電力機房環(huán)境監(jiān)控與動力設備測控系統(tǒng)建設分析

時 光 孫雯雯

（中電裝備山東電子有限公司，山東 濟南 250000）

倘若將信息平臺當作現(xiàn)階段信息化社會的大腦，則電力系統(tǒng)就是信息化社會的心臟，為信息系統(tǒng)提供源源不斷的動力?？萍嫉拇罅Πl(fā)展，讓電力系統(tǒng)有擁有更為便捷和經(jīng)濟的生產(chǎn)運行與管理方式，基于無人值守的電力機房在電力系統(tǒng)中就是最為典型的一種方式。電力機房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)與動力設備測控系統(tǒng)主要是對相同的平臺上檢測環(huán)境、測控動力設備，并具有極強的安放監(jiān)控等一系列功能，同時能兼顧在線監(jiān)控電力機房的各個系統(tǒng)與環(huán)境，從根本上做到防患于未然，并且當電力機房設備與環(huán)境出現(xiàn)故障時，可以及時對其予以處理，避免因電力系統(tǒng)故障對社會造成不利影響，從而保障我國社會各項生產(chǎn)工作有序開展，實現(xiàn)國民的安定生活不受影響。

1 建設電力機房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)與動力設備測控系統(tǒng)的必要性與可行性

1.1 必要性

我國社會各個生產(chǎn)行業(yè)與管理機構能否順利開展工作，取決于電力系統(tǒng)的支持程度。倘若電力機房中缺少有效的環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)及動力設備測控系統(tǒng)，也就難以保障電力系統(tǒng)的正常運行，進而對各個電力機房中動力設備系統(tǒng)的運行與電網(wǎng)信息數(shù)據(jù)的有序運行造成嚴重的影響。例如在無人看守的機房中其設備出現(xiàn)火災、告警等危急狀況后，工作人員很難在第一時間接收或反饋并在第一時間加以解決，加上這種故障的可預見性較弱且無法有效防止。由此可見，擁有健全的環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)與動力設備測控系統(tǒng)能夠最大程度地保障電力配送的穩(wěn)定運行。

1.2 可行性

現(xiàn)階段，電力機房的環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)和動力設備測控系統(tǒng)的使用已經(jīng)相當廣泛，其商業(yè)化使用也愈發(fā)趨向于成熟。由于商用的機房需要對大量環(huán)境信息進行訪問，而且由于電力機房中的服務器每時每刻都在工作，所以機房中的環(huán)境數(shù)據(jù)信息對機房能否正常工作尤為重要。比如說因為機械室漏水和空調(diào)設備受損沒有發(fā)現(xiàn)，可能會造成機械室服務器的永久損失。另外，隨著動力裝備測控系統(tǒng)可用性的增加，為無人值守創(chuàng)造了必要的條件；動力設備測控系統(tǒng)不僅可以在線監(jiān)測設備實際的運行狀態(tài)，還按照相關規(guī)范提供較為標準的監(jiān)控接口，以此為開展集中監(jiān)控提供前提條件；對于商業(yè)化成熟應用的工控技術以及系統(tǒng)集成技術為實施集中監(jiān)控提供強有力的技術保障。相對于計算機機房中環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)與動力設備測控系統(tǒng)而言，有著極強的相似性，其監(jiān)控對象也是環(huán)境設備與動力設備，所以站在技術的角度上分析具有一定的可行性。

2 建設電力機房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)與動力設備測控系統(tǒng)的需求分析

通常情況下，電力機房中的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)與動力設備測控系統(tǒng)是應用在智能控制、電子監(jiān)控中，對供電線路的實際運行狀態(tài)、運行環(huán)境、空氣中的含塵量以及空調(diào)、除濕、除塵等一系列設備具體運行狀態(tài)的變量予以實時監(jiān)測，并詳細診斷其故障，對相關數(shù)據(jù)信息展開記錄與分析，以此來有效保證設備本身的安全與運行環(huán)境的穩(wěn)定性，進一步達到少人值守或是無人值守的成效。電力系統(tǒng)的監(jiān)控對象主要分為兩大類：環(huán)境監(jiān)控與動力設備測控，其中環(huán)境監(jiān)控有溫濕度、水浸、液位、消防、普通空調(diào)、精密空調(diào)、大型冷水機組、新風系統(tǒng)，同時大平臺可集成門禁系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)、IT 運維系統(tǒng)（服務器、路由器、交換機等運維監(jiān)控）；動力設備測控有高低壓輸配電系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)等。具體而言：

