一种室内站运行环境多维智能监控与预警系统的制作方法

本发明涉及一种室内站运行环境多维智能监控与预警系统。

背景技术：

清洁而干燥的良好运行环境是保证电气设备长期安全、稳定、可靠运行的基本保障条件，同时也是确保电力系统长期安全运行的重要环节。

变电站(开闭所)的设计多采用室内站设计，相对封闭空气流通不畅，易产生潮湿凝露现象，造成带电体的绝缘强度降低，引发局部放电现象，致使电气设备运行存在安全隐患。变配电室环境潮湿、凝露还会造成控制柜、母线室、开关柜发生元器件霉变、严重放电短路甚至造成开关柜爆炸，出现非常严重的安全事故，造成人员及财产的重大损失。

这些问题的成因很明确，是电力设备运行环境参数尤其是温湿度参数不符合要求，但是环境的温湿度两个因数互相耦合，互相影响，尤其是湿度参数是一个随温度时变的参数，需要实时控制温湿度参数，才能保障设备的健康运行。

当前，我国省市一级的开闭所都是无人值守的，在开闭所、交配电室等场所的巡视方面基本采用人工巡视方式，运维人员缺乏开闭所日常运行状况、环境及安全状态的实时监测数据。

由于开闭所、变电站内设备运行环境封闭，同样也存在上述类似弊病，其电气设备运行条件日趋变差，造成了室内温度高、积灰严重、通风换气不畅、设备容易凝露、六氟化硫泄露、能耗过大、侵水、盗窃等问题。高温、潮湿、尘污、噪音、有毒气体集聚等环境问题无时无刻不在侵蚀着设备的健康，制约着设备的效能，滋生着各种难以预料的隐患，严重威胁电力设备运行的安全性、可靠性、高效性。由于配网运维人员人数较少，所辖开闭所千余座，且每年仍在增加。按照日常巡视周期，运维人员人力物力消耗大且效率低，极大影响配网运行人员开展其他工作。

因此，迫切需要一种可自动监控并调控的电气设备运行环境智能控制系统，以提高电力系统运行安全可靠性，具有良好的发展前景和较高的工程价值。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种室内站运行环境多维智能监控与预警系统，以提高电力系统运行安全可靠性。

为此，本发明提供了一种室内站运行环境多维智能监控与预警系统，包括站内系统和远程数据平台，所述站内系统包括控制器、人机交互界面、采集系统、在室内站设置的各执行器，其中，所述采集系统用于采集室内温湿度、室外温湿度、排风机与地风机开闭状态、水侵传感器状态、排水泵开闭状态、除湿机与空调状态、门禁传感器状态、光幕状态；所述人机交互界面用于显示采集系统所采集的各种信息、并提供用于防潮防凝露控制的软件界面；控制器用于将采集系统采集的信息在人机交互界面上显示并将其发送给远程数据平台、根据用户选定的温湿度控制模式对利用采集的温湿度信息对室内站进行防潮防凝露控制、以及接受远程数据平台的指令对各执行器的运行进行控制；以及所述远程数据平台包括服务器和数据库服务器，所述服务器用于将控制器发送的各种信息存储在数据库服务器中，并向用户提供监控与查询软件界面，以及在系统遇到紧急情况时自动向业内维护人员的移动终端发出预警信息。

本系统(产品)对变配电室运行进行环境控制、在线监测并预警，具体地，对变配电站(开闭所)内电力设备的运行环境、状态进行智能化监测，建立电力设备运行的大数据云平台，系统运行的相关参数上报数据平台，以数据库形式组织储存，并且与用户终端实行交互通讯，实现分布式控制管理，减少故障率，提高效率，节约成本，为变配电网智能化建设奠定基础。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的室内站运行环境多维智能监控与预警系统的结构框图；

