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、可靠運行。針對配電室內部環(huán)境進行了深入分析，設計了一種內部環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。通過該系統(tǒng)可以采集配電室內部的溫度、濕度、液位、SF6氣體和煙霧，根據采集來的數(shù)據及時對風機、除濕機、空調、排水泵等輔助設備進行聯(lián)動控制；此外系統(tǒng)采集得到的數(shù)據通過GPRS網絡傳輸?shù)奖O(jiān)控中心供工作人員查詢和控制。通過實地測試發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)可以為配電室安全、可靠運行提供良好的內部環(huán)境支持。

關鍵詞：配電室；內部環(huán)境；監(jiān)控系統(tǒng)

0、引言

配電室是指帶有低壓負荷的室內配電場所，主要為低壓用戶配送電能，設有中壓進線（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、可靠運行顯得十分重要。影響配電室安全、可靠運行的因素很多，比如配電室內部的溫度、濕度、浸水、氣體和煙霧等 ?？紤]到上述因素對配電室的影響，本文設計了一種內部環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，用于配電室日常管理，以盡可能降低內部環(huán)境異常對配電室工作的影響，為配電室安全、可靠運行提供良好的內部環(huán)境支持。

1、系統(tǒng)設計思路

傳統(tǒng)方式下配電室內部環(huán)境的監(jiān)控多以人工方式進行，存在漏檢、問題發(fā)現(xiàn)不及時等現(xiàn)象，工作效率低，不能保障配電室內部環(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)進行日常內部環(huán)境監(jiān)控。通過分析配電室內部環(huán)境，本文設計的系統(tǒng)應該具備溫濕度監(jiān)測、液位監(jiān)測、SF6氣體監(jiān)測、煙霧監(jiān)測等功能。監(jiān)測得到的數(shù)據匯總到一臺主機上面，主機根據設置的安全閾值進行綜合分析，根據分析的結果及時對風機、除濕機、空調、排水 泵等輔助設備進行聯(lián)動控制；此外，監(jiān)測得到的數(shù)據通過GPRS網絡傳輸?shù)奖O(jiān)控中心供工作人員查詢和分析，工作人員可以遠程控制輔助設備。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)硬件設計

系統(tǒng)硬件主要由主機模塊、內部環(huán)境監(jiān)測模塊、輔助設備控制模塊、電源模塊等組成。

2.1 主機模塊設計

主機模塊由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，配以相應的外圍電路，如圖 2 所示。CC2530*小化電路一方面把內部環(huán)境監(jiān)測 模塊采集來的數(shù)據通過ZigBee無線網絡接收進來并和安全閾值進行比對分析，根據比對分析的結果再去控制輔助設備控制模塊；另一方面把內部環(huán)境數(shù)據通過GPRS通信電路中的USR-GM3，如圖3所示發(fā)送到監(jiān)控中心服務器上，接收監(jiān)控中心回傳的控制指令數(shù)據，再去控制輔助設備控制模塊。

2.2 內部環(huán)境監(jiān)測模塊設計

內部環(huán)境監(jiān)測模塊由CC2530*小化電路、485轉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模塊創(chuàng)建的ZigBee無線網絡中去，通過ZigBee無線網絡把變送器采集來的數(shù)據傳輸?shù)街鳈C模塊。變送器電路用于采集內部環(huán)境相關數(shù)據，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，每一芯的顏色和對應的接線如圖 4 所示。485轉換電路用于變送器和 CC2530之間進行串口通訊，如圖5所示。

圖4 變送器電路

圖5 485轉換電路

2.3 輔助設備控制模塊設計

輔助設備控制模塊由CC2530*小化電路、空調控制電路、風機控制電路、除濕機控制電路和排 水泵控制電路組成。其中CC2530*小化電路用于加入到主機模塊創(chuàng)建的ZigBee無線網絡中去，通過ZigBee無線網絡接收主機模塊發(fā)送的控制指令數(shù)據。空調控制電路用于控制空調工作和停止，它由學習空調遙控器指令的紅外接收電路和控制空調工作的紅外發(fā)送電路組成。風機控制電路、除濕機控制電路和排水泵控制電路用于控制相應設備（風機、除濕機和排水泵）的工作和停止，它們由驅動固態(tài)繼電器電路、固態(tài)繼電器、交流接觸器和相應設備組成。

