變電站智能排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

◎周圣杰 潘繼元 黃萱

在一部分老的變電站的中，因?yàn)楹鲆曢_(kāi)關(guān)室電纜溝電纜出線處的封堵、密封，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行容易發(fā)生龜裂，甚至脫離，從而發(fā)生滲滴現(xiàn)象，造成電纜溝積水。如果開(kāi)關(guān)柜與電纜溝之間的封堵不嚴(yán)密，隨著電纜溝的積水增多，開(kāi)關(guān)柜內(nèi)濕度就會(huì)隨之不斷上升，引起設(shè)備潮濕而放電，損害變電站的電力設(shè)備，對(duì)變電站的安全維護(hù)造成極大的影響。新建的變電站大都使用單一的排水系統(tǒng)，當(dāng)測(cè)量設(shè)備或排水設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，若巡檢人員沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)，也會(huì)危害變電站的正常運(yùn)行。為了確保變電站的安全運(yùn)行，本文設(shè)計(jì)了一種變電站的智能排水系統(tǒng)，通過(guò)處理器可以智能的控制排水系統(tǒng)的運(yùn)作，當(dāng)發(fā)生故障會(huì)實(shí)時(shí)報(bào)警，且維護(hù)人員可以遠(yuǎn)程監(jiān)控各變電站電纜溝的水位和工作情況，可以實(shí)時(shí)控制排水系統(tǒng)并及時(shí)發(fā)現(xiàn)排除故障，并在排水口處裝設(shè)水流開(kāi)關(guān)，保障排水泵的正常工作。

一、變電站智能排水系統(tǒng)的研究背景

在變電站開(kāi)關(guān)室下的電纜夾層是放置電纜的地方，這些電纜往往連接開(kāi)關(guān)室的儀器與遠(yuǎn)處的控制端。在電纜處出線處往往需要進(jìn)行嚴(yán)密的封堵，但是由于封堵老化、暴雨、排水不暢等問(wèn)題，形成電纜夾層積水，當(dāng)積水蒸發(fā)時(shí)可能會(huì)進(jìn)入到上方的開(kāi)關(guān)柜中，引起電氣設(shè)備潮濕而放電，甚至擊穿而引發(fā)事故。

大部分變電站都不能及時(shí)采取措施，只有工作人員巡視觀察到有水時(shí)，通過(guò)人工裝設(shè)排水泵進(jìn)行排水。這樣需要巡檢人員每日進(jìn)行檢查，大量浪費(fèi)人力物力。而且電纜夾層為大面積平地，通過(guò)單一的排水泵，不能完全排凈電纜夾層中的積水，仍會(huì)危害開(kāi)關(guān)室各設(shè)備的安全。

隨著智能變電站的不斷發(fā)展，可以通過(guò)智能化手段解決排水系統(tǒng)的問(wèn)題。

二、變電站智能排水系統(tǒng)的構(gòu)成

變電站智能排水系統(tǒng)包括電源模塊、測(cè)量模塊、控制處理模塊和遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊四個(gè)模塊。

1.電源模塊。變電站智能排水系統(tǒng)通過(guò)智能開(kāi)關(guān)柜使用站用電進(jìn)行供電源供給。將220v的交流電直接供給排水泵和除濕設(shè)備，搭建電路通過(guò)直流電源供應(yīng)器將220V交流電轉(zhuǎn)化為24V直流電，供給測(cè)量模塊與處理器模塊。

2.測(cè)量模塊。變電站智能排水系統(tǒng)的測(cè)量模塊包括溫濕度傳感器和液位傳感器。用于測(cè)量蓄水池的液位高度與電纜夾層的濕度，并傳輸給控制處理模塊。

3.控制處理模塊。變電站智能排水系統(tǒng)的控制處理模塊包括處理器、流量開(kāi)關(guān)、除濕設(shè)備、排水泵、智能開(kāi)關(guān)柜和HMI人機(jī)交互界面。用于處理測(cè)量到的數(shù)據(jù)，并控制進(jìn)行排水除濕。

4.遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊。變電站智能排水系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊包括紅外線高清攝像機(jī)、服務(wù)器。用于將采集到的液位信息、視頻信息等傳輸?shù)竭h(yuǎn)處的監(jiān)控端。

變電站智能排水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如下：

三、變電站智能排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

智能排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要分為以下幾個(gè)部分：

1.電纜夾層增挖蓄水池匯集積水。因?yàn)殡娎|夾層面積較大，當(dāng)積水較淺時(shí)不能很好地利用排水泵進(jìn)行排水，所以在電纜夾層的地面低洼處挖設(shè)一個(gè)蓄水池，以匯集在電纜夾層的積水。

