基于GPRS的變電站電纜溝水位監(jiān)測系統(tǒng)的實現(xiàn)

姚勤豐

隨著變電站電氣設(shè)備運行年限的增加，發(fā)生故障的機率也逐年的提高。實踐證明，降低開關(guān)室內(nèi)的濕度，對室內(nèi)電氣設(shè)備有一定的保護作用。本裝置通過監(jiān)測電纜溝內(nèi)進水狀況，實時預(yù)警和自動啟動排水水泵，可有效杜絕電氣設(shè)備被水淹的風(fēng)險，也可顯著降低開關(guān)室內(nèi)的濕度，對保證開關(guān)室內(nèi)電氣設(shè)備的正常運行，降低安全事故有重要意義。

【關(guān)鍵詞】GPRS 變電站 電纜溝水位

浙江在我國的東部沿海地區(qū)位置，是于典型亞熱帶季風(fēng)氣候，夏季多雨，且8，9，10月份又會受到臺風(fēng)影響，因此這一帶容易出現(xiàn)汛情。短時間大量降水導(dǎo)致變電站積水，嚴(yán)重的甚至?xí)霈F(xiàn)內(nèi)澇，特別是對部分無人值班的變電站、開關(guān)站，如果不能及時發(fā)現(xiàn)并采取措施會引發(fā)開關(guān)室進水從而出現(xiàn)停電事故。本文所研究的基于GPRS的變電站電纜溝水位監(jiān)測系統(tǒng)，可及時將水位及水泵開停信息自動通過短信匯報給相關(guān)人員，及時自動啟動水泵，確保電纜溝內(nèi)各種電纜及開關(guān)室電氣設(shè)備的安全運行，有效提高工作效率及時采取相應(yīng)措施，避免事故擴大。

1 關(guān)鍵技術(shù)及技術(shù)總體路線

1.1 關(guān)鍵技術(shù)

1.1.1 水位測量的精確性

本裝置選擇了磁力浮子式水位傳感器是新一代的液位檢測、控制儀表，該傳感器具有精度高、可靠性好、響應(yīng)速度快、性能穩(wěn)定等的特性，且結(jié)構(gòu)簡單，安裝、使用、維修方便；它采用模擬信號，抗干擾能力強，適合于較遠距離的信號傳輸。

1.1.2 監(jiān)測主機的穩(wěn)定性

采用多層屏蔽設(shè)計以及多種抗干擾、防雷擊、防閃絡(luò)技術(shù)，確保系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠；通信模塊兼容鋰電池供電，以及低功耗設(shè)計和先進的電源管理手段，確保系統(tǒng)長時間可靠運行。

1.1.3 GSM通信實現(xiàn)

選用了市面上廣泛應(yīng)用、性能可靠的SIM900A通信模塊，實現(xiàn)短信及gprs數(shù)據(jù)傳輸，解決了分布式水位監(jiān)測通信難的問題。

1.1.4 裝置交流失電報警功能

在AC掉電后，后備電池繼續(xù)為MCU供電，MCU以低功耗模式運行，節(jié)約電池消耗，保證裝置在AC掉電后，通信模塊可持續(xù)運行一周，持續(xù)短信提醒相關(guān)人員恢復(fù)AC供電。

1.2 技術(shù)總體路線

本裝置是長時間無人職守的監(jiān)測系統(tǒng)，需要及時采集水位數(shù)據(jù)，在采集數(shù)據(jù)后，系統(tǒng)需要將數(shù)據(jù)傳向遠端監(jiān)測手機終端，同時根據(jù)設(shè)定的閥值啟動或停止相應(yīng)的水泵，實現(xiàn)自動排澇。系統(tǒng)應(yīng)用一種高性能、低功耗的單片機，對各個部分進行自動控制，以降低儀器的整體功耗；定時部分完成監(jiān)測周期的時間設(shè)定，當(dāng)定時時間到達時，儀器內(nèi)部的自控電路將自動依次選通各路模擬信號，完成放大和A/D轉(zhuǎn)換，并將A/D轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字信號存入RAM（數(shù)據(jù)存儲器）內(nèi)保存。單片機自動根據(jù)設(shè)定的算法和水位閥值，控制水泵的接觸器電源接通或斷開，同時啟動通訊程序，按照通訊程序的指令將存儲器內(nèi)的結(jié)果數(shù)據(jù)發(fā)送到設(shè)置的遠端監(jiān)測手機終端，實現(xiàn)報警提示的功能，最后將水位及水泵啟停信息以LCD的方式顯示在本地。

2 裝置系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)

