0、引言

     配电室是指带有低压负荷的室内配电场所，主要为低压用户配送电能，设有中压进线（可有少 量出线）、配电变压器和低压配电装置。它是配电系统的重要组成部分，影响着电力用户的用电需求，因此保障它安全、可靠运行显得十分重要。影响配电室安全、可靠运行的因素很多，比如配电室内部的温度、湿度、浸水、气体和烟雾等 。考虑到上述因素对配电室的影响，本文设计了一种内部环境监控系统，用于配电室日常管理，以尽可能降低内部环境异常对配电室工作的影响，为配电室安全、可靠运行提供良好的内部环境支持。

1、系统设计思路

     传统方式下配电室内部环境的监控多以人工方式进行，存在漏检、问题发现不及时等现象，工作效率低，不能保障配电室内部环境处于良好状况 。因此本文摒弃传统方式，采用智能化系统进行日常内部环境监控。通过分析配电室内部环境，本文设计的系统应该具备温湿度监测、液位监测、SF6气体监测、烟雾监测等功能。监测得到的数据汇总到一台主机上面，主机根据设置的安全阈值进行综合分析，根据分析的结果及时对风机、除湿机、空调、排水 泵等辅助设备进行联动控制；此外，监测得到的数据通过GPRS网络传输到监控中心供工作人员查询和分析，工作人员可以远程控制辅助设备。系统组成框图如图1所示。

图1 系统组成框图

2、系统硬件设计

    系统硬件主要由主机?？?、内部环境监测?？椤⒏ㄖ璞缚刂颇？?、电源?？榈茸槌?。

2.1 主机?？樯杓?/p>

    主机模块由CC2530*小化电路和GPRS通信电路组成。其中CC2530*小化电路采用TI公司 的CC2530芯片，配以相应的外围电路，如图 2 所示。CC2530*小化电路一方面把内部环境监测 ?？椴杉吹氖萃ü齔igBee无线网络接收进来并和安全阈值进行比对分析，根据比对分析的结果再去控制辅助设备控制?？?；另一方面把内部环境数据通过GPRS通信电路中的USR-GM3，如图3所示发送到监控中心服务器上，接收监控中心回传的控制指令数据，再去控制辅助设备控制模块。

2.2 内部环境监测?？樯杓?/p>

     内部环境监测?？橛蒀C2530*小化电路、485转换电路和变送器电路组成。

图2 CC2530*小化电路

图3 GPRS通信电路

      其中CC2530*小化电路用于加入到主机?？榇唇ǖ腪igBee无线网络中去，通过ZigBee无线网络把变送器采集来的数据传输到主机?？?。变送器电路用于采集内部环境相关数据，有温湿度变送器、液位变送器、SF6气体变送器、烟雾变送器。这些变送器都是RS485型的，4芯输出，每一芯的颜色和对应的接线如图 4 所示。485转换电路用于变送器和 CC2530之间进行串口通讯，如图5所示。

图4 变送器电路

图5 485转换电路

2.3 辅助设备控制模块设计

     辅助设备控制?？橛蒀C2530*小化电路、空调控制电路、风机控制电路、除湿机控制电路和排 水泵控制电路组成。其中CC2530*小化电路用于加入到主机模块创建的ZigBee无线网络中去，通过ZigBee无线网络接收主机模块发送的控制指令数据?？盏骺刂频缏酚糜诳刂瓶盏鞴ぷ骱屯Ｖ?，它由学习空调遥控器指令的红外接收电路和控制空调工作的红外发送电路组成。风机控制电路、除湿机控制电路和排水泵控制电路用于控制相应设备（风机、除湿机和排水泵）的工作和停止，它们由驱动固态继电器电路、固态继电器、交流接触器和相应设备组成。

2.4 电源模块设计

     电源?？橛糜谑涑龅缒芪骰？?、内部环境监测模块、辅助设备控制模块提供电能。提供的电源有+3.3VDC、+3.6VDC、+5VDC、+12VDC和220VAC。其中直流稳压电源由桥式整流 电路、滤波电路和稳压电路组成。

