淺談配電室在線監(jiān)控系統(tǒng)設計與工作原理

更新時間：2022-11-14 點擊次數(shù)：1089

李婧婧

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定 201801

摘要：為了及時發(fā)現(xiàn)配電室滲漏水、變壓器溫度過高、室內(nèi)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(jiān)控系統(tǒng)。在線監(jiān)控系統(tǒng)由在線監(jiān)控主機、采集子節(jié)點、上位機系統(tǒng)組成，在線監(jiān)控器可以實時對配電室內(nèi)的濕度、變壓器溫度、室內(nèi)異動情況進行監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)相關問題。通過對滲漏水配電室進行監(jiān)測試驗，均能及時發(fā)現(xiàn)問題并發(fā)送至上位機軟件進行報警，證明了該系統(tǒng)的可靠性。

關鍵詞：配電室；在線監(jiān)測器；上位機

0、引言

近年來 , 配電網(wǎng)絡發(fā)展迅速、供電量日益增加，電力系統(tǒng)供電可靠性、安全性的問題日益突出。配電室作為大型小區(qū)居民重要的供電設備，保證其安全穩(wěn)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(wěn)定，但在日常的巡視工作中發(fā)現(xiàn)配電室存在滲漏水、變壓器溫度過高、非工作人員或貓、鼠進入的情況時有發(fā)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(xiàn)時無法及時發(fā)現(xiàn)。因此，針對以上問題進行相關研究，設計配電室在線監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)出現(xiàn)問題及時發(fā)現(xiàn)，及時處理，減少相應的停電事故。

1、配電室在線監(jiān)控系統(tǒng)及原理

系統(tǒng)由在線監(jiān)控器與上位機組成，在線監(jiān)控器又分為監(jiān)控主機與采集子節(jié)點。通過溫濕度傳感器監(jiān)測變壓器溫度與配電室內(nèi)濕度情況；配電室門口處安裝攝像頭來監(jiān)控室內(nèi)的異動情況，一旦有運動物體出現(xiàn)立即報警。在線監(jiān)控主機每日將采集溫濕度數(shù)據(jù)中的值保存，發(fā)往上位機系統(tǒng)，便于上位機系統(tǒng)查詢各個配電室的歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)。系統(tǒng)整體設計如圖 1 所示。

圖 1 系統(tǒng)整體設計

2、在線監(jiān)測器設計

監(jiān)測器在無人值守的地區(qū)工作，主要完成多個數(shù)據(jù)的采集、處理與傳輸，要求整個系統(tǒng)功耗低、低成本維護運行。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。其結構如圖 2 所示。

圖 2 監(jiān)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(fā)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(nèi)核，提供高900MHz 的處理主頻，可以滿足該系統(tǒng)設計要求；同時該核心板支持以太網(wǎng) 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(jié)點需要與監(jiān)控主機進行通信，監(jiān)控主機需要與在上位機系統(tǒng)進行通信。在采集子節(jié)點與監(jiān)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(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(jiān)控主機與上位機系統(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 方式進行通信，而在地下配電室中，采用寬帶網(wǎng)絡進行通信。因此對于地上的配電室，監(jiān)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(xiàn)與上位機系統(tǒng)的通信；對于地下的配電室，則借用配電室中集中器的網(wǎng)絡與上位機系統(tǒng)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(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)，本文采用 DHT91 傳感器實現(xiàn)環(huán)境溫濕度采集的功能。DHT91 是數(shù)字型溫濕度傳感器，其將傳感器和信號處理單元集成到一起，可直接輸出數(shù)字信號。

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，通過室內(nèi)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(jié)點進行供電。

圖 3 采集子節(jié)點布局圖

2.4 調(diào)控單元

配電室中對于變壓器溫度過高，啟動室內(nèi)排風風機進行通風降溫；對于室內(nèi)濕度過高，則共同啟動室內(nèi)排風風機與除濕器進行相應除濕。配電室內(nèi)的排風風機與除濕器可根據(jù)環(huán)境參數(shù)自動啟動，也可通過上位機系統(tǒng)控制人工啟動。

3、上位機軟件設計

系統(tǒng)的監(jiān)測與控制通過上位機軟件實現(xiàn)，軟件包括站房查找、室內(nèi)狀態(tài)監(jiān)測、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)境下進行開發(fā)，通過對 PC 網(wǎng)絡端口的操作實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸功能，軟件界面如圖 4 所示。

圖 4 上位機軟件設計

4、試驗測試與分析

在線監(jiān)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(jiān)控攝像頭。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、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）。

5.2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。

5.3系統(tǒng)結構

5.4系統(tǒng)功能

5.4.1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。

5.4.2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)。

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(nèi)設備的運行數(shù)據(jù)報表。

5.4.5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。

5.4.6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。

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(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。

5.4.9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。

5.5系統(tǒng)硬件配置

6、結語

本文針對配電室內(nèi)的滲水漏水、變壓器溫度過高、室內(nèi)非工作人員進入或小動物進入等無法及時發(fā)現(xiàn)的問題進行相關研究，通過設計在線監(jiān)控器實現(xiàn)對配電室內(nèi)滲漏水、變壓器溫度過高、室內(nèi)異動的情況及時發(fā)現(xiàn)及時報警。同時，該系統(tǒng)開發(fā)成本低廉，便于推廣，可以投入到現(xiàn)實的工作中，實現(xiàn)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(chuàng)新導報,2017(34).

（2）時啟凡,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)設計與應用手冊2022.05版.

作者簡介：

李婧婧，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)相關產(chǎn)品的研發(fā)及應用