淺析新型高壓開關(guān)配電室環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

張穎姣

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要:針對(duì)目前高壓開關(guān)配電室環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在可靠性、擴(kuò)展性、靈活性、方使性等方面存在的問題，提出一種新型環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。系統(tǒng)由SIEMENS可編程控制器(PLC)及傳感器等組成，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)高壓開關(guān)配電寶環(huán)境中SF6氣體濃度、氧氣含量、環(huán)境溫濕度等參數(shù)。本系統(tǒng)具有可靠性高、擴(kuò)充方便、性能穩(wěn)定、維護(hù)方便、抗干撫能力強(qiáng)等特點(diǎn)，可有效地保障進(jìn)入高壓開關(guān)配電室現(xiàn)場(chǎng)的工作人員的人身安全。

關(guān)鍵詞:高壓開關(guān)配電室:SF6:環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

0.引言

高壓開關(guān)是智能電網(wǎng)重要組成部分，高壓開關(guān)安全可靠運(yùn)行，是整個(gè)電網(wǎng)安全運(yùn)行的重要保證。目前，高壓開關(guān)均采用SF6氣體作為絕緣保護(hù)氣體，在常溫下SF6是一種無色無味的氣體，純凈的SF6體本身無毒，但經(jīng)過高壓、電弧作用后的分解產(chǎn)物中包含多種有毒的氣體，一旦有毒的氣體泄漏到高壓開關(guān)室環(huán)境中，將會(huì)給高壓開關(guān)室內(nèi)工作人員的健康帶來嚴(yán)重危害，因此，對(duì)高壓開關(guān)室環(huán)境中是否有SF6氣體泄漏進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。同時(shí)，我國(guó)電業(yè)安全操作規(guī)程中也明確提出，在高壓開關(guān)配電室應(yīng)安裝環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并要求系統(tǒng)具有SF6氣體濃度超標(biāo)自動(dòng)啟動(dòng)排風(fēng)扇進(jìn)行排風(fēng)的功能。

1.環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存在的問題

1.1SF6氣體濃度傳感器的選用

SF6氣體濃度傳感器是整個(gè)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的重要組成部分，該傳感器質(zhì)量的好壞，工作是否可靠直接決定環(huán)境中SF6氣體濃度檢測(cè)的準(zhǔn)確性，進(jìn)而決定系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)排風(fēng)扇控制的準(zhǔn)確性。

目前，市場(chǎng)上SF6氣體濃度傳感器主要采用以下幾種原理:半導(dǎo)體原理、激光原理、電化學(xué)原理、紅外吸收原理。半導(dǎo)體原理的SF6氣體濃度傳感器不能定量測(cè)量，只能定性檢測(cè)，會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)漏報(bào)警和誤報(bào)警的現(xiàn)象:激光原理的SF6濃度傳感器定量檢測(cè)精度不高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、激光管易碎、維護(hù)困難:電化學(xué)原理的SF6濃度傳感器，定量檢測(cè)精度較高，但需要經(jīng)常更換傳感器的膜片和電解液，不易維護(hù)。

1.2檢測(cè)信號(hào)的輸出形式

在傳感器信號(hào)的輸出形式上，主要有4~20mA模擬量輸出形式和RS485總線輸出兩種輸出形式。

4~20mA模擬量的輸出形式，需要將每一個(gè)檢測(cè)通道的信號(hào)線都連接到監(jiān)控主機(jī)，布線繁瑣，擴(kuò)展困難。

有些生產(chǎn)廠家采用了RS485總線通訊方式組成環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)但由于通訊協(xié)議過于簡(jiǎn)單，抗干擾能力不強(qiáng)，系統(tǒng)經(jīng)常受強(qiáng)磁場(chǎng)、強(qiáng)電場(chǎng)的干擾，而通訊不暢，無法傳輸檢測(cè)數(shù)據(jù)。

1.3通道切換方式的選用

有些生產(chǎn)廠家采用通道分時(shí)切換的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的信號(hào)檢測(cè)，這種檢測(cè)不是實(shí)時(shí)的，而且檢測(cè)的精度低。

2.系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)由SF6濃度/氧氣含量復(fù)合傳感器、SIEMENS可編程控制器(PLC)、昆侖通態(tài)觸摸屏、溫濕度傳感器、紅外傳感器、聲光報(bào)警器、控制繼電器等組成。其組成如圖1所示。系統(tǒng)采用西門子SIMATICS7-200系列可編程控制器(PLC)作為數(shù)據(jù)采集與控制的核心部件，昆侖通態(tài)觸摸屏作為數(shù)據(jù)顯示、存儲(chǔ)部件，采用德國(guó)進(jìn)口的紅外吸收原理的SF6氣體濃度傳感器和日本進(jìn)口的氧氣含量傳感器為主要部件，配上通訊、電源隔離、信號(hào)隔離、抗電磁干擾等電路，組成SF6濃度/氧氣含量復(fù)合傳感器，使傳感器具有檢測(cè)精度高、穩(wěn)定性好、抗于擾能力強(qiáng)、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，采用RS485總線輸出，使系統(tǒng)擴(kuò)充更為容易，完全能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)各項(xiàng)要求。

