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劉細(xì)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(yùn)行。針對(duì)配電室內(nèi)部環(huán)境進(jìn)行了深入分析,設(shè)計(jì)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(lái)的數(shù)據(jù)及時(shí)對(duì)風(fēng)機(jī)、除濕機(jī)、空調(diào)、排水泵等輔助設(shè)備進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制;此外系統(tǒng)采集得到的數(shù)據(jù)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心供工作人員查詢和控制。通過實(shí)地測(cè)試發(fā)現(xiàn),該系統(tǒng)可以為配電室安全、可靠運(yùn)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(fù)荷的室內(nèi)配電場(chǎng)所,主要為低壓用戶配送電能,設(shè)有中壓進(jìn)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(yùn)行顯得十分重要。影響配電室安全、可靠運(yùn)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 ??紤]到上述因素對(duì)配電室的影響,本文設(shè)計(jì)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(duì)配電室工作的影響,為配電室安全、可靠運(yùn)行提供良好的內(nèi)部環(huán)境支持。
1、系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jìn)行,存在漏檢、問題發(fā)現(xiàn)不及時(shí)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(jìn)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(shè)計(jì)的系統(tǒng)應(yīng)該具備溫濕度監(jiān)測(cè)、液位監(jiān)測(cè)、SF6氣體監(jiān)測(cè)、煙霧監(jiān)測(cè)等功能。監(jiān)測(cè)得到的數(shù)據(jù)匯總到一臺(tái)主機(jī)上面,主機(jī)根據(jù)設(shè)置的安全閾值進(jìn)行綜合分析,根據(jù)分析的結(jié)果及時(shí)對(duì)風(fēng)機(jī)、除濕機(jī)、空調(diào)、排水 泵等輔助設(shè)備進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制;此外,監(jiān)測(cè)得到的數(shù)據(jù)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)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(yuǎn)程控制輔助設(shè)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(shè)計(jì)
系統(tǒng)硬件主要由主機(jī)模塊、內(nèi)部環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊、輔助設(shè)備控制模塊、電源模塊等組成。
2.1 主機(jī)模塊設(shè)計(jì)
主機(jī)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(yīng)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(cè) 模塊采集來(lái)的數(shù)據(jù)通過ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接收進(jìn)來(lái)并和安全閾值進(jìn)行比對(duì)分析,根據(jù)比對(duì)分析的結(jié)果再去控制輔助設(shè)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(wù)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(shè)備控制模塊。
2.2 內(nèi)部環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊設(shè)計(jì)
內(nèi)部環(huán)境監(jiān)測(cè)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(jī)模塊創(chuàng)建的ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中去,通過ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)把變送器采集來(lái)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街鳈C(jī)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(duì)應(yīng)的接線如圖 4 所示。485轉(zhuǎn)換電路用于變送器和 CC2530之間進(jìn)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(shè)備控制模塊設(shè)計(jì)
輔助設(shè)備控制模塊由CC2530*小化電路、空調(diào)控制電路、風(fēng)機(jī)控制電路、除濕機(jī)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(jī)模塊創(chuàng)建的ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中去,通過ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接收主機(jī)模塊發(fā)送的控制指令數(shù)據(jù)??照{(diào)控制電路用于控制空調(diào)工作和停止,它由學(xué)習(xí)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(fēng)機(jī)控制電路、除濕機(jī)控制電路和排水泵控制電路用于控制相應(yīng)設(shè)備(風(fēng)機(jī)、除濕機(jī)和排水泵)的工作和停止,它們由驅(qū)動(dòng)固態(tài)繼電器電路、固態(tài)繼電器、交流接觸器和相應(yīng)設(shè)備組成。
2.4 電源模塊設(shè)計(jì)
電源模塊用于輸出電能為主機(jī)模塊、內(nèi)部環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊、輔助設(shè)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(shè)計(jì)
為了實(shí)現(xiàn)模塊之間順利通信,需要在前面硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。
3.1 主機(jī)模塊軟件設(shè)計(jì)
主機(jī)模塊開始工作后,需要進(jìn)行初始化,然后建立ZigBee 網(wǎng)絡(luò)并為自己確定一個(gè)網(wǎng)絡(luò)ID,接著廣播自己的網(wǎng)絡(luò)ID和信道,等待內(nèi)部環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊、輔助設(shè)備控制模塊的入網(wǎng)請(qǐng)求,并根據(jù)收到的入網(wǎng)請(qǐng)求做出應(yīng)答。當(dāng)主機(jī)模塊同意了它們的入網(wǎng)請(qǐng)求后,會(huì)自動(dòng)為它們分配網(wǎng)絡(luò)短地址。成功組網(wǎng)后,主機(jī)模塊接收內(nèi)部環(huán)境監(jiān)測(cè)模 塊發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)信息,并和安全閾值進(jìn)行比對(duì),根據(jù)比對(duì)的結(jié)果發(fā)送控制指令數(shù)據(jù)給輔助設(shè)備控制模塊;除此之外主機(jī)模塊還通過GPRS網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控中心服務(wù)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(shè)備控制模塊進(jìn)行控制。其流程如圖6所示。
圖6 主機(jī)模塊的軟件流程
3.2 內(nèi)部環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊軟件設(shè)計(jì)
