淺談高壓配電房無線監控系統的設計和應用

摘要：利用電能采集模塊和環境參數傳感器，通過無線通信網絡，組建配電房無線監控終端系統，采集和傳輸配電變壓器總輸出電壓和電流，功率因素，有功無功電度，配電房各路低壓出線的電流，配電房溫度和濕度，門禁狀態等數據，實現配電房運行的實時監控，提高配網管理的自動化和信息化水平。

關鍵詞：配電房；無線監控

1. 配電房設備運行參數采集

配電變壓器(以下簡稱配變)是配電房內的核心設備,對配變二次則電壓,三相電流,功率因素,用功無功電度等進行實時采集和分析,能夠及時掌握其運行負載情況和三相不平衡情況,及時發現異常狀態。

公用配電房的供電對象一般包含多個用戶,分散于不同方向的區域。配電房內設置有低壓出線柜,分接出多條低壓出線,向多個方向供電。由于用戶性質和變化多樣,各條出線的負荷情況經常發生變化,往往出現配變未超載,但一條出線超載,或者一條出線中某一相中重負荷等不良情況出現。因此各路低壓出線的三相電流也納入到監控范圍。

圖1監控終端網絡結構圖

對配變電能參數采集通過力創的EDA9033E三相電參數采集模塊完成。EDA9033E能夠準確測量三相四線制交流電路中的三相電壓、三相電流、功率因素、有功無功電度等多項參數。而多路低壓出線的電流將通過力創EDA9015A電流測量模塊采集,該模塊最大能夠采集12路電流輸入,能夠滿足多路低壓出線電流檢測的需求。

EDA9033E和EDA9015A均使用RS485或RS232總線通信,支持ASCII碼,十六進制和Modbus協議,通信方式統一,兩個采集模塊能夠掛在同一條通信總線上,通過不同的地址進行訪問。

2.配電房環境參數采集

配電房的環境參數,包括溫度、濕度等對配變的運行有著一定影響。通過安裝溫濕度傳感器,能夠使運行單位同時間了解配電房環境,保障設備安全運行。在鄉鎮地區,部分配電房位置往往較為偏僻,存在電力設備被盜和人為損壞的危險,因此在配電房需設置門禁檢測裝置,當有非法闖入時能及時通知管理單位,降低損失。

配電房溫濕度傳感器的核心部分采用SENSIRION的SHT1溫濕度傳感單元,該單元整合傳感原件和信號處理器,結構簡單、穩定性好,輸出標準的數字信號,支持串行通信。門禁檢測采用磁式門禁檢測裝置，通過開合時改變高低電阻值實現門狀態監測。

圖2配電房終端監控系統工作流程

圖3配電房實時監控數據

3.通信網絡

配電房監控終端系統有兩個通信網絡,其一是傳感網絡,負責連接各傳感器，收集、傳輸和處理傳感器信息。其二是數據傳輸網絡,負責與外部網絡連接,和遠方服務器進行數據交換。

由于EDA9033、EDA9015、SHT1傳感器均支持串行通信，傳感網絡采用RS485通信網絡。RS485采用差分傳輸,抗干擾能力強,布線簡單,可掛載多個個設備,便于傳感器的擴展。

數據傳輸網絡的選擇有多種可用方案。對于變電站來說,數據傳輸采用的光纖網絡,具有高速,實時性好的特點,但需要鋪設專用通信通道,建造難度大,造價高。由于配電房點多分散,而且舊有配電房很多不具備鋪設光纖的條件,光纖網絡不能很好地適用于配電房監控改造?，F時,移動無線通信網絡發展已經十分成熟,覆蓋面廣,GPRS通信最高能夠實現114kbps的傳輸速率,由于配電房監控數據量少,GPRS可以滿足監控數據的傳輸需求。采用無線通信具有靈活組網、建設難度和建造成本低的優點,是配電房監控改造的網絡形式。GPRS通信和數據傳輸選用了平升DATA-6106工業級GPRS通信模塊,支持串行通信,便于與傳感網絡連接。

