摘要：配電室是配電系統(tǒng)的重要組成部分，影響著電力用戶的用電需求，需要保障其安全、可靠運(yùn)行。針對(duì)配電室內(nèi)部環(huán)境進(jìn)行了深入分析，設(shè)計(jì)了一種內(nèi)部環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。通過(guò)該系統(tǒng)可以采集配電室內(nèi)部的溫度、濕度、液位、SF6氣體和煙霧，根據(jù)采集來(lái)的數(shù)據(jù)及時(shí)對(duì)風(fēng)機(jī)、除濕機(jī)、空調(diào)、排水泵等輔助設(shè)備進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制；此外系統(tǒng)采集得到的數(shù)據(jù)通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心供工作人員查詢和控制。通過(guò)實(shí)地測(cè)試發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)可以為配電室安全、可靠運(yùn)行提供良好的內(nèi)部環(huán)境支持。

關(guān)鍵詞：配電室；內(nèi)部環(huán)境；監(jiān)控系統(tǒng)

0、引言

配電室是指帶有低壓負(fù)荷的室內(nèi)配電場(chǎng)所，主要為低壓用戶配送電能，設(shè)有中壓進(jìn)線（可有少 量出線）、配電變壓器和低壓配電裝置。它是配電系統(tǒng)的重要組成部分，影響著電力用戶的用電需求，因此保障它安全、可靠運(yùn)行顯得十分重要。影響配電室安全、可靠運(yùn)行的因素很多，比如配電室內(nèi)部的溫度、濕度、浸水、氣體和煙霧等 ?？紤]到上述因素對(duì)配電室的影響，本文設(shè)計(jì)了一種內(nèi)部環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，用于配電室日常管理，以盡可能降低內(nèi)部環(huán)境異常對(duì)配電室工作的影響，為配電室安全、可靠運(yùn)行提供良好的內(nèi)部環(huán)境支持。

1、系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

傳統(tǒng)方式下配電室內(nèi)部環(huán)境的監(jiān)控多以人工方式進(jìn)行，存在漏檢、問(wèn)題發(fā)現(xiàn)不及時(shí)等現(xiàn)象，工作效率低，不能保障配電室內(nèi)部環(huán)境處于良好狀況 。因此本文摒棄傳統(tǒng)方式，采用智能化系統(tǒng)進(jìn)行日常內(nèi)部環(huán)境監(jiān)控。通過(guò)分析配電室內(nèi)部環(huán)境，本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)應(yīng)該具備溫濕度監(jiān)測(cè)、液位監(jiān)測(cè)、SF6氣體監(jiān)測(cè)、煙霧監(jiān)測(cè)等功能。監(jiān)測(cè)得到的數(shù)據(jù)匯總到一臺(tái)主機(jī)上面，主機(jī)根據(jù)設(shè)置的安全閾值進(jìn)行綜合分析，根據(jù)分析的結(jié)果及時(shí)對(duì)風(fēng)機(jī)、除濕機(jī)、空調(diào)、排水 泵等輔助設(shè)備進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制；此外，監(jiān)測(cè)得到的數(shù)據(jù)通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心供工作人員查詢和分析，工作人員可以遠(yuǎn)程控制輔助設(shè)備。系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)組成框圖

2、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件主要由主機(jī)模塊、內(nèi)部環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊、輔助設(shè)備控制模塊、電源模塊等組成。

2.1 主機(jī)模塊設(shè)計(jì)

主機(jī)模塊由CC2530*小化電路和GPRS通信電路組成。其中CC2530*小化電路采用TI公司 的CC2530芯片，配以相應(yīng)的外圍電路，如圖 2 所示。CC2530*小化電路一方面把內(nèi)部環(huán)境監(jiān)測(cè) 模塊采集來(lái)的數(shù)據(jù)通過(guò)ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接收進(jìn)來(lái)并和安全閾值進(jìn)行比對(duì)分析，根據(jù)比對(duì)分析的結(jié)果再去控制輔助設(shè)備控制模塊；另一方面把內(nèi)部環(huán)境數(shù)據(jù)通過(guò)GPRS通信電路中的USR-GM3，如圖3所示發(fā)送到監(jiān)控中心服務(wù)器上，接收監(jiān)控中心回傳的控制指令數(shù)據(jù)，再去控制輔助設(shè)備控制模塊。

