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淺析新型高壓開關配電室環境監測系統的設計

2024-01-03 [76]

安科瑞 劉邁

  摘要:針對目前高壓開關配電室環境監測系統在可靠性、擴展性、靈活性、方使性等方面存在的問題,提出一種新型環境監測系統的設計方案。系統由SIEMENS可編程控制器(PLC)及傳感器等組成,實時監測高壓開關配電寶環境中SF6氣體濃度、氧氣含量、環境溫濕度等參數。本系統具有可靠性高、擴充方便、性能穩定、維護方便、抗干撫能力強等特點,可有效地保障進入高壓開關配電室現場的工作人員的人身安全。

  關鍵詞:高壓開關配電室:SF6:環境監測系統

  0.引言

  高壓開關是智能電網重要組成部分,高壓開關安全可靠運行,是整個電網安全運行的重要保證。目前,高壓開關均采用SF6氣體作為絕緣保護氣體,在常溫下SF6是一種無色無味的氣體,純凈的SF6體本身無毒,但經過高壓、電弧作用后的分解產物中包含多種有毒的氣體,一旦有毒的氣體泄漏到高壓開關室環境中,將會給高壓開關室內工作人員的健康帶來嚴重危害,因此,對高壓開關室環境中是否有SF6氣體泄漏進行實時監測。同時,我國電業安全操作規程中也明確提出,在高壓開關配電室應安裝環境監測系統,并要求系統具有SF6氣體濃度超標自動啟動排風扇進行排風的功能。

  1.環境監測系統存在的問題

  1.1SF6氣體濃度傳感器的選用

  SF6氣體濃度傳感器是整個環境監測系統的重要組成部分,該傳感器質量的好壞,工作是否可靠直接決定環境中SF6氣體濃度檢測的準確性,進而決定系統對現場排風扇控制的準確性。

  目前,市場上SF6氣體濃度傳感器主要采用以下幾種原理:半導體原理、激光原理、電化學原理、紅外吸收原理。半導體原理的SF6氣體濃度傳感器不能定量測量,只能定性檢測,會經常出現漏報警和誤報警的現象:激光原理的SF6濃度傳感器定量檢測精度不高、結構復雜、激光管易碎、維護困難:電化學原理的SF6濃度傳感器,定量檢測精度較高,但需要經常更換傳感器的膜片和電解液,不易維護。

  1.2檢測信號的輸出形式

  在傳感器信號的輸出形式上,主要有4~20mA模擬量輸出形式和RS485總線輸出兩種輸出形式。

  4~20mA模擬量的輸出形式,需要將每一個檢測通道的信號線都連接到監控主機,布線繁瑣,擴展困難。

  有些生產廠家采用了RS485總線通訊方式組成環境監測系統但由于通訊協議過于簡單,抗干擾能力不強,系統經常受強磁場、強電場的干擾,而通訊不暢,無法傳輸檢測數據。

  1.3通道切換方式的選用

  有些生產廠家采用通道分時切換的方式,實現對多個監測點的信號檢測,這種檢測不是實時的,而且檢測的精度低。

  2.系統組成

  本系統由SF6濃度/氧氣含量復合傳感器、SIEMENS可編程控制器(PLC)、昆侖通態觸摸屏、溫濕度傳感器、紅外傳感器、聲光報警器、控制繼電器等組成。其組成如圖1所示。系統采用西門子SIMATICS7-200系列可編程控制器(PLC)作為數據采集與控制的核心部件,昆侖通態觸摸屏作為數據顯示、存儲部件,采用德國進口的紅外吸收原理的SF6氣體濃度傳感器和日本進口的氧氣含量傳感器為主要部件,配上通訊、電源隔離、信號隔離、抗電磁干擾等電路,組成SF6濃度/氧氣含量復合傳感器,使傳感器具有檢測精度高、穩定性好、抗于擾能力強、維護方便等優點,采用RS485總線輸出,使系統擴充更為容易,滿足現場各項要求。

  3.系統功能

  3.1數據檢測與控制

  當配電室環境中某一監測點SF6氣體的濃度高于設定的報警值時,或者氧氣的含量低于設定值時,可編程控制器通過控制繼電器啟動現場排風扇進行排風換氣,同時啟動聲光報警器,輸出聲光報警;當環境中SF6氣體的濃度或氧氣含量達到標準時,關閉現場排風扇,停止聲光報警;當有人員進入配電室現場時,系統自動啟動現場排風扇進行排風,另外,可編程控制器還可以根據設定,定時啟動現場排風扇或手動啟動現場排風扇。

