與監控主機的通信中,采用 ZigBee 無線通訊方式,使用 CC2430 通訊模塊。該產品是 TI 公司(德州儀器)生產的一款于 IEEE 802.15.4和 Zigbee 協議通信的模塊。該模塊具有 3 種休眠模式 , 從休眠模式轉換到正常模式僅需 54us,特別適合要求電池長期供電的應用場合。
           監控主機與上位機系統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 方式進行通信,而在地下配電室中,采用寬帶網絡進行通信。因此對于地上的配電室,監控主機也通過增加 4G 通信模塊并安裝有流量的電話卡實現與上位機系統的通信;對于地下的配電室,則借用配電室中集中器的網絡與上位機系統進行通信。
    2.3 信息采集單元
    2.3.1 溫濕度傳感器的選擇
           為了準確的獲取環境溫濕度數據,本文采用 DHT91 傳感器實現環境溫濕度采集的功能。DHT91 是數字型溫濕度傳感器,其將傳感器和信號處理單元集成到一起,可直接輸出數字信號。
    2.3.2 溫濕度傳感器的布置
           由于配電室內滲水漏水常發生在棚頂或電纜溝內,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,通過室內照明或其他 220V 交流電源處取電轉成 5V直流電源為采集子節點進行供電。
    圖 3 采集子節點布局圖
    2.4 調控單元
           配電室中對于變壓器溫度過高,啟動室內排風風機進行通風降溫;對于室內濕度過高,則共同啟動室內排風風機與除濕器進行相應除濕。配電室內的排風風機與除濕器可根據環境參數自動啟動,也可通過上位機系統控制人工啟動。
     
    3、上位機軟件設計
           系統的監測與控制通過上位機軟件實現,軟件包括站房查找、室內狀態監測、歷史數據查看、環境調控控制等功能。軟件是在 QT 環境下進行開發,通過對 PC 網絡端口的操作實現數據的傳輸功能,軟件界面如圖 4 所示。
     
    圖 4 上位機軟件設計
    4、試驗測試與分析
           在線監控器的試驗,選取存在滲漏水的 92 號配電室進行,該配電室下雨時墻體滲水嚴重。本實驗按上述設計安裝溫濕度傳感器,同時在配電室門口頂部安裝異動監控攝像頭。每日觀察該配電室內變壓器溫度、室內濕度和異動情況。
    5、安科瑞配電室環境監控系統
    5.1概述
           配電室綜合監控系統包括智能監控系統屏、通訊管理機、UPS電源、視頻監控子系統(云臺球機、槍機)、環境監測子系統(溫度、濕度、水浸、煙感)、控制子系統(燈光、空調、除濕機、風機、水泵)、門禁監控子系統(讀卡器、開門按鈕、磁力鎖)、安防監控子系統(雙鑒檢測器)。
    5.2應用場所
          適用于軌道交通,工業,建筑,學校,商業綜合體等35kV及以下用戶端供配電自動化系統工程設計、施工和運行維護。
    5.3系統結構
     
    5.4系統功能
    5.4.1實時監測
           能夠顯示配電室設備的運行狀態,實時監測配電室環境參數信息,實時顯示有關故障、告警等信息。
     
    5.4.2數據查詢
          在人機界面中,可以直接查看配電室中各個設備的運行數據。
    5.4.3曲線查詢
           可以直接查看各電參量曲線。
    5.4.4運行報表
           查詢配電室內設備的運行數據報表。
     
    5.4.5實時告警
           具有實時告警功能,系統能夠對配電室溫度、濕度、有害氣體、設備故障或通信故障等事件發出告警。
     
    5.4.6歷史事件查詢
           能夠對產生的所有事件記錄進行存儲和管理,方便用戶對系統事件和進行歷史追溯、查詢統計、事故分析。
     
    5.4.7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。
    5.4.8網絡拓撲圖
           支持實時監視并診斷各設備的通訊狀態,能夠完整的顯示整個系統網絡結構。
     
    5.4.9遙控功能
           可以對整個配電系統范圍內的設備進行遠程遙控操作。
     
    5.5系統硬件配置
    6、結語
           本文針對配電室內的滲水漏水、變壓器溫度過高、室內非工作人員進入或小動物進入等無法及時發現的問題進行相關研究,通過設計在線監控器實現對配電室內滲漏水、變壓器溫度過高、室內異動的情況及時發現及時報警。同時,該系統開發成本低廉,便于推廣,可以投入到現實的工作中,實現配電室少巡視或免巡視。
     
    參考文獻:
    (1)王君明.電力工程安裝的相關安全技術措施分析[J]. 科技創新導報,2017(34).
    (2)時啟凡,孫洲同.配電室在線監控系統.
    (3)安科瑞企業微電網設計與應用手冊2022.05版.
     
    作者簡介:
    周穎,女,本科  安科瑞電氣股份有限公司,主要研究方向為智能電網供配電

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