浅谈新型高压开关配电室环境监测系统的设计与应用

王蒙蒙

安科瑞电气股份有限公司   上海嘉定   201801

摘要：针对目前高压开关配电室环境监测系统在可靠性、扩展性、灵活性、方便性等方面存在的问题，提出一种新型环境监测系统的设计方案。系统由sIEMENs可编程控制器(PLC)及传感器等组成，实时监测高压开关配电室环境中sF6气体浓度、氧气含量、环境温湿度等参数。本系统具有可靠性高、扩充方便、性能稳定、维护方便、抗干扰能力强等特点，可有效地保障进入高压开关配电室现场的工作人员的人身安全。

关键词：高压开关配电室；sF6；环境监测系统

0 引言

高压开关是智能电网重要组成部分，高压开关安全可靠运行，是整个电网安全运行的重要保证。目前，高压开关均采用SF6气体作为绝缘保护气体，在常温下SF6是一种无色无味的气体，纯净的SF6气体本身无毒，但经过高压、电弧作用后的分解产物中包含多种有毒的气体，一旦有毒的气体泄漏到高压开关室环境中，将会给高压开关室内工作人员的健康带来严重危害，因此，必须对高压开关室环境中是否有SF6气体泄漏进行实时监测。同时，我国电业安全操作规程中也明确提出，在高压开关配电室应安装环境监测系统，并要求系统具有SF6气体浓度超标自动启动排风扇进行排风的功能。

1 环境监测系统存在的问题

目前，高压开关配电室环境监测系统存在的问题主要有以下几个方面：

(1)SF6气体浓度传感器的选用

SF6气体浓度传感器是整个环境监测系统的重要组成部分，该传感器质量的好坏，工作是否可靠直接决定环境中SF6气体浓度检测的准确性，进而决定系统对现场排风扇控制的准确性。

目前，市场上SF6气体浓度传感器主要采用以下几种原理：半导体原理、激光原理、电化学原理、红外吸收原理。半导体原理的SF6气体浓度传感器不能定量测量，只能定性检测，会经常出现漏报警和误报警的现象；激光原理的SF6浓度传感器定量检测精度不高、结构复杂、激光管易碎、维护困难；电化学原理的SF6浓度传感器，定量检测精度较高，但需要经常更换传感器的膜片和电解液，不易维护。

(2)检测信号的输出形式

在传感器信号的输出形式上，主要有4～20mA模拟量输出形式和RS485总线输出两种输出形式。4～20mA模拟量的输出形式，需要将每一个检测通道的信号线都连接到监控主机，布线繁琐，扩展困难。有些生产厂家采用了RS485总线通讯方式组成环境监测系统，但由于通讯协议过于简单，抗干扰能力不强，系统经常受强磁场、强电场的干扰，而通讯不畅，无法传输检测数据。

(3)通道切换方式的选用

有些生产厂家采用通道分时切换的方式，实现对多个监测点的信号检测，这种检测不是实时的，而且检测的精度低。

2 系统组成

本系统I由SF6浓度／氧气含量复合传感器、SIEMENS可编程控制器(PLC)、昆仑通态触摸屏、温湿度传感器、红外传感器、声光报警器、控制继电器等组成。其组成如图1所示。系统采用西门子SIMATIC s7．200系列可编程控制器(PLC)作为数据采集与控制的核心部件，昆仑通态触摸屏作为数据显示、存储部件，采用德国进口的红外吸收原理的SF6气体浓度传感器和日本进口的氧气含量传感器为主要部件，配上通讯、电源隔离、信号隔离、抗电磁干扰等电路，组成SF6浓度／氧气含量复合传感器，使传感器具有检测精度高、稳定性好、抗干扰能力强、维护方便等优点，采用RS485总线输出，使系统扩充更为容易，完全能够满足现场各项要求。

3 系统功能

(1)数据检测与控制

当配电室环境中某一监测点SF6气体的浓度高于设定的报警值时，或者氧气的含量低于设定值时，可编程控制器通过控制继电器启动现场排风扇进行排风换气，同时启动声光报警器，输出声光报警：当环境中SF6气体的浓度或氧气含量达到标准时，关闭现场排风扇，停止声光报警；当有人员进入配电室现场时，系统自动启动现场排风扇进行排风，另外，可编程控制器还可以根据设定，定时启动现场排风扇或手动启动现场排风扇。

(2)监测点动态参数配置表

由于不同的高压开关配电室环境监测点数不同、传感器地址不同、配置方式与排风扇的控制方式也不相同，本系统特别设置了动态参数配置表，从而实现系统的高度灵活性和扩展性。动态参数配置表如图2所示，具体功能说明如下：

(3)监测点安装情况灵活配置

动态参数配置表的第1列为监测点编号，实际应用中可为16路、32路、64路等。当某一监测点安装有SF6浓度／氧气含量复合传感器，就按下相应监测点后面的按钮，按钮上的符号由“X”变为“√”，表示此监测点安装了SF6浓度／氧气含量复合传感器，反之，当监测点后面按钮上的符号“X”时，表明此监测点没有安装传感器，通过操作按钮，可在“x”和“√”之间切换。SF6浓度变送器和氧气含量变送器的安装情况可分别设定，而安装SF6浓度／氧气含量复合传感器需要将SF6和02均设置为“√”；温湿度变送器设置方法与SF6／02变送器的设置方法相同。

