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淺談新型高壓開關配電室環境監測系統的設計與應用

時間:2021/5/14閱讀:1114

程志芳

安科瑞電氣股份有限公司   上海嘉定   201801

 

摘要:針對目前高壓開關配電室環境監測系統在可靠性、擴展性、靈活性、方便性等方面存在的問題,提出一種新型環境監測系統的設計方案。系統由sIEMENs可編程控制器(PLC)及傳感器等組成,實時監測高壓開關配電室環境中sF6氣體濃度、氧氣含量、環境溫濕度等參數。本系統具有可靠性高、擴充方便、性能穩定、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配電室現場的工作人員的人身安全。

關鍵詞:高壓開關配電室;sF6;環境監測系統

0 引言

高壓開關是智能電網重要組成部分,高壓開關安全可靠運行,是整個電網安全運行的重要保證。目前,高壓開關均采用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,但經過高壓、電弧作用后的分解產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室環境中,將會給高壓開關室內工作人員的健康帶來嚴重危害,因此,必須對高壓開關室環境中是否有SF6氣體泄漏進行實時監測。同時,我國電業安全操作規程中也明確提出,在高壓開關配電室應安裝環境監測系統,并要求系統具有SF6氣體濃度超標自動啟動排風扇進行排風的功能。

1 環境監測系統存在的問題

目前,高壓開關配電室環境監測系統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境監測系統的重要組成部分,該傳感器質量的好壞,工作是否可靠直接決定環境中SF6氣體濃度檢測的準確性,進而決定系統對現場排風扇控制的準確性。

目前,市場上SF6氣體濃度傳感器主要采用以下幾種原理:半導體原理、激光原理、電化學原理、紅外吸收原理。半導體原理的SF6氣體濃度傳感器不能定量測量,只能定性檢測,會經常出現漏報警和誤報警的現象;激光原理的SF6濃度傳感器定量檢測精度不高、結構復雜、激光管易碎、維護困難;電化學原理的SF6濃度傳感器,定量檢測精度較高,但需要經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控主機,布線繁瑣,擴展困難。有些生產廠家采用了RS485總線通訊方式組成環境監測系統,但由于通訊協議過于簡單,抗干擾能力不強,系統經常受強磁場、強電場的干擾,而通訊不暢,無法傳輸檢測數據。

(3)通道切換方式的選用

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

2 系統組成

本系統I由SF6濃度/氧氣含量復合傳感器、SIEMENS可編程控制器(PLC)、昆侖通態觸摸屏、溫濕度傳感器、紅外傳感器、聲光、控制繼電器等組成。其組成如圖1所示。系統采用西門子SIMATIC s7.200系列可編程控制器(PLC)作為數據采集與控制的核心部件,昆侖通態觸摸屏作為數據顯示、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/氧氣含量復合傳感器,使傳感器具有檢測精度高、穩定性好、抗干擾能力強、維護方便等優點,采用RS485總線輸出,使系統擴充更為容易,完全能夠滿足現場各項要求。

3 系統功能

(1)數據檢測與控制

當配電室環境中某一監測點SF6氣體的濃度高于設定的報警值時,或者氧氣的含量低于設定值時,可編程控制器通過控制繼電器啟動現場排風扇進行排風換氣,同時啟動聲光,輸出聲光報警:當環境中SF6氣體的濃度或氧氣含量達到標準時,關閉現場排風扇,停止聲光報警;當有人員進入配電室現場時,系統自動啟動現場排風扇進行排風,另外,可編程控制器還可以根據設定,定時啟動現場排風扇或手動啟動現場排風扇。

(2)監測點動態參數配置表

由于不同的高壓開關配電室環境監測點數不同、傳感器地址不同、配置方式與排風扇的控制方式也不相同,本系統特別設置了動態參數配置表,從而實現系統的高度靈活性和擴展性。動態參數配置表如圖2所示,具體功能說明如下:

(3)監測點安裝情況靈活配置

動態參數配置表的第1列為監測點編號,實際應用中可為16路、32路、64路等。當某一監測點安裝有SF6濃度/氧氣含量復合傳感器,就按下相應監測點后面的按鈕,按鈕上的符號由“X”變為“√”,表示此監測點安裝了SF6濃度/氧氣含量復合傳感器,反之,當監測點后面按鈕上的符號“X”時,表明此監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定,而安裝SF6濃度/氧氣含量復合傳感器需要將SF6和02均設置為“√”;溫濕度變送器設置方法與SF6/02變送器的設置方法相同。

