蔣振宇

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司茂名供電局，廣東 茂名 525000）

0 引言

在南方電網(wǎng)公司，傳輸設(shè)備、PCM 設(shè)備及數(shù)據(jù)網(wǎng)設(shè)備均能通過網(wǎng)管進(jìn)行實時監(jiān)控，安全可靠性較高，而在通信電源及機房環(huán)境方面的監(jiān)控手段存在較大的缺失。通信電源是通信設(shè)備正常運行的基礎(chǔ)，一旦出現(xiàn)故障往往造成大面積的設(shè)備停電和電力業(yè)務(wù)中斷；機房的整體然環(huán)境對設(shè)備的影響也不可忽視，空調(diào)驟停引起的高溫或者意外引發(fā)的火災(zāi)對設(shè)備的運行也是致命的[1]。

目前，對通信電源的監(jiān)控主要通過告警監(jiān)控模塊的干接點接入傳輸設(shè)備外部告警或者調(diào)度自動化系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，這種監(jiān)控方式不能對缺乏告警監(jiān)控模塊的DC-DC 電源設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，也不能實時地采集每節(jié)電池的運行狀態(tài)，存在較大的局限性。而對于機房環(huán)境的監(jiān)控幾乎沒有，往往設(shè)備已經(jīng)產(chǎn)生告警了才通知變電站運維人員至現(xiàn)場處理，消耗的時間過長，容易引起設(shè)備停機或者業(yè)務(wù)中斷。針對這些問題，筆者決定另辟蹊徑，不通過電源監(jiān)控模塊收集告警信號，而是直接采集通信電源電壓電流的方式收集各類信號，另外采取紅外線遠(yuǎn)程控制的方式遙控空調(diào)，立項新建茂名供電局變電站通信電源及機房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)建設(shè)

變電站通信電源及機房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)通過串口服務(wù)器采集變電站通信電源整流屏、DC-DC 電源的電壓和電流、蓄電池的電壓和單節(jié)內(nèi)阻、空調(diào)的狀態(tài)、機房的溫度等信息，利用變電站綜合數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)網(wǎng)接入茂名供電局辦公樓通信機房的后臺服務(wù)器，服務(wù)器連接公司短信平臺。系統(tǒng)實時上傳各類監(jiān)控數(shù)據(jù)至服務(wù)器，儲存通信電源運行數(shù)據(jù)和機房環(huán)境數(shù)據(jù)，對存在異常的數(shù)據(jù)通過短信、微信等工具產(chǎn)生告警信息。班組員工能登錄個人電腦查看各個變電站通信電源和機房環(huán)境的情況，也能通過告警信息遠(yuǎn)程了解設(shè)備故障情況，大大提高了搶修響應(yīng)速度[2]。系統(tǒng)原理如圖1 所示。

2 系統(tǒng)的各個監(jiān)控節(jié)點的實現(xiàn)過程

2.1 整流屏及DC-DC 屏的監(jiān)控

整流設(shè)備或者DC-DC 設(shè)備是通信電源的核心，應(yīng)該重點監(jiān)護(hù)，要求能實現(xiàn)如下情境的信息采集功能：

（1）當(dāng)整流屏的交流輸入切換、其中一路交流輸入缺相等異?；蛘邇陕方涣鬏斎氘惓?，產(chǎn)生告警；

（2）當(dāng)整流屏的交流輸出缺相等異常，產(chǎn)生告警；

（3）當(dāng)整流模塊交流輸入或者直流輸出電壓、電流異常，輸出過壓或者欠壓，產(chǎn)生告警；

（4）當(dāng)蓄電池輸入至整流屏的直流電壓過高或者過低，產(chǎn)生告警；

（5）當(dāng)DC-DC 屏的直流輸入電壓或者DC-DC 模塊的輸出電壓、電流異常，產(chǎn)生告警。

分析如上告警可以發(fā)現(xiàn)，采集的信息一個是電壓，另外一個是電流，均可以通過電壓互感器（PT）和電流互感器（CT）測量實現(xiàn)，如圖2 所示。最終結(jié)果輸出至串口服務(wù)器的電壓表和電流表上。

圖1 系統(tǒng)原理圖

圖2 用PT、CT 測量電壓和電流

2.2 通信蓄電池的監(jiān)控

蓄電池是當(dāng)通信整流設(shè)備故障時提供不間斷直流電源的儲能設(shè)備，變電站通信蓄電池大多數(shù)采用閥控鉛酸蓄電池，其設(shè)計原理是把所需份量的電解液注入極板和隔板中，通過化學(xué)反應(yīng)實現(xiàn)電能和化學(xué)能的轉(zhuǎn)換。通信電源屏自帶的監(jiān)控模塊只有當(dāng)蓄電池電壓過低才產(chǎn)生告警，具有滯后性和被動性，不能提前預(yù)知蓄電池的質(zhì)量變化趨勢。因此，對蓄電池的監(jiān)控重點關(guān)注兩方面。一方面，蓄電池的溫度。閥控鉛酸蓄電池對溫度的要求很高，溫度每升高1℃，電池電壓下降約3 mV/單電池，致使浮充電流升高，使溫度進(jìn)一步升高。溫度高于50℃會使電池槽變形。溫度低于-40℃時，閥控式鉛酸蓄電池還能正常工作，但蓄電池容量會減小。另一方面，閥控鉛酸蓄電池的內(nèi)阻是反映蓄電池性能和健康狀況的重要指標(biāo)，單節(jié)電池內(nèi)阻過大會拖累整組蓄電池狀態(tài)，使得電池組容量不足。

