浅析新型高压开关配电室环境监测系统的设计

浅析新型高压开关配电室环境监测系统的设计

张颖姣

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要:针对目前高压开关配电室环境监测系统在可靠性、扩展性、灵活性、方使性等方面存在的问题，提出一种新型环境监测系统的设计方案。系统由SIEMENS可编程控制器(PLC)及传感器等组成，实时监测高压开关配电宝环境中SF6气体浓度、氧气含量、环境温湿度等参数。本系统具有可靠性高、扩充方便、性能稳定、维护方便、抗干抚能力强等特点，可有效地保障进入高压开关配电室现场的工作人员的人身安全。

关键词:高压开关配电室:SF6:环境监测系统

0.引言

高压开关是智能电网重要组成部分，高压开关安全可靠运行，是整个电网安全运行的重要保证。目前，高压开关均采用SF6气体作为绝缘保护气体，在常温下SF6是一种无色无味的气体，纯净的SF6体本身无毒，但经过高压、电弧作用后的分解产物中包含多种有毒的气体，一旦有毒的气体泄漏到高压开关室环境中，将会给高压开关室内工作人员的健康带来严重危害，因此，对高压开关室环境中是否有SF6气体泄漏进行实时监测。同时，我国电业安全操作规程中也明确提出，在高压开关配电室应安装环境监测系统，并要求系统具有SF6气体浓度超标自动启动排风扇进行排风的功能。

1.环境监测系统存在的问题

1.1SF6气体浓度传感器的选用

SF6气体浓度传感器是整个环境监测系统的重要组成部分，该传感器质量的好坏，工作是否可靠直接决定环境中SF6气体浓度检测的准确性，进而决定系统对现场排风扇控制的准确性。

目前，市场上SF6气体浓度传感器主要采用以下几种原理:半导体原理、激光原理、电化学原理、红外吸收原理。半导体原理的SF6气体浓度传感器不能定量测量，只能定性检测，会经常出现漏报警和误报警的现象:激光原理的SF6浓度传感器定量检测精度不高、结构复杂、激光管易碎、维护困难:电化学原理的SF6浓度传感器，定量检测精度较高，但需要经常更换传感器的膜片和电解液，不易维护。

1.2检测信号的输出形式

在传感器信号的输出形式上，主要有4~20mA模拟量输出形式和RS485总线输出两种输出形式。

4~20mA模拟量的输出形式，需要将每一个检测通道的信号线都连接到监控主机，布线繁琐，扩展困难。

有些生产厂家采用了RS485总线通讯方式组成环境监测系统但由于通讯协议过于简单，抗干扰能力不强，系统经常受强磁场、强电场的干扰，而通讯不畅，无法传输检测数据。

1.3通道切换方式的选用

有些生产厂家采用通道分时切换的方式，实现对多个监测点的信号检测，这种检测不是实时的，而且检测的精度低。

2.系统组成

本系统由SF6浓度/氧气含量复合传感器、SIEMENS可编程控制器(PLC)、昆仑通态触摸屏、温湿度传感器、红外传感器、声光报警器、控制继电器等组成。其组成如图1所示。系统采用西门子SIMATICS7-200系列可编程控制器(PLC)作为数据采集与控制的核心部件，昆仑通态触摸屏作为数据显示、存储部件，采用德国进口的红外吸收原理的SF6气体浓度传感器和日本进口的氧气含量传感器为主要部件，配上通讯、电源隔离、信号隔离、抗电磁干扰等电路，组成SF6浓度/氧气含量复合传感器，使传感器具有检测精度高、稳定性好、抗于扰能力强、维护方便等优点，采用RS485总线输出，使系统扩充更为容易，完全能够满足现场各项要求。

3.系统功能

3.1数据检测与控制

当配电室环境中某一监测点SF6气体的浓度高于设定的报警值时，或者氧气的含量低于设定值时，可编程控制器通过控制继电器启动现场排风扇进行排风换气，同时启动声光报警器，输出声光报警;当环境中SF6气体的浓度或氧气含量达到标准时，关闭现场排风扇，停止声光报警;当有人员进入配电室现场时，系统自动启动现场排风扇进行排风，另外，可编程控制器还可以根据设定，定时启动现场排风扇或手动启动现场排风扇。

3.2监测点动态参数配胃表

由于不同的高压开关配电室环境监测点数不同、传感器地址不同、配置方式与排风扇的控制方式也不相同，本系统特别设置了动态参数配置表，从而实现系统的高度灵活性和扩展性。具体功能说明如下:

(1)监测点安装情况灵活配置

如图2所示，动态参数配置表的第1列为监测点编号，图中只显示8个监测点，实际应用中可为16路、32路、64路等。当某一监测点安装有SF6浓度/氧气含量复合传感器，就按下相应监测点后面的按钮，按钮上的符号由“X”变为“√”，表示此监测点安装了SF6浓度/氧气含量复合传感器，反之，当监测点后面按钮上的符号“X”时，表明此监测点没有安装传感器，通过操作按钮，可在“X”和“√”之间切换。SF6浓度变送器和氧气含量变送器的安装情况可分别设定，而安装SF6浓度/氧气含量复合传感器需要将SF6和02均设置为“√”;温湿度变送器设置方法与SF6/02变送器的设置方法相同。

(2)变送器地址灵活配置

变送器采用RS485总线数字量输出的方式，每一台变送器在出厂前均设置有固定的地址标识。本系统中，通过在相应监测点相应变送器地址设定框内输入地址，可以方便地设置安装在系统中的任意一台变送器的通讯地址，使得在系统中更换、增加变送器后，不需要修改系统程序，大大地增强了系统的灵活性与实用性。

