變電站電纜溝智能化綜合監(jiān)控防護(hù)系統(tǒng)

羅明蘇 段永超 吳超 蔡江 王成念 滕云

摘要：針對電纜溝常見多發(fā)故障要素，研究了一種電纜溝智能化綜合監(jiān)控防護(hù)系統(tǒng)：其具備多點溫度檢測、水位檢測、煙霧報警，主動防護(hù)等功能。系統(tǒng)采用分布式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，通過無線方式將監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。

關(guān)鍵詞：變電站；電纜溝；監(jiān)控

隨著變電站容量的增大，自動化水平相應(yīng)提高，電纜用量越來越多。變電站電纜溝規(guī)模也越來越龐大復(fù)雜，由于其位于地表下，檢修不便，往往成為變電站安全死角。地溝電纜故障發(fā)生通常為隱蔽漸進(jìn)方式，一旦發(fā)現(xiàn)事故癥狀，通常損失已難挽回，嚴(yán)重時還會影響到變電站的安全生產(chǎn)和運行[1]。

針對電纜溝常見多發(fā)故障要素，研究了一種電纜溝智能化綜合監(jiān)控防護(hù)系統(tǒng)：其具備多種傳感器裝置；采用分布式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)對電纜溝進(jìn)行實時監(jiān)測；通過無線方式將監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心；具備智能化主動防護(hù)功能。

1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

由于本產(chǎn)品主要部分應(yīng)用于電纜溝內(nèi)部，必須適應(yīng)電纜溝特殊環(huán)境的應(yīng)用要求。產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)形式，供電方式，安裝和連接方式，數(shù)據(jù)傳輸方式都必須進(jìn)行統(tǒng)一的考慮。為此，將整個系統(tǒng)分為3個主要部分：分布式模塊、電纜溝工作站和監(jiān)控工作站。系統(tǒng)機構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

分布式模塊作為整個監(jiān)控防護(hù)網(wǎng)絡(luò)的功能節(jié)點。是裝備各種傳感器，對所在位置的電纜溝進(jìn)行實時監(jiān)測，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)總線與上位機進(jìn)行交互相。

2分布式模塊

分布式模塊作為整個監(jiān)控防護(hù)網(wǎng)絡(luò)的功能節(jié)點,對各種傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)總線與上位機進(jìn)行交互相。主要包括數(shù)字微控制器、溫度傳感器、煙霧探測器、水位傳感器和驅(qū)動接口等功能部件

圖2 分布式模塊功能結(jié)構(gòu)圖

2.1數(shù)字微控制器。字微控制器選用C8051F020單片機。該單片機采用了增強的CIP-51內(nèi)核，其指令集與MCS-51完全兼容，具有標(biāo)準(zhǔn)8051的組織架構(gòu)，可以使用標(biāo)準(zhǔn)的803x/805x匯編器和編譯器進(jìn)行軟件開發(fā)。CIP-51采用流水線結(jié)構(gòu)，70%的的指令執(zhí)行時間為1或2個系統(tǒng)時鐘周期，是標(biāo)準(zhǔn)8051指令執(zhí)行速度的12倍，可以保證系統(tǒng)對多個傳感器進(jìn)行輪詢處理的同時，與上位機順暢通訊。

該單片機集成了豐富的模擬資源，集成了12位ADC和8位ADC，前者在片內(nèi)模擬開關(guān)的作用下可實現(xiàn)對多路模擬信號的采集轉(zhuǎn)換；后者具有500kHz的采樣速率，可以滿足電纜溝工作站各種接口需求。

2.2溫度傳感器。滿足對多根電纜溫度的實時檢測，本方案選用美國DALLAS公司生產(chǎn)的 DS18B20可組網(wǎng)數(shù)字溫度傳感器。其采用獨特的單線接口方式，在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊； 測溫范圍 －55℃～＋125℃，固有測溫分辨率0.5℃；支持多點組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，最多能并聯(lián)8個；非常適合本項目產(chǎn)品的應(yīng)用。傳感器與單片機接口原理如下圖。

圖3 溫度傳感陣列與單片機的接口

2.3煙霧探測器。煙霧粒子對光的吸收和散射作用，光電感煙式火災(zāi)探測器可分為減光式和散射光式兩種類型。散射光型光電感煙探測器目前已經(jīng)成為主流。

圖4 光電感煙探測器原理示意圖

當(dāng)空間高度為6m～12m時，一個探測器的保護(hù)面積，對一般保護(hù)場所而言為80m2?？臻g高度為6m以下時，保護(hù)面積為60m2。完全滿足本項目需要

