配電所環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的探討

        目前，各種基于配網(wǎng)的自動(dòng)化系統(tǒng)已經(jīng)日趨完善，越來(lái)越多的配電所、箱變、開(kāi)關(guān)等實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控。但目前各種配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)功能主要是對(duì)配電房、環(huán)網(wǎng)柜、柱上開(kāi)關(guān)等一次設(shè)備實(shí)現(xiàn)“電氣”監(jiān)控功能。而對(duì)于影響配網(wǎng)安全運(yùn)行的其他方面如電纜頭溫度過(guò)高、人員非法闖入、設(shè)備間漏水等“非電氣”故障并沒(méi)有監(jiān)控。而很多故障正是由于這些小問(wèn)題發(fā)現(xiàn)不及時(shí)，從而造成設(shè)備及電網(wǎng)事故，影響正常生產(chǎn)，給電力安全生產(chǎn)造成重大損失。

        本文將主要探討建立一套配電所安全運(yùn)行的綜合監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)配網(wǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及影響配網(wǎng)安全運(yùn)行的因素實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)，使配網(wǎng)管理實(shí)現(xiàn)“可控”、“在控”。從而徹底改變過(guò)去依靠人工巡視查找的傳統(tǒng)做法，有效預(yù)防故障，提高工作效率。

        一、監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

        1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(圖1)

        圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

        1.2 系統(tǒng)組成

        本系統(tǒng)由監(jiān)測(cè)單元、通信系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理及監(jiān)控中心組成。

        (1)監(jiān)測(cè)單元

        主要完成對(duì)配電房運(yùn)行環(huán)境、安全防護(hù)及電纜溫度的綜合監(jiān)測(cè)。

        (2)通信系統(tǒng)

        本系統(tǒng)通信方案主要采用GPRS通信方式。

        (3)監(jiān)控中心

        數(shù)據(jù)處理及轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)接收RTU的信息數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對(duì)收到的信息進(jìn)行分析處理，形成故障狀態(tài)信息。同時(shí)作為子站，向主站上傳故障狀態(tài)。完成整個(gè)故障狀態(tài)的監(jiān)測(cè)和報(bào)警。本系統(tǒng)也可以接人已經(jīng)實(shí)施SCADA系統(tǒng)主站。針對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用軟件通過(guò)在SCADA平臺(tái)上擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)(圖2)。

        二、監(jiān)控系統(tǒng)功能及特點(diǎn)

        (1)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能

        可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)線路的短路故障信息(預(yù)留)。

        (2)主動(dòng)告警功能

        可以主動(dòng)上報(bào)運(yùn)行環(huán)境數(shù)據(jù)。告警信息實(shí)時(shí)記錄到數(shù)據(jù)庫(kù)中，可根據(jù)需要長(zhǎng)期保存;可以提供聲光告警。

        (3)靈活傳輸功能

        光纖、GPRS、載波、有線等各種通信方式可選，系統(tǒng)工作不依賴于通信方式的選擇。

        (4)數(shù)據(jù)管理功能

        系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)、告警信息等全部存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，便于統(tǒng)計(jì)分析;可以按照用戶要求生成各種統(tǒng)計(jì)報(bào)表、圖表。根據(jù)告警的不同拓?fù)湮恢煤透婢愋停峁?shù)據(jù)分析功能，確定故障原因和故障位置。

        (5)系統(tǒng)管理功能

        可以對(duì)主控單元、采集設(shè)備、監(jiān)控點(diǎn)以及操作人員、系統(tǒng)功能等進(jìn)行配置;系統(tǒng)日志對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)和人員操作做詳實(shí)記錄。

        (6)設(shè)備狀態(tài)定時(shí)上報(bào)

