蒋振宇

（广东电网有限责任公司茂名供电局，广东 茂名 525000）

0 引言

在南方电网公司，传输设备、PCM 设备及数据网设备均能通过网管进行实时监控，安全可靠性较高，而在通信电源及机房环境方面的监控手段存在较大的缺失。通信电源是通信设备正常运行的基础，一旦出现故障往往造成大面积的设备停电和电力业务中断；机房的整体然环境对设备的影响也不可忽视，空调骤停引起的高温或者意外引发的火灾对设备的运行也是致命的[1]。

目前，对通信电源的监控主要通过告警监控模块的干接点接入传输设备外部告警或者调度自动化系统进行监控，这种监控方式不能对缺乏告警监控模块的DC-DC 电源设备进行监控，也不能实时地采集每节电池的运行状态，存在较大的局限性。而对于机房环境的监控几乎没有，往往设备已经产生告警了才通知变电站运维人员至现场处理，消耗的时间过长，容易引起设备停机或者业务中断。针对这些问题，笔者决定另辟蹊径，不通过电源监控模块收集告警信号，而是直接采集通信电源电压电流的方式收集各类信号，另外采取红外线远程控制的方式遥控空调，立项新建茂名供电局变电站通信电源及机房环境监控系统。

1 系统建设

变电站通信电源及机房环境监控系统通过串口服务器采集变电站通信电源整流屏、DC-DC 电源的电压和电流、蓄电池的电压和单节内阻、空调的状态、机房的温度等信息，利用变电站综合数据数据网接入茂名供电局办公楼通信机房的后台服务器，服务器连接公司短信平台。系统实时上传各类监控数据至服务器，储存通信电源运行数据和机房环境数据，对存在异常的数据通过短信、微信等工具产生告警信息。班组员工能登录个人电脑查看各个变电站通信电源和机房环境的情况，也能通过告警信息远程了解设备故障情况，大大提高了抢修响应速度[2]。系统原理如图1 所示。

2 系统的各个监控节点的实现过程

2.1 整流屏及DC-DC 屏的监控

整流设备或者DC-DC 设备是通信电源的核心，应该重点监护，要求能实现如下情境的信息采集功能：

（1）当整流屏的交流输入切换、其中一路交流输入缺相等异常或者两路交流输入异常，产生告警；

（2）当整流屏的交流输出缺相等异常，产生告警；

（3）当整流模块交流输入或者直流输出电压、电流异常，输出过压或者欠压，产生告警；

（4）当蓄电池输入至整流屏的直流电压过高或者过低，产生告警；

（5）当DC-DC 屏的直流输入电压或者DC-DC 模块的输出电压、电流异常，产生告警。

分析如上告警可以发现，采集的信息一个是电压，另外一个是电流，均可以通过电压互感器（PT）和电流互感器（CT）测量实现，如图2 所示。最终结果输出至串口服务器的电压表和电流表上。

图1 系统原理图

图2 用PT、CT 测量电压和电流

2.2 通信蓄电池的监控

蓄电池是当通信整流设备故障时提供不间断直流电源的储能设备，变电站通信蓄电池大多数采用阀控铅酸蓄电池，其设计原理是把所需份量的电解液注入极板和隔板中，通过化学反应实现电能和化学能的转换。通信电源屏自带的监控模块只有当蓄电池电压过低才产生告警，具有滞后性和被动性，不能提前预知蓄电池的质量变化趋势。因此，对蓄电池的监控重点关注两方面。一方面，蓄电池的温度。阀控铅酸蓄电池对温度的要求很高，温度每升高1℃，电池电压下降约3 mV/单电池，致使浮充电流升高，使温度进一步升高。温度高于50℃会使电池槽变形。温度低于-40℃时，阀控式铅酸蓄电池还能正常工作，但蓄电池容量会减小。另一方面，阀控铅酸蓄电池的内阻是反映蓄电池性能和健康状况的重要指标，单节电池内阻过大会拖累整组蓄电池状态，使得电池组容量不足。