(4)变送器地址灵活配置

变送器采用RS485总线数字量输出的方式，每一台变送器在出厂前均设置有固定的地址标识。

本系统中，通过在相应监测点相应变送器地址设定框内输入地址，可以方便地设置安装在系统中的任意一台变送器的通讯地址，使得在系统中更换、增加变送器后，不需要修改系统程序，大大地增强了系统的灵活性与实用性。

(5)排风扇组控制灵活配置

当配电室环境中SF6气体浓度超标或氧气含量过低时，本系统具有自动启动现场排风扇进行排风的功能。本系统将现场排风扇分为4组分别控制，通过对每一个监测点参数超标后，对4组排风扇启动的设置，可以灵活地设置排风扇的启动方案，当环境中有多个监测点超标的情况，将合并执行排风扇的启动方案。

(6)系统参数配置表

为了增强系统的灵活性，适应不同现场的要求，本系统设置了系统参数配置表。

(7)报警点设置

在系统参数配置表中，设置了报警点设置功能，通过此功能，可实时动态地设置SF6气体浓度变送器、氧气含量变送器的报警值。

(8)数据存储查询时间间隔设置

用户可根据需要，随时设置采集数据的存储时间间隔和历史数据查询的时间间隔。

(9)现场排风扇定时启动次数及启动时间设置

用户可根据需要，随时设置现场排风扇的定时启动次数及启动时间，以满足不同情况的需要。

(10)界面显示与动态参数配置表自动关联

系统能够根据动态参数配置表的配置情况，自动与之相关联，以实现实时数据显示画面、历史数据查询画面、历史曲线画面的动态变化。

(11)存盘数据导出

为方便对监测数据及报警数据进行分析，通过U盘，可以将存盘的历史数据和报警数据导出，导出后的数据可以方便地在Excel上进行查看、编辑。

4 安科瑞配电室环境监控系统的介绍与选型

4.1简介

安科瑞电气股份有限公司根据配电室实际情况，结合多年的变电站和配电室的运行管理经验，自主研发了安科瑞配电室综合监控系统，实现了智能开关柜运行监控、高压开关柜带电显示、电流电压等负载运行监控、母线测温监测、电缆测温监测、环境监测、有害气体监测、安防监控、采暖通风、门禁、灯光、风机、除湿机、空调控制等功能。实现动力环境各数据的检测与设备控制，实现动力环境优化，避免运行环境的失控导致配电设备运行故障，保证维护人员，延长设备使用寿命，减少配电室粗放式管理导致成本过高，同时实现配电动力环境的分布式远程管理。

4.2系统功能

4.2.1 通信管理

安科瑞智能配电室综合监控系统可以完成对整个配电室范围内的通信设备进行管理、添加、删除、控制和数据的实时监测。

4.2.2实时监测

安科瑞智能配电室综合监控系统人机界面友好，能够显示配电室设备的运行状态，实时监测配电室环境参数信息，如视频、温度、湿度、漏水/水浸、水位、有害气体和电参量等。实时显示有关故障、告警等信息。

4.2.3 数据查询

在人机界面中，可以直接查看配电室个设备的运行数据。

4.2.4曲线查询

在曲线查询界面，可以直接查看遥测参量曲线，包括温度、湿度、水位、有害气体、电压、电流等曲线。

4.2.5运行报表

查询配电室内设备的运行数据报表，包括日报表、月报表、年报表和查询报表等。

4.2.6实时告警

科瑞智能配电室综合监控系统具有实时告警功能，系统能够对配电室温度、湿度、有害气体、设备故障或通信故障等事件发出告警。告警如右图所示：

4.2.7 历史事件查询

安科瑞智能配电室综合监控系统能够对产生的所有事件记录进行存储和管理，方便用户对系统事件和进行历史追溯、查询统计、事故分析。

4.2.8 用户权限管理

为保障系统稳定运行，设置了用户权限管理功能。通过用户权限管理能够防止未经授权的操作（如遥控的操作，数据库修改等）。可以定义不同级别用户的登录名、密码及操作权限，为系统运行、维护、管理提供可靠的保障。

4.2.9网络拓扑图

安科瑞智能配电室综合监控系统支持实时监视接入系统的各设备的通信状态，能够完整的显示整个系统网络结构。可在线诊断设备通信状态，发生网络异常时能自动在界面上显示故障设备或元件及其故障部位。

4.2.10遥控操作

安科瑞智能配电室综合监控系统可以对整个配电系统范围内的设备进行远程遥控操作。

4.3Acrel-2000E/B配电室环境监控系统推荐配置选型

5 结束语

本文设计的监测系统对电厂、变电站等电力系统的安全生产，保障工作人员的身体健康，都有着十分重要的意义。随着国家对智能电网工作的大力推进，高压开关配电室SF6环境监测系统在实际应用中必然会发挥越来越重要的作用。

参考文献

[1] 蔡行健，黄文钰．深入浅出西门子s7—200PLC[M]．北京航空航天大学出版社，2006．

[2] 徐海宁，何方，陈曦，蒋伯华，周枫，胡竟，李法君，高跃，李慧，王方楠，吕成军.新型高压开关配电室环境监测系统的设计

[3] 安科瑞Acrel-2000EB配电室综合监控系统2020.04版

作者简介：

王蒙蒙，女，安科瑞电气股份有限公司，主要从事配电室综合监控系统的研发与应用。