2.在蓄水池安裝液位傳感器、排水泵、標(biāo)尺和排水管道用于排水。在蓄水池內(nèi)安裝一個(gè)豎直長(zhǎng)方形標(biāo)尺，正面標(biāo)有刻度，側(cè)面面安裝有三個(gè)液位傳感器。安裝有主備兩臺(tái)排水泵，以防止主排水泵發(fā)生故障，保證排水工作的正常運(yùn)行。架設(shè)排水管道將蓄水池中的水利用排水泵通過(guò)管道排放到適合的地方。蓄水池示意圖如下：

圖2 蓄水池內(nèi)部示意圖

3.液位傳感器的控制方案。

（1）當(dāng)水位達(dá)到上方的液位傳感器a時(shí)，由液位傳感器a傳輸信號(hào)，導(dǎo)通電源，控制主排水泵工作；

（2）若長(zhǎng)時(shí)間水位高于液位傳感器a，則會(huì)自動(dòng)打開(kāi)備用排水泵工作；

（3）若同時(shí)打開(kāi)主備兩臺(tái)排水泵仍無(wú)改善，并且水位達(dá)到最上方的超水位液位傳感器x時(shí)，將會(huì)再次發(fā)送信號(hào)打開(kāi)主備兩個(gè)排水泵，并觸發(fā)站內(nèi)的蜂鳴器報(bào)警，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將情況反映給遠(yuǎn)程監(jiān)控端；

（4）當(dāng)水位低于液位傳感器b，則斷開(kāi)電源連接，關(guān)閉排水泵；

（5）當(dāng)液位傳感器b失靈，水位低于最下方的液位傳感器c時(shí)，強(qiáng)制關(guān)閉排水泵，起到保護(hù)水泵的作用。

4.裝設(shè)水流開(kāi)關(guān)保證排水泵的正常運(yùn)行。當(dāng)蓄水池水已經(jīng)排光，如果傳感器b、c皆失靈，不能有效地切斷排水泵工作，則會(huì)造成排水泵空轉(zhuǎn)，若不及時(shí)切斷，則會(huì)燒壞排水泵。為保護(hù)排水泵的正常運(yùn)行，在排水管道中加入流量開(kāi)關(guān)。

當(dāng)排水排正常工作時(shí)，通過(guò)水流可以頂開(kāi)流量開(kāi)關(guān)的閥門(mén)，打開(kāi)流量開(kāi)關(guān)；當(dāng)水排盡后，因?yàn)榕挪怀鏊?，閥門(mén)會(huì)自動(dòng)閉合，流量開(kāi)關(guān)就會(huì)關(guān)閉，經(jīng)過(guò)短暫延時(shí)后則會(huì)強(qiáng)行切斷排水泵供電停止工作，達(dá)到保護(hù)排水泵的效果；經(jīng)過(guò)10分鐘延時(shí)會(huì)再次接通電源，若排水泵啟動(dòng)仍不能打開(kāi)水流開(kāi)關(guān)，則強(qiáng)行切斷排水泵供電，并報(bào)警。

5.特殊環(huán)境下的濕度處理。遇到炎熱天氣，如果積水沒(méi)有達(dá)到液位傳感器a的位置，但水大量蒸發(fā)同樣會(huì)危害上方開(kāi)關(guān)室，所以在電纜夾層安裝濕度傳感器與除濕設(shè)備。當(dāng)濕度超過(guò)設(shè)定值就會(huì)啟動(dòng)除濕設(shè)備進(jìn)行工作。

6.搭建遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。通過(guò)建立服務(wù)器與處理器相連接，可以將采集到的數(shù)據(jù)和報(bào)警信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸?shù)街悄荛_(kāi)關(guān)柜旁的HMI人機(jī)交互界面和遠(yuǎn)端的監(jiān)控室，有助有巡視人員和遠(yuǎn)程監(jiān)控人員實(shí)時(shí)了解水位濕度情況。由于電纜夾層光線昏暗，通過(guò)安裝紅外線高清攝像頭可以在收到報(bào)警信號(hào)后，通過(guò)標(biāo)尺對(duì)蓄水池情況進(jìn)行實(shí)時(shí)檢查，實(shí)施相應(yīng)的排障方案。

四、總結(jié)

通過(guò)變電站智能排水系統(tǒng)，可以在無(wú)人值守的情況下有效地排去電纜夾層的積水，有助于建設(shè)智能變電站。通過(guò)服務(wù)器可以將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程監(jiān)控端，并在傳感器、水泵失靈時(shí)進(jìn)行雙端報(bào)警。通過(guò)安裝流量開(kāi)關(guān)可以有效地延長(zhǎng)排水泵的使用壽命，提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性。