安科瑞電氣股份有限公司   上海嘉定   201801

摘要：針對目前高壓開關(guān)配電室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)在可靠性、擴展性、靈活性、方便性等方面存在的問題，提出一種新型環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計方案。系統(tǒng)由sIEMENs可編程控制器(PLC)及傳感器等組成，實時監(jiān)測高壓開關(guān)配電室環(huán)境中sF6氣體濃度、氧氣含量、環(huán)境溫濕度等參數(shù)。本系統(tǒng)具有可靠性高、擴充方便、性能穩(wěn)定、維護方便、抗干擾能力強等特點，可有效地保障進入高壓開關(guān)配電室現(xiàn)場的工作人員的人身安全。

關(guān)鍵詞：高壓開關(guān)配電室；sF6；環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)

0 引言

高壓開關(guān)是智能電網(wǎng)重要組成部分，高壓開關(guān)安全可靠運行，是整個電網(wǎng)安全運行的重要保證。目前，高壓開關(guān)均采用SF6氣體作為絕緣保護氣體，在常溫下SF6是一種無色無味的氣體，純凈的SF6氣體本身無毒，但經(jīng)過高壓、電弧作用后的分解產(chǎn)物中包含多種有毒的氣體，一旦有毒的氣體泄漏到高壓開關(guān)室環(huán)境中，將會給高壓開關(guān)室內(nèi)工作人員的健康帶來嚴重危害，因此，必須對高壓開關(guān)室環(huán)境中是否有SF6氣體泄漏進行實時監(jiān)測。同時，我國電業(yè)安全操作規(guī)程中也明確提出，在高壓開關(guān)配電室應(yīng)安裝環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，并要求系統(tǒng)具有SF6氣體濃度超標自動啟動排風(fēng)扇進行排風(fēng)的功能。

1 環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)存在的問題

目前，高壓開關(guān)配電室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)存在的問題主要有以下幾個方面：

(1)SF6氣體濃度傳感器的選用

SF6氣體濃度傳感器是整個環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的重要組成部分，該傳感器質(zhì)量的好壞，工作是否可靠直接決定環(huán)境中SF6氣體濃度檢測的準確性，進而決定系統(tǒng)對現(xiàn)場排風(fēng)扇控制的準確性。

目前，市場上SF6氣體濃度傳感器主要采用以下幾種原理：半導(dǎo)體原理、激光原理、電化學(xué)原理、紅外吸收原理。半導(dǎo)體原理的SF6氣體濃度傳感器不能定量測量，只能定性檢測，會經(jīng)常出現(xiàn)漏報警和誤報警的現(xiàn)象；激光原理的SF6濃度傳感器定量檢測精度不高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、激光管易碎、維護困難；電化學(xué)原理的SF6濃度傳感器，定量檢測精度較高，但需要經(jīng)常更換傳感器的膜片和電解液，不易維護。

(2)檢測信號的輸出形式

在傳感器信號的輸出形式上，主要有4～20mA模擬量輸出形式和RS485總線輸出兩種輸出形式。4～20mA模擬量的輸出形式，需要將每一個檢測通道的信號線都連接到監(jiān)控主機，布線繁瑣，擴展困難。有些生產(chǎn)廠家采用了RS485總線通訊方式組成環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，但由于通訊協(xié)議過于簡單，抗干擾能力不強，系統(tǒng)經(jīng)常受強磁場、強電場的干擾，而通訊不暢，無法傳輸檢測數(shù)據(jù)。

(3)通道切換方式的選用

有些生產(chǎn)廠家采用通道分時切換的方式，實現(xiàn)對多個監(jiān)測點的信號檢測，這種檢測不是實時的，而且檢測的精度低。

2 系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)I由SF6濃度／氧氣含量復(fù)合傳感器、SIEMENS可編程控制器(PLC)、昆侖通態(tài)觸摸屏、溫濕度傳感器、紅外傳感器、聲光報警器、控制繼電器等組成。其組成如圖1所示。系統(tǒng)采用西門子SIMATIC s7．200系列可編程控制器(PLC)作為數(shù)據(jù)采集與控制的核心部件，昆侖通態(tài)觸摸屏作為數(shù)據(jù)顯示、存儲部件，采用德國進口的紅外吸收原理的SF6氣體濃度傳感器和日本進口的氧氣含量傳感器為主要部件，配上通訊、電源隔離、信號隔離、抗電磁干擾等電路，組成SF6濃度／氧氣含量復(fù)合傳感器，使傳感器具有檢測精度高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強、維護方便等優(yōu)點，采用RS485總線輸出，使系統(tǒng)擴充更為容易，*滿足現(xiàn)場各項要求。