图2示出了根据本发明的室内站运行环境多维智能监控与预警系统的室内站现场端控制软件的主界面；

图3示出了根据本发明的室内站现场端控制软件的手动干预控制界面一；

图4示出了根据本发明的室内站现场端控制软件的手工干预控制界面二；

图5示出了根据本发明的室内站现场端控制软件的温湿度设置界面；

图6示出了根据本发明的室内站现场端控制软件的数据查询界面；

图7是根据本发明的远端监控的远程电脑端实时监控界面；

图8是根据本发明的远端监控的电脑端查询界面；

图9a示出了选定的试验开闭所内未实施本发明的控制方法之前的局部放电的检测数据；

图9b示出了选定的试验开闭所内实施本发明的控制方法之后的第10天的局部放电的检测数据；

图9c示出了选定的试验开闭所内实施本发明的控制方法之后的第84天的局部放电的检测表；

图10a示出了选定的试验开闭所内未实施本发明的控制方法之前的放电开关柜占比图；

图10b示出了选定的试验开闭所内实施本发明的控制方法之后的第10天的放电开关柜占比图；以及

图10c示出了选定的试验开闭所内实施本发明的控制方法之后的第84天的放电开关柜占比图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图1示出了室内站运行环境多维智能监控与预警系统的结构框图，如图1所示，该控制系统包括控制器10、人机交互界面(hmi、humanmachineinterface)20、采集系统30、执行系统40、网络硬盘录像机(nvr)50、网络服务器60、数据库服务器70。

该执行系统40包括除湿器、排风机、地风机、排水泵和空调控制器，该采集系统包括室内温度传感器、室内湿度传感器、室外温度传感器、室外湿度传感器、门禁开关(或门禁传感器)、光幕开关、水浸开关(或水浸传感器)。

该控制器10包括处理器(cpu)11、输入模块(di)12、输出模块(do)13、模拟量输入模块(ai)14，这些模块与处理器信号连接，其中，输入模块di电连接采集系统中的门禁开关(或门禁传感器)、光幕开关、水浸开关(或水浸传感器)。输出模块do电连接执行系统中的除湿器、鼓风机、排风机和排水泵，模拟量输入模块ai电连接采集系统中的室内温度传感器、室内湿度传感器、室外温度传感器、以及室外湿度传感器，执行系统中的空调直接与处理器信号连接。优选地，该控制器为嵌入式系统。

人机交互界面20，例如触摸屏，用于供用户选择室内温湿度控制模式和显示所采集的各种信息，可选的室内温湿度控制模式包括手动控制模式和自动控制模式，其中，在手动控制模式下提供配置界面，由手工配置室内温湿度范围，在自动控制模式下根据当前季节的温湿度平均值自动配置室内温湿度范围。

在人机交互界面20上，运行的室内站现场端控制软件的部分软件界面如图2至图7所示，在该控制软件的主界面上，如图1所示，包括六个选项框/区，分别为：控制界面101、当前数据102、历史数据103、参数设置104、用户权限105、联系我们106。“控制界面101”选项框进入后，选择手动干预控制后，其界面如图3和4所示，包括当前参考信息区305和功能子区306，该功能子区306包括如下选择框：状态显示、温湿度设置、系统复为和返回主界面。其中，“状态显示”用于罗列显示各执行器的运行状态，包括灯光301、鼓风机302、地风机303、1#水泵(电缆沟排水泵)、1#除湿机307、2#除湿机308、空调309。其中，“温湿度设置”用于设置室内外温湿度，如图5所示，针对室内温度和室内湿度，设置的内容包括：参考设定值201、允许偏差(+/-)202、报警上限值203、报警下限值204，在图5所示的界面，还包括当前参考信息区205。如图6所示，进入图2所示主界面的-历史数据103选项框后，进入查询界面，包括查询选项和查询时间设置选项403，该查询选项402包括室内温度、室内湿度、水浸信息、水泵状态、风机状态、历史事件。

控制器10用于控制器用于将采集系统采集的信息在人机交互界面上显示并将其发送给远程数据平台、根据用户选定的温湿度控制模式对利用采集的温湿度信息对室内站进行防潮防凝露控制、以及接受远程数据平台的指令对各执行器的运行进行控制。

网络服务器60和数据库服务器70构成电力大数据平台，如图7和图8所示，系统运行的任何时刻在任何地方都可以查询当前运行的环境参数(如温湿度等)及二次设备的运行状态(如风机运行状态，水泵运行状态等)，另外还可以在设备端及网络终端人工干涉控制，系统运行的历史数据可以追溯，可查询。一旦系统遇到紧急情况，系统会自动向业内维护人员的移动终端(如手机)发出预警信息，并告知及时查看现场或其他预警信息。

网络硬盘录像机50与摄像头51连接，受控地对室内站现场进行摄像。

本系统(产品)对变配电室运行进行环境控制、在线监测并预警，具体地，对变配电站(开闭所)内电力设备的运行环境、状态进行智能化监测，建立电力设备运行的大数据云平台，系统运行的相关参数上报数据平台，以数据库形式组织储存，并且与用户终端实行交互通讯，实现分布式控制管理，减少故障率，提高效率，节约成本，为变配电网智能化建设奠定基础。

