潘繼軍，田曉聲，季珊珊，張曉勇

(1.國網(wǎng)上海市電力公司檢修公司，上海 200063；2.浙江都美電力科技有限公司，浙江 杭州 311301)

匯控柜是變電站內(nèi)重要的控制設(shè)備，匯控柜內(nèi)接線和元器件的可靠工作，是一次設(shè)備可靠供電的基礎(chǔ)。目前匯控柜除濕大多數(shù)局限于安裝在柜內(nèi)的獨(dú)立除濕設(shè)備或材料，對于大范圍的分布式全覆蓋的實(shí)時(shí)監(jiān)測、自動(dòng)控制、分析告警的模式相對較少，對于利用傳感與通信技術(shù)智能化監(jiān)控匯控柜微環(huán)境總體情況還存在一定空白。

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)就是圍繞電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)，充分應(yīng)用移動(dòng)互聯(lián)、人工智能等現(xiàn)代信息技術(shù)、先進(jìn)通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)萬物互聯(lián)、人機(jī)交互，具有狀態(tài)全面感知、信息高效處理、應(yīng)用便捷靈活特征的智慧服務(wù)系統(tǒng)。本文重點(diǎn)探討基于電力物聯(lián)網(wǎng)的匯控柜微智能環(huán)境監(jiān)控技術(shù)。

1 匯控柜微環(huán)境智能監(jiān)控技術(shù)

1.1 智能監(jiān)控技術(shù)概述

匯控柜微環(huán)境智能監(jiān)控技術(shù)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測柜內(nèi)環(huán)境溫、濕度和電氣接點(diǎn)的溫度變化，監(jiān)控中心可以根據(jù)不同的需求設(shè)置多種報(bào)警方式，實(shí)現(xiàn)提前預(yù)警和故障定位，真正對匯控柜實(shí)現(xiàn)了智能化、信息化管理。匯控柜面板上安裝有液晶顯示裝置，方便巡檢人員查看，監(jiān)控中心可以把所有的監(jiān)測數(shù)據(jù)保存并統(tǒng)計(jì)分析，為狀態(tài)檢修提供大量的參考數(shù)據(jù)，符合國家電網(wǎng)公司提出的建設(shè)智能電網(wǎng)的要求。

1.2 智能監(jiān)控技術(shù)主要功能

(1)實(shí)現(xiàn)對匯控柜內(nèi)微環(huán)境的在線監(jiān)測和實(shí)時(shí)調(diào)控。

(2)實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)和控制指令的有線和無線傳輸。

(3)實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)和運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)本地展示。

(4)實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行畫面實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程展示。

1.3 智能除濕技術(shù)

智能除濕技術(shù)用半導(dǎo)體除濕方案，可以實(shí)現(xiàn)匯控柜內(nèi)微環(huán)境改造，核心功能是對匯控柜內(nèi)進(jìn)行除濕，防止由于濕度過大，產(chǎn)生凝露，影響正常運(yùn)行。

根據(jù)內(nèi)置的溫濕度傳感器監(jiān)測的數(shù)據(jù)，控制柜內(nèi)濕度，進(jìn)行除濕處理，將柜內(nèi)空氣中的水汽冷凝成水，排到柜外。同時(shí)，對匯控柜進(jìn)行封堵處理，在柜內(nèi)底部涂覆密封膠，防止電纜溝內(nèi)水汽進(jìn)入柜內(nèi)；在匯控柜門上安裝密封膠條，防止空氣內(nèi)水汽進(jìn)入柜內(nèi)；對匯控柜原有透氣孔進(jìn)行封堵，防止內(nèi)外空氣進(jìn)行對流。

1.4 智能通信方式

1.4.1 RS-485總線通信

RS-485是一個(gè)定義平衡數(shù)字多點(diǎn)系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)器和接收器電氣特性的標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)由電信行業(yè)協(xié)會和電子工業(yè)聯(lián)盟定義。使用該標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)能在遠(yuǎn)距離條件下以及電子噪聲大的環(huán)境下有效傳輸信號。RS-485使得連接本地網(wǎng)絡(luò)以及多支路通信鏈路的配置成為可能。