3 系統(tǒng)功能

(1)數(shù)據(jù)檢測與控制

當(dāng)配電室環(huán)境中某一監(jiān)測點SF6氣體的濃度高于設(shè)定的報警值時，或者氧氣的含量低于設(shè)定值時，可編程控制器通過控制繼電器啟動現(xiàn)場排風(fēng)扇進行排風(fēng)換氣，同時啟動聲光報警器，輸出聲光報警：當(dāng)環(huán)境中SF6氣體的濃度或氧氣含量達到標準時，關(guān)閉現(xiàn)場排風(fēng)扇，停止聲光報警；當(dāng)有人員進入配電室現(xiàn)場時，系統(tǒng)自動啟動現(xiàn)場排風(fēng)扇進行排風(fēng)，另外，可編程控制器還可以根據(jù)設(shè)定，定時啟動現(xiàn)場排風(fēng)扇或手動啟動現(xiàn)場排風(fēng)扇。

(2)監(jiān)測點動態(tài)參數(shù)配置表

由于不同的高壓開關(guān)配電室環(huán)境監(jiān)測點數(shù)不同、傳感器地址不同、配置方式與排風(fēng)扇的控制方式也不相同，本系統(tǒng)特別設(shè)置了動態(tài)參數(shù)配置表，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的高度靈活性和擴展性。動態(tài)參數(shù)配置表如圖2所示，具體功能說明如下：

(3)監(jiān)測點安裝情況靈活配置

動態(tài)參數(shù)配置表的第1列為監(jiān)測點編號，實際應(yīng)用中可為16路、32路、64路等。當(dāng)某一監(jiān)測點安裝有SF6濃度／氧氣含量復(fù)合傳感器，就按下相應(yīng)監(jiān)測點后面的按鈕，按鈕上的符號由“X”變?yōu)?ldquo;√”，表示此監(jiān)測點安裝了SF6濃度／氧氣含量復(fù)合傳感器，反之，當(dāng)監(jiān)測點后面按鈕上的符號“X”時，表明此監(jiān)測點沒有安裝傳感器，通過操作按鈕，可在“x”和“√”之間切換。SF6濃度變送器和氧氣含量變送器的安裝情況可分別設(shè)定，而安裝SF6濃度／氧氣含量復(fù)合傳感器需要將SF6和02均設(shè)置為“√”；溫濕度變送器設(shè)置方法與SF6／02變送器的設(shè)置方法相同。

(4)變送器地址靈活配置

變送器采用RS485總線數(shù)字量輸出的方式，每一臺變送器在出廠前均設(shè)置有固定的地址標識。

本系統(tǒng)中，通過在相應(yīng)監(jiān)測點相應(yīng)變送器地址設(shè)定框內(nèi)輸入地址，可以方便地設(shè)置安裝在系統(tǒng)中的任意一臺變送器的通訊地址，使得在系統(tǒng)中更換、增加變送器后，不需要修改系統(tǒng)程序，大大地增強了系統(tǒng)的靈活性與實用性。

(5)排風(fēng)扇組控制靈活配置

當(dāng)配電室環(huán)境中SF6氣體濃度超標或氧氣含量過低時，本系統(tǒng)具有自動啟動現(xiàn)場排風(fēng)扇進行排風(fēng)的功能。本系統(tǒng)將現(xiàn)場排風(fēng)扇分為4組分別控制，通過對每一個監(jiān)測點參數(shù)超標后，對4組排風(fēng)扇啟動的設(shè)置，可以靈活地設(shè)置排風(fēng)扇的啟動方案，當(dāng)環(huán)境中有多個監(jiān)測點超標的情況，將合并執(zhí)行排風(fēng)扇的啟動方案。

(6)系統(tǒng)參數(shù)配置表

為了增強系統(tǒng)的靈活性，適應(yīng)不同現(xiàn)場的要求，本系統(tǒng)設(shè)置了系統(tǒng)參數(shù)配置表。

(7)報警點設(shè)置

在系統(tǒng)參數(shù)配置表中，設(shè)置了報警點設(shè)置功能，通過此功能，可實時動態(tài)地設(shè)置SF6氣體濃度變送器、氧氣含量變送器的報警值。

(8)數(shù)據(jù)存儲查詢時間間隔設(shè)置

用戶可根據(jù)需要，隨時設(shè)置采集數(shù)據(jù)的存儲時間間隔和歷史數(shù)據(jù)查詢的時間間隔。

(9)現(xiàn)場排風(fēng)扇定時啟動次數(shù)及啟動時間設(shè)置

用戶可根據(jù)需要，隨時設(shè)置現(xiàn)場排風(fēng)扇的定時啟動次數(shù)及啟動時間，以滿足不同情況的需要。

(10)界面顯示與動態(tài)參數(shù)配置表自動關(guān)聯(lián)

