淺談配電房無線監(jiān)控終端系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用

任運(yùn)業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：利用電能采集模塊和環(huán)境參數(shù)傳感器，通過無線通信網(wǎng)絡(luò)，組建配電房無線監(jiān)控終端系統(tǒng)，采集和傳輸配電變壓器總輸出電壓和電流，功率因素，有功無功電度，配電房各路低壓出線的電流，配電房溫度和濕度，門禁狀態(tài)等數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)配電房運(yùn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)控，提高配網(wǎng)管理的自動(dòng)化和信息化水平。

關(guān)鍵詞：配電房；無線監(jiān)控

1. 配電房設(shè)備運(yùn)行參數(shù)采集

配電變壓器(以下簡(jiǎn)稱配變)是配電房?jī)?nèi)的核心設(shè)備,對(duì)配變二次則電壓,三相電流,功率因素,用功無功電度等進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和分析,能夠及時(shí)掌握其運(yùn)行負(fù)載情況和三相不平衡情況,及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常狀態(tài)。

公用配電房的供電對(duì)象一般包含多個(gè)用戶,分散于不同方向的區(qū)域。配電房?jī)?nèi)設(shè)置有低壓出線柜,分接出多條低壓出線,向多個(gè)方向供電。由于用戶性質(zhì)和變化多樣,各條出線的負(fù)荷情況經(jīng)常發(fā)生變化,往往出現(xiàn)配變未超載,但一條出線超載,或者一條出線中某一相中重負(fù)荷等不良情況出現(xiàn)。因此各路低壓出線的三相電流也納入到監(jiān)控范圍。

圖1監(jiān)控終端網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

對(duì)配變電能參數(shù)采集通過力創(chuàng)的EDA9033E三相電參數(shù)采集模塊完成。EDA9033E能夠準(zhǔn)確測(cè)量三相四線制交流電路中的三相電壓、三相電流、功率因素、有功無功電度等多項(xiàng)參數(shù)。而多路低壓出線的電流將通過力創(chuàng)EDA9015A電流測(cè)量模塊采集,該模塊最大能夠采集12路電流輸入,能夠滿足多路低壓出線電流檢測(cè)的需求。

EDA9033E和EDA9015A均使用RS485或RS232總線通信,支持ASCII碼,十六進(jìn)制和Modbus協(xié)議,通信方式統(tǒng)一,兩個(gè)采集模塊能夠掛在同一條通信總線上,通過不同的地址進(jìn)行訪問。

2.配電房環(huán)境參數(shù)采集

配電房的環(huán)境參數(shù),包括溫度、濕度等對(duì)配變的運(yùn)行有著一定影響。通過安裝溫濕度傳感器,能夠使運(yùn)行單位同時(shí)間了解配電房環(huán)境,保障設(shè)備安全運(yùn)行。在鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū),部分配電房位置往往較為偏僻,存在電力設(shè)備被盜和人為損壞的危險(xiǎn),因此在配電房需設(shè)置門禁檢測(cè)裝置,當(dāng)有非法闖入時(shí)能及時(shí)通知管理單位,降低損失。

配電房溫濕度傳感器的核心部分采用SENSIRION的SHT1溫濕度傳感單元,該單元整合傳感原件和信號(hào)處理器,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好,輸出標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字信號(hào),支持串行通信。門禁檢測(cè)采用磁式門禁檢測(cè)裝置，通過開合時(shí)改變高低電阻值實(shí)現(xiàn)門狀態(tài)監(jiān)測(cè)。

圖2配電房終端監(jiān)控系統(tǒng)工作流程

圖3配電房實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)

3.通信網(wǎng)絡(luò)

配電房監(jiān)控終端系統(tǒng)有兩個(gè)通信網(wǎng)絡(luò),其一是傳感網(wǎng)絡(luò),負(fù)責(zé)連接各傳感器，收集、傳輸和處理傳感器信息。其二是數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò),負(fù)責(zé)與外部網(wǎng)絡(luò)連接,和遠(yuǎn)方服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

由于EDA9033、EDA9015、SHT1傳感器均支持串行通信，傳感網(wǎng)絡(luò)采用RS485通信網(wǎng)絡(luò)。RS485采用差分傳輸,抗干擾能力強(qiáng),布線簡(jiǎn)單,可掛載多個(gè)個(gè)設(shè)備,便于傳感器的擴(kuò)展。

