淺談配電室在線監控系統設計與工作原理

發布時間： 2022-10-26　　點擊次數： 1085次

王晶晶

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定

摘要：為了及時發現配電室滲漏水、變壓器溫度過高、室內進入非工作人員等問題，本文結合嵌入式技術設計配電室在線監控系統。在線監控系統由在線監控主機、采集子節點、上位機系統組成，在線監控器可以實時對配電室內的濕度、變壓器溫度、室內異動情況進行監測，及時發現相關問題。通過對滲漏水配電室進行監測試驗，均能及時發現問題并發送至上位機軟件進行報警，證明了該系統的可靠性。

關鍵詞：配電室；在線監測器；上位機

0、引言

近年來 , 配電網絡發展迅速、供電量日益增加，電力系統供電可靠性、安全性的問題日益突出。配電室作為大型小區居民重要的供電設備，保證其安全穩定的運行極為重要。雖然配電室均為土建建筑，其中設備運行相對安全穩定，但在日常的巡視工作中發現配電室存在滲漏水、變壓器溫度過高、非工作人員或貓、鼠進入的情況時有發生。同時在配電線路的巡視中，地上、地下配電室的巡視周期為三個月一次，以上問題出現時無法及時發現。因此，針對以上問題進行相關研究，設計配電室在線監控系統，實現出現問題及時發現，及時處理，減少相應的停電事故。

1、配電室在線監控系統及原理

系統由在線監控器與上位機組成，在線監控器又分為監控主機與采集子節點。通過溫濕度傳感器監測變壓器溫度與配電室內濕度情況；配電室門口處安裝攝像頭來監控室內的異動情況，一旦有運動物體出現立即報警。在線監控主機每日將采集溫濕度數據中的值保存，發往上位機系統，便于上位機系統查詢各個配電室的歷史監測數據。系統整體設計如圖 1 所示。

圖 1 系統整體設計

2、在線監測器設計

監測器在無人值守的地區工作，主要完成多個數據的采集、處理與傳輸，要求整個系統功耗低、低成本維護運行。在線監控器由主控單元、溫濕度傳感器組、4G 模塊、有線通信模塊、Zigbee 通信模塊、調控單元組成。其結構如圖 2 所示。

圖 2 監控器結構圖

2.1 主控單元

本文使用 phyCORE-i.MX6UL 系列核心板進行開發設計，phyCORE-i.MX6UL 系列核心板適合用于低功耗、低成本、緊湊型應用的設計中。它采用 Cortex-A7 低功耗內核，提供高900MHz 的處理主頻，可以滿足該系統設計要求；同時該核心板支持以太網 PHY 等核心器件，同時對外提供郵票孔接口，方便無線傳輸設備連接，省去了額外連接器的空間及成本。

2.2 通信單元

配電室中采集子節點需要與監控主機進行通信，監控主機需要與在上位機系統進行通信。在采集子節點與監控主機的通信中，采用 ZigBee 無線通訊方式，使用 CC2430 通訊模塊。該產品是 TI 公司（德州儀器）生產的一款專用于 IEEE 802.15.4和 Zigbee 協議通信的模塊。該模塊具有 3 種休眠模式 , 從休眠模式轉換到正常模式僅需 54us，特別適合要求電池長期供電的應用場合。

監控主機與上位機系統通信方式主要參考配電室中的集中器的通信方式，一般地上配電室，集中器采用 4G 方式進行通信，而在地下配電室中，采用寬帶網絡進行通信。因此對于地上的配電室，監控主機也通過增加 4G 通信模塊并安裝有流量的電話卡實現與上位機系統的通信；對于地下的配電室，則借用配電室中集中器的網絡與上位機系統進行通信。

2.3 信息采集單元

2.3.1 溫濕度傳感器的選擇

為了準確的獲取環境溫濕度數據，本文采用 DHT91 傳感器實現環境溫濕度采集的功能。DHT91 是數字型溫濕度傳感器，其將傳感器和信號處理單元集成到一起，可直接輸出數字信號。

2.3.2 溫濕度傳感器的布置

由于配電室內滲水漏水常發生在棚頂或電纜溝內，因此溫濕度傳感器安置在變壓器、高壓柜、低壓柜的柜頂和電纜溝的溝口處，通過室內照明或其他 220V 交流電源處取電轉成 5V直流電源為采集子節點進行供電。