系統(tǒng)能夠根據(jù)動態(tài)參數(shù)配置表的配置情況，自動與之相關(guān)聯(lián)，以實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)顯示畫面、歷史數(shù)據(jù)查詢畫面、歷史曲線畫面的動態(tài)變化。

(11)存盤數(shù)據(jù)導(dǎo)出

為方便對監(jiān)測數(shù)據(jù)及報警數(shù)據(jù)進行分析，通過U盤，可以將存盤的歷史數(shù)據(jù)和報警數(shù)據(jù)導(dǎo)出，導(dǎo)出后的數(shù)據(jù)可以方便地在Excel上進行查看、編輯。

4 安科瑞配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的介紹與選型

4.1簡介

安科瑞電氣股份有限公司根據(jù)配電室實際情況，結(jié)合多年的變電站和配電室的運行管理經(jīng)驗，自主研發(fā)了安科瑞配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了智能開關(guān)柜運行監(jiān)控、高壓開關(guān)柜帶電顯示、電流電壓等負載運行監(jiān)控、母線測溫監(jiān)測、電纜測溫監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、有害氣體監(jiān)測、安防監(jiān)控、采暖通風(fēng)、門禁、燈光、風(fēng)機、除濕機、空調(diào)控制等功能。實現(xiàn)動力環(huán)境各數(shù)據(jù)的檢測與設(shè)備控制，實現(xiàn)動力環(huán)境優(yōu)化，避免運行環(huán)境的失控導(dǎo)致配電設(shè)備運行故障，保證維護人員，延長設(shè)備使用壽命，減少配電室粗放式管理導(dǎo)致成本過高，同時實現(xiàn)配電動力環(huán)境的分布式遠程管理。

4.2系統(tǒng)功能

4.2.1 通信管理

安科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)可以完成對整個配電室范圍內(nèi)的通信設(shè)備進行管理、添加、刪除、控制和數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測。

4.2.2實時監(jiān)測

安科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)人機界面友好，能夠顯示配電室設(shè)備的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測配電室環(huán)境參數(shù)信息，如視頻、溫度、濕度、漏水/水浸、水位、有害氣體和電參量等。實時顯示有關(guān)故障、告警等信息。

4.2.3 數(shù)據(jù)查詢

在人機界面中，可以直接查看配電室個設(shè)備的運行數(shù)據(jù)。

4.2.4曲線查詢

在曲線查詢界面，可以直接查看遙測參量曲線，包括溫度、濕度、水位、有害氣體、電壓、電流等曲線。

4.2.5運行報表

查詢配電室內(nèi)設(shè)備的運行數(shù)據(jù)報表，包括日報表、月報表、年報表和查詢報表等。

4.2.6實時告警

科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)具有實時告警功能，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。告警如右圖所示：

4.2.7 歷史事件查詢

安科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)Ξa(chǎn)生的所有事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和進行歷史追溯、查詢統(tǒng)計、事故分析。

4.2.8 用戶權(quán)限管理

為保障系統(tǒng)穩(wěn)定運行，設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能。通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作（如遙控的操作，數(shù)據(jù)庫修改等）。可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的保障。

4.2.9網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

安科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)支持實時監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設(shè)備的通信狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)?？稍诰€診斷設(shè)備通信狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡(luò)異常時能自動在界面上顯示故障設(shè)備或元件及其故障部位。

4.2.10遙控操作

安科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)可以對整個配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備進行遠程遙控操作。

4.3Acrel-2000E/B配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)推薦配置選型

5 結(jié)束語

本文設(shè)計的監(jiān)測系統(tǒng)對電廠、變電站等電力系統(tǒng)的安全生產(chǎn)，保障工作人員的身體健康，都有著十分重要的意義。隨著國家對智能電網(wǎng)工作的大力推進，高壓開關(guān)配電室SF6環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)在實際應(yīng)用中必然會發(fā)揮越來越重要的作用。

參考文獻

[1] 蔡行健，黃文鈺．深入淺出西門子s7—200PLC[M]．北京航空航天大學(xué)出版社，2006．

[2] 徐海寧，何方，陳曦，蔣伯華，周楓，胡竟，李法君，高躍，李慧，王方楠，呂成軍.新型高壓開關(guān)配電室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計

[3] 安科瑞Acrel-2000EB配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)2020.04版