4.監控終端系統組成和安裝

監控網絡采用總線式拓撲結構,把配電房內各個模塊和傳感器利用RS485總線相連接。傳感網絡結構如圖1所示。

現場安裝時,終端系統將分為三個主要部分:

(1)電能采集條:EDA9033E和EDA9015A兩模塊安裝在一條U型導軌中,并在導軌上安裝三相開關,接線端子和AC-DC電源適配器。該采集條安裝到低壓出線柜中。并在低壓進線柜和低壓出線柜的二次則端子中引出電流互感器(CT)信號到兩模塊,采集配變總電流和各路低壓出線電流,從低壓母線引出三相電壓連接到三相開關,并通過開關連接至EDA9033E和AC-DC電源適配器,用于配變電壓采集和為其他模塊提供工作電源。

(2)控制箱:該部分把DATA-6106通信模塊,中央微處理器,I/O模塊,后備電池整合到一個設備箱中,安裝到配電房墻壁上。該部分使用一對電源線和一對通信線與電能采集部分相連接,獲取工作電源和采集電能數據。

(3)門禁和溫濕度傳感器模塊:門禁安裝到配電房門上方,溫濕度傳感器根據電房環境安裝,為便于接線,可以安裝在控制箱附近。

5.系統運行

終端監控系統的工作基本流程為建立TCP網絡連接3,采集傳感器數據,處理數據,發送數據,工作流程圖如圖2所示。

通過數據服務器和客戶端軟件就能觀察到配電房的實時數據，如圖3所示。

6.安科瑞配電室環境監控系統的介紹與選型

6.1概述

配電室綜合監控系統包括智能監控系統屏、通訊管理機、UPS電源、視頻監控子系統（云臺球機、槍機）、環境監測子系統（溫度、濕度、水浸、煙感）、控制子系統（燈光、空調、除濕機、風機、水泵）、門禁監控子系統（讀卡器、開門按鈕、磁力鎖）、安防監控子系統（雙鑒檢測器）。

6.2系統結構

6.3系統功能

6.3.1實時監測

能夠顯示配電室設備的運行狀態，實時監測配電室環境參數信息，實時顯示有關故障、告警等信息。

6.3.2數據查詢

在人機界面中，可以直接查看配電室中各個設備的運行數據。

6.3.3曲線查詢

可以直接查看各電參量曲線。

6.3.4運行報表

查詢配電室內設備的運行數據報表。

6.3.5實時告警

具有實時告警功能，系統能夠對配電室溫度、濕度、有害氣體、設備故障或通信故障等事件發出告警。

6.3.6歷史事件查詢

能夠對產生的所有事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統事件和進行歷史追溯、查詢統計、事故分析。 

6.3.7用戶權限管理

設置了用戶權限管理功能，可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限。

6.3.8網絡拓撲圖

支持實時監視并診斷各設備的通訊狀態，能夠完整的顯示整個系統網絡結構。

6.3.9遙控功能

可以對整個配電系統范圍內的設備進行遠程遙控操作。

6.4系統硬件配置

7.結論

通過先進的電能采集模塊、傳感器和無線通信技術,制成的配電房運行參數和環參數監控終端系統,實現了配電房的實時監控。該系統能有助于供電企業提高配網監控自動化水平,為配網的運行管理,電網規劃提供實時有效的數據,利于供電企業的精益化、信息化管理水平的不斷提高。

參考文獻：

1. 任工昌,苗新強,黃龍云.基于GPRS的配電網自動化監控系統研究[J].機械設計與制造,2009(4).

2. 李春璐,施華峰,馬躍強等.基于GPRS的無線監控系統的設計[J].現代電子技術,2012(4).

3. 馮志堅.配電房無線監終端系統的設計和實現.

[4]企業微電網設計與應用手冊2022.05版.