一种变电站及开关站环境远程监控方法与流程

本发明属于环境监测领域，尤其涉及一种用于变电站及开关站环境的远程监控方法。
背景技术：
：受到土地和环境等因数的制约，变电所、开关站及配电站等(简称变(配)电站)的布点和建设愈来愈困难，紧凑型甚至地下站所不断涌现。这些站所内部环境往往是高热高湿、通风不畅、灰尘积聚、有毒气无法排出等；另外，开关站和配电站等数量庞大，分布面广，日常定期维护几乎无法实现。为改善变(配)电站的设备运行环境，在站内加装空调、除湿设备，使得变(配)电站的设备运行环境大为改善。然而，这些空调设备目前仍需人为手动启停。人为启停空调，不仅需大量人手，而且随机性强。若开启时间过早，浪费能源；而开启时间偏晚，则室内环境温度过高而影响设备寿命。依托我公司在电力安全监控方面多年的研发经验，结合现场需求，构建一套变(配)电站空调远程监控系统，确保变(配)电站室内温湿度处于合理范围内，对提升供电企业安全生产水平具有重要意义。在现有技术中，采用远程监控来控制变(配)电站室内的温度或湿度已经是比较成熟的技术了，例如，在变(配)电站室内现场设置多个温度、湿度检测传感器，采集室内各处的温、湿度实测值，根据现场采集的温、湿度实测值，采用带有cpu的控制器，远程控制变(配)电站室内的空调、除湿设备运行，并根据温、湿度的设定值，远程控制空调、除湿设备的启动或停止，最终实现变(配)电站室内温、湿度的调节和数据传送以及记录。但是上述控制模式存在诸多问题，即在被监控的变(配)电站室内，需要设置多个温度检测传感器，同时检测室内多处的实测温度，这样一方面是增加了实际检测传感器的现场安装数量和布线工作量，增加了一次性投入/购置成本，且该测温方式对于复杂的环境(测温点靠近热源体或房间过于狭长等情况)容易发生误判，造成局部区域过热或过冷；另一方面，设置多个温度检测传感器，势必使得温、湿度控制器需要执行多个监控进程，增加了温、湿度控制器的i/o数据传输量和运算工作量，对温、湿度控制器的快速运行和提高其反应灵敏度不利。此外，亦增加了温、湿度控制器的一次性购置成本，温度检测传感器数量的增加，也加大了出故障的几率，给现场维护和维修带来困难。此外，为了解决空调测温的距离局限性，通常是增加数字式外置式测温探头的数量。这种情况下，对于较大空间开关室(面积大于100平米的大型空间)，可以大幅改善测温范围。但是在室内变电站开关室内安装测温探头受到高压设备布局的信号干扰，探头的排线、安装高度受到电气设备安全距离限制无法安装。对于这些“不可达”区域测温，只能通过间接方法获取温度值。所以很难综合了解高压设备室内的温度具体分布，造成空调系统发生误判。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题是提供一种变电站及开关站环境远程监控方法。其在现有远程监控变(配)电站室内温度控制系统的基础上，通过建立变电站开关室的温度分布图，采用计算温度分布的方法，将温度传导问题转化为气流传导问题，大幅降低计算量，只要给出几个参数，就能获得变电站开关室的温度分布图，即使测温点数量非常有限，仍然可以获得较为准确的房间温度控制效果，避免造成局部区域过热过冷，可有效提升无人值守变(配)电站的远程运维管理水平，降低购置和维护成本。本发明的技术方案是：提供一种变电站及开关站环境远程监控方法，包括在室内现场设置数组温度传感器，用于采集现场温度的实测值；设置温控器，根据现场温度的实测值与设定值的差，来控制空调装置的运行或停止，对室内环境温度进行监控和调节，并将室内温度实测值以及空调装置的运行参数远传至集中监控中心，进行相应的显示、数据存储以及历史数据的查阅或回放，其特征是：对待监测变电站及开关站的室内区域进行网格化，得到一组多个网格单元，据此构建待监测变电站及开关站室内区域的网格图；确定空调装置所在的网格单元，并根据实际设备的安装情况，确定空调装置的气流输出方向及路径；开启空调装置运行，待室内温度稳定后，分别对各个网格单元所在位置进行温度实际值的测试；在实测温度最低点和最高点所在网格单元的位置，分别设置一组设置温度传感器，用于采集现场温度的实测值；根据现场实际建筑结构，确定各个网格之间的连通关系，将实际的复杂空间简化为简单空间或进行降维处理，简化模型并进行离散化处理，把计算空气动力学问题转换成气流的传导问题；构建待监测变电站及开关站室内区域的温度分布图；构建室内区域的温度分布模型，在此模型的基础上计算一个室内区域环境的温度分布关系；对获得的温度分布模型，进行边界条件及初始条件计算；通过与测温点实测温度比较，来修正模型的误差；当计算结果与测温结果误差大于误差设定的误差度时，调整计算步长δt的值重新计算，修正结果；进行2-3次修正计算，即可达到需要的数值结果，满足实时计算和控制的要求；按照修改后的温度分布模型或温度分布关系，对待监测变电站及开关站的室内区域进行温度控制。