变电站动态环境监测装置的研究与设计

变电站动态环境监测装置的研究与设计

高国强

（山东广域科技有限责任公司）

摘要：变电站无人值守运行方式和六氟化硫作为绝缘介质的一次设备的逐步增多，使得对变电站运行环境的监控要求不断提高。管理人员对室内温、湿度，有毒气体，运行设备电源，消防设施等的实际情况需要实时掌握，同时启动相应的保障设备。

关键词：变电站；环境；辅助监控；自动化

通过研发变电站动态环境监控系统【1】，将变电站内的需要进行监控的环境参数，如温湿度、SF6气体浓度、水浸等指标进行监控，并与相关设备结合实现连锁控制，同时系统对变电站内日常生活或保障性的用电装置，包括交流屏、直流屏以及其他特殊功能的装置如小电流接地选线装置提供接入条件，还能够与站内辅助监控设备相连接，提升变电站设备的运行管理水平。

1总体框架

变电站动态环境监测装置由电源模块，CPU模块，开入模块，开出模块，模拟量采集模块，电机保护模块，总线板。电源模块：负责提供装置运行电源、信号电源以及开关操作电源。CPU模块：负责装置运行管理、保护管理、定值管理、装置的数据通讯管理，逻辑控制管理。电机保护模块：低压电机的保护功能和运行模拟量采集。

2系统硬件设计与实现

产品采用的CPU芯片AT91RM9200，基于ARM920T内核【3】。不仅集成了丰富的系统外围和应用外围及标准的接口，还集成了高速片上SRAM和低延迟的外部总线接口（EBI）。主要功能是完成变电站环境监控系统任务管理和调度、功能板状态检测、参数设置、接收和处理功能板上传数据和告警信息、执行以太网通信、串口通信等任务。

2.1模拟采集模块原理

该模块主要由DSP控制器，电源，看门狗，带隔离的内部CAN总线收发器，模拟量输入、调理和隔离电路组成。

2.2数字量采集和控制模块原理

开关型或脉冲型的数字量信号，首先通过数字量输入整理单元，然后驱动光隔离器，有光隔离器输出给数字量整形电路，即施密特触发电路整形后送给DSP控制器采集。根据实际监测、控制逻辑的需要，DSP控制器发出输出控制信号，经驱动器隔离后送给光隔离器，实现板内和板外电器隔离，光隔离器的输出端连接输出继电器的控制端，控制继电器的工作状态。如果实际应用中要求的控制速度很高可以将继电器，换为VMOS管等其它相应速度快的控制输出器件。

3功能化设计

3.1环境监测

环境监测主要包括变电站内水位、温度、湿度、气体浓度等指标的监控，具体包括：

（1）电缆沟水位监测（水位高告警开关量采集，启动排水泵）；

（2）高压室内温度监测（模拟量采集，启动排风系统，空调系统）；

（3）高压室湿度监测（模拟量采集，启动排风系统）；

（4）室内六氟化硫氧量仪联动检测（开关量采集，启动排风系统）；

（5）主变温度监测（模拟量采集，启动主变风机）；

（6）室外风速监测（模拟量采集，特殊恶劣自然环境变电站）。

3.2设备监控

3.2.1直流系统

（1）直流充电设备故障（故障遥信信号，名称根据不同设备进行定义）；

（2）直流设备交流电源（模拟量电压信号）；

（3）直流母线电压：控制母线、合闸母线（蓄电池端电压）。

3.2.2交流系统

（1）交流屏进线电源：常规变电站两台站用变（6kV、35kV站用变各一台），部分110kV变电站为三台站用变；

（2）重要电源出线：直流系统电源、风机电源等根据变电站运行环境及设备情况确认。

3.3人机对话设计

设计友好的人机界面，实现装置与运行人员的对话，该接口连接10.4寸液晶屏，该接口为485总线通讯方式，可与装置本体分开安装，安装于运行人员的巡视路线上。对于变电站内存在室内六氟化硫高压设备的安装于进入高压室的巡视路线上，实现对室内六氟化硫浓度监测和手动启动高压室排风系统。

4逻辑控制设计

装置在变电站内使用过程中使用灵活，主要是进行以下两组控制逻辑：主变风机自动控制逻辑和室内排风系统控制逻辑。实现变电站内温度、湿度、六氟化硫气体浓度等指标告警而自动启动保护功能。

4.1主变的风机自动控制逻辑

装置可以实现变电站主变压器的冷却系统风机的逻辑控制和主变风机的保护功能的逻辑控制。当主变温度告警后启动风机，告警限制根据现场定值情况设置；同时还可以对风机启动运行时间进行定义，满足自动启动要求，但不会频繁启动。实现主变温度达到一定数值自动启动冷却系统或关闭冷却系统的风机，同时对风机系统出现故障情况下发出报警并跳闸，避免造成大面积风机损坏，降低故障范围。

4.2室内排风系统自动逻辑控制

高压室内的温、湿度以及六氟化硫气体浓度情况成为站内实际设备运行情况的重要指标，特别是对于以六氟化硫气体为绝缘介质的室内高压设备，对室内六氟化硫气体情况的检测成为保证运行人员巡视安全的保障，因此在进入高压室前对室内进行强制通风，启动轴流风机、空调。

5组网测试实验

试验将SF6检测探头和温湿度传感器探头接入监测装置，检查RS485通讯接口的运行灯状态，并调整接线方式及通道后，接通通讯，仪表正常运行，查看仪表的实时采集数据，试运行后，测试是否正常。人机界面中显示每个探测器的采集数据，显示氧气的含量多少以及SF6含量是否正常，当氧气含量低于18％，会过低报警；SF6显示浓度是否正常，高于1000ul/l，显示浓度超标，报警均启动强制通风。

6结束语

针对变电站运行环境要求的提高和以六氟化硫作为绝缘介质的一次设备的广泛应用，变电站辅助监控系统需要不断完善，提出了变电站动态环境监测系统。不仅实现变电站内温湿度、SF6气体、水浸等指标的监控，同时对变电站内日常生活或保障性的用电装置，包括交流屏、直流屏以及其他特殊功能的装置如小电流接地选线装置也具备接入条件，并将监控数据上传调度。弥补了变电站现有环境监控、消防系统、视频监控等系统的不足，建立完善的变电站辅助监控系统。

参考文献：

[1]王红光.变电站智能辅助监控系统[J].电子产品世界，2011，10：41-42+49.

[2]张明江，任强，梁俊伟.高寒地区无人值守变电站综合智能安全辅助监控系统研究与应用[J].科技与企业，2016，01：79-81.

[3]何玉朝，程耕国，张瀛.基于AT91RM9200的以太网接口模块设计[J].现代电子技术，2009，32（08）：17-21.