0、引言

     配電室是指帶有低壓負(fù)荷的室內(nèi)配電場所，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) 模塊采集來的數(shù)據(jù)通過ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)接收進(jìn)來并和安全閾值進(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無線網(wǎng)絡(luò)中去，通過ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)把變送器采集來的數(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無線網(wǎng)絡(luò)中去，通過ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)接收主機(jī)模塊發(fā)送的控制指令數(shù)據(jù)?？照{(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無線網(wǎng)絡(luò)為止。成功加入ZigBee無線網(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)控中心登錄頁面

圖10 監(jiān)控中心管理頁面

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?、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。

參考文獻(xiàn)：

[1]荀磊.用于配電室的內(nèi)部環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì).

[2]時(shí)家林.配電網(wǎng)開閉站、配電室典型設(shè)計(jì)[M].北京：國家電網(wǎng)有限公司，2007：68-72.

[3]劉翼.配電房輔助綜合監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].鄭州：鄭州大學(xué)，2017.

[4]霍曉宇.配電房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].成都：電子科技大學(xué)，2015.

[5]范強(qiáng)，戴宇，胡挜喆，等.高壓配電室溫度與濕度的智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)研究[J].廣東電力，2018，31（12）：147-152.

[6]宋光華.智能配電房監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)研究[J].通信電源技術(shù)，2018，35（2）：82-84.

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