变电站智能照明及其监控系统设计

变电站智能照明及其监控系统设计摘要：照明系统为变电站运维人员提供照明服务，随着功能需求的增加，依靠传统的设计思路和控制方式已不能满足运维人员的要求。本文针对变电智能照明及其监控系统进行研究，提出了一种变电站智能照明控制系统，系统基于三层级的积木式系统结构实现点/面的网络化智能控制，在保证便于后期扩容和升级前提下，全面提升了变电站照明系统的绿色低功耗运行和智能化控制水平。关键词：智能照明；监控系统；开放型；一体化1引言变电站照明系统是巡检人员进行运维工作的重要辅助设施，也是变电站安全、稳定及经济运行的重要保障[1-3]。传统的变电站照明系统的开启仅能依靠巡检人员进行手动控制，存在着能耗高、随意性大及控制不便等缺点，故单纯依靠巡检人员的手动控制已经不能满足变电站智能控制和国家“节能降耗”的迫切要求[4]。当前，以照明控制系统参数获取信息化、通信方式网络化及控制模式智能化为基本要求，依托高精度的环境感知传感器和高速传输、高可靠性的现场总线控制技术的变电站智能照明控制技术已逐步成为新建智能变电站的首选照明控制方式[5]。2现有技术分析目前，变电站照明控制系统在国内已有相关诸多文献报道：文献[6]提出了一种具备“四遥”（遥测、遥控、遥信、遥调）功能的智能照明系统，可对变电站照明灯具进行有效的管理和维护，预估节电约40%，系统效益显著，但是该系统仅基于单元层面灯具实现网络控制，全站灯具控制依然碎片化，不能真正实现点/面同步的智能控制。文献[7]提出了一种包括控制模块、照度传感器、服务器、监控主机、电源空开、单元控制模块及单元控制模块的户外智能照明系统，该系统不仅可针对不同的控制要求切换多种照明环境，同时亦可针对施工工作面需求自动切换照明区域，该系统具备多种模式的调节功能，但照明控制系统属非线性时控系统，其单一环境输入量（仅为环境照度）会导致输出结果存在局限性，同时该系统中继层分属不同通信网络，给全站统一、协调控制带来不便。文献[8-9]提出了一种时间触发型的户外照明节能控制装置，该装置包括整流供电模块和时间触发控制单元两大部分，其双重控制方式可保证全站户外照明的同步性，充分达到节能的效果，但该系统仅考虑户外照明部分控制，供电模块容量和同步性的控制要求无法满足户内照明部分的接入需要。为了克服上述技术的不足，本文研究一种变电站智能照明及其监控系统，系统基于三层级的积木式系统结构实现点/面的网络化智能控制，在保证便于后期扩容和升级前提下，全面提升了变电站照明系统的绿色低功耗运行和智能化控制水平。3变电智能照明及其监控系统设计3.1系统结构本文所研究变电站智能照明及其监控系统架构图如图1所示。系统为三层级积木式系统结构，包含中央处理层、中继层及设备层；设备层各类型户外/户内LED照明灯具为变电站巡检人员运维工作提供照明服务，照度传感器和超声波测距传感器负责采集环境照度和“人-门”距离信息；中继层灯具智能控制器和智能I/O模块接收设备层数据并转发至中央处理层HMI交互单元；中央处理层HMI交互单元一方面综合灯具智能控制器、智能I/O模块及微型气象站上传的数据由内置调度脚本[10-11]对灯具智能控制器下发控制指令，另一方面将灯具开断、照度及气象数据等信息转发至监控后台，并接收监控后台控制指令。图1变电站智能照明及其监控系统架构图3.2站用电及照明灯具配置站用供电系统采用0.4kV电压等级，由5面智能站用低压配电屏组成，布置在主控制室内。站用低压配电屏分成两段低压母线，每台站用变各带一段母线，正常时分列运行，重要负荷分别从两段母线双回路供电。0.4kV站用电备自投功能由智能站用电系统本身完成。380/220V低压柜布置在配电装置楼的主控制室内，与二次设备屏同室布置。两段380V工作母线每段预留一回400A的空气开关及相应电缆，并在适合的场地上配备开关箱，内设空气开关以备应急时接入发电车。应急照明采用普通应急照明灯和自带蓄电池的应急照明灯相结合的供电方式。普通应急照明灯由交流监视，直流亮灯，应急照明采用开关手动控制的原则设计。自带蓄电池的应急照明灯正常时由工作照明网络供电，事故时由自带蓄电池供电，应急时间不小于2小时。站区环形路选用200W风光储一体化照明路灯，水泵房和GIS走道装设智能无电照明灯具，站前区试点应用一盏5G智慧路灯。主控室、配电装置室、蓄电池室、泵房、气瓶室和建筑疏散通道应设置应急照明灯。GIS室和10kV室采用铝合金栅格灯具，光源采用LED灯等节能光源，灯具的布置组成灯带照明方式。