在匯控柜微環(huán)境智能監(jiān)控技術(shù)中，RS-485總線通信采用MODBUS-RTU通信協(xié)議，用于實(shí)現(xiàn)對匯控柜內(nèi)微環(huán)境的在線監(jiān)測和實(shí)時(shí)調(diào)控，實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)和運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)本地展示。

1.4.2 RJ-45以太網(wǎng)通信

以太網(wǎng)(Ethernet)是應(yīng)用最廣泛的局域網(wǎng)通信方式，同時(shí)也是一種協(xié)議。以太網(wǎng)協(xié)議定義了一系列軟件和硬件標(biāo)準(zhǔn)，從而將不同的計(jì)算機(jī)設(shè)備連接在一起。以太網(wǎng)設(shè)備組網(wǎng)的基本元素有交換機(jī)、路由器、集線器、光纖和普通網(wǎng)線以及以太網(wǎng)協(xié)議和通信規(guī)則。以太網(wǎng)中網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)連接的端口就是以太網(wǎng)接口。

在匯控柜微環(huán)境智能監(jiān)控技術(shù)中，以太網(wǎng)通信采用TCP/IP通信協(xié)議，用于實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)和控制指令的有線傳輸，實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行畫面實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程展示。

1.4.3 WIFI通信

WIFI在中文里又稱作“行動(dòng)熱點(diǎn)”，是WIFI聯(lián)盟制造商的商標(biāo)做為產(chǎn)品的品牌認(rèn)證，是一個(gè)創(chuàng)建于IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)的無線局域網(wǎng)技術(shù)。

在匯控柜微環(huán)境智能監(jiān)控技術(shù)中，WIFI模塊功能是將串口或TTL電平轉(zhuǎn)為符合WIFI無線網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式模塊，符合IEEE802.11協(xié)議棧網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)置TCP/IP協(xié)議棧，能夠?qū)崿F(xiàn)用戶串口、以太網(wǎng)、無線網(wǎng)(WIFI)這3個(gè)接口之間的任意透明轉(zhuǎn)換，用于實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)和控制指令的無線傳輸。

因此，本裝置的智能通信方式如圖1所示。

圖1 匯控柜微環(huán)境智能通信方式

2 匯控柜微環(huán)境智能處理技術(shù)

2.1 智能除濕裝置

智能除濕裝置一般由電源系統(tǒng)、送風(fēng)系統(tǒng)、半導(dǎo)體制冷器、溫濕度檢測控制回路、加熱回路、報(bào)警回路、無線模塊及排水管路等組成。

當(dāng)潮濕空氣經(jīng)風(fēng)扇吸入后，通過特殊設(shè)計(jì)的風(fēng)道流動(dòng)，先經(jīng)半導(dǎo)體制冷器降溫結(jié)露，制冷器的結(jié)露在重力作用下滴入引水槽，再由導(dǎo)水管流出柜外。在設(shè)定啟動(dòng)值內(nèi)經(jīng)過充分循環(huán)除濕，使柜內(nèi)空氣濕度降至結(jié)露點(diǎn)以下，完成整個(gè)防潮引凝加熱過程。同時(shí)，智能型除濕裝置信號采集傳感器外置，能實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地采集到柜內(nèi)的真實(shí)濕度，保證智能型除濕裝置在柜內(nèi)將要達(dá)到凝露條件時(shí)提前啟動(dòng)除濕。

送風(fēng)電機(jī)開路堵轉(zhuǎn)、半導(dǎo)體制冷器開路短路、外部溫濕度傳感器斷線時(shí)，報(bào)警繼電器閉合，且數(shù)碼管提示“ERR”或者報(bào)警指示燈亮，可以通過通訊查詢狀態(tài)寄存器判斷故障類型。