3.系統(tǒng)功能

3.1數(shù)據(jù)檢測(cè)與控制

當(dāng)配電室環(huán)境中某一監(jiān)測(cè)點(diǎn)SF6氣體的濃度高于設(shè)定的報(bào)警值時(shí)，或者氧氣的含量低于設(shè)定值時(shí)，可編程控制器通過控制繼電器啟動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)排風(fēng)扇進(jìn)行排風(fēng)換氣，同時(shí)啟動(dòng)聲光報(bào)警器，輸出聲光報(bào)警;當(dāng)環(huán)境中SF6氣體的濃度或氧氣含量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，關(guān)閉現(xiàn)場(chǎng)排風(fēng)扇，停止聲光報(bào)警;當(dāng)有人員進(jìn)入配電室現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)排風(fēng)扇進(jìn)行排風(fēng)，另外，可編程控制器還可以根據(jù)設(shè)定，定時(shí)啟動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)排風(fēng)扇或手動(dòng)啟動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)排風(fēng)扇。

3.2監(jiān)測(cè)點(diǎn)動(dòng)態(tài)參數(shù)配胃表

由于不同的高壓開關(guān)配電室環(huán)境監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)不同、傳感器地址不同、配置方式與排風(fēng)扇的控制方式也不相同，本系統(tǒng)特別設(shè)置了動(dòng)態(tài)參數(shù)配置表，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高度靈活性和擴(kuò)展性。具體功能說明如下:

(1)監(jiān)測(cè)點(diǎn)安裝情況靈活配置

如圖2所示，動(dòng)態(tài)參數(shù)配置表的第1列為監(jiān)測(cè)點(diǎn)編號(hào)，圖中只顯示8個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，實(shí)際應(yīng)用中可為16路、32路、64路等。當(dāng)某一監(jiān)測(cè)點(diǎn)安裝有SF6濃度/氧氣含量復(fù)合傳感器，就按下相應(yīng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)后面的按鈕，按鈕上的符號(hào)由“X”變?yōu)椤啊獭保硎敬吮O(jiān)測(cè)點(diǎn)安裝了SF6濃度/氧氣含量復(fù)合傳感器，反之，當(dāng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)后面按鈕上的符號(hào)“X”時(shí)，表明此監(jiān)測(cè)點(diǎn)沒有安裝傳感器，通過操作按鈕，可在“X”和“√”之間切換。SF6濃度變送器和氧氣含量變送器的安裝情況可分別設(shè)定，而安裝SF6濃度/氧氣含量復(fù)合傳感器需要將SF6和02均設(shè)置為“√”;溫濕度變送器設(shè)置方法與SF6/02變送器的設(shè)置方法相同。

(2)變送器地址靈活配置

變送器采用RS485總線數(shù)字量輸出的方式，每一臺(tái)變送器在出廠前均設(shè)置有固定的地址標(biāo)識(shí)。本系統(tǒng)中，通過在相應(yīng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)相應(yīng)變送器地址設(shè)定框內(nèi)輸入地址，可以方便地設(shè)置安裝在系統(tǒng)中的任意一臺(tái)變送器的通訊地址，使得在系統(tǒng)中更換、增加變送器后，不需要修改系統(tǒng)程序，大大地增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性與實(shí)用性。

(3)排風(fēng)扇組控制靈活配置

當(dāng)配電室環(huán)境中SF6氣體濃度超標(biāo)或氧氣含量過低時(shí)，本系統(tǒng)具有自動(dòng)啟動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)排風(fēng)扇進(jìn)行排風(fēng)的功能。本系統(tǒng)將現(xiàn)場(chǎng)排風(fēng)扇分為4組分別控制，通過對(duì)每一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)參數(shù)超標(biāo)后，對(duì)4組排風(fēng)扇啟動(dòng)的設(shè)置，可以靈活地設(shè)置排風(fēng)扇的啟動(dòng)方案，當(dāng)環(huán)境中有多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)超標(biāo)的情況，將合并執(zhí)行排風(fēng)扇的啟動(dòng)方案。

(4)系統(tǒng)參數(shù)配置表

為了增強(qiáng)系統(tǒng)的靈活性，適應(yīng)不同現(xiàn)場(chǎng)的要求，本系統(tǒng)設(shè)置了系統(tǒng)參數(shù)配置表。

4.安科瑞配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

4.1概述

配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)包括智能監(jiān)控系統(tǒng)屏、通訊管理機(jī)、UPS電源、視頻監(jiān)控子系統(tǒng)（云臺(tái)球機(jī)、槍機(jī)）、環(huán)境監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)（溫度、濕度、水浸、煙感）、控制子系統(tǒng)（燈光、空調(diào)、除濕機(jī)、風(fēng)機(jī)、水泵）、門禁監(jiān)控子系統(tǒng)（讀卡器、開門按鈕、磁力鎖）、安防監(jiān)控子系統(tǒng)（雙鑒檢測(cè)器）。