目前，测试蓄电池内阻的方法繁多，如动态大电流冲击负载放电法、直流瞬间大电流放电法、交流内阻测试法、小电流二次放电法等。基于通信电源稳定可靠运行的和蓄电池低损害的要求，笔者采用小电流二次放电法测试[3]。测试电路如图3 所示。

图3 小电流二次放电法测试电路图

图3 中，电池电动势为E，R1、R2为额定电阻，R0为负载等效电阻，r为电池内阻，K1、K2为开关。R1和R2数值已知，E、R0和r数值未知。

首先，开关K1、K2都断开，蓄电池对负载电阻R0放电，可测得R0两端电压为U0和流过R0的电流为I0。由欧姆定律可得：

其次，对蓄电池进行第一次小电流放电，K1闭合，K2断开，此时R1和R0并联，R1两端的电压为U1，由欧姆定律可得：

最后，对蓄电池进行第二次小电流放电，K2闭合，K1断开，此时R2和R0并联，R2两端的电压为U2，由欧姆定律可得：

结合式（1）、式（2）、式（3），最终得出蓄电池内阻r：

除了测试单节蓄电池内阻，蓄电池监测模块还能采集蓄电池电压、表面温度等运行参数，实现全方位在线检测，实时了解蓄电池的运行状况，杜绝因蓄电池故障、老化引起的容量不足和安全问题，蓄电池监控模块之间采用手拉手总线方式。

2.3 空调状态的远程在线监控及环境信息采集

为了实现空调状态的远程在线监控及控制，通过RS485 接口采集空调的运行状态，选用AT89C52 作为BAC485 空调遥控器的中央处理器。其数据存储器EEPROM 用来存储学习过程中各品牌空调编码信号的脉冲宽度和编码。在使用中，首先对站内远程控制模块进行初始化操作，学习要控制的空调的各条指令，如开机、关机、温度调节、运行模式等，站内远程控制模块的红外发射器收发方向指向空调控制模块，中间不能有遮挡。一旦空调停机，可通过红外信号直接控制空调运行状态的开机[4]，结构如图4 所示。

图4 空调遥控器的中央处理器结构图

需在通信机房合适的位置安装温度传感器和烟感传感器，一般7 m2一个温湿度传感器和烟感传感器。传感器的信号通过RS-485 的方式接入至变电站串口服务器，实现在线检测。

3 工作成效

变电站通信电源及机房环境监控系统项目完成后，能实时检测通信电源和蓄电池的电压、电流状况，了解通信机房的温度和湿度，存在的告警情况会显示在主页面上。在系统上提前设置电压、电流、温度、湿度等数据的阀值，高于阀值或者低于阀值均会产生告警。各类产生的告警按照重要性和紧急程度，分为紧急告警、重要告警和一般告警，紧急告警通过公司告警平台，实时给通信检修人员发送短信或者微信。

2018 年末，茂名供电局的通信电源和机房环境监控系统建成。对比2018 年运维情况，2019 年35 kV 及以上变电站日常巡视次数减少50 次，故障检修时间平均缩短2 h，提前发现2 起110 kV 变电站蓄电池状态恶化。由此可见，该监控系统效果是显著的，能大大缩短运维人员发现故障的处理时间，提升通信电源设备管理水平和运行稳定性，减少进站工作次数和车辆使用次数，提高工作效率，有助于变电站二次设备业务的可靠运行，实现了对变电站通信电源设备和通信机房的少人、无人运维值守，这也符合公司为基层减负和电网智能化的工作思路。

4 结论

安全是电网的生命线，通信电源和机房环境监控系统为通信电源设备和其他通信设备的可靠运行提供有力能源和环境支撑，切实改善地市局主网变电站通信设备的智能运行水平，有效杜绝电网事故事件的发生。随着配网通信设备的进一步推广，恶劣复杂的机房环境更需要加强在线监控，因此，该系统也能应用于配网10 kV 开关站及其他配网工作站，值得南网其他地市局参考借鉴。