本发明通过实时采集室内站温湿度，及时掌握电气柜内外环境温湿度变化，安装除湿装置，设置控制策略，快速调整变配电室温湿度在设定范围内，对变配电设备的安全稳定运行起到关键作用。

室内站温湿度控制方式如下：在手动控制状态或自动控制状态下，根据采集系统采集的室外温湿度、室内温湿度和当地的空气露点表判断室内温度处于露点温度或具有接近露点温度的趋势时，启动除湿机除湿、空调根据季节自动加热或制冷，以打破露点温度或接近露点温度的趋势。

其中，根据采集系统采集的室外温湿度、室内温湿度和当地的空气露点表判断室内温度处于露点温度或具有接近露点温度的趋势，该技术措施包括以下步骤：将采集的室外温湿度与当地的空气露点表进行对比，查找露点温度，并将采集的室内温湿度与露点温度进行比较，并记录每次比较结果；根据对比结果判断室内温度与露点温度之间的关系，包括：根据当前对比结果判断室内温度是否处于露点温度和根据利用最近多次对比结果判断室内温度具有接近露点温度的趋势。

本防凝露防潮控制方式充分结合了当前的节气，环境及气象等信息，设计防凝露控制策略，根据现有执行器，如空调、除湿机等，有效的控制其执行参数的协调与切换，达到一种既能有效控制凝露，又能最大程度节能，确保电力设备安全、正常的长期运行，减少人工，物力的维护成本的目的。

下面对上述技术措施举例说明。

选定的试验开闭所的所在地区的部分环境温度和相对湿度下的空气露点对照表如下：

利用采集到的环境温湿度，查询上述露点对照表可获得露点温度，例如环境温度21℃、相对湿度65％，则通过上述露点对照表可查得露点临界温度为14.2，若检测到的室内温度为14℃，则低于该露点临界温度；本步骤依次记录各次比较结果，例如，n-2比较，距离露点临界温度3℃，n-1比较，距离露点临界温度2℃，n比较，距离露点临界温度1℃。

通过上述比较，能够明显地判断出室内温度是否处于露点温度、以及在未处于露点温度时，是否逐渐接近露点温度，即是否具有接近露点温度的趋势。在上述例子中，n-2比较，距离露点临界温度3℃，n-1比较，距离露点临界温度2℃，n比较，距离露点临界温度1℃，室内温度具有接近露点温度的趋势。当判断室内温度处于露点温度或者具有接近露点温度的趋势时，控制除湿器和空调动作，打破露点温度或阻止这种趋势，否则仍按照原有的控制模式运行。

根据本发明的一实施例，当检测到空调是开启状态，启动地风机；当检测到除湿机是开启状态，启动地风机；当检测到鼓风机是开启状态，启动地风机；当检测到空调、除湿机、排风机都是关闭状态，关闭地风机，在本实施例中，通过开启地风机让室内气流充分对流，具有温湿度调控均匀并且调控快速的效果。

根据本发明的一实施例，采用置换通风技术使室内站内形成弱正压(10pa左右)，同时进风采用过滤，洁净空气进入室内，有效防止了积尘积垢与污染，减少了爬电与放电现象。

根据本发明的一实施例，每半小时将室内温湿度与室外温湿度对应的露点温度比较一次，当判断室内温度未处于露点温度，但是利用最近多次对比结果判断：室内温度具有接近露点温度的趋势时，启动除湿机除湿，空调根据季节自动加热或制冷，如此在到达露点温度之前实现防凝露预判。

根据本发明的一实施例，本系统(产品)在室内、室外都安置了温湿度传感器，分别检测室内、室外环境的温度与湿度信息。室内因高压开关柜的集中布置，空气流通性较差，局部的温湿度因空间位置不同有所差异，因此采用多点优化分布安置温湿度传感器。

本发明从防凝露的最根本的原理出发，只要在设备的运行过程中，设备表面的温度大于环境温度(室内)，都能有效的防止凝露现象的发生。

本系统控制状态有自动与手动2种。手动状态需要设定室内温湿度值，自动状态不需要设置。

系统开机后通过3g/4g网络联络服务器并获取网络时间，更新本地时钟后判断目前所处季节，同时发送通过485总线采集的室内温湿度、室外温湿度、排风机与地风机开闭状态、水浸传感器状态、排水泵状态、除湿机与空调状态、门禁传感器状态、光幕状态。远端服务器接受信号并向数据库服务器发送数据，数据库服务器保存数据。

在手动或自动控制状态下，实时将采集的室内温湿度与室外温湿度对比，并记录对比结果，并自动将结果与空气露点表对比，室内温度处于露点温度时，启动除湿机除湿，空调根据季节自动加热或制冷。打破露点温度。防止凝露。

