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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 [706]

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