2.1 環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)需求

電力機房環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的要求主要有以下幾點：（1）煙霧監(jiān)測。對煙霧探測器、傳感器的實際運行狀態(tài)進行檢測，一旦煙霧濃度高于所設定的閾值水情將會在第一時間發(fā)出告警；（2）漏水檢測。對漏水檢測傳感器的狀態(tài)進行檢測，倘若發(fā)現(xiàn)水情將會立即發(fā)出告警，其監(jiān)控內(nèi)容有精密的空調(diào)主機、進出水管以及機房的漏水情況。滲漏檢測系統(tǒng)主要包括定位式和不定位式兩類。其中定位式主要是指對實際泄露地點的泄露系統(tǒng)進行詳細的預報；而不定位式則相反，能夠預報并發(fā)現(xiàn)水泄漏狀況，卻無法對泄露位置加以明確。系統(tǒng)主要由兩部分組成，分別是控制器、傳感器?？刂破鲗鞲衅鲗嶋H工作狀態(tài)加以監(jiān)視，在出現(xiàn)水情變化時會立即把報警信號上傳給監(jiān)測部門；而測漏傳感器包括線檢測與面檢測兩種類別，在機械室內(nèi)主要采用有線檢測。線檢測使用的是測漏繩，將出現(xiàn)水患的部位纏繞起來，當發(fā)生滲漏現(xiàn)象，將水接觸著檢測繩發(fā)出報警；（3）門禁監(jiān)測。實時監(jiān)控管理進出人員并給出正確的考勤結果，同時支持遠程查詢功能和門禁操作功能，在機房區(qū)域的主要部位裝設了門禁管理制度，以便于對進出人員實施有效的監(jiān)控管理，同時為了安全性考慮，門禁管理制度設計時采取了控制器和讀卡分離的結構。門禁系統(tǒng)主要由控制臺、感應式讀卡器、電控鎖和開門按鈕等裝置構成。通過機房的環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)主機，經(jīng)過互聯(lián)網(wǎng)與路由器、小型機等一系列設備建立良好的通信聯(lián)系，并在諸多網(wǎng)絡設備中直接得到各種信號信息，通訊過程采用國際上通用的簡單網(wǎng)絡管理協(xié)議；（4）視頻監(jiān)控。電力機房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)中集成視頻監(jiān)控，可以通過多個畫面切換、回放、存儲等多項功能，充分實現(xiàn)門磁聯(lián)動錄像，或是出現(xiàn)非法進入后，其自動錄像功能可以在第一時間打開燈光，發(fā)出告警；（5）防雷系統(tǒng)。對于防雷系統(tǒng)的監(jiān)控主要是檢測防雷模塊的具體工作狀態(tài)；（6）濕度監(jiān)控。各機房的重要區(qū)域裝有濕度監(jiān)測模塊，記錄濕度曲線供工作人員查看。如果空氣濕度超出規(guī)定范圍，可以立即開啟報警，并提示管理者適時調(diào)整空調(diào)的工作設定值或調(diào)節(jié)機室的設備分布狀況，可以使機械室整體的空氣濕度條件更加合理，從而保證了機房設備的安全平穩(wěn)工作；（7）精密空調(diào)監(jiān)控。通過現(xiàn)場監(jiān)測，可以全面檢測中央空調(diào)運行狀況，監(jiān)控著中央空調(diào)的各個主要組成部分的運行狀態(tài)與參數(shù)，并能夠通過機房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)管理功能遠程修改空調(diào)設置參數(shù)，從而實現(xiàn)精密中央空調(diào)系統(tǒng)的重啟工作[1]。