數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的選擇有多種可用方案。對(duì)于變電站來說,數(shù)據(jù)傳輸采用的光纖網(wǎng)絡(luò),具有高速,實(shí)時(shí)性好的特點(diǎn),但需要鋪設(shè)專用通信通道,建造難度大,造價(jià)高。由于配電房點(diǎn)多分散,而且舊有配電房很多不具備鋪設(shè)光纖的條件,光纖網(wǎng)絡(luò)不能很好地適用于配電房監(jiān)控改造?，F(xiàn)時(shí),移動(dòng)無線通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展已經(jīng)十分成熟,覆蓋面廣,GPRS通信最高能夠?qū)崿F(xiàn)114kbps的傳輸速率,由于配電房監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)量少,GPRS可以滿足監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的傳輸需求。采用無線通信具有靈活組網(wǎng)、建設(shè)難度和建造成本低的優(yōu)點(diǎn),是配電房監(jiān)控改造的網(wǎng)絡(luò)形式。GPRS通信和數(shù)據(jù)傳輸選用了平升DATA-6106工業(yè)級(jí)GPRS通信模塊,支持串行通信,便于與傳感網(wǎng)絡(luò)連接。

4.監(jiān)控終端系統(tǒng)組成和安裝

監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)采用總線式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),把配電房?jī)?nèi)各個(gè)模塊和傳感器利用RS485總線相連接。傳感網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí),終端系統(tǒng)將分為三個(gè)主要部分:

(1)電能采集條:EDA9033E和EDA9015A兩模塊安裝在一條U型導(dǎo)軌中,并在導(dǎo)軌上安裝三相開關(guān),接線端子和AC-DC電源適配器。該采集條安裝到低壓出線柜中。并在低壓進(jìn)線柜和低壓出線柜的二次則端子中引出電流互感器(CT)信號(hào)到兩模塊,采集配變總電流和各路低壓出線電流,從低壓母線引出三相電壓連接到三相開關(guān),并通過開關(guān)連接至EDA9033E和AC-DC電源適配器,用于配變電壓采集和為其他模塊提供工作電源。

(2)控制箱:該部分把DATA-6106通信模塊,中央微處理器,I/O模塊,后備電池整合到一個(gè)設(shè)備箱中,安裝到配電房墻壁上。該部分使用一對(duì)電源線和一對(duì)通信線與電能采集部分相連接,獲取工作電源和采集電能數(shù)據(jù)。

(3)門禁和溫濕度傳感器模塊:門禁安裝到配電房門上方,溫濕度傳感器根據(jù)電房環(huán)境安裝,為便于接線,可以安裝在控制箱附近。

5.系統(tǒng)運(yùn)行

終端監(jiān)控系統(tǒng)的工作基本流程為建立TCP網(wǎng)絡(luò)連接3,采集傳感器數(shù)據(jù),處理數(shù)據(jù),發(fā)送數(shù)據(jù),工作流程圖如圖2所示。

通過數(shù)據(jù)服務(wù)器和客戶端軟件就能觀察到配電房的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，如圖3所示。

6.安科瑞配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的介紹與選型

6.1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）。

6.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

6.3系統(tǒng)功能

6.3.1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。

6.3.2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)。

6.3.3曲線查詢

可以直接查看各電參量曲線。

6.3.4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。

6.3.5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。

6.3.6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。 

6.3.7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。

6.3.8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)。

6.3.9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。

6.4系統(tǒng)硬件配置

7.結(jié)論

通過先進(jìn)的電能采集模塊、傳感器和無線通信技術(shù),制成的配電房運(yùn)行參數(shù)和環(huán)參數(shù)監(jiān)控終端系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了配電房的實(shí)時(shí)監(jiān)控。該系統(tǒng)能有助于供電企業(yè)提高配網(wǎng)監(jiān)控自動(dòng)化水平,為配網(wǎng)的運(yùn)行管理,電網(wǎng)規(guī)劃提供實(shí)時(shí)有效的數(shù)據(jù),利于供電企業(yè)的精益化、信息化管理水平的不斷提高。

參考文獻(xiàn)：

1. 任工昌,苗新強(qiáng),黃龍?jiān)?基于GPRS的配電網(wǎng)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2009(4).

2. 李春璐,施華峰,馬躍強(qiáng)等.基于GPRS的無線監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2012(4).

3. 馮志堅(jiān).配電房無線監(jiān)終端系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn).

[4]企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2022.05版.