配電所環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的探討

周 丹,徐 鍵,高志強

(1.中鐵第四勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司,武漢 430063;2.向莆鐵路股份有限公司,福州 350000;3.內(nèi)蒙古集通鐵路股份有限公司,呼和浩特 010050)

配電所環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的探討

周 丹1,徐 鍵2,高志強3

(1.中鐵第四勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司,武漢 430063;2.向莆鐵路股份有限公司,福州 350000;3.內(nèi)蒙古集通鐵路股份有限公司,呼和浩特 010050)

傳統(tǒng)的配電所監(jiān)控系統(tǒng)只是對配電所內(nèi)各種設(shè)備的電氣量進(jìn)行監(jiān)視與控制,而對于影響配網(wǎng)安全運行的其他方面如電纜頭溫度過高、人員非法闖入、設(shè)備間漏水等“非電氣”故障缺乏有效監(jiān)視,這些問題的發(fā)現(xiàn)只能靠人員巡視或者視頻監(jiān)控來實現(xiàn)。根據(jù)過去大量現(xiàn)場運行的事故分析可以看出,很多電氣故障正是由于上述“小”問題發(fā)現(xiàn)不及時,對“非電氣”故障隱患不能及時處理,使設(shè)備一直在帶病運行。隨著時間的增加,故障點“小”問題逐步演變?yōu)榇蠊收?從而造成設(shè)備及電網(wǎng)事故,影響正常生產(chǎn),給鐵路企業(yè)造成經(jīng)濟(jì)和信譽的重大損失。大量的事故就是因為環(huán)境溫度、設(shè)備凝露等小問題造成的。主要探討建立一套對影響安全運行的“非電氣”故障進(jìn)行綜合監(jiān)控的系統(tǒng),對配電設(shè)備運行狀態(tài)實現(xiàn)在線監(jiān)測,以達(dá)到對故障早預(yù)報的目的。

配電所;監(jiān)控中心;RTU;GPRS;溫濕度監(jiān)測

目前,各種基于配網(wǎng)的自動化系統(tǒng)已經(jīng)日趨完善,越來越多的配電所、箱變、開關(guān)等實現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控。但目前各種配網(wǎng)自動化系統(tǒng)功能主要是對配電房、環(huán)網(wǎng)柜、柱上開關(guān)等一次設(shè)備實現(xiàn)“電氣”監(jiān)控功能。而對于影響配網(wǎng)安全運行的其他方面如電纜頭溫度過高、人員非法闖入、設(shè)備間漏水等“非電氣”故障并沒有監(jiān)控。而很多故障正是由于這些小問題發(fā)現(xiàn)不及時,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行的綜合監(jiān)控系統(tǒng),對配網(wǎng)設(shè)備的運行狀態(tài)及影響配網(wǎng)安全運行的因素實現(xiàn)在線監(jiān)測,使配網(wǎng)管理實現(xiàn)“可控”、“在控”。從而徹底改變過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。

1 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)測單元

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

(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)對收到的信息進(jìn)行分析處理,形成故障狀態(tài)信息。同時作為子站,向主站上傳故障狀態(tài)。完成整個故障狀態(tài)的監(jiān)測和報警。

本系統(tǒng)也可以接入已經(jīng)實施 SCADA系統(tǒng)主站。針對環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用軟件通過在 SCADA平臺上擴(kuò)展實現(xiàn)(圖2)。

圖2 功能框圖

2 監(jiān)控系統(tǒng)功能及特點

(1)實時監(jiān)測功能

可以實時監(jiān)測線路的短路故障信息(預(yù)留)。

(2)主動告警功能

可以主動上報運行環(huán)境數(shù)據(jù)。告警信息實時記錄到數(shù)據(jù)庫中,可根據(jù)需要長期保存;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在數(shù)據(jù)庫中,便于統(tǒng)計分析;可以按照用戶要求生成各種統(tǒng)計報表、圖表。根據(jù)告警的不同拓?fù)湮恢煤透婢愋?提供數(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

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

(6)設(shè)備狀態(tài)定時上報

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

3 監(jiān)控中心

(1)系統(tǒng)軟件

本系統(tǒng)是一個監(jiān)控管理綜合軟件平臺,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),處理來自各個現(xiàn)場的報警信息及各種管理信息。這些數(shù)據(jù)通過分析、處理、校驗等過程,保證報警信息及時、準(zhǔn)確地得到記錄分析,同時為維護(hù)部門提供需要的統(tǒng)計報表等分析數(shù)據(jù)。

本系統(tǒng)采用面向?qū)ο蟮募夹g(shù),圍繞著設(shè)備對象,將與之相關(guān)的信息組成一個整體,可以實現(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)備樹的形式直觀體現(xiàn)。

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

系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫,提供標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)庫訪問接口。各種數(shù)據(jù)和運行日志被記錄于標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)庫中,支持現(xiàn)有的 EXECL辦公軟件直接生成相應(yīng)的報表。也給局方提供標(biāo)準(zhǔn)的開發(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。如果用戶會制作網(wǎng)頁,可以按照自己的愛好生成喜歡的界面。

(2)主要功能

①數(shù)據(jù)采集和處理;

②各種運行故障通過短信告警;