3.3连接关系设备层主要含LED照明灯具和传感器，LED照明灯具包括户外LED照明灯具和户内LED照明灯具，传感器包括照度传感器和超声波测距传感器；户外LED照明灯具连接户外灯具智能控制器，户内LED照明灯具连接户内灯具智能控制器，照度传感器连接照度智能I/O模块，超声波测距传感器连接测距智能I/O模块。工作电源分为直流主工作电源和光伏辅助工作电源两部分，两电源接于同一直流母线，直流主工作电源作为LED照明灯具、传感器、I/O模块及智能控制器的主要供电电源，光伏辅助工作电源作为辅助供电电源，实现直流母线双电源点供电[12-14]。3.4设备选型本文所提的变电站智能照明及其监控系统设备选型如下：（1）监控后台（服务器）选用研华的AWS-8248(PIV2.4G)型工控机，HMI交互单元选用富士康的KPC-133HLT型智能触摸屏，微型气象站选用利诚的JLC-QBX型便携式数字移动多要素自动气象站；（2）户外灯具智能控制器为SZ10-R1AW型，户内灯具智能控制器为SZ10-R1AN型，照度智能I/O模块为EMR-EAI08型，超声波测距智能I/O模块为ADAM-5017P型；（3）户外LED照明灯具为NVC-LED-W型，户内LED照明灯具为NVC-LED-N型，照度传感器为ASL100-T2/BR型，超声波测距传感器为UB4000-30GM-IUR2-V15型。3.5实施案例当傍晚某一时刻，变电站巡检人员对户外配电装置区域有巡视需求时，此时值班人员在监控后台（服务器）对照明智能照明系统下达巡查模式（属多情景模式的一种）指令时，ASL100-T2/BR型照度传感器、UB4000-30GM-IUR2-V15型超声波测距传感器及JLC-QBX型微型气象站分别实时采集照度、“人-门”距离及气象参数等信息，各类信息经中继层对应的I/O模块二次处理后经以太网（IEC61850通讯规约）传输至KPC-133HLT型智能触摸屏；智能触摸屏一方面实时将灯具开断、“人-门”距离、照度及气象数据等信息转发至监控后台供信息显示和智能分析处理用，另一方面触发内置基于多源信息融合技术的ANN最优化边缘调度算法的调度脚本，对值班人员下达的巡查模式指令进行实时响应。最终，在巡检人员抵达变电站至整个巡视任务结束期间，智能控制系统根据巡检人员巡视路径，控制相应的LED灯具的开启，为巡检人员提供最优的照明环境。4结语本文所研究的智能照明及其监控系统基于“信号集中传输，设备分层配置”的原则进行三层级的积木式结构设计，包含中央处理层、中继层及设备层；设备层各类型户外/户内LED照明灯具为变电站巡检人员运维工作提供照明服务，照度传感器和超声波测距传感器负责采集环境照度和“人-门”距离信息；中继层灯具智能控制器和智能I/O模块接收设备层数据并转发至中央处理层HMI交互单元；中央处理层HMI交互单元一方面综合灯具智能控制器、智能I/O模块及微型气象站上传的数据由内置调度脚本对灯具智能控制器下发控制指令，另一方面将灯具开断、照度及气象数据等信息转发至监控后台，并接收监控后台控制指令；中继层和设备层设备除常规直流主工作电源外，引入光伏辅助工作电源，在实现节能降耗的同时也可以达到提升设备供电可靠性的目的。参考文献[1]谭洁玉.无人值班变电站的规划与设计研究[J].光源与照明,2021(1):2-5.[2]仲泽坤,张川,刘建宏.变电站智能照明系统设计[J].数字化用户,2019，12(4):7-11.[3]刘汝琛,许湧平,肖旭亮.基于泛在电力物联网的变电站智能照明控制系统[J].山西建筑,2021,47(3):3-8.[4]张琼华,余骁.变电站照明远程控制系统研究[J].山东工业技术,2019(23):162-162.[5]廖华,林鹏,熊星星,等.变电站远程照明智能监控系统的设计[J].电子制作,2021(5):3-4.[6]刘志强,郭亚昌,王维琴,等.基于CAN-bus总线的变电站智能照明控制系统[J].电力勘测设计,2014(4):5-7.[7]孝小昂,翟羽羽,雷宏,等.一种变电站户外智能照明控制系统:CN204014197U[P]2014.[8]秦华锟,张志文,龙跃达.变电站户外照明节能控制装置:CN205378315U2020.[9]韩玉龙.变电站户外场地照明灯智能控制系统的研制与应用[J].机电信息,2018(24):2.[10]周杰,潘宏侠,郭彦青.WinCC中基于C脚本和OCX的数据搜索方法[J].微计算机信息,2008(10):13-17.[11]李中跃.如何在C++程序中嵌入JavaScript脚本语言[J].辽宁省交通高等专科学校学报,2008(5)