        采用節(jié)拍方式，定時(shí)上報(bào)設(shè)備狀態(tài)，如果通信失敗則視為設(shè)備故障。

        三、監(jiān)控中心

        (1)系統(tǒng)軟件

        本系統(tǒng)是一個(gè)監(jiān)控管理綜合軟件平臺(tái)，完全建立在標(biāo)準(zhǔn)的B/S構(gòu)架上，采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、TCP/IP技術(shù)、GPRS通信技術(shù)，處理來(lái)自各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)的報(bào)警信息及各種管理信息。這些數(shù)據(jù)通過(guò)分析、處理、校驗(yàn)等過(guò)程，保證報(bào)警信息及時(shí)、準(zhǔn)確地得到記錄分析，同時(shí)為維護(hù)部門(mén)提供需要的統(tǒng)計(jì)報(bào)表等分析數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)采用面向?qū)ο蟮募夹g(shù)，圍繞著設(shè)備對(duì)象，將與之相關(guān)的信息組成一個(gè)整體，可以實(shí)現(xiàn)面向不同應(yīng)用的要求。在基礎(chǔ)設(shè)備模型的基礎(chǔ)上建立設(shè)備的層次關(guān)系，以設(shè)備樹(shù)的形式直觀體現(xiàn)。

        系統(tǒng)設(shè)置一臺(tái)短信報(bào)警服務(wù)器，當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到故障發(fā)生時(shí)，將自動(dòng)通過(guò)短信服務(wù)器向指定的人員(多人同時(shí))發(fā)送報(bào)警信息，并記錄所有的報(bào)警信息。短信報(bào)警服務(wù)器依賴GSM網(wǎng)絡(luò)來(lái)收發(fā)短信息。它使用一個(gè)10Base.T以太網(wǎng)接口連接網(wǎng)絡(luò);一個(gè)GSM模塊用來(lái)收發(fā)報(bào)警短消息。

        系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)，提供標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)接口。各種數(shù)據(jù)和運(yùn)行日志被記錄于標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)庫(kù)中，支持現(xiàn)有的EXECL辦公軟件直接生成相應(yīng)的報(bào)表。也給局方提供標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)發(fā)接口，容易嵌入到現(xiàn)有的MIS系統(tǒng)中，組成復(fù)雜應(yīng)用。如果用戶會(huì)制作網(wǎng)頁(yè)，可以按照自己的愛(ài)好生成喜歡的界面。

        (2)主要功能

        ①數(shù)據(jù)采集和處理;

        ②各種運(yùn)行故障通過(guò)短信告警;

        ③系統(tǒng)采用開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，提供二次開(kāi)發(fā)接口。

        四、GPRS的組網(wǎng)方案

        監(jiān)控中心采用APN專線，所有點(diǎn)都采用內(nèi)網(wǎng)固定IP的組網(wǎng)方式實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸。此種方案客戶中心通過(guò)一條2MAPN專線接入移動(dòng)公司GPRS網(wǎng)絡(luò)，雙方互聯(lián)路由器之間采用私有固定IP地址進(jìn)行廣域連接，在GGSN與移動(dòng)公司互聯(lián)路由器之間采用GRE隧道。為客戶分配專用的APN，普通用戶不得申請(qǐng)?jiān)揂PN。用于GPRS專網(wǎng)的SIM卡僅開(kāi)通該專用APN，限制使用其他APN。得到APN后，給所有監(jiān)控點(diǎn)及中心分配移動(dòng)內(nèi)部固定IP。移動(dòng)終端和服務(wù)器平臺(tái)之間采用端到端加密，避免信息在整個(gè)傳輸過(guò)程中可能的泄漏。雙方采用防火墻進(jìn)行隔離，并在防火墻上進(jìn)行IP地址和端El過(guò)濾。此種方案無(wú)論實(shí)時(shí)性、安全性和穩(wěn)定性都是最理想的。

        五、站端設(shè)備(RTU)

        5.1 配電房RTU主要功能

        (1)安全防護(hù)子功能

        門(mén)禁：身份確認(rèn)，禁止無(wú)卡人員進(jìn)入;紅外對(duì)射：有人進(jìn)入監(jiān)視區(qū)時(shí)告警。

        (2)環(huán)境監(jiān)控子功能

        主要監(jiān)視設(shè)備運(yùn)行的環(huán)境溫度、濕度，以及浸水情況，必要的時(shí)候可以遠(yuǎn)程啟停空調(diào)、風(fēng)機(jī)等設(shè)備。

