配电所环境监测系统的探讨

周 丹,徐 键,高志强

(1.中铁第四勘察设计院集团有限公司,武汉 430063;2.向莆铁路股份有限公司,福州 350000;3.内蒙古集通铁路股份有限公司,呼和浩特 010050)

配电所环境监测系统的探讨

周 丹1,徐 键2,高志强3

(1.中铁第四勘察设计院集团有限公司,武汉 430063;2.向莆铁路股份有限公司,福州 350000;3.内蒙古集通铁路股份有限公司,呼和浩特 010050)

传统的配电所监控系统只是对配电所内各种设备的电气量进行监视与控制,而对于影响配网安全运行的其他方面如电缆头温度过高、人员非法闯入、设备间漏水等“非电气”故障缺乏有效监视,这些问题的发现只能靠人员巡视或者视频监控来实现。根据过去大量现场运行的事故分析可以看出,很多电气故障正是由于上述“小”问题发现不及时,对“非电气”故障隐患不能及时处理,使设备一直在带病运行。随着时间的增加,故障点“小”问题逐步演变为大故障,从而造成设备及电网事故,影响正常生产,给铁路企业造成经济和信誉的重大损失。大量的事故就是因为环境温度、设备凝露等小问题造成的。主要探讨建立一套对影响安全运行的“非电气”故障进行综合监控的系统,对配电设备运行状态实现在线监测,以达到对故障早预报的目的。

配电所;监控中心;RTU;GPRS;温湿度监测

目前,各种基于配网的自动化系统已经日趋完善,越来越多的配电所、箱变、开关等实现了远程监控。但目前各种配网自动化系统功能主要是对配电房、环网柜、柱上开关等一次设备实现“电气”监控功能。而对于影响配网安全运行的其他方面如电缆头温度过高、人员非法闯入、设备间漏水等“非电气”故障并没有监控。而很多故障正是由于这些小问题发现不及时,从而造成设备及电网事故,影响正常生产,给电力安全生产造成重大损失。

本文将主要探讨建立一套配电所安全运行的综合监控系统,对配网设备的运行状态及影响配网安全运行的因素实现在线监测,使配网管理实现“可控”、“在控”。从而彻底改变过去依靠人工巡视查找的传统做法,有效预防故障,提高工作效率。

1 监控系统结构

1.1 系统结构(图1)

图1 系统结构

1.2 系统组成

本系统由监测单元、通信系统和数据处理及监控中心组成。

(1)监测单元

主要完成对配电房运行环境、安全防护及电缆温度的综合监测。

(2)通信系统

本系统通信方案主要采用 GPRS通信方式。

(3)监控中心

数据处理及转发系统接收 RTU的信息数据,数据处理系统对收到的信息进行分析处理,形成故障状态信息。同时作为子站,向主站上传故障状态。完成整个故障状态的监测和报警。

本系统也可以接入已经实施 SCADA系统主站。针对环境监测系统的应用软件通过在 SCADA平台上扩展实现(图2)。

图2 功能框图

2 监控系统功能及特点

(1)实时监测功能

可以实时监测线路的短路故障信息(预留)。

(2)主动告警功能

可以主动上报运行环境数据。告警信息实时记录到数据库中,可根据需要长期保存;可以提供声光告警。

(3)灵活传输功能

光纤、GPRS、载波、有线等各种通信方式可选,系统工作不依赖于通信方式的选择。

(4)数据管理功能

系统配置数据、告警信息等全部存储在数据库中,便于统计分析;可以按照用户要求生成各种统计报表、图表。根据告警的不同拓扑位置和告警类型,提供数据分析功能,确定故障原因和故障位置。

(5)系统管理功能

可以对主控单元、采集设备、监控点以及操作人员、系统功能等进行配置;系统日志对系统状态和人员操作做详实记录。

(6)设备状态定时上报

采用节拍方式,定时上报设备状态,如果通信失败则视为设备故障。

3 监控中心

(1)系统软件

本系统是一个监控管理综合软件平台,完全建立在标准的 B/S构架上,采用网络技术、TCP/IP技术、GPRS通信技术,处理来自各个现场的报警信息及各种管理信息。这些数据通过分析、处理、校验等过程,保证报警信息及时、准确地得到记录分析,同时为维护部门提供需要的统计报表等分析数据。

本系统采用面向对象的技术,围绕着设备对象,将与之相关的信息组成一个整体,可以实现面向不同应用的要求。在基础设备模型的基础上建立设备的层次关系,以设备树的形式直观体现。