內(nèi)部環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊開始工作后,需要進(jìn)行初始化,自動(dòng)掃描信道并向主機(jī)模塊發(fā)送入網(wǎng)申請(qǐng), 直至成功加入主機(jī)模塊創(chuàng)建的ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)為止。成功加入ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)后,內(nèi)部環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊按照事先設(shè)置好的時(shí)間周期把變送器采集來(lái)的數(shù)據(jù)發(fā)送給主機(jī)模塊,直至發(fā)送數(shù)據(jù)成功為止,其他時(shí)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(cè)模塊的軟件流程
3.3 輔助設(shè)備控制模塊軟件設(shè)計(jì)
輔助設(shè)備控制模塊軟件設(shè)計(jì)和內(nèi)部環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊軟件設(shè)計(jì)很相似,不同之處在于成功加入主機(jī)模塊創(chuàng)建的ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)后,輔助設(shè)備控制模塊只接收主機(jī)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(shè)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(shè)計(jì)
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(hào) 和密碼,點(diǎn)擊確定才能進(jìn)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(fēng)機(jī)、除濕機(jī)和排水泵工作或者停止。
圖8 輔助設(shè)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(hào)和密碼,點(diǎn)擊登錄按鈕進(jìn)入管理界面,管理界面如圖10 所示。從圖10中可以看到當(dāng)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(shè)備不需要控制、處于關(guān)閉狀態(tài)。
圖9 監(jiān)控中心登錄頁(yè)面
圖10 監(jiān)控中心管理頁(yè)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(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(cè)器)。
4.2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)。
4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
4.4系統(tǒng)功能
4.4.1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。
4.4.2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)。
4.4.3曲線查詢
可以直接查看各電參量曲線。
4.4.4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。
4.4.5實(shí)時(shí)告警
具有實(shí)時(shí)告警功能,系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娛覝囟取穸?、有害氣體、設(shè)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(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。
4.4.7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。
4.4.8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)。
4.4.9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。
4.5系統(tǒng)硬件配置
名稱 | 型號(hào) | 圖片 | 功能 |
系統(tǒng) | ACREL-2000E | Acrel-2000E 配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng),可實(shí)現(xiàn)開關(guān)柜運(yùn)行監(jiān)控、高壓開關(guān)柜帶電顯示、母線及電纜測(cè)溫監(jiān)測(cè)、環(huán)境溫濕度監(jiān)測(cè)、有害氣體監(jiān)測(cè)、安防監(jiān)控,可對(duì)燈光、風(fēng)機(jī)、除濕機(jī)、空調(diào)控制等設(shè)備進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制。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,優(yōu)化動(dòng)力環(huán)境,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)人員安全,延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命,實(shí)現(xiàn)配電動(dòng)力環(huán)境的分布式遠(yuǎn)程管理。 | |
智能通信管理機(jī) | Anet-2E4SM | 通用網(wǎng)關(guān),2路網(wǎng)口,4路RS485,可選配1路LORA,帶電告警功能,支持485,4G從模塊擴(kuò)展。 | |
主機(jī) | Acrel-2000E/A | 數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、設(shè)備控制、報(bào)警事件記錄查詢,可以根據(jù)采集到的設(shè)備數(shù)據(jù)或狀態(tài)聯(lián)動(dòng)啟動(dòng)風(fēng)機(jī)、聲光報(bào)警器、空調(diào)、水泵等設(shè)備。 | |
Acrel-2000E/B | 參數(shù)設(shè)置、通信管理、圖形繪制、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、設(shè)備控制、視頻監(jiān)控和回放、報(bào)警事件記錄查詢、報(bào)警圖片和視頻查詢功能。 | ||
Acrel-2000E/M | 參數(shù)設(shè)置、通信管理、圖形繪制、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、設(shè)備控制、視頻監(jiān)控和回放、報(bào)警事件記錄查詢、報(bào)警圖片和視頻查詢功能。立柜式安裝。 | ||
Acrel-2000E/G | 參數(shù)設(shè)置、通信管理、圖形繪制、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、設(shè)備控制、視頻監(jiān)控和回放、報(bào)警事件記錄查詢、報(bào)警圖片和視頻查詢功能。立柜式安裝 | ||
環(huán)境監(jiān)測(cè)硬件 | RS-WS-NO1-8 | 用于配電房溫度和濕度。工作電源:AC/DC 85~265V 工作溫度:-40.0℃~99.9℃ 工作濕度:0%RH~99%RH | |
BRJ-307 | 光電式煙霧傳感; 電源正極(DC 12V):+12V,繼電器輸出:常開觸點(diǎn) | ||
RS-SJ-N01R01-2 | 接觸式水浸傳感器,監(jiān)測(cè)變電所、電纜溝、控制室等場(chǎng)所積水情況,工作電源:DC 10-30V 工作溫度:-20℃~+60℃ 工作濕度:0%RH~80%RH 響應(yīng)時(shí)間:1s 繼電器輸出:常開觸點(diǎn) | ||
環(huán)境監(jiān)測(cè)硬件 | T35-II-5.6 | 風(fēng)量4800,帶溫控器,帶消聲段,電機(jī)變頻 | |
AT8002 | 常開型;感應(yīng)距離:30-50mm 材質(zhì):鋅合金,銀灰色電度 干接點(diǎn)輸出 | ||
DS-2DC6120BY-A | 視頻監(jiān)控 | ||
ARTU-KJ8 | 8路開關(guān)量輸入,8路繼電器輸出 |
5、結(jié)論
本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)緊貼配電室內(nèi)部環(huán)境實(shí)際,從硬件和軟件2個(gè)方面著手進(jìn)行設(shè)計(jì)。經(jīng)過實(shí)地測(cè)試發(fā)現(xiàn),系統(tǒng)能較好地為配電室安全、可靠運(yùn)行提供良好的內(nèi)部環(huán)境支持。
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作者簡(jiǎn)介:
劉細(xì)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(yīng)用