2.4 電源模塊設計

電源模塊用于輸出電能為主機模塊、內部環(huán)境監(jiān)測模塊、輔助設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)軟件設計

為了實現(xiàn)模塊之間順利通信，需要在前面硬件設計的基礎上進行軟件設計。

3.1 主機模塊軟件設計

主機模塊開始工作后，需要進行初始化，然后建立ZigBee 網絡并為自己確定一個網絡ID，接著廣播自己的網絡ID和信道，等待內部環(huán)境監(jiān)測模塊、輔助設備控制模塊的入網請求，并根據收到的入網請求做出應答。當主機模塊同意了它們的入網請求后，會自動為它們分配網絡短地址。成功組網后，主機模塊接收內部環(huán)境監(jiān)測模 塊發(fā)送來的數(shù)據信息，并和安全閾值進行比對，根據比對的結果發(fā)送控制指令數(shù)據給輔助設備控制模塊；除此之外主機模塊還通過GPRS網絡將數(shù)據上傳到監(jiān)控中心服務器，接收監(jiān)控中心的控制指令數(shù)據并發(fā)送到輔助設備控制模塊進行控制。其流程如圖6所示。

圖6 主機模塊的軟件流程

3.2 內部環(huán)境監(jiān)測模塊軟件設計

內部環(huán)境監(jiān)測模塊開始工作后，需要進行初始化，自動掃描信道并向主機模塊發(fā)送入網申請， 直至成功加入主機模塊創(chuàng)建的ZigBee無線網絡為止。成功加入ZigBee無線網絡后，內部環(huán)境監(jiān)測模塊按照事先設置好的時間周期把變送器采集來的數(shù)據發(fā)送給主機模塊，直至發(fā)送數(shù)據成功為止，其他時間段處于休眠狀態(tài)。其流程如圖7所示

圖7 內部環(huán)境監(jiān)測模塊的軟件流程

3.3 輔助設備控制模塊軟件設計

輔助設備控制模塊軟件設計和內部環(huán)境監(jiān)測模塊軟件設計很相似，不同之處在于成功加入主機模塊創(chuàng)建的ZigBee無線網絡后，輔助設備控制模塊只接收主機模塊發(fā)送的控制指令數(shù)據，根據指令數(shù)據再去控制具體的輔助設備工作或者停止。其流程如圖8所示。

3.4 監(jiān)控中心相關界面軟件設計

監(jiān)控中心相關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 和密碼，點擊確定才能進入到管理界面；管理界面一方面可以查詢到配電室內部的溫濕度、液位、SF6氣體和煙霧的相關數(shù)據，另一方面工作人員可以根據需要控制空調、風機、除濕機和排水泵工作或者停止。

圖8 輔助設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，輸入賬號和密碼，點擊登錄按鈕進入管理界面，管理界面如圖10 所示。從圖10中可以看到當前溫度是25.79℃，濕度是57.65%RH，SF6 氣體、煙霧和液位為 0，相關輔助設備不需要控制、處于關閉狀態(tài)。

圖9 監(jiān)控中心登錄頁面

圖10 監(jiān)控中心管理頁面

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、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）。

4.2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。

4.3系統(tǒng)結構

4.4系統(tǒng)功能

4.4.1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。

4.4.2數(shù)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(shù)據。

4.4.3曲線查詢

可以直接查看各電參量曲線。

4.4.4運行報表

查詢配電室內設備的運行數(shù)據報表。

4.4.5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。

4.4.6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。 

4.4.7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。

4.4.8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。

4.4.9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。

4.5系統(tǒng)硬件配置

5、結論

本文設計的系統(tǒng)緊貼配電室內部環(huán)境實際，從硬件和軟件2個方面著手進行設計。經過實地測試發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)能較好地為配電室安全、可靠運行提供良好的內部環(huán)境支持。

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1.       【技術支持衛(wèi)星：CDD-9888】【公從號：安科瑞能效管理解決方案】