2.2 內(nèi)部環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊設(shè)計(jì)

內(nèi)部環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊由CC2530*小化電路、485轉(zhuǎn)換電路和變送器電路組成。

圖2 CC2530*小化電路

圖3 GPRS通信電路

其中CC2530*小化電路用于加入到主機(jī)模塊創(chuàng)建的ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中去，通過(guò)ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)把變送器采集來(lái)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街鳈C(jī)模塊。變送器電路用于采集內(nèi)部環(huán)境相關(guān)數(shù)據(jù)，有溫濕度變送器、液位變送器、SF6氣體變送器、煙霧變送器。這些變送器都是RS485型的，4芯輸出，每一芯的顏色和對(duì)應(yīng)的接線如圖 4 所示。485轉(zhuǎn)換電路用于變送器和 CC2530之間進(jìn)行串口通訊，如圖5所示。

圖4 變送器電路

圖5 485轉(zhuǎn)換電路

2.3 輔助設(shè)備控制模塊設(shè)計(jì)

輔助設(shè)備控制模塊由CC2530*小化電路、空調(diào)控制電路、風(fēng)機(jī)控制電路、除濕機(jī)控制電路和排 水泵控制電路組成。其中CC2530*小化電路用于加入到主機(jī)模塊創(chuàng)建的ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中去，通過(guò)ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接收主機(jī)模塊發(fā)送的控制指令數(shù)據(jù)。空調(diào)控制電路用于控制空調(diào)工作和停止，它由學(xué)習(xí)空調(diào)遙控器指令的紅外接收電路和控制空調(diào)工作的紅外發(fā)送電路組成。風(fēng)機(jī)控制電路、除濕機(jī)控制電路和排水泵控制電路用于控制相應(yīng)設(shè)備（風(fēng)機(jī)、除濕機(jī)和排水泵）的工作和停止，它們由驅(qū)動(dòng)固態(tài)繼電器電路、固態(tài)繼電器、交流接觸器和相應(yīng)設(shè)備組成。

2.4 電源模塊設(shè)計(jì)

電源模塊用于輸出電能為主機(jī)模塊、內(nèi)部環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊、輔助設(shè)備控制模塊提供電能。提供的電源有+3.3VDC、+3.6VDC、+5VDC、+12VDC和220VAC。其中直流穩(wěn)壓電源由橋式整流 電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路組成。

3、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)模塊之間順利通信，需要在前面硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。

3.1 主機(jī)模塊軟件設(shè)計(jì)

主機(jī)模塊開(kāi)始工作后，需要進(jìn)行初始化，然后建立ZigBee 網(wǎng)絡(luò)并為自己確定一個(gè)網(wǎng)絡(luò)ID，接著廣播自己的網(wǎng)絡(luò)ID和信道，等待內(nèi)部環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊、輔助設(shè)備控制模塊的入網(wǎng)請(qǐng)求，并根據(jù)收到的入網(wǎng)請(qǐng)求做出應(yīng)答。當(dāng)主機(jī)模塊同意了它們的入網(wǎng)請(qǐng)求后，會(huì)自動(dòng)為它們分配網(wǎng)絡(luò)短地址。成功組網(wǎng)后，主機(jī)模塊接收內(nèi)部環(huán)境監(jiān)測(cè)模 塊發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)信息，并和安全閾值進(jìn)行比對(duì)，根據(jù)比對(duì)的結(jié)果發(fā)送控制指令數(shù)據(jù)給輔助設(shè)備控制模塊；除此之外主機(jī)模塊還通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控中心服務(wù)器，接收監(jiān)控中心的控制指令數(shù)據(jù)并發(fā)送到輔助設(shè)備控制模塊進(jìn)行控制。其流程如圖6所示。

圖6 主機(jī)模塊的軟件流程

3.2 內(nèi)部環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊軟件設(shè)計(jì)

