配電所環境監測系統的探討

周 丹,徐 鍵,高志強

(1.中鐵第四勘察設計院集團有限公司,武漢 430063;2.向莆鐵路股份有限公司,福州 350000;3.內蒙古集通鐵路股份有限公司,呼和浩特 010050)

配電所環境監測系統的探討

周 丹1,徐 鍵2,高志強3

(1.中鐵第四勘察設計院集團有限公司,武漢 430063;2.向莆鐵路股份有限公司,福州 350000;3.內蒙古集通鐵路股份有限公司,呼和浩特 010050)

傳統的配電所監控系統只是對配電所內各種設備的電氣量進行監視與控制,而對于影響配網安全運行的其他方面如電纜頭溫度過高、人員非法闖入、設備間漏水等“非電氣”故障缺乏有效監視,這些問題的發現只能靠人員巡視或者視頻監控來實現。根據過去大量現場運行的事故分析可以看出,很多電氣故障正是由于上述“小”問題發現不及時,對“非電氣”故障隱患不能及時處理,使設備一直在帶病運行。隨著時間的增加,故障點“小”問題逐步演變為大故障,從而造成設備及電網事故,影響正常生產,給鐵路企業造成經濟和信譽的重大損失。大量的事故就是因為環境溫度、設備凝露等小問題造成的。主要探討建立一套對影響安全運行的“非電氣”故障進行綜合監控的系統,對配電設備運行狀態實現在線監測,以達到對故障早預報的目的。

配電所;監控中心;RTU;GPRS;溫濕度監測

目前,各種基于配網的自動化系統已經日趨完善,越來越多的配電所、箱變、開關等實現了遠程監控。但目前各種配網自動化系統功能主要是對配電房、環網柜、柱上開關等一次設備實現“電氣”監控功能。而對于影響配網安全運行的其他方面如電纜頭溫度過高、人員非法闖入、設備間漏水等“非電氣”故障并沒有監控。而很多故障正是由于這些小問題發現不及時,從而造成設備及電網事故,影響正常生產,給電力安全生產造成重大損失。

本文將主要探討建立一套配電所安全運行的綜合監控系統,對配網設備的運行狀態及影響配網安全運行的因素實現在線監測,使配網管理實現“可控”、“在控”。從而徹底改變過去依靠人工巡視查找的傳統做法,有效預防故障,提高工作效率。

1 監控系統結構

1.1 系統結構(圖1)

圖1 系統結構

1.2 系統組成

本系統由監測單元、通信系統和數據處理及監控中心組成。

(1)監測單元

主要完成對配電房運行環境、安全防護及電纜溫度的綜合監測。

(2)通信系統

本系統通信方案主要采用 GPRS通信方式。

(3)監控中心

數據處理及轉發系統接收 RTU的信息數據,數據處理系統對收到的信息進行分析處理,形成故障狀態信息。同時作為子站,向主站上傳故障狀態。完成整個故障狀態的監測和報警。

本系統也可以接入已經實施 SCADA系統主站。針對環境監測系統的應用軟件通過在 SCADA平臺上擴展實現(圖2)。

圖2 功能框圖

2 監控系統功能及特點

(1)實時監測功能

可以實時監測線路的短路故障信息(預留)。

(2)主動告警功能

可以主動上報運行環境數據。告警信息實時記錄到數據庫中,可根據需要長期保存;可以提供聲光告警。

(3)靈活傳輸功能

光纖、GPRS、載波、有線等各種通信方式可選,系統工作不依賴于通信方式的選擇。

(4)數據管理功能

系統配置數據、告警信息等全部存儲在數據庫中,便于統計分析;可以按照用戶要求生成各種統計報表、圖表。根據告警的不同拓撲位置和告警類型,提供數據分析功能,確定故障原因和故障位置。

(5)系統管理功能

可以對主控單元、采集設備、監控點以及操作人員、系統功能等進行配置;系統日志對系統狀態和人員操作做詳實記錄。

(6)設備狀態定時上報

采用節拍方式,定時上報設備狀態,如果通信失敗則視為設備故障。

3 監控中心

(1)系統軟件

本系統是一個監控管理綜合軟件平臺,完全建立在標準的 B/S構架上,采用網絡技術、TCP/IP技術、GPRS通信技術,處理來自各個現場的報警信息及各種管理信息。這些數據通過分析、處理、校驗等過程,保證報警信息及時、準確地得到記錄分析,同時為維護部門提供需要的統計報表等分析數據。

本系統采用面向對象的技術,圍繞著設備對象,將與之相關的信息組成一個整體,可以實現面向不同應用的要求。在基礎設備模型的基礎上建立設備的層次關系,以設備樹的形式直觀體現。

