开闭所、环网柜环境监控系统研究

郝玉东

摘要：开闭所、环网柜的工作环境要求满足一定的条件，其中温、湿度水平要达到一定的条件，否则将导致各种电力事故发生。针对现有监测手段单一，开闭所、环网柜烟雾、温湿度24小时监测困难等问题，利用远程无线传输技术，设计了一种基于GPRS（通用分组无线服务）通信技术的开闭所、环网柜烟雾、温湿度环境参数监测系统，可以实时监测开闭所、环网柜烟雾、温湿度变化。经实际验证该系统采集数据精度高、运行可靠稳定、使用方便。

关键词：开闭所;环网柜;烟雾温湿度监测;GPRS通信

中图分类号：TP31

文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2020）04-0289-02

收稿日期：2019-11-21

随着我国经济快速发展，社会化生产生活用电量逐步扩大，对各类开闭所、环网柜设备运行情况进行监测与控制对保证供电稳定性具有重要作用。近些年开闭所、环网柜应用较多，各类电气设备布设密度更加紧凑，容易导致诸多安全事故发生，所以当前对开闭所、环网柜运行环境的监控系统进行设计与应用。

1 需求分析

最近几年，因为开闭所、环网柜内设备环境差（发生受潮、产生凝露）而导致的电力事故经常出现，随着新技术的应用，开闭所、环网柜等电力设备应用越来越广泛，柜体内设备间距越来越小，这样对柜内的环境要求也越来越高。针对某省壳体需求情况，先将需求分析结果列表如下：

1.1 针对地下室（开闭所、环网柜）潮湿度比较严重，如何处理和监控？

1.2 监控用的传感器要求

温湿度、烟感传感器具体需求如下：

1）外观设计，现场便于安装，最好温湿度、烟感传感器是一个整体，电池为自备。

2）设备与主站传输方案宜采用窄带物联网（NarrowBandInternet of Things，NB-IoT），此方案低功耗，传输数据稳定。主站采集的数据2-3个小时主动上报，这样可以降低电池电量的过快的损耗。采集的数据要显示时间。

3）主站功能模块有：

（1）设备列表：包含设备具体数据、设备-周数据曲线图、设备一月数据曲线图。

（2）设备位置：以地图形式展示设备的具体位置，方便当地维护人员及时找到设备。

（3）天气预报：展示当地天气情况。

（4）权限设置：以市县为单位，按输电线路划分权限。县局主任可以查看整个县城的整体设备运行数据，线路维护人员只能查看本线路的设备运行数据。

4）手机、电脑同时可以查看数据，手机最好以微信公众账号或小程序实现，可以实现预警短信通知。

1.3 现场加装控制器

控制除湿设备和消防灭火设备，除湿设备可以实现智能控制（在一定的数值范围内设备运行，范围外设备停止运行）;消防灭火设备可以在设备发生危险时启动以确保安全。此项为附加项，如果能够实现不仅可以作为单独的一项业务开展工作，而且为公司的壳体业务增加更大的附加值。

2 设备选型

根据上面的需求分析，要求烟雾温度湿度一体传感器，传感器分为烟雾传感器、烟雾温湿度传感器、烟雾红外入侵传感器。在此选择了无线一体化烟雾温湿度传感器，该传感器可以进行烟雾、温湿度、入侵信号的采集，采集数据通过无线LoRa模式传输到接收主机或传送到上位机进行实时监控，其中Lo-Ra设备具有功耗低、容量大、传输距离远、抗干扰能力强的优点。

无线一体化烟雾温湿度传感器的技术参数：烟雾测量：0（正常），1（报警）、输出方式：声光报警/485/无线（可选）、温度测量：-40～150C（可选）、湿度测量：0～99%RH（可选）、红外入侵：0（无），1（有）（可选）、供电电压：DC 12V～24V或2.5V～3.6V、最大功率：0.3W、传输距离：5KM、工作温度：-40～1259、工作湿度：《95%RH、检测面积：20ni、外壳尺寸：φ 105mm* 50mm和安装方式：吸顶式。

3 监控系统主要功能实现

本监控系统有数据采集模块、一体传感器与上位机通信模块、上位机管理程序模块、上位机与GPRS通信模块、上位机控制温湿度设备模块、GPRS与监控中心通信模块、监控中心管理程序模块、手机APP程序模块、微信公众号或小程序模块。开闭所、环网柜环境监控系统集显示、处理、报警等多功能于一身，可以采集、分析和保存各种重要数据，显示各种报表。下面主要介绍一下几个重要模块：

3.1 一体传感器与上位机通信模块

通过485总线实时上传烟雾温湿度数据到上位机，上位主机根据现场采集的烟雾温湿度数据，根据设置的阈值进行对温度湿度控制设备进行开关和关停。上位机并将报警数据和一些重要数据通过GPRS模块传给监控中心主机，客户也可以通过监控中心客户端设置各种控制参数阈值;上位机和一体传感器通信采用标准Modbus协议，可以开放给用户连接至自有设备或客户端。

3.2 上位机与GPRS通信模块

使用GPRS模块组建无线网络时，用户无须关心GPRS无线通信与互联网交换技术，只需拥有以前所熟悉的串口通信知识就足够了。GPRS模块组成的无线网络系统，上位机可以是①串口设备终端（如PLC）、②计算机（不能上网的也行），当监控到烟雾或温湿度异常时，可以主动向管理人员通过短信发送异常情况和具体位置。开闭所、环网柜环境监控系统的上位机与监控中心通信，采用GPRS分组交换技术，这种基于GSM系统的无线分组交换技术，提供端到端的、广域的无线IP连接。广泛用在电力等领域，用于监测和记录环境的烟雾温湿度数据，配套监控中心客户机软件，手机APP，能够直接清晰的查看和统计数据，并可实现数据的存储与导出功能。

3.3 上位机控制温湿度设备模块

上位机检测到温湿度越过阈值时，就要通过串口向温湿度控制器发送启动或关停指令，温湿度控制器采用PID控制方法来控制调节温湿度，PID控制应该算是应用非常广泛的控制算法了。它可应用到一个元件的温度调节控制，直至调节控制无人机的飞行姿态和飞行速度等等，都可以使用PID控制。有关软件的开发在这里略。

这里的各功能模块的实现就不再赘述了。

手机APP软件的开发可以使用JAVA或Python，上位机的软件可以采用目前比较流行的Python或者C Sharp开发工具，集中监控中心软件可以使用。

4 结论

由于开闭所、环网柜环境监控系统采用烟雾温湿度一体的传感器精度高.工业级。运用PID算法控制调节温度，可以实现准确实现控制温湿，省电，延長产品寿命。实现本系统成本较低，系统速度快，工作稳定，可靠性高，真正解决了开闭所、环网柜内的湿气问题。同时安装简单、快捷，改善供电设备运行环境，提高供电可靠性。通过实践验证，此系统具有良好的性能指标，降低人工费用成本，实现规范化管理目标。可以广泛应用于对烟雾、温度和湿度要求严格的地方，主要用于电力系统中的开闭所、环网柜环境监测控制。

参考文献：

[1]欧阳丽娜.智能家居的物联网技术及其应用[J].电脑编程技巧与维护，2016，8（22）：36-37.

[2]陈欢，秦怀宇，李旋.基于ZigBee技术的温湿度采集系统[J].电子测试，2018，10（20）：9-11.

[3]孟上九，李想，孙义强，王淼.冻土路基温湿度无线监测系统[J].哈尔滨理工大学学报，2018，5（3）：66-71.

[通联编辑：梁书]