目前，測試蓄電池內(nèi)阻的方法繁多，如動態(tài)大電流沖擊負(fù)載放電法、直流瞬間大電流放電法、交流內(nèi)阻測試法、小電流二次放電法等。基于通信電源穩(wěn)定可靠運行的和蓄電池低損害的要求，筆者采用小電流二次放電法測試[3]。測試電路如圖3 所示。

圖3 小電流二次放電法測試電路圖

圖3 中，電池電動勢為E，R1、R2為額定電阻，R0為負(fù)載等效電阻，r為電池內(nèi)阻，K1、K2為開關(guān)。R1和R2數(shù)值已知，E、R0和r數(shù)值未知。

首先，開關(guān)K1、K2都斷開，蓄電池對負(fù)載電阻R0放電，可測得R0兩端電壓為U0和流過R0的電流為I0。由歐姆定律可得：

其次，對蓄電池進(jìn)行第一次小電流放電，K1閉合，K2斷開，此時R1和R0并聯(lián)，R1兩端的電壓為U1，由歐姆定律可得：

最后，對蓄電池進(jìn)行第二次小電流放電，K2閉合，K1斷開，此時R2和R0并聯(lián)，R2兩端的電壓為U2，由歐姆定律可得：

結(jié)合式（1）、式（2）、式（3），最終得出蓄電池內(nèi)阻r：

除了測試單節(jié)蓄電池內(nèi)阻，蓄電池監(jiān)測模塊還能采集蓄電池電壓、表面溫度等運行參數(shù)，實現(xiàn)全方位在線檢測，實時了解蓄電池的運行狀況，杜絕因蓄電池故障、老化引起的容量不足和安全問題，蓄電池監(jiān)控模塊之間采用手拉手總線方式。

2.3 空調(diào)狀態(tài)的遠(yuǎn)程在線監(jiān)控及環(huán)境信息采集

為了實現(xiàn)空調(diào)狀態(tài)的遠(yuǎn)程在線監(jiān)控及控制，通過RS485 接口采集空調(diào)的運行狀態(tài)，選用AT89C52 作為BAC485 空調(diào)遙控器的中央處理器。其數(shù)據(jù)存儲器EEPROM 用來存儲學(xué)習(xí)過程中各品牌空調(diào)編碼信號的脈沖寬度和編碼。在使用中，首先對站內(nèi)遠(yuǎn)程控制模塊進(jìn)行初始化操作，學(xué)習(xí)要控制的空調(diào)的各條指令，如開機、關(guān)機、溫度調(diào)節(jié)、運行模式等，站內(nèi)遠(yuǎn)程控制模塊的紅外發(fā)射器收發(fā)方向指向空調(diào)控制模塊，中間不能有遮擋。一旦空調(diào)停機，可通過紅外信號直接控制空調(diào)運行狀態(tài)的開機[4]，結(jié)構(gòu)如圖4 所示。

圖4 空調(diào)遙控器的中央處理器結(jié)構(gòu)圖

需在通信機房合適的位置安裝溫度傳感器和煙感傳感器，一般7 m2一個溫濕度傳感器和煙感傳感器。傳感器的信號通過RS-485 的方式接入至變電站串口服務(wù)器，實現(xiàn)在線檢測。

3 工作成效

變電站通信電源及機房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)項目完成后，能實時檢測通信電源和蓄電池的電壓、電流狀況，了解通信機房的溫度和濕度，存在的告警情況會顯示在主頁面上。在系統(tǒng)上提前設(shè)置電壓、電流、溫度、濕度等數(shù)據(jù)的閥值，高于閥值或者低于閥值均會產(chǎn)生告警。各類產(chǎn)生的告警按照重要性和緊急程度，分為緊急告警、重要告警和一般告警，緊急告警通過公司告警平臺，實時給通信檢修人員發(fā)送短信或者微信。

2018 年末，茂名供電局的通信電源和機房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)建成。對比2018 年運維情況，2019 年35 kV 及以上變電站日常巡視次數(shù)減少50 次，故障檢修時間平均縮短2 h，提前發(fā)現(xiàn)2 起110 kV 變電站蓄電池狀態(tài)惡化。由此可見，該監(jiān)控系統(tǒng)效果是顯著的，能大大縮短運維人員發(fā)現(xiàn)故障的處理時間，提升通信電源設(shè)備管理水平和運行穩(wěn)定性，減少進(jìn)站工作次數(shù)和車輛使用次數(shù)，提高工作效率，有助于變電站二次設(shè)備業(yè)務(wù)的可靠運行，實現(xiàn)了對變電站通信電源設(shè)備和通信機房的少人、無人運維值守，這也符合公司為基層減負(fù)和電網(wǎng)智能化的工作思路。

4 結(jié)論

安全是電網(wǎng)的生命線，通信電源和機房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)為通信電源設(shè)備和其他通信設(shè)備的可靠運行提供有力能源和環(huán)境支撐，切實改善地市局主網(wǎng)變電站通信設(shè)備的智能運行水平，有效杜絕電網(wǎng)事故事件的發(fā)生。隨著配網(wǎng)通信設(shè)備的進(jìn)一步推廣，惡劣復(fù)雜的機房環(huán)境更需要加強在線監(jiān)控，因此，該系統(tǒng)也能應(yīng)用于配網(wǎng)10 kV 開關(guān)站及其他配網(wǎng)工作站，值得南網(wǎng)其他地市局參考借鑒。