變電站電纜溝水災監測預警系統的研究與應用

摘 要：本文通過對變電站電纜溝水災監測預警系統的研究，在變電站設置水位傳感器、無線傳輸設備和開發應用軟件等，實時監測電纜溝積水，及時發送預警信息給值班人員，為變電站排水提供決策支持，確保電纜溝內各種電纜的安全運行。

關鍵詞：變電站；電纜溝；水位監測；應用

中圖分類號：TD741 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 20-0000-01

一、系統工作原理

通過RS—485總線將數字水位計與無線測控終端連為一體，構成現場監控單元。無線測控終端內置：CPU模塊、數據存儲模塊、控制模塊、GPRS/CDMA數據通信模塊。可現場接入多路模擬量、開關量、繼電器信號等數據，然后直接通過GPRS無線模塊將現場數據與遠程監控中心連接，將采集數據實時發送到遠程數據庫服務器，并存儲到數據庫中。通過該系統，即使在遠離觀測現場的異地，也能方便地對水位數據的采集讀取，真正實現了遠程監測和數據共享的功能。除數據遠程采集、實時監控外，系統還可實現遠程手機報警，并通過用戶手機遠程控制現場設備。

二、系統組成與結構

變電站電纜溝水災監測預警系統主要由現場設備、通信平臺和監控中心三部分組成。

現場設備：水位計，負責計量電纜溝水位；RTU（遠方數據終端），負責采集現場水位計檢測到的水位數據信息，并通過GPRS網絡將現場水位數據信息傳送給監控中心；太陽能電池板、充電控制器、蓄電池，負責為水位計、RTU現場供電。

通信平臺：由GPRS網絡、Internet網絡（監測中心需辦理固定IP）和短信接口組成。電纜溝水位數據經GPRS網絡傳輸到Internet公網，并通過固定IP地址傳送給監測中心服務器。報警信息經監測系統巡檢，由短信接口發送到指定人員手機上。

監測中心：包括交換機、服務器、UPS電源、監控工作站、智能手機等硬件設備和操作系統、數據庫、監測預警系統等軟件組成。

三、主要硬件選型

（一）水位計。目前最常用水位的傳感器，按測量方式大致可分為浮子式、壓力式、超聲波式、雷達等多種形式，它們各有優缺點。

1.機械浮子式和光電浮子式都是來用機械齒輪減速產生進位和退位的辦法來形成編碼，為了產生可靠編碼，一般都用格雷碼輸出，量程變化范圍大，可以高達到80米。

優點：原理簡單、誤差來源少、價格相對較低。

缺點：機械加工復雜、運行阻力大、使用壽命短，土建成本相對較高。在變電站電纜溝水災監測系統中，該傳感器顯然不適用那樣的環境。

2.超聲波液位計是通過探測自身發出的超聲波被液面反射后的信號換算液/物面位置的。它是一種非接觸式傳感器，特別適用于溫度變化較小、水面比較平穩、波浪比較小的場合。優點是與介質無直接接觸，耐腐蝕性強，安裝簡便，易維護。缺點是價格比較貴，超聲波受傳輸媒介的氣體成分和容器幾何結構特性影響較大，不適用于有氣泡或懸浮物的介質；容易受電磁波干擾，精度一般，在野外使用經常會出現數據跳變現象，目前在室外已基本淘汰，該傳感器仍然不適用于變電站電纜溝水災監測那樣的環境。

3.雷達水位計也是一種非接觸式傳感器，它通過探測自身發出的微波（波長很短的電磁波）被液面反射后的信息換算液/物面位置。

優點：溫度、濕度、霧等外界自然因素對其影響比較小，且測量精度較高，安裝簡單；可以測量壓力容器內液位，可以忽略高溫、高壓、結垢和冷凝物的影響；與介質無直接接觸；耐腐蝕性強；可在真空環境中使用。

缺點：價格昂貴；受容器幾何結構和材料特性影響；易受電磁波干擾。在變電站電纜溝水位監測系統中，電纜溝深度般在0.5～1米之間，雷達水位計的波束一般在12o～15o，被測量平面的直徑在0.914～1.049米之間，在這個范圍內不得有任何遮擋物，因此這個數據是水位計離墻側壁安裝的最小距離。

4.氣泡式水位計實際上也是一種壓力式水位計，它是通過氣源從容器底部向介質內充氣。供氣系統內的吹氣壓力只有與容器底部的液體靜壓平衡時，氣體才會從氣管內進入容器形成氣泡。這時測量供氣系統內的氣壓可換算出測量點的靜壓，進而得到液位值。優點是耐腐蝕性強；能夠測量高溫介質。缺點是安裝過程復雜，成本較高，維護費用較大。該傳感器同樣不適用于變電站電纜溝水災監測那樣的環境。

5.電子水尺。電子水尺是新一代數字式傳感器，它是利用水的導電性原理，測量電極的水位獲取數據。適用于水位精度要求高，環境較惡劣地區水位測量。獨特優點是誤差不受環境因素影響，只取決于電極間距，測量精度高（可以精確控制在1cm），穩定可靠，適用方便，避免了傳統水位傳感器的零漂、溫漂，受水質、雜草影響的缺點，信號可通過各種傳輸方式傳輸。

電子水尺無機械運動部件，無銹蝕卡死現象，安裝時不需要建測井，投資小，既可以垂直安裝，也可以傾斜貼壁安裝?？蓮V泛應用于江河、湖泊、水庫、水電站、灌區及等水利水電工程中的水位監測，也可用于自來水、城市污水、道路積水等市政工程中的水位監測，特別適合于水位變幅不是很大的場合使用，在變電站電纜溝水位監測系統中，首當其沖選用該數字水位傳感器，推薦型號：SJSY-900。主要特點：誤差只取決于電極間距或分辨率，可以精確控制在1cm；無零點漂移和溫度漂移；不受水質、波浪、雜草、泥沙影響；無機械運動部件，系統投資小。

（二）RTU。RTU推薦型號：SJSY-900。主要特點是專為水文水資源水位監測配置，功能全，專業性強；內部為模塊化結構，主要由控制器模塊、數據傳輸模塊、電源模塊、繼電器模塊，如果一個模塊發生故障，容易拆卸，維護效率高、成本低，數據傳輸模塊可對遙測終端機進行遠程維護；工業級設計，適用于安裝環境比較復雜的地方；具備強大的擴展功能，通過增加外圍設備可以增加設備功能。技術參數：硬件配置：6路DI、3路PI、6路AI、5路DO、3路串口。

四、結束語

整套系統具有可靠性高，讀識方便，數據實時性好、預報準確率高等優點，建成后的水位監測系統可為變電站防汛、排澇提供及時、準確的科學依據，其建設成本低，施工周期短，特別適合在變電站電纜溝排水系統中推廣。

參考文獻：

[1]田旭東，董軍，牛兵.無線測溫技術在供電系統中的應用[J].中國設備工程，2011（04）.