  3.2監測點動態參數配胃表

  由于不同的高壓開關配電室環境監測點數不同、傳感器地址不同、配置方式與排風扇的控制方式也不相同,本系統特別設置了動態參數配置表,從而實現系統的高度靈活性和擴展性。具體功能說明如下:

  (1)監測點安裝情況靈活配置

  如圖2所示,動態參數配置表的第1列為監測點編號,圖中只顯示8個監測點,實際應用中可為16路、32路、64路等。當某一監測點安裝有SF6濃度/氧氣含量復合傳感器,就按下相應監測點后面的按鈕,按鈕上的符號由“X"變為“√",表示此監測點安裝了SF6濃度/氧氣含量復合傳感器,反之,當監測點后面按鈕上的符號“X"時,表明此監測點沒有安裝傳感器,通過操作按鈕,可在“X"和“√"之間切換。SF6濃度變送器和氧氣含量變送器的安裝情況可分別設定,而安裝SF6濃度/氧氣含量復合傳感器需要將SF6和02均設置為“√";溫濕度變送器設置方法與SF6/02變送器的設置方法相同。

  (2)變送器地址靈活配置

  變送器采用RS485總線數字量輸出的方式,每一臺變送器在出廠前均設置有固定的地址標識。本系統中,通過在相應監測點相應變送器地址設定框內輸入地址,可以方便地設置安裝在系統中的任意一臺變送器的通訊地址,使得在系統中更換、增加變送器后,不需要修改系統程序,大大地增強了系統的靈活性與實用性。

  (3)排風扇組控制靈活配置

  當配電室環境中SF6氣體濃度超標或氧氣含量過低時,本系統具有自動啟動現場排風扇進行排風的功能。本系統將現場排風扇分為4組分別控制,通過對每一個監測點參數超標后,對4組排風扇啟動的設置,可以靈活地設置排風扇的啟動方案,當環境中有多個監測點超標的情況,將合并執行排風扇的啟動方案。

  (4)系統參數配置表

  為了增強系統的靈活性,適應不同現場的要求,本系統設置了系統參數配置表。

  4.安科瑞配電室環境監控系統

  4.1概述

  配電室綜合監控系統包括智能監控系統屏、通訊管理機、UPS電源、視頻監控子系統(云臺球機、槍機)、環境監測子系統(溫度、濕度、水浸、煙感)、控制子系統(燈光、空調、除濕機、風機、水泵)、門禁監控子系統(讀卡器、開門按鈕、磁力鎖)、安防監控子系統(雙鑒檢測器)。

  4.2應用場所

  適用于軌道交通,工業,建筑,學校,商業綜合體等35kV及以下用戶端供配電自動化系統工程設計、施工和運行維護。

  4.3系統結構

4.4系統功能

  4.4.1實時監測

  能夠顯示配電室設備的運行狀態,實時監測配電室環境參數信息,實時顯示有關故障、告警等信息。

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4.4.2數據查詢

  在人機界面中,可以直接查看配電室中各個設備的運行數據。

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4.4.3曲線查詢

  可以直接查看各電參量曲線。

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4.4.4運行報表

  查詢配電室內設備的運行數據報表。

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4.4.5實時告警

  具有實時告警功能,系統能夠對配電室溫度、濕度、有害氣體、設備故障或通信故障等事件發出告警。

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4.4.6歷史事件查詢

  能夠對產生的所有事件記錄進行存儲和管理,方便用戶對系統事件和進行歷史追溯、查詢統計、事故分析。

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4.4.7用戶權限管理

  設置了用戶權限管理功能,可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限。

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4.4.8網絡拓撲圖

  支持實時監視并診斷各設備的通訊狀態,能夠完整的顯示整個系統網絡結構。

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4.4.9遙控功能

  可以對整個配電系統范圍內的設備進行遠程遙控操作。

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4.5系統硬件配置

  5.結束語

  本文設計的監測系統對電廠、變電站等電力系統的安全生產,保障工作人員的身體健康,都有著十分重要的意義。隨著國家對智能電網工作的大力推進,高壓開關配電室SF6環境監測系統在實際應用中必然會發揮越來越重要的作用。

  參考文獻

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