JJDL001型電力運行環境智能調控系統

何錦軍 黃清鋒 盛繼華 楊向光

摘要：電力控制系統是由變壓器、輸配電線路和用電設備等很多單元組成的復雜的非線性動態系統。而城市化建設水平越來越高，變電柜室內布置的電氣設備集成度、復雜、精度越來越高，設備受環境溫、濕度等影響越來越大，因此對變電柜運行環境進行監測、調控成為新開發變電柜主要考慮的問題。

關鍵詞：變電設備；運行環境；智能調控

中圖分類號：TM63文獻標識碼： A

1前言

隨著國民經濟和電網的飛速發展，電力設備集成度、復雜度、精度越來越高，為了節約土地和保護環境，這些變電設施被設計成緊湊型的戶內布置。尤其是江南沿海一帶，空氣濕度大，夏天氣溫高等氣候環境特點。導致許多變電站的電氣設備運行條件十分惡劣，造成了室內溫濕度高、設備容易凝露、積灰嚴重、通風換氣不暢、能耗過大、浸水等問題。高溫、潮濕、噪音、塵污、有毒氣體積聚等環境問題無時無刻不在侵蝕著設備的健康，制約著設備的能效，滋生著各種難以預料的隱患，嚴重威脅著變電站運行的安全性、可靠性。

2 傳統變電柜運行環境情況

傳統開閉所環境控制技術主要采取除濕機除濕、電加熱器加溫防凝露防潮。室內溫度升高影響更加明顯，溫熱效應是設備老化、絕緣下降乃至故障的重要原因，設備的運行溫度是限制設備負荷能力的重要因數。因此，室內溫度必需控制在合理地范圍內，不得不再加裝空調或者排風扇等進行散熱，就出現了一邊進行加溫防潮防止凝露，同時，降溫比較矛盾的、不科學、不經濟的處理方式；另外一個方面，傳統采用除濕機與電加熱器加溫防凝露防潮方式，是不可能真正有效解決凝露問題，由于采取傳統的方式，室內溫度、濕度會非常不均勻，在加熱裝置或者除濕機附件的部件，溫度相對較高、濕度相對較小，其他區域相對差異很大，導致設備放電、發生故障、出現異常事故概率大大提高，電氣設備的使用壽命也會縮短。

3變電柜智能調控系統的功能

電氣設備運行過程中的熱效應是設備老化、絕緣下降乃至故障的重要原因，設備的運行溫度是限制設備負荷能力的重要因素。而環境溫度又與設備的運行溫度及散熱效果密切相關，因此控制環境溫度是改善和優化設備運行環境的主要矛盾。通過優化和改善變電柜設備所處環境的小氣候，自動跟蹤環境溫度變化進行動態控制，以適應設備負荷變化引起的發熱量變化以及環境溫度變化，可為設備營造一個干燥、潔凈、溫度適宜的均衡、穩定的運行環境，對設備故障的一種主動防御思想?？捎行Ы档驮O備的故障概率，延長設備的使用壽命，發揮設備的最大效能，提高供電可靠性。該系統集合了傳感器技術、計算機自動控制技術、PLC技術、組態技術、通訊技術、GPRS技術、置換通風技術以及空調技術，作為遠端監控系統（SCADA）的前端，可聯網使用，也可以單獨使用。電力運行環境智能調控系統采用異步半雙工通訊方式和RS485的通訊接口及MODBUS-RTU通訊協議，以滿足不同的自動化通信系統，其系統框圖1所示。對于使用者來說，可以很容易的在短時間內學會本機人機界面操作的方法；觸摸屏組態顯示功能，讓使用者對各種參數一目了然。

圖1 電力運行環境智能調控系統框圖

3.1系統組成

主機：主機安裝在主控室的門口，以便一進入變配電站后能及時了解各設備運行情況，特別是SF6 的狀態。主機負責采集所有變送器采集到的數據，并根據設置條件對變配電站的空調與風機進行控制。對所有的事件能進行自動記錄并可查詢。主機還可根據實際需要選擇要上傳的信號或數據，例如：煙感、火災報警、門禁系統、電子圍欄等。

SF6 和O2 氣體變送器：采用美國原裝SF6 傳感器，采用間隙式檢測，具有使用壽命長，響應速度快、穩定可靠等特點，可檢測環境中SF6 氣體含量，根據電力相關規定，在環境中SF6 氣體含量超過1000ppm 時迅速報警。

