配電所環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的探討

        目前，各種基于配網(wǎng)的自動化系統(tǒng)已經(jīng)日趨完善，越來越多的配電所、箱變、開關(guān)等實現(xiàn)了遠程監(jiān)控。但目前各種配網(wǎng)自動化系統(tǒng)功能主要是對配電房、環(huán)網(wǎng)柜、柱上開關(guān)等一次設(shè)備實現(xiàn)“電氣”監(jiān)控功能。而對于影響配網(wǎng)安全運行的其他方面如電纜頭溫度過高、人員非法闖入、設(shè)備間漏水等“非電氣”故障并沒有監(jiān)控。而很多故障正是由于這些小問題發(fā)現(xiàn)不及時，從而造成設(shè)備及電網(wǎng)事故，影響正常生產(chǎn)，給電力安全生產(chǎn)造成重大損失。

        本文將主要探討建立一套配電所安全運行的綜合監(jiān)控系統(tǒng)，對配網(wǎng)設(shè)備的運行狀態(tài)及影響配網(wǎng)安全運行的因素實現(xiàn)在線監(jiān)測，使配網(wǎng)管理實現(xiàn)“可控”、“在控”。從而徹底改變過去依靠人工巡視查找的傳統(tǒng)做法，有效預(yù)防故障，提高工作效率。

        一、監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

        1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(圖1)

        圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

        1.2 系統(tǒng)組成

        本系統(tǒng)由監(jiān)測單元、通信系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理及監(jiān)控中心組成。

        (1)監(jiān)測單元

        主要完成對配電房運行環(huán)境、安全防護及電纜溫度的綜合監(jiān)測。

        (2)通信系統(tǒng)

        本系統(tǒng)通信方案主要采用GPRS通信方式。

        (3)監(jiān)控中心

        數(shù)據(jù)處理及轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)接收RTU的信息數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對收到的信息進行分析處理，形成故障狀態(tài)信息。同時作為子站，向主站上傳故障狀態(tài)。完成整個故障狀態(tài)的監(jiān)測和報警。本系統(tǒng)也可以接人已經(jīng)實施SCADA系統(tǒng)主站。針對環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用軟件通過在SCADA平臺上擴展實現(xiàn)(圖2)。

        二、監(jiān)控系統(tǒng)功能及特點

        (1)實時監(jiān)測功能

        可以實時監(jiān)測線路的短路故障信息(預(yù)留)。

        (2)主動告警功能

        可以主動上報運行環(huán)境數(shù)據(jù)。告警信息實時記錄到數(shù)據(jù)庫中，可根據(jù)需要長期保存;可以提供聲光告警。

        (3)靈活傳輸功能

        光纖、GPRS、載波、有線等各種通信方式可選，系統(tǒng)工作不依賴于通信方式的選擇。

        (4)數(shù)據(jù)管理功能

        系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)、告警信息等全部存儲在數(shù)據(jù)庫中，便于統(tǒng)計分析;可以按照用戶要求生成各種統(tǒng)計報表、圖表。根據(jù)告警的不同拓?fù)湮恢煤透婢愋?，提供?shù)據(jù)分析功能，確定故障原因和故障位置。

        (5)系統(tǒng)管理功能

        可以對主控單元、采集設(shè)備、監(jiān)控點以及操作人員、系統(tǒng)功能等進行配置;系統(tǒng)日志對系統(tǒng)狀態(tài)和人員操作做詳實記錄。

        (6)設(shè)備狀態(tài)定時上報

        采用節(jié)拍方式，定時上報設(shè)備狀態(tài)，如果通信失敗則視為設(shè)備故障。

        三、監(jiān)控中心

        (1)系統(tǒng)軟件

        本系統(tǒng)是一個監(jiān)控管理綜合軟件平臺，完全建立在標(biāo)準(zhǔn)的B/S構(gòu)架上，采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、TCP/IP技術(shù)、GPRS通信技術(shù)，處理來自各個現(xiàn)場的報警信息及各種管理信息。這些數(shù)據(jù)通過分析、處理、校驗等過程，保證報警信息及時、準(zhǔn)確地得到記錄分析，同時為維護部門提供需要的統(tǒng)計報表等分析數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)采用面向?qū)ο蟮募夹g(shù)，圍繞著設(shè)備對象，將與之相關(guān)的信息組成一個整體，可以實現(xiàn)面向不同應(yīng)用的要求。在基礎(chǔ)設(shè)備模型的基礎(chǔ)上建立設(shè)備的層次關(guān)系，以設(shè)備樹的形式直觀體現(xiàn)。

        系統(tǒng)設(shè)置一臺短信報警服務(wù)器，當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測到故障發(fā)生時，將自動通過短信服務(wù)器向指定的人員(多人同時)發(fā)送報警信息，并記錄所有的報警信息。短信報警服務(wù)器依賴GSM網(wǎng)絡(luò)來收發(fā)短信息。它使用一個10Base.T以太網(wǎng)接口連接網(wǎng)絡(luò);一個GSM模塊用來收發(fā)報警短消息。

