浅谈配电室在线监控系统设计与工作原理

时间：2024-12-26作者：安科瑞电气股份有限公司浏览：467

摘要：为了及时发现配电室渗漏水、变压器温度过高、室内进入非工作人员等问题，本文结合嵌入式技术设计配电室在线监控系统。在线监控系统由在线监控主机、采集子节点、上位机系统组成，在线监控器可以实时对配电室内的湿度、变压器温度、室内异动情况进行监测，及时发现相关问题。通过对渗漏水配电室进行监测试验，均能及时发现问题并发送至上位机软件进行报警，证明了该系统的可靠性。
关键词：配电室；在线监测器；上位机
 
0、引言
       近年来 , 配电网络发展、供电量日益增加，电力系统供电可靠性、安全性的问题日益。配电室作为大型小区居民重要的供电设备，保证其安全稳定的运行为重要。虽然配电室均为土建建筑，其中设备运行相对安全稳定，但在日常的巡视工作中发现配电室存在渗漏水、变压器温度过高、非工作人员或猫、鼠进入的情况时有发生。同时在配电线路的巡视中，地上、地下配电室的巡视周期为三个月一次，以上问题出现时无法及时发现。因此，针对以上问题进行相关研究，设计配电室在线监控系统，实现出现问题及时发现，及时处理，减少相应的停电事故。
 
1、配电室在线监控系统及原理
       系统由在线监控器与上位机组成，在线监控器又分为监控主机与采集子节点。通过温湿度传感器监测变压器温度与配电室内湿度情况；配电室门口处安装摄像头来监控室内的异动情况，一旦有运动物体出现立即报警。在线监控主机每日将采集温湿度数据中的值保存，发往上位机系统，便于上位机系统查询各个配电室的历史监测数据。系统整体设计如图 1 所示。


图 1 系统整体设计
2、在线监测器设计
       监测器在无人值守的地区工作，主要完成多个数据的采集、处理与传输，要求整个系统功耗低、维护运行。在线监控器由主控单元、温湿度传感器组、4G 模块、有线通信模块、Zigbee 通信模块、调控单元组成。其结构如图 2 所示。


图 2 监控器结构图
2.1 主控单元
       本文使用 phyCORE-i.MX6UL 系列板进行开发设计，phyCORE-i.MX6UL 系列板适合用于低功耗、、紧凑型应用的设计中。它采用 Cortex-A7 低功耗内核，提供高900MHz 的处理主频，可以满足该系统设计要求；同时该板支持以太网 PHY 等器件，同时对外提供孔接口，方便无线连接，省去了额外连接器的空间及成本。
2.2 通信单元
       配电室中采集子节点需要与监控主机进行通信，监控主机需要与在上位机系统进行通信。在采集子节点与监控主机的通信中，采用 ZigBee 无线通讯方式，使用 CC2430 通讯模块。该产品是 TI 公司（德州仪器）生产的一款于 IEEE 802.15.4和 Zigbee 协议通信的模块。该模块具有 3 种休眠模式 , 从休眠模式转换到正常模式仅需 54us，特别适合要求电池长期供电的应用场合。
       监控主机与上位机系统通信方式主要参考配电室中的集中器的通信方式，一般地上配电室，集中器采用 4G 方式进行通信，而在地下配电室中，采用宽带网络进行通信。因此对于地上的配电室，监控主机也通过增加 4G 通信模块并安装有流量的卡实现与上位机系统的通信；对于地下的配电室，则借用配电室中集中器的网络与上位机系统进行通信。
2.3 信息单元
2.3.1 温湿度传感器的选择
       为了准确的获取环境温湿度数据，本文采用 DHT91 传感器实现环境温湿度采集的功能。DHT91 是数字型温湿度传感器，其将传感器和信号处理单元集成到一起，可直接输出数字信号。
2.3.2 温湿度传感器的布置
       由于配电室内渗水漏水常发生在棚或电缆沟内，因此温湿度传感器安置在变压器、高压柜、低压柜的柜和电缆沟的沟口处，通过室内照明或其他 220V 交流电源处取电转成 5V直流电源为采集子节点进行供电。


图 3 采集子节点布局图
2.4 调控单元
       配电室中对于变压器温度过高，启动室内排风风机进行通风降温；对于室内湿度过高，则共同启动室内排风风机与除湿器进行相应除湿。配电室内的排风风机与除湿器可根据环境参数自动启动，也可通过上位机系统控制人工启动。
 
3、上位机软件设计
       系统的监测与控制通过上位机软件实现，软件包括站房查找、室内状态监测、历史数据查看、环境调控控制等功能。软件是在 QT 环境下进行开发，通过对 PC 网络端口的操作实现数据的传输功能，软件界面如图 4 所示。


 
图 4 上位机软件设计
4、试验测试与分析
       在线监控器的试验，选取存在渗漏水的 92 号配电室进行，该配电室下雨时墙体渗水严重。本实验按上述设计安装温湿度传感器，同时在配电室门口部安装异动监控摄像头。每日观察该配电室内变压器温度、室内湿度和异动情况。
 
5、安科瑞配电室环境监控系统
5.1概述
       配电室综合监控系统包括智能监控系统屏、通讯管理机、UPS电源、视频子系统（云台球机、机）、环境监测子系统（温度、湿度、水浸、烟感）、控制子系统（灯光、空调、除湿机、风机、水泵）、门禁监控子系统（读卡器、开门按钮、磁力锁）、安防监控子系统（双鉴检测器）。
5.2应用场所
      适用于轨道交通，工业，建筑，学校，商业综合体等35kV及以下用户端供配电自动化系统工程设计、施工和运行维护。
5.3系统结构


 
5.4系统功能
5.4.1实时监测
       能够显示配电室设备的运行状态，实时监测配电室环境参数信息，实时显示有关故障、告警等信息。


 
5.4.2数据查询
      在人机界面中，可以直接查看配电室中各个设备的运行数据。


5.4.3曲线查询
       可以直接查看各电参量曲线。


5.4.4运行报表
       查询配电室内设备的运行数据报表。


 
5.4.5实时告警
       具有实时告警功能，系统能够对配电室温度、湿度、有害气体、设备故障或通信故障等事件发出告警。


 
5.4.6历史事件查询
       能够对产生的所有事件记录进行存储和管理，方便用户对系统事件和进行历史追溯、查询统计、事故分析。
 
5.4.7用户权限管理
       设置了用户权限管理功能，可以定义不同级别用户的登录名、密码及操作权限。


5.4.8网络拓扑图
       支持实时监视并诊断各设备的通讯状态，能够完整的显示整个系统网络结构。


 
5.4.9遥控功能
       可以对整个配电系统范围内的设备进行远程遥控操作。


 
5.5系统硬件配置






6、结语
       本文针对配电室内的渗水漏水、变压器温度过高、室内非工作人员进入或小动物进入等无法及时发现的问题进行相关研究，通过设计在线监控器实现对配电室内渗漏水、变压器温度过高、室内异动的情况及时发现及时报警。同时，该系统开发廉，便于推广，可以投入到现实的工作中，实现配电室少巡视或免巡视。
 
参考文献：
（1）王君明.电力工程安装的相关安全技术措施分析[J]. 科技创新导报,2017(34).
（2）时启凡,孙洲同.配电室在线监控系统.
（3）安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.05版.

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