        (3)電纜溫度監(jiān)測(cè)子功能

        主要監(jiān)視電纜頭溫度，當(dāng)發(fā)現(xiàn)溫度超過(guò)警戒值時(shí)立即告警，預(yù)防事故的發(fā)生。

        5.2安全防護(hù)子系統(tǒng)

        主要實(shí)現(xiàn)配電房安全防護(hù)和防盜的監(jiān)測(cè)，包括周界防護(hù)、門(mén)禁控制等。周界防護(hù)傳統(tǒng)使用紅外對(duì)射。門(mén)禁控制包括門(mén)磁檢測(cè)或者智能門(mén)禁系統(tǒng)。智能門(mén)禁系統(tǒng)通過(guò)配電房RTU對(duì)各控制器實(shí)施監(jiān)控、管理。

        5.3環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)

        環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)的主要任務(wù)是監(jiān)視各工作現(xiàn)場(chǎng)的溫度、濕度、漏水情況及外人侵入等。一旦出現(xiàn)異常，系統(tǒng)自動(dòng)告警，并可以自動(dòng)啟動(dòng)空調(diào)、風(fēng)扇或者抽水機(jī)等設(shè)備來(lái)除濕或者對(duì)電纜溝抽水。漏水和煙霧檢測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)量主要有：紅外檢測(cè);煙感檢測(cè);水浸檢測(cè);門(mén)禁檢測(cè)。數(shù)據(jù)采集終端是采集多種傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境中各種狀態(tài)信息。通過(guò)溫濕度傳感器檢測(cè)環(huán)境溫濕度值，還可以根據(jù)設(shè)定的上下限值產(chǎn)生溫濕度上下限報(bào)警;通過(guò)離子煙霧傳感器檢測(cè)火災(zāi)報(bào)警，通過(guò)浸水傳感器檢測(cè)地面或者電纜溝積水信息;通過(guò)被動(dòng)紅外探測(cè)傳感器、光電對(duì)射傳感器和門(mén)磁傳感器來(lái)檢測(cè)非法侵入報(bào)警。通過(guò)對(duì)上述信息的監(jiān)視來(lái)完成配電房安全防護(hù)、電纜溝進(jìn)水和煙霧檢測(cè)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

        5.4 電纜頭溫度監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)

        電纜接頭溫度在線檢測(cè)子系統(tǒng)，主要是針對(duì)環(huán)網(wǎng)柜、開(kāi)關(guān)柜中電纜接頭因絕緣老化或接觸不良等故障的早期預(yù)警而設(shè)計(jì)。當(dāng)電纜存在故障隱患造成電纜或電纜頭溫度升高并超過(guò)設(shè)定的報(bào)警限值時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警。并顯示發(fā)生報(bào)警點(diǎn)的位置及記錄發(fā)生報(bào)警的時(shí)間，及時(shí)準(zhǔn)確指導(dǎo)檢修和故障查找工作，從而有效防止電纜故障的發(fā)生和擴(kuò)大。

        本系統(tǒng)采用“差分比較法”來(lái)判斷電纜溫度是否越限。即在每相電纜接頭處放置一個(gè)溫度傳感探頭，通過(guò)同回路三相探頭溫度的相對(duì)變化，當(dāng)相對(duì)變化超過(guò)一定值后，則認(rèn)為電纜接頭出現(xiàn)溫度過(guò)高情況，立即啟動(dòng)告警過(guò)程，將該信息發(fā)送到監(jiān)控中心。通過(guò)該方案解決了因線路負(fù)荷不同、季節(jié)溫度不同(冬、夏)所造成的溫度告警限值的不同，避免了系統(tǒng)的“故障誤報(bào)”。

        六、結(jié)論

        通過(guò)對(duì)該技術(shù)的研究和系統(tǒng)的投入使用，可以大大節(jié)省維護(hù)成本，提高事故預(yù)防能力，提高事故響應(yīng)速度，從而提高整個(gè)鐵路電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行水平，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。