2.4水位檢測器。免由于排水裝置堵塞等故障導(dǎo)致電纜溝積水引發(fā)故障，在分布式模塊設(shè)置水位檢測器。為減小體積，選用了超聲水位檢測原理。超聲波液位儀是一種智能型非接觸式液位測量儀表。產(chǎn)品具有自動功率調(diào)整，增益控制，溫度補償，采用先進(jìn)的檢測技術(shù)和計算技術(shù)，提高儀表的測量精度，對干擾回波有抑制功能，保證測量結(jié)果的真實。產(chǎn)品可廣泛用于各種液體的液位和固體的物位的測量，也可用于距離的測量。

2.5驅(qū)動接口，動接口的功能是：當(dāng)設(shè)置好傳感器的正常工作范圍后，如果超出此范圍，則可配置為驅(qū)動接口動作，從而驅(qū)動特定的外部設(shè)備。例如，當(dāng)檢測到煙霧時，可以通過觸發(fā)驅(qū)動接口啟動外部抽風(fēng)、滅火或音響報警裝置。實現(xiàn)電纜溝的主動檢測與防護(hù)。

3電纜溝工作站

電纜溝工作站安裝于靠近電纜溝的地面，其主要功能是將外接的220V電源轉(zhuǎn)換為24VDC供給各分布式模塊，并將各分布式模塊的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總后，通過無線電傳輸?shù)奖O(jiān)控工作站。

電源轉(zhuǎn)換擬選用AC/DC原理，其具有效率高、功率大、發(fā)熱少等優(yōu)點。

電纜溝工作站與各分布式模塊采用485總線連接，通訊協(xié)議為MODBUS 協(xié)議。MODBUS協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協(xié)議,控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)（例如以太網(wǎng)）和其它設(shè)備之間可以通信。它已經(jīng)成為一通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。有了它,不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò),進(jìn)行集中監(jiān)控。此協(xié)議定義了一個控制器能認(rèn)識使用的消息結(jié)構(gòu),而不管它們是經(jīng)過何種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的。它描述了一控制器請求訪問其它設(shè)備的過程,如果回應(yīng)來自其它設(shè)備的請求,以及怎樣偵測錯誤并記錄。它制定了消息域格局和內(nèi)容的公共格式。非常適合本項目的應(yīng)用要求。

4監(jiān)控工作站

監(jiān)控工作站配置于機房內(nèi)部，通過無線收發(fā)裝置與工作站進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。工作站軟件實時顯示各分布式模塊的傳感器參數(shù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄；對各模塊的工作參數(shù)進(jìn)行設(shè)定和配置。

本方案選用一臺臺式計算機作為軟件運行平臺。計算機與無線收發(fā)裝置相連，實現(xiàn)與電纜溝工作站間的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸。

監(jiān)控軟件運行于WindowsXP操作系統(tǒng)，具有界面友好，操作簡便的特點。

結(jié)束語

本系統(tǒng)經(jīng)過現(xiàn)場安裝調(diào)試和試運行，無線數(shù)據(jù)通訊穩(wěn)定暢通，期間不間斷地采集了電纜溝溫度、水位、煙霧等實時數(shù)據(jù)。監(jiān)控工作站能遠(yuǎn)程及時掌握電纜溝各溫度監(jiān)測點的溫度變化情況，數(shù)據(jù)自動采集；溫度以曲線進(jìn)行直觀顯示，超溫報警直觀醒目，減輕了監(jiān)護(hù)勞動強度；各種數(shù)據(jù)進(jìn)行按日期自動存貯，便于后期備份與檢索;水位模擬測試結(jié)果與實際狀況相符，能夠及時準(zhǔn)確反應(yīng)水位變化。水位顯示直觀，記錄數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，實際應(yīng)用中能準(zhǔn)確及時反應(yīng)電纜溝積水情況；進(jìn)行了煙霧監(jiān)測模擬測試，測試結(jié)果表明煙霧監(jiān)測準(zhǔn)確可靠，靈敏度高，監(jiān)控站能及時輸出報警信號；主動防護(hù)接口控制方式靈活、動作穩(wěn)定可靠，能夠?qū)崿F(xiàn)智能監(jiān)控和防護(hù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 粱雋鳴，葉伯穎，變電站電纜防火措施的探討[J].光纖與電纜及其應(yīng)用技術(shù),2004年,第4期

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請以PDF形式查看。