2.       云平臺：變電所運維云平臺、分布式光伏運維云平臺、建筑能耗云平臺、企業(yè)能源管控平臺、遠程預付費管控云平臺、宿舍預付費管控云平臺、充電樁收費運營云平臺、智慧消防云平臺、安全用電管理云平臺、環(huán)保用電監(jiān)管云平臺；

3.       系統(tǒng)解決方案：變電站綜合自動化系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)、配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)、能耗管理系統(tǒng)、電能管理系統(tǒng)、馬達保護與監(jiān)控系統(tǒng)、動環(huán)監(jiān)控及能效分析系統(tǒng)、智能照明監(jiān)控系統(tǒng)、消防設備電源監(jiān)控裝置、防火門監(jiān)控系統(tǒng)、余壓監(jiān)控系統(tǒng)、消防應急照明和疏散指示系統(tǒng)；無線測溫系統(tǒng)；

4.       中壓測控裝置：環(huán)網柜綜合保護裝置、微機保護裝置、開關柜綜合測控裝置、線路保護裝置、配電變保護裝置、電動機保護裝置、備自投保護裝置、電容器保護裝置、PT檢測裝置、低壓備自投裝置、公共測控裝置、防孤島保護裝置、電流互感器過電壓保護器、溫濕度控制器、無源無線測溫傳感器、CT取電無線測溫傳感器；

5.       電力監(jiān)控與保護：弧光保護裝置、電能質量在線監(jiān)測裝置、電氣接點在線測溫裝置（智能濕度巡檢儀）、電動機(馬達）保護器、低壓線路保護器、智能剩余電流繼電器、三遙單元；

6.       電能管理：可編程交流電測儀表、可編程直流電測儀表、多功能全電量電表、精度網絡電力儀表、諧波表、電能質量表、海拔儀表、逆電流監(jiān)測電表、電子式電能表、導軌式電能表、面板表嵌入式電表、預付費表、多用戶計量箱、物聯(lián)網儀表、無線多回路計量交流/直流表、無線多回路環(huán)保檢測模塊、正反向直流電能表、無線通訊轉換器、智能照明控制裝置；

7.       電能質量治理：有源電力濾波器、中線安防保護器、諧波保護器、靜止無功發(fā)生器、濾波補償裝置、電力電容補償裝置、集成式諧波抑制電力電容補償裝置、投切開關、功率因數(shù)補償控制器、自愈式低壓并聯(lián)電容器、串聯(lián)電抗器；

8.       電氣安全：電氣火災監(jiān)控探測器、剩余電流探測器、電氣火災監(jiān)控裝置、在線監(jiān)控路燈計量、無線測溫顯示單元、故障電弧探測器、故障電弧傳感器、隔離電源絕緣監(jiān)測裝置、醫(yī)療機構絕緣報警顯示儀、醫(yī)療醫(yī)院用隔離變壓器、工業(yè)用絕緣監(jiān)測裝置、電氣防火限流式保護器；

9.       新能源：光伏采集裝置、電瓶車智能充電樁、汽車充電樁、光伏匯流采集裝置；

10.       數(shù)據中心/鐵塔基站：數(shù)據采集模塊、機房數(shù)據柜監(jiān)控裝置、多回路電表、母線監(jiān)控裝置、電力監(jiān)控屏；

11.       智能網關：通信管理機、無線通信終端（無線通訊轉換器）、數(shù)據轉換模塊、串口服務器；

12.       電量傳感器：低壓電流互感器、開口式互感器、一次小電流互感器、0.2級電流互感器、低壓電動機保護器專用互感器、剩余電流互感器、霍爾傳感器、羅氏線圈電流變送器、模擬信號隔離器、有功功率變送器、無功功率變送器、直流電壓傳感器、浪涌保護器；

13.       環(huán)保監(jiān)控：油煙在線監(jiān)測儀、環(huán)保數(shù)據采集傳輸裝置；

進儲能群、電力群、光伏群；找供應商、找客戶、找圈子，

衛(wèi)星：CDD-9888（分享資源 合作共贏）