4.2應(yīng)用場(chǎng)所

適用于軌道交通，工業(yè)，建筑，學(xué)校，商業(yè)綜合體等35kV及以下用戶端供配電自動(dòng)化系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行維護(hù)。

4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4.4系統(tǒng)功能

4.4.1實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

能夠顯示配電室設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)配電室環(huán)境參數(shù)信息，實(shí)時(shí)顯示有關(guān)故障、告警等信息。

4.4.2數(shù)據(jù)查詢

在人機(jī)界面中，可以直接查看配電室中各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)。

4.4.3曲線查詢

可以直接查看各電參量曲線。

4.4.4運(yùn)行報(bào)表

查詢配電室內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)報(bào)表。

4.4.5實(shí)時(shí)告警

具有實(shí)時(shí)告警功能，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娛覝囟取穸取⒂泻怏w、設(shè)備故障或通信故障等事件發(fā)出告警。

4.4.6歷史事件查詢

能夠?qū)Ξa(chǎn)生的所有事件記錄進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，方便用戶對(duì)系統(tǒng)事件和進(jìn)行歷史追溯、查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析。

4.4.7用戶權(quán)限管理

設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能，可以定義不同級(jí)別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限。

4.4.8網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

支持實(shí)時(shí)監(jiān)視并診斷各設(shè)備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

4.4.9遙控功能

可以對(duì)整個(gè)配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控操作。

4.5系統(tǒng)硬件配置

	Acrel-2000E配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)開關(guān)柜運(yùn)行監(jiān)控、高壓開關(guān)柜帶電顯示、母線及電纜測(cè)溫監(jiān)測(cè)、環(huán)境溫濕度監(jiān)測(cè)、有害氣體監(jiān)測(cè)、安防監(jiān)控，可對(duì)燈光、風(fēng)機(jī)、除濕機(jī)、空調(diào)控制等設(shè)備進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制。實(shí)現(xiàn)動(dòng)力環(huán)境各數(shù)據(jù)的檢測(cè)與設(shè)備控制，優(yōu)化動(dòng)力環(huán)境，避免運(yùn)行環(huán)境的失控導(dǎo)致配電設(shè)備運(yùn)行故障，保證維護(hù)人員安全，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，實(shí)現(xiàn)配電動(dòng)力環(huán)境的分布式遠(yuǎn)程管理。
智能通信管理機(jī)	Anet-2E4SM		通用網(wǎng)關(guān)，2路網(wǎng)口，4路RS485，可選配1路LORA，帶電告警功能，支持485，4G從模塊擴(kuò)展。
主機(jī)	Acrel-2000E/A

	參數(shù)設(shè)置、通信管理、圖形繪制、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、設(shè)備控制、視頻監(jiān)控和回放、報(bào)警事件記錄查詢、報(bào)警圖片和視頻查詢功能。立柜式安裝
環(huán)境監(jiān)測(cè)硬件	RS-WS-NO1-8		用于配電房溫度和濕度。工作電源：AC/DC85～265V工作溫度：-40。0℃～99。9℃工作濕度：0%RH～99%RH
BRJ-307		光電式煙霧傳感;電源正極（DC12V）：+12V，繼電器輸出：常開觸點(diǎn)
RS-SJ-N01R01-2		接觸式水浸傳感器，監(jiān)測(cè)變電所、電纜溝、控制室等場(chǎng)所積水情況，工作電源：DC10-30V工作溫度：-20℃~+60℃工作濕度：0%RH~80%RH響應(yīng)時(shí)間：1s繼電器輸出：常開觸點(diǎn)
環(huán)境監(jiān)測(cè)硬件	T35-II-5。6

	風(fēng)量4800，帶溫控器，帶消聲段，電機(jī)變頻
AT8002		常開型；感應(yīng)距離：30-50mm材質(zhì)：鋅合金，銀灰色電度干接點(diǎn)輸出
DS-2DC6120BY-A

	視頻監(jiān)控
ARTU-KJ8		8路開關(guān)量輸入，8路繼電器輸出

5.結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)電廠、變電站等電力系統(tǒng)的安全生產(chǎn)，保障工作人員的身體健康，都有著十分重要的意義。隨著國(guó)家對(duì)智能電網(wǎng)工作的大力推進(jìn)，高壓開關(guān)配電室SF6環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中必然會(huì)發(fā)揮越來越重要的作用。

參考文獻(xiàn)

[1]蔡行健,黃文鈺深入淺出西門子S7-200PLC(M].北京航空航天大學(xué)出版社,2006.

[2]麥格思嵌入版用戶手冊(cè)[M]。北京通態(tài)自動(dòng)化軟件科技有限公司。

[3]羅學(xué)琛SF6氣體絕緣全封閉組合電器(GIS)[M].中國(guó)電力出版社,2007.

[4]黎斌SF6高壓電器[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2008.

[7]徐海寧,何方,陳曦.蔣伯華,李慧,周楓,胡竟,李法君,高躍,王方楠,呂成軍.淺析新型高壓開關(guān)配電室環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].

[8]企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2022.05版.

審核編輯 黃宇