3、系统软件设计

     为了实现?？橹渌忱ㄐ?，需要在前面硬件设计的基础上进行软件设计。

3.1 主机?？槿砑杓?/p>

     主机?？榭脊ぷ骱?，需要进行初始化，然后建立ZigBee 网络并为自己确定一个网络ID，接着广播自己的网络ID和信道，等待内部环境监测?？椤⒏ㄖ璞缚刂颇？榈娜胪肭螅⒏菔盏降娜胪肭笞龀鲇Υ?。当主机?？橥饬怂堑娜胪肭蠛?，会自动为它们分配网络短地址。成功组网后，主机?？榻邮漳诓炕肪臣嗖饽?块发送来的数据信息，并和安全阈值进行比对，根据比对的结果发送控制指令数据给辅助设备控制模块；除此之外主机?？榛雇ü鼼PRS网络将数据上传到监控中心服务器，接收监控中心的控制指令数据并发送到辅助设备控制?？榻锌刂啤Ｆ淞鞒倘缤?所示。

图6 主机模块的软件流程

3.2 内部环境监测?？槿砑杓?/p>

     内部环境监测?？榭脊ぷ骱?，需要进行初始化，自动扫描信道并向主机?？榉⑺腿胪昵?， 直至成功加入主机?？榇唇ǖ腪igBee无线网络为止。成功加入ZigBee无线网络后，内部环境监测?？榘凑帐孪壬柚煤玫氖奔渲芷诎驯渌推鞑杉吹氖莘⑺透骰？椋敝练⑺褪莩晒ξ?，其他时间段处于休眠状态。其流程如图7所示

图7 内部环境监测?？榈娜砑鞒?/p>

3.3 辅助设备控制?？槿砑杓?/p>

     辅助设备控制?？槿砑杓坪湍诓炕肪臣嗖饽？槿砑杓坪芟嗨?，不同之处在于成功加入主机?？榇唇ǖ腪igBee无线网络后，辅助设备控制?？橹唤邮罩骰？榉⑺偷目刂浦噶钍?，根据指令数据再去控制具体的辅助设备工作或者停止。其流程如图8所示。

3.4 监控中心相关界面软件设计

     监控中心相关的界面有登录界面和管理界面。其中登录界面需要工作人员输入正确的账号 和密码，点击确定才能进入到管理界面；管理界面一方面可以查询到配电室内部的温湿度、液位、SF6气体和烟雾的相关数据，另一方面工作人员可以根据需要控制空调、风机、除湿机和排水泵工作或者停止。

图8 辅助设备控制模块的软件流程

     打开监控中心登录界面，登录界面如图 9 所示，输入账号和密码，点击登录按钮进入管理界面，管理界面如图10 所示。从图10中可以看到当前温度是25.79℃，湿度是57.65%RH，SF6 气体、烟雾和液位为 0，相关辅助设备不需要控制、处于关闭状态。

图9 监控中心登录页面

图10 监控中心管理页面

4、安科瑞配电室环境监控系统

4.1概述

     配电室综合监控系统包括智能监控系统屏、通讯管理机、UPS电源、视频监控子系统（云台球机、枪机）、环境监测子系统（温度、湿度、水浸、烟感）、控制子系统（灯光、空调、除湿机、风机、水泵）、门禁监控子系统（读卡器、开门按钮、磁力锁）、安防监控子系统（双鉴检测器）。

4.2应用场所

     适用于轨道交通，工业，建筑，学校，商业综合体等35kV及以下用户端供配电自动化系统工程设计、施工和运行维护。

4.3系统结构

4.4系统功能

4.4.1实时监测

     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，实时显示有关故障、告警等信息。

4.4.2数据查询

     在人机界面中，可以直接查看配电室中各个设备的运行数据。

4.4.3曲线查询

     可以直接查看各电参量曲线。

4.4.4运行报表

     查询配电室内设备的运行数据报表。

4.4.5实时告警

     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。

4.4.6历史事件查询

     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。 

4.4.7用户权限管理

     设置了用户权限管理功能，可以定义不同级别用户的登录名、密码及操作权限。

4.4.8网络拓扑图

     支持实时监视并诊断各设备的通讯状态，能够完整的显示整个系统网络结构。

4.4.9?？毓δ?/p>

     可以对整个配电系统范围内的设备进行远程遥控操作。

4.5系统硬件配置

5、结论

     本文设计的系统紧贴配电室内部环境实际，从硬件和软件2个方面着手进行设计。经过实地测试发现，系统能较好地为配电室安全、可靠运行提供良好的内部环境支持。

参考文献：

[1]荀磊.用于配电室的内部环境监控系统设计.

[2]时家林.配电网开闭站、配电室典型设计[M].北京：国家电网有限公司，2007：68-72.

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[4]霍晓宇.配电房环境监控系统的设计与实现[D].成都：电子科技大学，2015.

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[7]企业微电网设计与应用手册2022.05版.