其中，所述各个网格之间的连通关系，根据建筑物室内的建筑布局确定。具体的，根据所述建筑物室内的建筑布局，依据各个网格单元之间是否存在建筑隔断或墙体，来确定两相邻网格之间是否连通。进一步的，所述的温度分布模型为满足1维条件的navier-stroke方程。其所述的navier-stroke方程u(x，t)采用如下表示形式：其中，u(x，t)为温度关于x轴(气流传播方向)和时间的二元函数；为u(x，t)关于t的偏导数，为u(x，t)关于x的偏导数，x为沿气流传播方向离开初始位置的距离，单位为米，t为波的传播时间，秒为单位；c为传播速度，单位为m/s。具体的，所述的x轴为空调装置的气流输出方向或气流传播方向。进一步的，所述的离散化按照下列步骤进行：从偏导数的定义出发，获得和的离散公式其中，δx，δt为极限形式下的步长，当δx，δt都非常小时，和可以被上述两组公式替代后形成如下方程可以获上述公式的差分形式可以用下的公式计算出的值其中，为数值解，n，n+1为一个计算步长两个相邻的间隔的序号，i，i+1为x坐标轴两个相邻的离散坐标；最终，获得navier-stroke方程的一维简化公式。具体的，在进行所述的边界条件及初始条件计算时，将已有测温点温度代入navier-stroke方程一维简化公式的边界条件，包括空调出风口温度u0，及其它个测温点的实测温度ui，计算出在x轴方向上气流的传导速度的数值解，根据气流的传导速度计算该点的估计温度，为下一步骤中修正计算步长做准备。其所述的空调出风口温度u0，根据实际的温度传感器测量获得。进一步的，在所述通过与测温点实测温度比较来修正模型的误差步骤中，通过与测温点实测温度比较来修正模型的误差，当误差小于预定值时正常进行模拟计算，当误差超过设定的上限时则缩短每次模拟间隔步长。与现有技术比较，本发明的优点是：1.在室内温度控制过程中，将温度传导问题转化为气流传导问题，可大幅降低计算量，只要给出几个参数，就能获得变电站开关室的温度分布图，即使测温点数量非常有限，仍然可以获得较为准确的房间温度控制效果；2.采用温度分布图或温度分布曲线来控制室内温度，可大大减少室内温度传感器的设置数量，减少室内布线、设置穿线管(变电安全规程规定变电站室内布线必须采用穿管结构形式，以符合防火防潮要求)的工作量，避免了因设备安装位置影响室内温度传感器设置的均匀度问题；3.在计算过程中，能根据误差自适应调整模拟计算步长，最大限度地减少了人工干预控制过程，智能化程度高。附图说明图1是本发明控制方法的方框示意图；图2是本发明个网格单元的温度曲线示意图；图3是待监测变电站及开关站室内区域建筑结构示意图；图4是经简化后的待监测变电站及开关站室内区域平面网格示意图；图5是原温控系统各网格单元的温度曲线示意图；图6是采用本技术方案后各网格单元的温度曲线示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。普通工业空调温度传感器采用热敏电阻测温。温度变化使空调热敏电阻阻值发生变化，空调温度处理控制器根据测温值决定空调的运行状态。该空调测温方式对于复杂的环境(测温点靠近热源体，房间过于狭长)容易发生误判，造成局部区域过热过冷。为了解决空调测温的距离局限性吗，增加数字式外置式测温探头(见图1)。对于较大空间开关室(面积大于100平米的大型空间)，可以大幅改善测温范围。但是在室内变电站开关室内安装测温探头受到高压设备布局的信号干扰，探头的排线、安装高度受到电气设备安全距离限制无法安装。对于这些“不可达”区域测温，只能通过间接方法获取温度值。所以很难综合了解高压设备室内的温度具体分布，造成空调系统发生误判。为了克服空调测温方式对于复杂环境产生误判问题，本发明提供一种计算温度分布的数学模型，采用了cfd(computationalfluiddynamics计算空气动力学，简称cfd)中navier-stroke方法，只要给出几个参数，出风口温度、空调风速、几个测温点的温度，就能获得变电站开关室的温度分布图，即使测温点数量非常有限，任然可以获得较为准确的房间温度分布，避免造成局部区域过热过冷。本发明的技术方案，需要解决室内复杂环境中的温度分布的模型，以及在此模型的基础上计算一个环境的温度分布关系，最终我们选择一个比较复杂的变电站室内场景进行了计算和测试，通过现场测试模型的正确性。本技术方案的控制方法和具体步骤实施，见图1中所示。