(3)排风扇组控制灵活配置

当配电室环境中SF6气体浓度超标或氧气含量过低时，本系统具有自动启动现场排风扇进行排风的功能。本系统将现场排风扇分为4组分别控制，通过对每一个监测点参数超标后，对4组排风扇启动的设置，可以灵活地设置排风扇的启动方案，当环境中有多个监测点超标的情况，将合并执行排风扇的启动方案。

(4)系统参数配置表

为了增强系统的灵活性，适应不同现场的要求，本系统设置了系统参数配置表。

4.安科瑞配电室环境监控系统

4.1概述

配电室综合监控系统包括智能监控系统屏、通讯管理机、UPS电源、视频监控子系统（云台球机、枪机）、环境监测子系统（温度、湿度、水浸、烟感）、控制子系统（灯光、空调、除湿机、风机、水泵）、门禁监控子系统（读卡器、开门按钮、磁力锁）、安防监控子系统（双鉴检测器）。

4.2应用场所

适用于轨道交通，工业，建筑，学校，商业综合体等35kV及以下用户端供配电自动化系统工程设计、施工和运行维护。

4.3系统结构

4.4系统功能

4.4.1实时监测

能够显示配电室设备的运行状态，实时监测配电室环境参数信息，实时显示有关故障、告警等信息。

4.4.2数据查询

在人机界面中，可以直接查看配电室中各个设备的运行数据。

4.4.3曲线查询

可以直接查看各电参量曲线。

4.4.4运行报表

查询配电室内设备的运行数据报表。

4.4.5实时告警

具有实时告警功能，系统能够对配电室温度、湿度、有害气体、设备故障或通信故障等事件发出告警。

4.4.6历史事件查询

能够对产生的所有事件记录进行存储和管理，方便用户对系统事件和进行历史追溯、查询统计、事故分析。

4.4.7用户权限管理

设置了用户权限管理功能，可以定义不同级别用户的登录名、密码及操作权限。

4.4.8网络拓扑图

支持实时监视并诊断各设备的通讯状态，能够完整的显示整个系统网络结构。

4.4.9遥控功能

可以对整个配电系统范围内的设备进行远程遥控操作。

4.5系统硬件配置

名称	型号	图片	功能
系统	ACREL-2000E

	Acrel-2000E配电室综合监控系统，可实现开关柜运行监控、高压开关柜带电显示、母线及电缆测温监测、环境温湿度监测、有害气体监测、安防监控，可对灯光、风机、除湿机、空调控制等设备进行联动控制。实现动力环境各数据的检测与设备控制，优化动力环境，避免运行环境的失控导致配电设备运行故障，保证维护人员安全，延长设备使用寿命，实现配电动力环境的分布式远程管理。
智能通信管理机	Anet-2E4SM		通用网关，2路网口，4路RS485，可选配1路LORA，带电告警功能，支持485，4G从模块扩展。
主机	Acrel-2000E/A

	数据采集、状态监测、设备控制、报警事件记录查询，可以根据采集到的设备数据或状态联动启动风机、声光报警器、空调、水泵等设备。
Acrel-2000E/B

	参数设置、通信管理、图形绘制、状态监测、设备控制、视频监控和回放、报警事件记录查询、报警图片和视频查询功能。
Acrel-2000E/M

	参数设置、通信管理、图形绘制、状态监测、设备控制、视频监控和回放、报警事件记录查询、报警图片和视频查询功能。立柜式安装。
Acrel-2000E/G

	参数设置、通信管理、图形绘制、状态监测、设备控制、视频监控和回放、报警事件记录查询、报警图片和视频查询功能。立柜式安装
环境监测硬件	RS-WS-NO1-8		用于配电房温度和湿度。工作电源：AC/DC85～265V工作温度：-40。0℃～99。9℃工作湿度：0%RH～99%RH
BRJ-307		光电式烟雾传感;电源正极（DC12V）：+12V，继电器输出：常开触点
RS-SJ-N01R01-2		接触式水浸传感器，监测变电所、电缆沟、控制室等场所积水情况，工作电源：DC10-30V工作温度：-20℃~+60℃工作湿度：0%RH~80%RH响应时间：1s继电器输出：常开触点
环境监测硬件	T35-II-5。6

	风量4800，带温控器，带消声段，电机变频
AT8002		常开型；感应距离：30-50mm材质：锌合金，银灰色电度干接点输出
DS-2DC6120BY-A

	视频监控
ARTU-KJ8		8路开关量输入，8路继电器输出

5.结束语

本文设计的监测系统对电厂、变电站等电力系统的安全生产，保障工作人员的身体健康，都有着十分重要的意义。随着国家对智能电网工作的大力推进，高压开关配电室SF6环境监测系统在实际应用中必然会发挥越来越重要的作用。

参考文献

[1]蔡行健,黄文钰深入浅出西门子S7-200PLC(M].北京航空航天大学出版社,2006.

[2]麦格思嵌入版用户手册[M]。北京通态自动化软件科技有限公司。

[3]罗学琛SF6气体绝缘全封闭组合电器(GIS)[M].中国电力出版社,2007.

[4]黎斌SF6高压电器[M].机械工业出版社,2008.

[7]徐海宁,何方,陈曦.蒋伯华,李慧,周枫,胡竟,李法君,高跃,王方楠,吕成军.浅析新型高压开关配电室环境监测系统的设计[J].

[8]企业微电网设计与应用手册2022.05版.

审核编辑 黄宇