JJDL001型电力运行环境智能调控系统

何锦军 黄清锋 盛继华 杨向光

摘要：电力控制系统是由变压器、输配电线路和用电设备等很多单元组成的复杂的非线性动态系统。而城市化建设水平越来越高，变电柜室内布置的电气设备集成度、复杂、精度越来越高，设备受环境温、湿度等影响越来越大，因此对变电柜运行环境进行监测、调控成为新开发变电柜主要考虑的问题。

关键词：变电设备；运行环境；智能调控

中图分类号：TM63文献标识码： A

1前言

随着国民经济和电网的飞速发展，电力设备集成度、复杂度、精度越来越高，为了节约土地和保护环境，这些变电设施被设计成紧凑型的户内布置。尤其是江南沿海一带，空气湿度大，夏天气温高等气候环境特点。导致许多变电站的电气设备运行条件十分恶劣，造成了室内温湿度高、设备容易凝露、积灰严重、通风换气不畅、能耗过大、浸水等问题。高温、潮湿、噪音、尘污、有毒气体积聚等环境问题无时无刻不在侵蚀着设备的健康，制约着设备的能效，滋生着各种难以预料的隐患，严重威胁着变电站运行的安全性、可靠性。

2 传统变电柜运行环境情况

传统开闭所环境控制技术主要采取除湿机除湿、电加热器加温防凝露防潮。室内温度升高影响更加明显，温热效应是设备老化、绝缘下降乃至故障的重要原因，设备的运行温度是限制设备负荷能力的重要因数。因此，室内温度必需控制在合理地范围内，不得不再加装空调或者排风扇等进行散热，就出现了一边进行加温防潮防止凝露，同时，降温比较矛盾的、不科学、不经济的处理方式；另外一个方面，传统采用除湿机与电加热器加温防凝露防潮方式，是不可能真正有效解决凝露问题，由于采取传统的方式，室内温度、湿度会非常不均匀，在加热装置或者除湿机附件的部件，温度相对较高、湿度相对较小，其他区域相对差异很大，导致设备放电、发生故障、出现异常事故概率大大提高，电气设备的使用寿命也会缩短。

3变电柜智能调控系统的功能

电气设备运行过程中的热效应是设备老化、绝缘下降乃至故障的重要原因，设备的运行温度是限制设备负荷能力的重要因素。而环境温度又与设备的运行温度及散热效果密切相关，因此控制环境温度是改善和优化设备运行环境的主要矛盾。通过优化和改善变电柜设备所处环境的小气候，自动跟踪环境温度变化进行动态控制，以适应设备负荷变化引起的发热量变化以及环境温度变化，可为设备营造一个干燥、洁净、温度适宜的均衡、稳定的运行环境，对设备故障的一种主动防御思想。可有效降低设备的故障概率，延长设备的使用寿命，发挥设备的最大效能，提高供电可靠性。该系统集合了传感器技术、计算机自动控制技术、PLC技术、组态技术、通讯技术、GPRS技术、置换通风技术以及空调技术，作为远端监控系统（SCADA）的前端，可联网使用，也可以单独使用。电力运行环境智能调控系统采用异步半双工通讯方式和RS485的通讯接口及MODBUS-RTU通讯协议，以满足不同的自动化通信系统，其系统框图1所示。对于使用者来说，可以很容易的在短时间内学会本机人机界面操作的方法；触摸屏组态显示功能，让使用者对各种参数一目了然。

图1 电力运行环境智能调控系统框图

3.1系统组成

主机：主机安装在主控室的门口，以便一进入变配电站后能及时了解各设备运行情况，特别是SF6 的状态。主机负责采集所有变送器采集到的数据，并根据设置条件对变配电站的空调与风机进行控制。对所有的事件能进行自动记录并可查询。主机还可根据实际需要选择要上传的信号或数据，例如：烟感、火灾报警、门禁系统、电子围栏等。

SF6 和O2 气体变送器：采用美国原装SF6 传感器，采用间隙式检测，具有使用寿命长，响应速度快、稳定可靠等特点，可检测环境中SF6 气体含量，根据电力相关规定，在环境中SF6 气体含量超过1000ppm 时迅速报警。

氧气传感器：采用日本原装长寿命电化学传感器，具有抗干扰能力强、量程宽、精度高、寿命长等特点。可实时检测环境中氧气含量以达到保护人身安全的目的，当环境中氧气含量超标时，立即报警并启动风机。