內(nèi)部環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊開(kāi)始工作后，需要進(jìn)行初始化，自動(dòng)掃描信道并向主機(jī)模塊發(fā)送入網(wǎng)申請(qǐng)， 直至成功加入主機(jī)模塊創(chuàng)建的ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)為止。成功加入ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)后，內(nèi)部環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊按照事先設(shè)置好的時(shí)間周期把變送器采集來(lái)的數(shù)據(jù)發(fā)送給主機(jī)模塊，直至發(fā)送數(shù)據(jù)成功為止，其他時(shí)間段處于休眠狀態(tài)。其流程如圖7所示

圖7 內(nèi)部環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊的軟件流程

3.3 輔助設(shè)備控制模塊軟件設(shè)計(jì)

輔助設(shè)備控制模塊軟件設(shè)計(jì)和內(nèi)部環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊軟件設(shè)計(jì)很相似，不同之處在于成功加入主機(jī)模塊創(chuàng)建的ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)后，輔助設(shè)備控制模塊只接收主機(jī)模塊發(fā)送的控制指令數(shù)據(jù)，根據(jù)指令數(shù)據(jù)再去控制具體的輔助設(shè)備工作或者停止。其流程如圖8所示。

3.4 監(jiān)控中心相關(guān)界面軟件設(shè)計(jì)

監(jiān)控中心相關(guān)的界面有登錄界面和管理界面。其中登錄界面需要工作人員輸入正確的賬號(hào) 和密碼，點(diǎn)擊確定才能進(jìn)入到管理界面；管理界面一方面可以查詢到配電室內(nèi)部的溫濕度、液位、SF6氣體和煙霧的相關(guān)數(shù)據(jù)，另一方面工作人員可以根據(jù)需要控制空調(diào)、風(fēng)機(jī)、除濕機(jī)和排水泵工作或者停止。

圖8 輔助設(shè)備控制模塊的軟件流程

打開(kāi)監(jiān)控中心登錄界面，登錄界面如圖 9 所示，輸入賬號(hào)和密碼，點(diǎn)擊登錄按鈕進(jìn)入管理界面，管理界面如圖10 所示。從圖10中可以看到當(dāng)前溫度是25.79℃，濕度是57.65%RH，SF6 氣體、煙霧和液位為 0，相關(guān)輔助設(shè)備不需要控制、處于關(guān)閉狀態(tài)。

圖9 監(jiān)控中心登錄頁(yè)面

圖10 監(jiān)控中心管理頁(yè)面

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(kāi)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?、濕度、有害氣體、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

5、結(jié)論

本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)緊貼配電室內(nèi)部環(huán)境實(shí)際，從硬件和軟件2個(gè)方面著手進(jìn)行設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)實(shí)地測(cè)試發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)能較好地為配電室安全、可靠運(yùn)行提供良好的內(nèi)部環(huán)境支持。

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1.       【技術(shù)支持衛(wèi)星：CDD-9888】【公從號(hào)：安科瑞能效管理解決方案】

2.       云平臺(tái)：變電所運(yùn)維云平臺(tái)、分布式光伏運(yùn)維云平臺(tái)、建筑能耗云平臺(tái)、企業(yè)能源管控平臺(tái)、遠(yuǎn)程預(yù)付費(fèi)管控云平臺(tái)、宿舍預(yù)付費(fèi)管控云平臺(tái)、充電樁收費(fèi)運(yùn)營(yíng)云平臺(tái)、智慧消防云平臺(tái)、安全用電管理云平臺(tái)、環(huán)保用電監(jiān)管云平臺(tái)；

3.       系統(tǒng)解決方案：變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)、配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)、能耗管理系統(tǒng)、電能管理系統(tǒng)、馬達(dá)保護(hù)與監(jiān)控系統(tǒng)、動(dòng)環(huán)監(jiān)控及能效分析系統(tǒng)、智能照明監(jiān)控系統(tǒng)、消防設(shè)備電源監(jiān)控裝置、防火門監(jiān)控系統(tǒng)、余壓監(jiān)控系統(tǒng)、消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)；無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)；