系统设置一台短信报警服务器,当系统监测到故障发生时,将自动通过短信服务器向指定的人员(多人同时)发送报警信息,并记录所有的报警信息。短信报警服务器依赖 GSM网络来收发短信息。它使用一个 10Base-T以太网接口连接网络;一个 GSM模块用来收发报警短消息。

系统采用标准数据库,提供标准的数据库访问接口。各种数据和运行日志被记录于标准的数据库中,支持现有的 EXECL办公软件直接生成相应的报表。也给局方提供标准的开发接口,容易嵌入到现有的MIS系统中,组成复杂应用。如果用户会制作网页,可以按照自己的爱好生成喜欢的界面。

(2)主要功能

①数据采集和处理;

②各种运行故障通过短信告警;

③系统采用开放式结构,提供二次开发接口。

4 GPRS的组网方案

监控中心采用 APN专线,所有点都采用内网固定IP的组网方式实现网络数据传输。此种方案客户中心通过一条 2M APN专线接入移动公司 GPRS网络,双方互联路由器之间采用私有固定 IP地址进行广域连接,在 GGSN与移动公司互联路由器之间采用 GRE隧道。为客户分配专用的 APN,普通用户不得申请该APN。用于 GPRS专网的 SIM卡仅开通该专用 APN,限制使用其他 APN。得到 APN后,给所有监控点及中心分配移动内部固定 IP。移动终端和服务器平台之间采用端到端加密,避免信息在整个传输过程中可能的泄漏。双方采用防火墙进行隔离,并在防火墙上进行 IP地址和端口过滤。此种方案无论实时性、安全性和稳定性都是最理想的。

5 站端设备(RTU)

5.1 配电房 RTU主要功能

(1)安全防护子功能

门禁：身份确认,禁止无卡人员进入;

红外对射：有人进入监视区时告警。

(2)环境监控子功能

主要监视设备运行的环境温度、湿度,以及浸水情况,必要的时候可以远程启停空调、风机等设备。

(3)电缆温度监测子功能

主要监视电缆头温度,当发现温度超过警戒值时立即告警,预防事故的发生。

5.2 安全防护子系统

主要实现配电房安全防护和防盗的监测,包括周界防护、门禁控制等。周界防护传统使用红外对射。门禁控制包括门磁检测或者智能门禁系统。智能门禁系统通过配电房 RTU对各控制器实施监控、管理。

5.3 环境监控子系统

环境监控子系统的主要任务是监视各工作现场的温度、湿度、漏水情况及外人侵入等。一旦出现异常,系统自动告警,并可以自动启动空调、风扇或者抽水机等设备来除湿或者对电缆沟抽水。

漏水和烟雾检测系统的监测量主要有：红外检测;烟感检测;水浸检测;门禁检测。

数据采集终端是采集多种传感器,实时监测环境中各种状态信息。通过温湿度传感器检测环境温湿度值,还可以根据设定的上下限值产生温湿度上下限报警;通过离子烟雾传感器检测火灾报警,通过浸水传感器检测地面或者电缆沟积水信息;通过被动红外探测传感器、光电对射传感器和门磁传感器来检测非法侵入报警。通过对上述信息的监视来完成配电房安全防护、电缆沟进水和烟雾检测的实时监测。

5.4 电缆头温度监测子系统

电缆接头温度在线检测子系统,主要是针对环网柜、开关柜中电缆接头因绝缘老化或接触不良等故障的早期预警而设计。当电缆存在故障隐患造成电缆或电缆头温度升高并超过设定的报警限值时,系统发出报警。并显示发生报警点的位置及记录发生报警的时间,及时准确指导检修和故障查找工作,从而有效防止电缆故障的发生和扩大。

本系统采用“差分比较法”来判断电缆温度是否越限。即在每相电缆接头处放置一个温度传感探头,通过同回路三相探头温度的相对变化,当相对变化超过一定值后,则认为电缆接头出现温度过高情况,立即启动告警过程,将该信息发送到监控中心。通过该方案解决了因线路负荷不同、季节温度不同(冬、夏)所造成的温度告警限值的不同,避免了系统的“故障误报”。

6 结论

通过对该技术的研究和系统的投入使用,可以大大节省维护成本,提高事故预防能力,提高事故响应速度,从而提高整个铁路电力系统的安全运行水平,提高企业的经济效益。

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1004-2954(2010)07-0114-03

2010-05-11

周 丹(1964—),男,高级工程师,1988年毕业于东南大学电力系统及自动化专业。