        系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫，提供標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)庫訪問接口。各種數(shù)據(jù)和運行日志被記錄于標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)庫中，支持現(xiàn)有的EXECL辦公軟件直接生成相應(yīng)的報表。也給局方提供標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)接口，容易嵌入到現(xiàn)有的MIS系統(tǒng)中，組成復(fù)雜應(yīng)用。如果用戶會制作網(wǎng)頁，可以按照自己的愛好生成喜歡的界面。

        (2)主要功能

        ①數(shù)據(jù)采集和處理;

        ②各種運行故障通過短信告警;

        ③系統(tǒng)采用開放式結(jié)構(gòu)，提供二次開發(fā)接口。

        四、GPRS的組網(wǎng)方案

        監(jiān)控中心采用APN專線，所有點都采用內(nèi)網(wǎng)固定IP的組網(wǎng)方式實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸。此種方案客戶中心通過一條2MAPN專線接入移動公司GPRS網(wǎng)絡(luò)，雙方互聯(lián)路由器之間采用私有固定IP地址進行廣域連接，在GGSN與移動公司互聯(lián)路由器之間采用GRE隧道。為客戶分配專用的APN，普通用戶不得申請該APN。用于GPRS專網(wǎng)的SIM卡僅開通該專用APN，限制使用其他APN。得到APN后，給所有監(jiān)控點及中心分配移動內(nèi)部固定IP。移動終端和服務(wù)器平臺之間采用端到端加密，避免信息在整個傳輸過程中可能的泄漏。雙方采用防火墻進行隔離，并在防火墻上進行IP地址和端El過濾。此種方案無論實時性、安全性和穩(wěn)定性都是最理想的。

        五、站端設(shè)備(RTU)

        5.1 配電房RTU主要功能

        (1)安全防護子功能

        門禁：身份確認(rèn)，禁止無卡人員進入;紅外對射：有人進入監(jiān)視區(qū)時告警。

        (2)環(huán)境監(jiān)控子功能

        主要監(jiān)視設(shè)備運行的環(huán)境溫度、濕度，以及浸水情況，必要的時候可以遠程啟?？照{(diào)、風(fēng)機等設(shè)備。

        (3)電纜溫度監(jiān)測子功能

        主要監(jiān)視電纜頭溫度，當(dāng)發(fā)現(xiàn)溫度超過警戒值時立即告警，預(yù)防事故的發(fā)生。

        5.2安全防護子系統(tǒng)

        主要實現(xiàn)配電房安全防護和防盜的監(jiān)測，包括周界防護、門禁控制等。周界防護傳統(tǒng)使用紅外對射。門禁控制包括門磁檢測或者智能門禁系統(tǒng)。智能門禁系統(tǒng)通過配電房RTU對各控制器實施監(jiān)控、管理。

        5.3環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)

        環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)的主要任務(wù)是監(jiān)視各工作現(xiàn)場的溫度、濕度、漏水情況及外人侵入等。一旦出現(xiàn)異常，系統(tǒng)自動告警，并可以自動啟動空調(diào)、風(fēng)扇或者抽水機等設(shè)備來除濕或者對電纜溝抽水。漏水和煙霧檢測系統(tǒng)的監(jiān)測量主要有：紅外檢測;煙感檢測;水浸檢測;門禁檢測。數(shù)據(jù)采集終端是采集多種傳感器，實時監(jiān)測環(huán)境中各種狀態(tài)信息。通過溫濕度傳感器檢測環(huán)境溫濕度值，還可以根據(jù)設(shè)定的上下限值產(chǎn)生溫濕度上下限報警;通過離子煙霧傳感器檢測火災(zāi)報警，通過浸水傳感器檢測地面或者電纜溝積水信息;通過被動紅外探測傳感器、光電對射傳感器和門磁傳感器來檢測非法侵入報警。通過對上述信息的監(jiān)視來完成配電房安全防護、電纜溝進水和煙霧檢測的實時監(jiān)測。

        5.4 電纜頭溫度監(jiān)測子系統(tǒng)

        電纜接頭溫度在線檢測子系統(tǒng)，主要是針對環(huán)網(wǎng)柜、開關(guān)柜中電纜接頭因絕緣老化或接觸不良等故障的早期預(yù)警而設(shè)計。當(dāng)電纜存在故障隱患造成電纜或電纜頭溫度升高并超過設(shè)定的報警限值時，系統(tǒng)發(fā)出報警。并顯示發(fā)生報警點的位置及記錄發(fā)生報警的時間，及時準(zhǔn)確指導(dǎo)檢修和故障查找工作，從而有效防止電纜故障的發(fā)生和擴大。

        本系統(tǒng)采用“差分比較法”來判斷電纜溫度是否越限。即在每相電纜接頭處放置一個溫度傳感探頭，通過同回路三相探頭溫度的相對變化，當(dāng)相對變化超過一定值后，則認(rèn)為電纜接頭出現(xiàn)溫度過高情況，立即啟動告警過程，將該信息發(fā)送到監(jiān)控中心。通過該方案解決了因線路負(fù)荷不同、季節(jié)溫度不同(冬、夏)所造成的溫度告警限值的不同，避免了系統(tǒng)的“故障誤報”。

        六、結(jié)論

        通過對該技術(shù)的研究和系統(tǒng)的投入使用，可以大大節(jié)省維護成本，提高事故預(yù)防能力，提高事故響應(yīng)速度，從而提高整個鐵路電力系統(tǒng)的安全運行水平，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。