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淺談配電室在線監(jiān)控系統(tǒng)設計與工作原理

更新時間:2022-11-07瀏覽:772次
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的濕度、變壓器溫度、室內異動情況進行監(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濕度情況;配電室門口處安裝攝像頭來監(jiān)控室內的異動情況,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據中的值保存,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)測數據。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,主要完成多個數據的采集、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 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。該產品是 TI 公司(德州儀器)生產的一款專用于 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)境溫濕度數據,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(fā)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(jié)點進行供電。
圖 3 采集子節(jié)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(huán)境參數自動啟動,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、室內狀態(tài)監(jiān)測、歷史數據查看、環(huán)境調控控制等功能。軟件是在 QT 環(huán)境下進行開發(fā),通過對 PC 網絡端口的操作實現(xiàn)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(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變壓器溫度、室內濕度和異動情況。
 
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、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(tǒng)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(fā)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(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)網絡結構。
 
5.4.9遙控功能
       可以對整個配電系統(tǒng)范圍內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(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)對配電室內滲漏水、變壓器溫度過高、室內異動的情況及時發(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)微電網設計與應用手冊2022.05版.


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