氧氣傳感器：采用日本原裝長壽命電化學傳感器，具有抗干擾能力強、量程寬、精度高、壽命長等特點?？蓪崟r檢測環境中氧氣含量以達到保護人身安全的目的，當環境中氧氣含量超標時，立即報警并啟動風機。

溫濕度變送器：采用瑞士高精度激光校準的溫濕度傳感器，結合RS485 總線，可實時采集現場溫度和濕度數據，并根據系統設置，來啟動相應的設備。

風機控制器：可設置定時、SF6 含量超標、氧氣含量超標、溫度超標、濕度超標等風機啟動條件，風機控制采用RS485 通訊與變頻器組合的方式，可直接掛在系統總線上，通訊編址來控制相應的設備。

除濕機控制器：根據除濕機型號，我們采用面板改造，即在原來的面板旁安裝我公司的除濕控制模塊，由于除濕機具有設置記憶功能，提前設置好除濕機啟動后的工作模式，采用除濕機控制器來控制除濕機的開啟與停止。

3.2 技術原理

系統運行模式分手動和自動兩種模式。（1）將切換開關打到手動模式時。當環境溫度、濕度和空氣中氧氣含量其中一項或多項超出所設定值時，蜂鳴器告警（需手動復歸），風機不會自動啟動，需人工手動去分合開關來啟動和關閉風機（只有當氧氣含量低于定值而告警時，短信發送器才會發送告警短信）；（2）將切換開關打到自動模式時，手動模式閉鎖，無法手動去啟動和關閉風機。當環境溫度、濕度和空氣中氧氣含量其中一項或多項超出所設定值時，蜂鳴器告警，風機啟動向室外排風。5 分鐘后系統自動復歸。如環境溫度、濕度和空氣中氧氣含量其中一項或多項仍沒有恢復到正常值，蜂鳴器再次告警，風機再次啟動繼續向室外排風（只有當氧氣含量低于定值而告警時，短信發送器才會發送告警短信）。如此循環，直至環境溫度，濕度和空氣中含氧量都恢復正常。

3.3 通信方式

采用GPRS 無線短信方式作為本系統的通信信道?，F場的控制器通過GPRS 模塊定時發送整點運行數據，實時上傳環境變量數據。

3.4 技術特點

電力運行環境智能調控系統可以采集環境數據并與設定告警閥值比較，判斷環境數據是否超標。將告警信息和環境數據通過短信的形式發送給維護運行人員。并通過風機來調整環境狀態，盡量降低不良環境對站內設備正常運行的影響。

環境監測功能：對變配電站內環境進行監控，通過氣體變送器和溫濕度變送器監控SF6、O2、溫度、濕度等參數。

報警和控制功能：當氣體變送器、溫濕度變送器檢測到SF6、濕度超過規定值（SF6 氣體濃度大于1000PPM，濕度大于70%）后，主機通過對監控數據的分析來控制啟動風機和報警燈。

無線通訊功能：通過氣體監測報警顯示屏來實現告警信號的傳遞，通過GPRS 通信方式，將告警信息發送到變配電站維護人員的手機上。滿足未來“智能電網”與“物聯網”技術的需求。

本項目主要是從系統性、綜合性角度出發，尋找一種可以用于替代目前開關室使用傳統的空調、除濕機、防凝露加熱器、SF6與O2含量監測裝置，且系統的穩定性、可靠性、效果、性價比等，均優于傳統方式的方法。最大限度地降低變電站開關室的故障率，提高設備運行安全性、可靠性。同時，節能環保，提高效率，減少員工的工作量。變電站運行環境智能監控系統用于監測與智能控制改善以上環境問題，達到降低變電站故障概率，提高變電站運行的可靠性，保證供電的穩定性，實時排出變電站內有毒氣體與窒息性氣體，保障進入工作人員的安全。同時，能夠通過相應的平臺及時有效通知相關人員，能夠一體化解決問題。

4 結束語

變電柜運行環境智能控制系統是一個系統工程，任何產品都有其優缺點，在實際應用中不斷改正完善。希望有更多更好工作穩定可靠、安裝調試方便、維護工作量少的產品應用到電力系統中，以改善變電柜的運行環境，保證變電設備安全、穩定、可靠運行。變電站運行環境智能控制系統是今后新、擴建變電柜及老舊變電站改造主要研究的重點。

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