4.       中壓測(cè)控裝置：環(huán)網(wǎng)柜綜合保護(hù)裝置、微機(jī)保護(hù)裝置、開(kāi)關(guān)柜綜合測(cè)控裝置、線路保護(hù)裝置、配電變保護(hù)裝置、電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置、備自投保護(hù)裝置、電容器保護(hù)裝置、PT檢測(cè)裝置、低壓備自投裝置、公共測(cè)控裝置、防孤島保護(hù)裝置、電流互感器過(guò)電壓保護(hù)器、溫濕度控制器、無(wú)源無(wú)線測(cè)溫傳感器、CT取電無(wú)線測(cè)溫傳感器；

5.       電力監(jiān)控與保護(hù)：弧光保護(hù)裝置、電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置、電氣接點(diǎn)在線測(cè)溫裝置（智能濕度巡檢儀）、電動(dòng)機(jī)(馬達(dá)）保護(hù)器、低壓線路保護(hù)器、智能剩余電流繼電器、三遙單元；

6.       電能管理：可編程交流電測(cè)儀表、可編程直流電測(cè)儀表、多功能全電量電表、精度網(wǎng)絡(luò)電力儀表、諧波表、電能質(zhì)量表、海拔儀表、逆電流監(jiān)測(cè)電表、電子式電能表、導(dǎo)軌式電能表、面板表嵌入式電表、預(yù)付費(fèi)表、多用戶計(jì)量箱、物聯(lián)網(wǎng)儀表、無(wú)線多回路計(jì)量交流/直流表、無(wú)線多回路環(huán)保檢測(cè)模塊、正反向直流電能表、無(wú)線通訊轉(zhuǎn)換器、智能照明控制裝置；

7.       電能質(zhì)量治理：有源電力濾波器、中線安防保護(hù)器、諧波保護(hù)器、靜止無(wú)功發(fā)生器、濾波補(bǔ)償裝置、電力電容補(bǔ)償裝置、集成式諧波抑制電力電容補(bǔ)償裝置、投切開(kāi)關(guān)、功率因數(shù)補(bǔ)償控制器、自愈式低壓并聯(lián)電容器、串聯(lián)電抗器；

8.       電氣安全：電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器、剩余電流探測(cè)器、電氣火災(zāi)監(jiān)控裝置、在線監(jiān)控路燈計(jì)量、無(wú)線測(cè)溫顯示單元、故障電弧探測(cè)器、故障電弧傳感器、隔離電源絕緣監(jiān)測(cè)裝置、醫(yī)療機(jī)構(gòu)絕緣報(bào)警顯示儀、醫(yī)療醫(yī)院用隔離變壓器、工業(yè)用絕緣監(jiān)測(cè)裝置、電氣防火限流式保護(hù)器；

9.       新能源：光伏采集裝置、電瓶車智能充電樁、汽車充電樁、光伏匯流采集裝置；

10.       數(shù)據(jù)中心/鐵塔基站：數(shù)據(jù)采集模塊、機(jī)房數(shù)據(jù)柜監(jiān)控裝置、多回路電表、母線監(jiān)控裝置、電力監(jiān)控屏；

11.       智能網(wǎng)關(guān)：通信管理機(jī)、無(wú)線通信終端（無(wú)線通訊轉(zhuǎn)換器）、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、串口服務(wù)器；

12.       電量傳感器：低壓電流互感器、開(kāi)口式互感器、一次小電流互感器、0.2級(jí)電流互感器、低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)器專用互感器、剩余電流互感器、霍爾傳感器、羅氏線圈電流變送器、模擬信號(hào)隔離器、有功功率變送器、無(wú)功功率變送器、直流電壓傳感器、浪涌保護(hù)器；

13.       環(huán)保監(jiān)控：油煙在線監(jiān)測(cè)儀、環(huán)保數(shù)據(jù)采集傳輸裝置；

進(jìn)儲(chǔ)能群、電力群、光伏群；找供應(yīng)商、找客戶、找圈子，

衛(wèi)星：CDD-9888（分享資源 合作共贏）