本发明根据目前所处季节与系统控制模式，进行详细环境监测与控制：

自动控制模式的控制策略如下：

系统根据时间判断当前所处季节，自动控制的温度遵循季节及合肥地区空气露点温度对照表，保持室内温湿度不靠近露点温度值，防止室内凝露。例如在合肥地区，处于春季时，室内温度不低于10度，不设置上限，室内湿度维持在50％±5％区间。处于夏季时，所内温度不高于40度，不限制最低，室内湿度维持在50％±5％区间。处于秋季时，所内温度不低于10度不高于25度，室内湿度维持在50％±5％区间。处于冬季时，所内温度不低于8度，不设置上限，湿度维持在40％±5％区间。

自动控制模式下特殊环境控制：系统检测到水浸传感器返回有水信号，系统控制水泵接触器闭合，水泵开启排水；系统检测到水浸传感器无水，水泵延时30s后关闭；系统检测到空调是开启状态，启动地风机；系统检测到除湿机是开启状态，启动地风机；系统检测到鼓风机是开启状态，启动地风机；系统检测到空调、除湿机、排风机都是关闭状态，关闭地风机；地风机如果需要开启工作，总是开一小时关一小时；室内湿度大于湿度上限或室内湿度大于室外湿度，鼓风机开；室内湿度小于湿度上限，且门关闭，鼓风机关；系统检测到门禁传感器返回门开信号，启动鼓风机，维持开启20分钟；系统检测到门禁传感器返回门关信号，关闭排风机。

手动控制模式的控制策略如下：

春季：室内温度低于设定下限值，开启空调制热；室内湿度高于设定上限值，除湿机开；室内湿度高于设定上限值，且湿度高于设定偏差3倍，除湿机和空调除湿开；温度在范围内，空调关闭；湿度在范围内，除湿机关闭。

夏季：温度在限定范围内，空调关闭；温度高于设定上限值，开启空调制冷；湿度在限定范围内，除湿机关闭；湿度高于设定上限值，除湿机开启；湿度高于设定上限且高于设定偏差3倍，除湿机和空调除湿开。

秋季：温度在设定范围内，空调关闭；温度低于温度下限，开启空调制热；湿度在限定范围内，关闭除湿机；湿度高于设定上限，开启除湿机；湿度高于设定上限且高于设定偏差3倍，除湿机和空调除湿开。

冬季：温度在设定范围内，空调关闭；温度低于温度下限，开启空调制热；湿度在限定范围内，关闭除湿机；湿度高于设定上限，开启除湿机；湿度高于设定上限且高于设定偏差3倍，除湿机和空调除湿开。

手动控制模式下特殊环境控制：

系统检测到水浸传感器返回有水信号，系统控制水泵接触器闭合，水泵开启排水；系统检测到水浸传感器无水，水泵延时30s后关闭；系统检测到空调是开启状态，启动地风机；系统检测到除湿机是开启状态，启动地风机；系统检测到鼓风机是开启状态，启动地风机；系统检测到空调、除湿机、排风机都是关闭状态，关闭地风机；地风机如果需要开启工作，总是开一小时关一小时。室内湿度大于湿度上限或室内湿度大于室外湿度，鼓风机开；室内湿度小于湿度上限，且门关闭，鼓风机关；系统检测到门禁传感器返回门开信号，启动排风机，维持开启20分钟；系统检测到门禁传感器返回门关信号，关闭排风机。

图9a至图9c示出了一选定的试验开闭所在实施本发明的控制方法前后局部放电次数的测试数据，该测试数据由试验开闭所(甲方)提供。如图9a所示，在试验开闭所改造前，共检测到18处开关和闸刀局部放电，对应的开关柜的放电占比如图10a所示，其中82％的开关柜存在放电。如图9b所示，在试验开闭所改造10天后，共检测到10处开关和闸刀局部放电，放电部位大幅减少，对应的开关柜的放电占比如图10b所示，其中50％的开关柜存在放电；如图9c所示，在试验开闭所改造84天后，共测试到6处开关和闸刀放电，放电部位大幅减少，出了04开关以外，局部放电次数大幅减少，对应的放电开关柜占比如图10c所示，其中23％的开关柜存在放电。

如图9b和图9c所示，04开关的放电未得到有效控制，通过排查发现04开关所在的开关柜密封过好，本控制方法对该开关柜的温湿度调节无效，针对04开关所在的开关柜，建议对开关柜进行通气改造，使其与室内温湿度保持一致。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。