通過裝置硬件框圖可以看出：整個系統(tǒng)包括電源及復(fù)位模塊、串口模塊、A/D采集模塊、控制模塊、GSM模塊和存儲器模塊。電源模塊為AC-DC，輸入AC220V，輸出一路5V和一路24V；液位傳感器的供電電源電源為24V，由電源模塊直接供電，單片機，調(diào)理運放等芯片的供電電源電壓為3.3V，而SIM900A的供電電源電壓為4.2V，這2路電源通過5V用兩個穩(wěn)壓芯片獲得，并且4.2V電壓的供電電流必須能達到2A以上，這是由GSM模塊的峰值電流所要求的。電源模塊同時具備備用電池，在AC掉電后，可以短信通知相關(guān)監(jiān)測終端手機。復(fù)位監(jiān)控部分為系統(tǒng)在開機時提供復(fù)位信號，并監(jiān)控系統(tǒng)工作的電壓是否正常，當(dāng)不正常時使系統(tǒng)復(fù)位，系統(tǒng)通過串口與GSM模塊接口。系統(tǒng)通過單片機的A/D通道采集來自傳感器的數(shù)據(jù)，通過控制繼電器的狀態(tài)來控制水泵的工作狀態(tài)。存儲器模塊為單片機內(nèi)部FLASH，用來存儲水位報警閥值及遠端監(jiān)測手機終端的手機號碼。硬件系統(tǒng)主要包括電源模塊、串口模塊、采集控制模塊、GSM模塊、存儲器模塊、顯示模塊及MCU控制模塊。圖1為整個系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)。

3 技術(shù)特點

集水位監(jiān)測及自動排澇控制于一體，在監(jiān)測到水位超限的時候，除了短信通知報警外，還可以自動啟動水泵進行抽水，可以避免人工排澇的不及時造成損失。水位報警值可以按照不同嚴(yán)重等級進行分別設(shè)置，報警通知的手機號碼也可以按照不同嚴(yán)重等級進行分別設(shè)置，當(dāng)監(jiān)測到不同水位報警值時，通知相應(yīng)級別的人員啟動相關(guān)應(yīng)急預(yù)案。在AC供電正常的情況下，裝置實時監(jiān)測水位狀態(tài)，只要監(jiān)測到水位異常，立即啟動相應(yīng)自動排澇控制程序及短信報警程序進行相關(guān)處理。采用了GSM模塊，同一個手機終端即可以分布式的實現(xiàn)不同站的水位監(jiān)測。水位信息以LCD的方式顯示在監(jiān)測裝置本地，站內(nèi)工作人員可以實時了解水位狀態(tài)。

4 功能實現(xiàn)

全國首創(chuàng)本裝置可自己發(fā)送報警短信，符合國網(wǎng)信息安全規(guī)定。（國內(nèi)其他廠家均通過gprs網(wǎng)絡(luò)上傳水位信息到遠程服務(wù)器，再通過遠程服務(wù)器發(fā)送報警短信）。全國首創(chuàng)裝置交流失電持續(xù)短信通知功能，提醒及時恢復(fù)交流工作電源。可分別設(shè)置多級（3級）水位報警，如超過0.3米給ABCDE發(fā)報警短信；如超過0.6米給FGHIJ發(fā)報警短信；如超過0.9米給KLMNO發(fā)報警短信。可以任意設(shè)置達到某一水位自動啟動相應(yīng)的水泵。水位采集時間間隔1s一次，可接入變電站輔助監(jiān)控平臺系統(tǒng)（預(yù)留接口）。每臺主機可以同時監(jiān)測3個水位監(jiān)測點和管理3組水泵的起動。APP實時查詢功能：基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的技術(shù)和理念，現(xiàn)場終端裝置可通過gprs網(wǎng)絡(luò)，將水位數(shù)據(jù)及水泵狀態(tài)上傳至設(shè)置在云端的阿里云服務(wù)器，可實現(xiàn)實時通過手機APP軟件查詢水位情況。

5 小結(jié)

本文對基于GPRS的變電站電纜水溝水位監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)置的設(shè)計思路、關(guān)鍵技術(shù)和整體的裝置等做出了具體的介紹，該系統(tǒng)的現(xiàn)場實施主要由施工單位完成。

5.1 實施準(zhǔn)備

包括人員準(zhǔn)備、技術(shù)準(zhǔn)備、進度時間安排表。

5.2 實行任務(wù)分解

主要是實施計劃的編制。

5.3 硬件環(huán)境準(zhǔn)備

列舉項目所需要的各項硬件設(shè)備。

5.4 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境準(zhǔn)備

項目部署所需要GSM網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的支持。

5.5 裝置現(xiàn)場選點安裝

對裝置的初始化數(shù)據(jù)進行設(shè)置。

5.6 實行系統(tǒng)培訓(xùn)

項目實施需要對客戶方進行系統(tǒng)的使用培訓(xùn)。

參考文獻

[1]李俊華，周冬成，姚育等.變電站電纜溝水災(zāi)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[J].消費電子，2014（20）：88-88.

[2]劉洋，劉濱，李明.一種變電站電纜溝運行狀態(tài)在線監(jiān)控系統(tǒng)[J].科技、經(jīng)濟、市場，2015（08）：163-163.

[3]徐堯錚，毛潭，段震.基于GPRS的地下水位監(jiān)測系統(tǒng)的實現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2012，35（15）：49-51.

作者單位

國網(wǎng)寧波供電公司 浙江省寧波市 315000