2.2 動力設備測控系統(tǒng)需求

電力機房動力設備測控系統(tǒng)的要求主要體現(xiàn)在以下三個方面：首先，輸配電系統(tǒng)。準確監(jiān)控配電系統(tǒng)中線電壓、相電流、頻率、功率參數(shù)、線電流等一系列參數(shù)與配電開關的運行狀態(tài)，當發(fā)現(xiàn)參數(shù)高于臨界值時發(fā)出告警；其次，發(fā)電系統(tǒng)。實時監(jiān)控發(fā)電機中的線電壓、相電流、頻率、功率參數(shù)、線電流等一系列參數(shù)與發(fā)電機中UPS 電源系統(tǒng)，當發(fā)現(xiàn)參數(shù)高于臨界值時發(fā)出告警；再者，操作柜UPS 電源與高低壓儲能柜UPS 電源。實時監(jiān)視高低壓儲能柜UPS 電源、逆變器、操作柜UPS 的內(nèi)部整流器等多個部分的實際工作狀況，如果有個別部分發(fā)生故障，系統(tǒng)將會在第一時刻提出報警。采用了由UPS 制造商所提出的通信協(xié)議和智能通信接口，對整個UPS 系統(tǒng)實施監(jiān)控管理，對整個UPS 的整流器、逆變器、電池、旁路、負載等各部分的工作狀況進行實時監(jiān)測，一旦任一部分設備發(fā)生了異常，機房的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)將會主動報警。在機房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)中，對UPS 設施的管理也必須采用只監(jiān)控，不管理的方式，這樣避免了由于機房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的故障所產(chǎn)生的停電風險[2]。

3 建設電力機房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)與動力設備測控系統(tǒng)的技術分析

3.1 選擇數(shù)據(jù)采集技術

對于終端數(shù)據(jù)采集通常會使用兩種方式來支持不同設備或是不同環(huán)境信號下對數(shù)據(jù)進行采集，分別是匯聚采集器與采集器。匯聚采集器通過電力載波通訊、RS-485 總線方式、ZigBee 技術來實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信；而采集器這是采用模/數(shù)轉(zhuǎn)換設備將時間持續(xù)變化的信號向數(shù)字信息予以轉(zhuǎn)化。

3.2 選擇實時告警技術

電力系統(tǒng)各個層級間的通信網(wǎng)絡主要有采集裝置、匯聚采集器、消息中間件等一系列采集子系統(tǒng)內(nèi)部的通信網(wǎng)絡。同時，依照不同地區(qū)、不同環(huán)境的實際網(wǎng)絡運輸成本，正確選用并適當融入電力載波通訊、RS-485 總線方式、ZigBee 技術的方式對數(shù)據(jù)信息進行傳輸。不僅如此，在監(jiān)控中心的軟件平臺與采集子系統(tǒng)的通信往往會使用消息中間件技術，因為消息中間件技術有著相對較高的商用化應用程度，利用在線提供消息、消息傳遞機制以及消息排隊模型，在分布式環(huán)境的背景下實現(xiàn)與平臺無關的數(shù)據(jù)信息通信[3]。

3.3 選擇傳輸子系統(tǒng)通信技術

對電力機房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)與動力設備測控系統(tǒng)的建設主要是想要借助電力系統(tǒng)所提供的告警功能與在線監(jiān)測功能，在第一時間發(fā)現(xiàn)故障并加以處理，防止因環(huán)境設備出現(xiàn)損壞、動力設備發(fā)生故障等諸多因素造成電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障。一般情況下，電力系統(tǒng)會使用無線MODEM 的方式將監(jiān)控中心的告警信息輸出當作是輸入，當發(fā)生告警時，可以及時將告警信息輸送到對應的值班人員或是維護人員手中。

4 建設電力機房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)與動力設備測控系統(tǒng)的結構分析

電力機房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)與動力設備測控系統(tǒng)主要由四部分構成，分別是采集子系統(tǒng)、監(jiān)控中心軟件平臺、用戶服務平臺、傳輸子系統(tǒng)。具體而言：