當(dāng)具有RS-485通信功能的除濕裝置收到上位機(jī)的數(shù)據(jù)時(shí)，分析數(shù)據(jù)后馬上回復(fù)數(shù)據(jù)給上位機(jī)，上位機(jī)可以同歸相應(yīng)指令遠(yuǎn)程操縱智能除濕裝置，實(shí)現(xiàn)“遙信”、“遙測”、“遙控”功能。

2.2 凝露的概念

凝露是指當(dāng)物體表面溫度低于周圍空氣的露點(diǎn)溫度(凝露溫度)時(shí)，水蒸汽在物體表面冷凝的現(xiàn)象，而空氣的露點(diǎn)溫度與環(huán)境溫度和相對濕度有關(guān)。因此，物體是否發(fā)生凝露，取決于環(huán)境溫度、物體本身溫度、相對濕度以及露點(diǎn)溫度。

露點(diǎn)溫度與環(huán)境溫度、相對濕度的關(guān)系如表1和圖2所示。

表1 露點(diǎn)溫度與環(huán)境溫度、相對濕度對照表 ℃

圖2 露點(diǎn)溫度(CT)與環(huán)境溫度(ET)、相對濕度(RH)

(1)相同環(huán)境溫度下，相對濕度越大露點(diǎn)溫度越高，露點(diǎn)溫度與相對濕度成正比關(guān)系。

(2)相同相對濕度下，環(huán)境溫度越大露點(diǎn)溫度越高，露點(diǎn)溫度與環(huán)境溫度成正比關(guān)系。

2.3 智能處理方式

智能除濕裝置通過溫度傳感器和濕度傳感器監(jiān)測匯控柜內(nèi)的環(huán)境溫度和環(huán)境濕度，并使用自帶程序自動(dòng)處理監(jiān)測到的數(shù)值。根據(jù)自動(dòng)處理結(jié)果，調(diào)整匯控柜內(nèi)的溫度和濕度，使室內(nèi)環(huán)境溫度和相對濕度不處于露點(diǎn)產(chǎn)生曲線上，達(dá)到防凝露的效果。

3 智能監(jiān)控系統(tǒng)平臺

在變電站輔控系統(tǒng)中實(shí)時(shí)跟蹤除濕器工作與溫濕度變化情況，實(shí)現(xiàn)對匯控柜內(nèi)微環(huán)境的在線監(jiān)測和實(shí)時(shí)調(diào)控。

3.1 數(shù)據(jù)監(jiān)控

(1)遙信功能：測量除濕裝置運(yùn)行狀態(tài)；

(2)遙測功能：測量匯控柜內(nèi)溫度和濕度數(shù)值；

(3)遙控功能：遠(yuǎn)程控制除濕裝置啟停；

3.2 視頻監(jiān)控

通過網(wǎng)絡(luò)攝像頭實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行畫面實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程展示。

4 結(jié)語

本文探討了基于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的匯控柜微環(huán)境監(jiān)控技術(shù)，應(yīng)用半導(dǎo)體除濕技術(shù)和通信技術(shù)，通過數(shù)據(jù)采集提取匯控柜內(nèi)外溫濕度，通過算法研判柜內(nèi)外溫濕度關(guān)系，實(shí)現(xiàn)除濕器啟?？刂疲瑫r(shí)在變電站輔控系統(tǒng)中實(shí)時(shí)跟蹤除濕器工作與溫濕度變化情況。匯控柜微環(huán)境感知與監(jiān)控技術(shù)在變電站匯控柜內(nèi)均可應(yīng)用，可以有效地提高匯控柜環(huán)境調(diào)控的智能化程度，減輕人員工作量，可提高柜內(nèi)線纜、元器件工作環(huán)境的安全可靠性，以及絕緣水平，對保障安全供電、提高運(yùn)行可靠性具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。