系統設置一臺短信報警服務器,當系統監測到故障發生時,將自動通過短信服務器向指定的人員(多人同時)發送報警信息,并記錄所有的報警信息。短信報警服務器依賴 GSM網絡來收發短信息。它使用一個 10Base-T以太網接口連接網絡;一個 GSM模塊用來收發報警短消息。

系統采用標準數據庫,提供標準的數據庫訪問接口。各種數據和運行日志被記錄于標準的數據庫中,支持現有的 EXECL辦公軟件直接生成相應的報表。也給局方提供標準的開發接口,容易嵌入到現有的MIS系統中,組成復雜應用。如果用戶會制作網頁,可以按照自己的愛好生成喜歡的界面。

(2)主要功能

①數據采集和處理;

②各種運行故障通過短信告警;

③系統采用開放式結構,提供二次開發接口。

4 GPRS的組網方案

監控中心采用 APN專線,所有點都采用內網固定IP的組網方式實現網絡數據傳輸。此種方案客戶中心通過一條 2M APN專線接入移動公司 GPRS網絡,雙方互聯路由器之間采用私有固定 IP地址進行廣域連接,在 GGSN與移動公司互聯路由器之間采用 GRE隧道。為客戶分配專用的 APN,普通用戶不得申請該APN。用于 GPRS專網的 SIM卡僅開通該專用 APN,限制使用其他 APN。得到 APN后,給所有監控點及中心分配移動內部固定 IP。移動終端和服務器平臺之間采用端到端加密,避免信息在整個傳輸過程中可能的泄漏。雙方采用防火墻進行隔離,并在防火墻上進行 IP地址和端口過濾。此種方案無論實時性、安全性和穩定性都是最理想的。

5 站端設備(RTU)

5.1 配電房 RTU主要功能

(1)安全防護子功能

門禁：身份確認,禁止無卡人員進入;

紅外對射：有人進入監視區時告警。

(2)環境監控子功能

主要監視設備運行的環境溫度、濕度,以及浸水情況,必要的時候可以遠程啟停空調、風機等設備。

(3)電纜溫度監測子功能

主要監視電纜頭溫度,當發現溫度超過警戒值時立即告警,預防事故的發生。

5.2 安全防護子系統

主要實現配電房安全防護和防盜的監測,包括周界防護、門禁控制等。周界防護傳統使用紅外對射。門禁控制包括門磁檢測或者智能門禁系統。智能門禁系統通過配電房 RTU對各控制器實施監控、管理。

5.3 環境監控子系統

環境監控子系統的主要任務是監視各工作現場的溫度、濕度、漏水情況及外人侵入等。一旦出現異常,系統自動告警,并可以自動啟動空調、風扇或者抽水機等設備來除濕或者對電纜溝抽水。

漏水和煙霧檢測系統的監測量主要有：紅外檢測;煙感檢測;水浸檢測;門禁檢測。

數據采集終端是采集多種傳感器,實時監測環境中各種狀態信息。通過溫濕度傳感器檢測環境溫濕度值,還可以根據設定的上下限值產生溫濕度上下限報警;通過離子煙霧傳感器檢測火災報警,通過浸水傳感器檢測地面或者電纜溝積水信息;通過被動紅外探測傳感器、光電對射傳感器和門磁傳感器來檢測非法侵入報警。通過對上述信息的監視來完成配電房安全防護、電纜溝進水和煙霧檢測的實時監測。

5.4 電纜頭溫度監測子系統

電纜接頭溫度在線檢測子系統,主要是針對環網柜、開關柜中電纜接頭因絕緣老化或接觸不良等故障的早期預警而設計。當電纜存在故障隱患造成電纜或電纜頭溫度升高并超過設定的報警限值時,系統發出報警。并顯示發生報警點的位置及記錄發生報警的時間,及時準確指導檢修和故障查找工作,從而有效防止電纜故障的發生和擴大。

本系統采用“差分比較法”來判斷電纜溫度是否越限。即在每相電纜接頭處放置一個溫度傳感探頭,通過同回路三相探頭溫度的相對變化,當相對變化超過一定值后,則認為電纜接頭出現溫度過高情況,立即啟動告警過程,將該信息發送到監控中心。通過該方案解決了因線路負荷不同、季節溫度不同(冬、夏)所造成的溫度告警限值的不同,避免了系統的“故障誤報”。

6 結論

通過對該技術的研究和系統的投入使用,可以大大節省維護成本,提高事故預防能力,提高事故響應速度,從而提高整個鐵路電力系統的安全運行水平,提高企業的經濟效益。

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1004-2954(2010)07-0114-03

2010-05-11

周 丹(1964—),男,高級工程師,1988年畢業于東南大學電力系統及自動化專業。