4.1 采集子系統(tǒng)

所謂的收集子系統(tǒng)就是收集環(huán)境監(jiān)測參數(shù)、動力設備監(jiān)測控制功能的有關參數(shù)，在整個系統(tǒng)中包括了采集模塊、智能系統(tǒng)、管理功能和傳感器。采集模塊一般使用的方法是分散型采集法，對每一種傳感器、監(jiān)測儀的數(shù)據(jù)信息進行收集，并將之轉(zhuǎn)換為各種檢測參數(shù)；控制功能主要是按照控制中心或軟件平臺所提出的各種控制指令，對智能裝置進行控制；而電信號功能則是通過將現(xiàn)場被檢測的信息，轉(zhuǎn)換為模擬量的模塊和相應裝置中所需的各種信息，進而達到對裝置的實時控制。此外，信息采集子系統(tǒng)中還劃分為漏水檢測模塊、視頻監(jiān)測模塊、氣溫和相對濕度檢測模塊、輸配電系統(tǒng)測控模塊、發(fā)電系統(tǒng)測控模塊與消防檢測模塊等[4]。

4.2 監(jiān)控中心軟件平臺

監(jiān)控中心軟件平臺具有收集并整理數(shù)據(jù)、控制設備以及存儲數(shù)據(jù)等諸多功能，真正實現(xiàn)對全部電力機房的統(tǒng)一管理，科學處理所收集到的原始數(shù)據(jù)將其提交給數(shù)據(jù)庫予以有效存儲；向用戶服務平臺提供有關用戶服務平臺、監(jiān)控管理中心的相關數(shù)據(jù)，準確接收用戶服務平臺所發(fā)出的設備指令，將接收到的指令向所監(jiān)控的智能設備中進行傳輸，進一步實現(xiàn)對相關設備的一種智能控制。除此之外，當設備出現(xiàn)故障并報警時，電力系統(tǒng)中監(jiān)控中心軟件平臺將會以多種報警方式通知工作人員、維護人員進行報警處理[5]。

4.3 用戶服務平臺

用戶服務平臺能夠在一定程度上實現(xiàn)系統(tǒng)用戶借助移動網(wǎng)絡、Internet 等多種方式接入到監(jiān)控中心軟件平臺上，充分實現(xiàn)對動力設備、環(huán)境設備、高低壓儲能柜ups 等一系列設備的實時監(jiān)測；實現(xiàn)對視頻的實時調(diào)用，全方位監(jiān)控電力機房內(nèi)部的實際情況；對各個監(jiān)測點的運行狀態(tài)與歷史資料進行詳細的收集并記錄；通過對報表的制定、編輯設備的管理，可以隨時顯示出現(xiàn)場的全部資料；對于所有的歷史數(shù)據(jù)信息、告警信息以及人員操作記錄可以實現(xiàn)存儲備份的功能。[6]

4.4 傳輸子系統(tǒng)

傳輸子系統(tǒng)的工作是將所采集到的數(shù)據(jù)信息完整傳送到監(jiān)控中心軟件平臺，通過電力載波通訊、RS-485 總線方式、ZigBee 技術等多種方式將測控數(shù)據(jù)與監(jiān)控數(shù)據(jù)向匯聚采集器進行傳輸。不僅如此，在采集子系統(tǒng)和監(jiān)控中心軟件平臺二者之間的通信普遍使用中間件技術，最大限度地實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。

總而言之，電力系統(tǒng)的正常運行對我國經(jīng)濟社會的有序運轉(zhuǎn)起到了關鍵性的保障作用，倘若電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障或者發(fā)生癱瘓，將會嚴重影響到國家經(jīng)濟和人民日常生活。所以，建立完善的電力機房環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)和動力設備測控系統(tǒng)，可以在極大程度上確保電力機房中通信設備的實際工作狀況和環(huán)境參數(shù)得到高效監(jiān)控，便于相關工作人員對其的管理與維護，確保電力系統(tǒng)的正常運行。