(4)變送器地址靈活配置

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

本系統中,通過在相應監測點相應變送器地址設定框內輸入地址,可以方便地設置安裝在系統中的任意一臺變送器的通訊地址,使得在系統中更換、增加變送器后,不需要修改系統程序,大大地增強了系統的靈活性與實用性。

(5)排風扇組控制靈活配置

當配電室環境中SF6氣體濃度超標或氧氣含量過低時,本系統具有自動啟動現場排風扇進行排風的功能。本系統將現場排風扇分為4組分別控制,通過對每一個監測點參數超標后,對4組排風扇啟動的設置,可以靈活地設置排風扇的啟動方案,當環境中有多個監測點超標的情況,將合并執行排風扇的啟動方案。

(6)系統參數配置表

為了增強系統的靈活性,適應不同現場的要求,本系統設置了系統參數配置表。

(7)報警點設置

在系統參數配置表中,設置了報警點設置功能,通過此功能,可實時動態地設置SF6氣體濃度變送器、氧氣含量變送器的報警值。

(8)數據存儲查詢時間間隔設置

用戶可根據需要,隨時設置采集數據的存儲時間間隔和歷史數據查詢的時間間隔。

(9)現場排風扇定時啟動次數及啟動時間設置

用戶可根據需要,隨時設置現場排風扇的定時啟動次數及啟動時間,以滿足不同情況的需要。

(10)界面顯示與動態參數配置表自動關聯

系統能夠根據動態參數配置表的配置情況,自動與之相關聯,以實現實時數據顯示畫面、歷史數據查詢畫面、歷史曲線畫面的動態變化。

(11)存盤數據導出

為方便對監測數據及報警數據進行分析,通過U盤,可以將存盤的歷史數據和報警數據導出,導出后的數據可以方便地在Excel上進行查看、編輯。

4 安科瑞配電室環境監控系統的介紹與選型

4.1簡介

安科瑞電氣股份有限公司根據配電室實際情況,結合多年的變電站和配電室的運行管理經驗,自主研發了安科瑞配電室綜合監控系統,實現了智能開關柜運行監控、高壓開關柜帶電顯示、電流電壓等負載運行監控、母線測溫監測、電纜測溫監測、環境監測、有害氣體監測、安防監控、采暖通風、門禁、燈光、風機、除濕機、空調控制等功能。實現動力環境各數據的檢測與設備控制,實現動力環境優化,避免運行環境的失控導致配電設備運行故障,保證維護人員,延長設備使用壽命,減少配電室粗放式管理導致成本過高,同時實現配電動力環境的分布式遠程管理。

4.2系統功能

4.2.1 通信管理

安科瑞智能配電室綜合監控系統可以完成對整個配電室范圍內的通信設備進行管理、添加、刪除、控制和數據的實時監測。

4.2.2實時監測

安科瑞智能配電室綜合監控系統人機界面友好,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,如視頻、溫度、濕度、漏水/水浸、水位、有害氣體和電參量等。實時顯示有關故障、告警等信息。

4.2.3 數據查詢

在人機界面中,可以直接查看配電室個設備的運行數據。

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

查詢配電室內設備的運行數據報表,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控系統具有實時告警功能,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。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控系統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。

4.2.8 用戶權限管理

為保障系統穩定運行,設置了用戶權限管理功能。通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作(如的操作,數據庫修改等)。可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限,為系統運行、維護、管理提供可靠的保障。

4.2.9網絡拓撲圖

安科瑞智能配電室綜合監控系統支持實時監視接入系統的各設備的通信狀態,能夠完整的顯示整個系統網絡結構。可在線診斷設備通信狀態,發生網絡異常時能自動在界面上顯示故障設備或元件及其故障部位。

4.2.10操作

安科瑞智能配電室綜合監控系統可以對整個配電系統范圍內的設備進行遠程操作。

5 結束語

本文設計的監測系統對電廠、變電站等電力系統的安全生產,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工作的大力推進,高壓開關配電室SF6環境監測系統在實際應用中必然會發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.新型高壓開關配電室環境監測系統的設計

[3] 安科瑞Acrel-2000EB配電室綜合監控系統2020.04版

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