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

4 GPRS的組網(wǎng)方案

監(jiān)控中心采用 APN專線,所有點都采用內(nèi)網(wǎng)固定IP的組網(wǎng)方式實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸。此種方案客戶中心通過一條 2M APN專線接入移動公司 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,普通用戶不得申請該APN。用于 GPRS專網(wǎng)的 SIM卡僅開通該專用 APN,限制使用其他 APN。得到 APN后,給所有監(jiān)控點及中心分配移動內(nèi)部固定 IP。移動終端和服務(wù)器平臺之間采用端到端加密,避免信息在整個傳輸過程中可能的泄漏。雙方采用防火墻進(jìn)行隔離,并在防火墻上進(jìn)行 IP地址和端口過濾。此種方案無論實時性、安全性和穩(wěn)定性都是最理想的。

5 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

門禁：身份確認(rèn),禁止無卡人員進(jìn)入;

紅外對射：有人進(jìn)入監(jiān)視區(qū)時告警。

(2)環(huán)境監(jiān)控子功能

主要監(jiān)視設(shè)備運行的環(huán)境溫度、濕度,以及浸水情況,必要的時候可以遠(yuǎn)程啟?？照{(diào)、風(fēng)機等設(shè)備。

(3)電纜溫度監(jiān)測子功能

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

5.2 安全防護(hù)子系統(tǒng)

主要實現(xiàn)配電房安全防護(hù)和防盜的監(jiān)測,包括周界防護(hù)、門禁控制等。周界防護(hù)傳統(tǒng)使用紅外對射。門禁控制包括門磁檢測或者智能門禁系統(tǒng)。智能門禁系統(tǒng)通過配電房 RTU對各控制器實施監(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)自動告警,并可以自動啟動空調(diào)、風(fēng)扇或者抽水機等設(shè)備來除濕或者對電纜溝抽水。

漏水和煙霧檢測系統(tǒng)的監(jiān)測量主要有：紅外檢測;煙感檢測;水浸檢測;門禁檢測。

數(shù)據(jù)采集終端是采集多種傳感器,實時監(jiān)測環(huán)境中各種狀態(tài)信息。通過溫濕度傳感器檢測環(huán)境溫濕度值,還可以根據(jù)設(shè)定的上下限值產(chǎn)生溫濕度上下限報警;通過離子煙霧傳感器檢測火災(zāi)報警,通過浸水傳感器檢測地面或者電纜溝積水信息;通過被動紅外探測傳感器、光電對射傳感器和門磁傳感器來檢測非法侵入報警。通過對上述信息的監(jiān)視來完成配電房安全防護(hù)、電纜溝進(jìn)水和煙霧檢測的實時監(jiān)測。

5.4 電纜頭溫度監(jiān)測子系統(tǒng)

電纜接頭溫度在線檢測子系統(tǒng),主要是針對環(huán)網(wǎng)柜、開關(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。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設(shè)定的報警限值時,系統(tǒng)發(fā)出報警。并顯示發(fā)生報警點的位置及記錄發(fā)生報警的時間,及時準(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”來判斷電纜溫度是否越限。即在每相電纜接頭處放置一個溫度傳感探頭,通過同回路三相探頭溫度的相對變化,當(dāng)相對變化超過一定值后,則認(rèn)為電纜接頭出現(xiàn)溫度過高情況,立即啟動告警過程,將該信息發(fā)送到監(jiān)控中心。通過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”。

6 結(jié)論

通過對該技術(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,從而提高整個鐵路電力系統(tǒng)的安全運行水平,提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]陳曾平,王 偉.電信交換機房環(huán)境自動監(jiān)視監(jiān)控系統(tǒng)[J].電子技術(shù)應(yīng)用,1998(2).

[2]焦 騰,姜衛(wèi)東.一種遠(yuǎn)程多點監(jiān)測系統(tǒng)的通信組網(wǎng)方案[J].電子工程師,2001(4)：21-25.

[3]汪衛(wèi)平.交聯(lián)聚乙烯電力電纜終端頭炸頭原因分析[J].西北電力技術(shù),2002(4).

[4]張 毅,張宏建,徐 燕.短消息平臺在環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].工業(yè)控制計算機,2004(5).

[5]歐陽智輝.在 GPRS網(wǎng)絡(luò)中傳輸列尾信息[A].GSM-R移動通信及無線電管理學(xué)術(shù)會議論文集[C].2006.

[6]李 敏,孟 臣.數(shù)字式溫濕度傳感器 SHT15及其應(yīng)用[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用,2003(11).

[7]沈 陽.基站巡檢及機房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)終端設(shè)計[D].電子科技大學(xué),2006.

[8]溫欣玲,陳 宇.基于紅外技術(shù)安全保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].微計算機信息,2007(16).

[9]龍慶華,陳志遠(yuǎn).計算機多路溫濕度自動監(jiān)測系統(tǒng)[J].云南電力技術(shù),2007,35(4).

[10]臧懷泉,李海生,范亞偉.基于 GSM的溫濕度遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)[J].微計算機應(yīng)用,2005,26(2).

[11]韓斌杰.GPRS原理及其網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化[M].北京：機械工業(yè)出版社,2003.

U 224.3+1

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1004-2954(2010)07-0114-03

2010-05-11

周 丹(1964—),男,高級工程師,1988年畢業(yè)于東南大學(xué)電力系統(tǒng)及自動化專業(yè)。