变电站电缆沟智能化综合监控防护系统

罗明苏 段永超 吴超 蔡江 王成念 滕云

摘要：针对电缆沟常见多发故障要素，研究了一种电缆沟智能化综合监控防护系统：其具备多点温度检测、水位检测、烟雾报警，主动防护等功能。系统采用分布式网络架构，通过无线方式将监控数据传输到监控中心。

关键词：变电站；电缆沟；监控

随着变电站容量的增大，自动化水平相应提高，电缆用量越来越多。变电站电缆沟规模也越来越庞大复杂，由于其位于地表下，检修不便，往往成为变电站安全死角。地沟电缆故障发生通常为隐蔽渐进方式，一旦发现事故症状，通常损失已难挽回，严重时还会影响到变电站的安全生产和运行[1]。

针对电缆沟常见多发故障要素，研究了一种电缆沟智能化综合监控防护系统：其具备多种传感器装置；采用分布式网络架构对电缆沟进行实时监测；通过无线方式将监控数据传输到监控中心；具备智能化主动防护功能。

1系统结构

由于本产品主要部分应用于电缆沟内部，必须适应电缆沟特殊环境的应用要求。产品的结构形式，供电方式，安装和连接方式，数据传输方式都必须进行统一的考虑。为此，将整个系统分为3个主要部分：分布式模块、电缆沟工作站和监控工作站。系统机构如图1所示。

图1 系统结构示意图

分布式模块作为整个监控防护网络的功能节点。是装备各种传感器，对所在位置的电缆沟进行实时监测，并将监测数据通过网络总线与上位机进行交互相。

2分布式模块

分布式模块作为整个监控防护网络的功能节点,对各种传感器进行数据采集，并将监测数据通过网络总线与上位机进行交互相。主要包括数字微控制器、温度传感器、烟雾探测器、水位传感器和驱动接口等功能部件

图2 分布式模块功能结构图

2.1数字微控制器。字微控制器选用C8051F020单片机。该单片机采用了增强的CIP-51内核，其指令集与MCS-51完全兼容，具有标准8051的组织架构，可以使用标准的803x/805x汇编器和编译器进行软件开发。CIP-51采用流水线结构，70%的的指令执行时间为1或2个系统时钟周期，是标准8051指令执行速度的12倍，可以保证系统对多个传感器进行轮询处理的同时，与上位机顺畅通讯。

该单片机集成了丰富的模拟资源，集成了12位ADC和8位ADC，前者在片内模拟开关的作用下可实现对多路模拟信号的采集转换；后者具有500kHz的采样速率，可以满足电缆沟工作站各种接口需求。

2.2温度传感器。满足对多根电缆温度的实时检测，本方案选用美国DALLAS公司生产的 DS18B20可组网数字温度传感器。其采用独特的单线接口方式，在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯； 测温范围 －55℃～＋125℃，固有测温分辨率0.5℃；支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，最多能并联8个；非常适合本项目产品的应用。传感器与单片机接口原理如下图。

图3 温度传感阵列与单片机的接口

2.3烟雾探测器。烟雾粒子对光的吸收和散射作用，光电感烟式火灾探测器可分为减光式和散射光式两种类型。散射光型光电感烟探测器目前已经成为主流。

图4 光电感烟探测器原理示意图

当空间高度为6m～12m时，一个探测器的保护面积，对一般保护场所而言为80m2。空间高度为6m以下时，保护面积为60m2。完全满足本项目需要

2.4水位检测器。免由于排水装置堵塞等故障导致电缆沟积水引发故障，在分布式模块设置水位检测器。为减小体积，选用了超声水位检测原理。超声波液位仪是一种智能型非接触式液位测量仪表。产品具有自动功率调整，增益控制，温度补偿，采用先进的检测技术和计算技术，提高仪表的测量精度，对干扰回波有抑制功能，保证测量结果的真实。产品可广泛用于各种液体的液位和固体的物位的测量，也可用于距离的测量。

2.5驱动接口，动接口的功能是：当设置好传感器的正常工作范围后，如果超出此范围，则可配置为驱动接口动作，从而驱动特定的外部设备。例如，当检测到烟雾时，可以通过触发驱动接口启动外部抽风、灭火或音响报警装置。实现电缆沟的主动检测与防护。

3电缆沟工作站

电缆沟工作站安装于靠近电缆沟的地面，其主要功能是将外接的220V电源转换为24VDC供给各分布式模块，并将各分布式模块的网络数据进行汇总后，通过无线电传输到监控工作站。

电源转换拟选用AC/DC原理，其具有效率高、功率大、发热少等优点。

电缆沟工作站与各分布式模块采用485总线连接，通讯协议为MODBUS 协议。MODBUS协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议,控制器相互之间、控制器经由网络（例如以太网）和其它设备之间可以通信。它已经成为一通用工业标准。有了它,不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络,进行集中监控。此协议定义了一个控制器能认识使用的消息结构,而不管它们是经过何种网络进行通信的。它描述了一控制器请求访问其它设备的过程,如果回应来自其它设备的请求,以及怎样侦测错误并记录。它制定了消息域格局和内容的公共格式。非常适合本项目的应用要求。

4监控工作站

监控工作站配置于机房内部，通过无线收发装置与工作站进行数据交换。工作站软件实时显示各分布式模块的传感器参数，并进行数据记录；对各模块的工作参数进行设定和配置。

本方案选用一台台式计算机作为软件运行平台。计算机与无线收发装置相连，实现与电缆沟工作站间的远程数据传输。

监控软件运行于WindowsXP操作系统，具有界面友好，操作简便的特点。

结束语

本系统经过现场安装调试和试运行，无线数据通讯稳定畅通，期间不间断地采集了电缆沟温度、水位、烟雾等实时数据。监控工作站能远程及时掌握电缆沟各温度监测点的温度变化情况，数据自动采集；温度以曲线进行直观显示，超温报警直观醒目，减轻了监护劳动强度；各种数据进行按日期自动存贮，便于后期备份与检索;水位模拟测试结果与实际状况相符，能够及时准确反应水位变化。水位显示直观，记录数据准确，实际应用中能准确及时反应电缆沟积水情况；进行了烟雾监测模拟测试，测试结果表明烟雾监测准确可靠，灵敏度高，监控站能及时输出报警信号；主动防护接口控制方式灵活、动作稳定可靠，能够实现智能监控和防护。

参考文献

[1] 粱隽鸣，叶伯颖，变电站电缆防火措施的探讨[J].光纤与电缆及其应用技术,2004年,第4期

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。