步骤1：简化空间模型、简化方程：简化空间模型：三维空间模型进度高能高度还原现场温度、气流流速情况，缺点是计算量巨大简化模型，将复杂空间简化简单空间或进行降维处理(三维空间问题降低为二维平面问题，二维平面问题降低为一维问题)，并简化模型进行离散化处理，在此项目中我们把三维空间降维到一维线性问题，单元数量越大，计算进度越高，计算复杂度从0(n3)降低为0(n)简化方程：先将把该cfd问题转换成气流的传导问题，u(x，t)满足1维的navier-stroke方程：其中，u(x，t)为温度关于x轴(气流传播方向)和时间的二元函数，为u(x，t)关于t的偏导数，为u(x，t)关于x的偏导数，x为沿气流传播方向离开初始位置的距离，单位为米，t为波的传播时间，单位为秒，c为传播速度，单位为m/s。从偏导数的定义出发，获得和的离散公式其中，δx，δt为极限形式下的步长，当δx，δt都非常小时，和可以被上述两组公式替代后形成方程可以获上述公式的差分形式可以用下的公式计算出的值其中为数值解，n，n+1为一个计算步长两个相邻的间隔的序号，i，i+1为x坐标轴两个相邻的离散坐标。公式(6)为最终的一维简化公式。步骤2:边界条件及初始条件计算：将已有测温点温度代入navier-stroke离散方程(6)的边界条件(边界条件:边界条件指在运动边界上方程组的解应该满足的条件)，包括空调出风口温度u0(根据实际的测温探头测量获得)，及其它个测温点的实测温度ui，可以计算出在x轴方向上气流的传导速度的数值解，根据气流的传导速度计算该点的估计温度，为步骤3修正计算步长做准备。步骤3:计算结果修正及控制原理：通过与测温点实测温度比较来修正模型的误差，一般来说当误差很小时正常进行模拟计算，当误差超过我们设定的上限时则缩短每次模拟间隔步长。实施例：步骤1:简化空间模型、简化数值模型现场环境简介：某变电站室内结构如图3中所示，其1层长30米，宽8米，中间有两道混凝土墙分隔，其它部分联通，中间区域抬升0.65米。经简化后，上述1层的平面网格图如图4所示。该变电站1层网格图编号如下表所示：30292827262524232221109876543212019181716151413121140393837363534333231步骤2:边界条件及初始条件计算按照该变电站的建筑结构，确定各个网格单元的连通方向。其中，网格单元在横向位置联通，如网格单元30、网格单元29。网格单元1、网格单元11、网格单元21、网格单元31在纵向位置联通网格单元10、网格单元20、网格单元30、网格单元40在纵向位置联通，其余方向不连通。在网格单元3，网格单元8安装有测温模块，出风口位置为单元格1位置，当风向固定的情况下(始终向左)，该问题可以简化成1维navier-stroke问题。边界条件设定：其中，i，j为单元格的编号，为热源位置；ts为恒定值；为出风口温度，为恒定值；直接利用公式(6)：其中为第1个位置n与n+1步的温度δt＝0.25(秒)c为风速，3(m/s)(根据空调说明书参数获得)。步骤3:计算结果修正及控制原理实测个网格单元温度如下：单元12345678910温度22222222.6824.2326.1227.7928.92829.0127.56网格单元1到网格单元10的温度曲线如图2中所示。根据在网格单元3，网格单元8安装有测温模块。在进行计算时，采用如下数值和设定：计算步长1为δt＝0.25(秒)计算步长2为δt＝0.20(秒)单元δt12345678910计算10.2522222222.6824.2326.1227.7928.92829.0127.56计算20.202222.623.122.9824.4326.3327.8128.92829.1527.63测温23.429.3当计算结果与测温结果误差较大，大于误差设定的误差度时，减少δt的值重新计算，可缩小误差值的大小，修正结果，因为每次获取实时温度的周期大概需要40-50秒时间(采样时间)，一般情况下进行2-3次navier-stroke公式计算就可以达到我们需要的数值结果，满足实时计算的要求。图5中给出的是采用原温控系统时网格单元1到网格单元40的温度曲线，图6给出了采用本技术方案后网格单元1到网格单元40的温度曲线。图中左右两组竖线分别为两大热源位置，波浪状曲线为温度传导的曲线。由图可见，采用本技术方案后，温度传播曲线的波形变化明显改善。本发明技术方案可以直接推广到直线型的工作区域，l型的工作区域，t型的工作区域，也可以拓展到多个热源、变化热源情况及多个空调等情况等，具有良好的适应性。本发明的技术方案，通过建立变电站开关室的温度分布图，采用计算温度分布的方法，将2维的温度传导问题转化为1维的气流传导问题，可大幅降低控制单元或控制器的计算工作量，只要给出空调装置的几个运行参数，结合变电站的室内结构平面网格，就能获得变电站开关室的温度分布图，即使测温点数量非常有限，仍然可以获得较为准确的房间温度控制效果，避免造成局部区域过热过冷，可有效提升无人值守变(配)电站的远程运维管理水平。本发明可广泛用于变(配)电站的室内环境监控领域。当前第1页12