温湿度变送器：采用瑞士高精度激光校准的温湿度传感器，结合RS485 总线，可实时采集现场温度和湿度数据，并根据系统设置，来启动相应的设备。

风机控制器：可设置定时、SF6 含量超标、氧气含量超标、温度超标、湿度超标等风机启动条件，风机控制采用RS485 通讯与变频器组合的方式，可直接挂在系统总线上，通讯编址来控制相应的设备。

除湿机控制器：根据除湿机型号，我们采用面板改造，即在原来的面板旁安装我公司的除湿控制模块，由于除湿机具有设置记忆功能，提前设置好除湿机启动后的工作模式，采用除湿机控制器来控制除湿机的开启与停止。

3.2 技术原理

系统运行模式分手动和自动两种模式。（1）将切换开关打到手动模式时。当环境温度、湿度和空气中氧气含量其中一项或多项超出所设定值时，蜂鸣器告警（需手动复归），风机不会自动启动，需人工手动去分合开关来启动和关闭风机（只有当氧气含量低于定值而告警时，短信发送器才会发送告警短信）；（2）将切换开关打到自动模式时，手动模式闭锁，无法手动去启动和关闭风机。当环境温度、湿度和空气中氧气含量其中一项或多项超出所设定值时，蜂鸣器告警，风机启动向室外排风。5 分钟后系统自动复归。如环境温度、湿度和空气中氧气含量其中一项或多项仍没有恢复到正常值，蜂鸣器再次告警，风机再次启动继续向室外排风（只有当氧气含量低于定值而告警时，短信发送器才会发送告警短信）。如此循环，直至环境温度，湿度和空气中含氧量都恢复正常。

3.3 通信方式

采用GPRS 无线短信方式作为本系统的通信信道。现场的控制器通过GPRS 模块定时发送整点运行数据，实时上传环境变量数据。

3.4 技术特点

电力运行环境智能调控系统可以采集环境数据并与设定告警阀值比较，判断环境数据是否超标。将告警信息和环境数据通过短信的形式发送给维护运行人员。并通过风机来调整环境状态，尽量降低不良环境对站内设备正常运行的影响。

环境监测功能：对变配电站内环境进行监控，通过气体变送器和温湿度变送器监控SF6、O2、温度、湿度等参数。

报警和控制功能：当气体变送器、温湿度变送器检测到SF6、湿度超过规定值（SF6 气体浓度大于1000PPM，湿度大于70%）后，主机通过对监控数据的分析来控制启动风机和报警灯。

无线通讯功能：通过气体监测报警显示屏来实现告警信号的传递，通过GPRS 通信方式，将告警信息发送到变配电站维护人员的手机上。满足未来“智能电网”与“物联网”技术的需求。

本项目主要是从系统性、综合性角度出发，寻找一种可以用于替代目前开关室使用传统的空调、除湿机、防凝露加热器、SF6与O2含量监测装置，且系统的稳定性、可靠性、效果、性价比等，均优于传统方式的方法。最大限度地降低变电站开关室的故障率，提高设备运行安全性、可靠性。同时，节能环保，提高效率，减少员工的工作量。变电站运行环境智能监控系统用于监测与智能控制改善以上环境问题，达到降低变电站故障概率，提高变电站运行的可靠性，保证供电的稳定性，实时排出变电站内有毒气体与窒息性气体，保障进入工作人员的安全。同时，能够通过相应的平台及时有效通知相关人员，能够一体化解决问题。

4 结束语

变电柜运行环境智能控制系统是一个系统工程，任何产品都有其优缺点，在实际应用中不断改正完善。希望有更多更好工作稳定可靠、安装调试方便、维护工作量少的产品应用到电力系统中，以改善变电柜的运行环境，保证变电设备安全、稳定、可靠运行。变电站运行环境智能控制系统是今后新、扩建变电柜及老旧变电站改造主要研究的重点。

参考文献

[1]蒋新松.智能科学与智能技术.信息与控制.1994, 23(1):38-39.

[2]吴捷,陈巍.综合智能技术在电力系统中的应用,电网技术.1997,21(8):17-21.

[3]平,吴军基.基于顾氏网络媒体访问控制及新一代网络体系结构实现方法.发明专利文献,专利申请号02112689.5,2002.

[4]王平洋.电力系统自动化与智能技术,电力系统自动化.1998,22(1):6-11.

[5]韩祯祥,文福拴.人工智能在电力系统中的应用,电力系统自动化.2000,24(2):2-10.