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浅析新型高压开关配电室环境监测系统的设计

更新时间:2023-12-28      浏览次数:175

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。


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,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。

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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。

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4.4.3曲线查询


可以直接查看各电参量曲线。

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4.4.4运行报表


查询配电室内设备的运行数据报表。


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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。


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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。 

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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。

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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。

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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

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4.5系统硬件配置

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.


作者简介:


周洋,男,现任职于安科瑞电气股份有限公司,主要从事配电室在线监控系统相关产品的研发及应用。

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