高压组合电器配电室六氟化硫环境监测系统解决方案

第一章项目概述

1.1 项目背景

六氟化硫（SF6）是一种无色、无臭、无毒、不燃的稳定负电性气体，有吸附自由电子的能力，具有良好的灭弧和绝缘性能。在101.325kPa大气压力下的均匀电场中，六氟化硫气体的耐电压强度约为氮气的2.5倍，而且六氟化硫的化学性质非常稳定，被广泛用作绝缘气体。六氟化硫气体的卓越性能实现了装置经济化、低维护化的操作，与普通装置相比，可以节省最多90％的空间。在众多六氟化硫气体的用途中，主要还是电力设备上用的六氟化硫气体居多，已成为电力工业中一种很重要的介质，被广泛用作高压开关、大容量变压器、高压电缆的绝缘介质材料。

正常状态下的六氟化硫气体对人体没有毒性。但在高压电弧的作用下，SF6气体会发生部分分解，而其分解产物往往含有剧毒，即便是微量，也能致人非命。当使用以SF6气体为绝缘和灭弧介质的室内开关在使用过程中发生泄漏时，泄漏出来的SF6气体及其分解产物会往室内低层空间积聚，造成局部缺氧和带毒，对进入室内的工作人员的生命安全构成严重的危险。因此，在配电室中对六氟化硫气体泄露监测很有必要。

为解决这一问题，山东仁科推出高压组合电器配电室六氟化硫监测系统，运用多种智能环境监测传感器，对高压配电室内环境实行24小时全天候监测，能够检测环境空气中SF6气体含量和氧气含量，当环境中SF6气体含量超标或缺氧，能实时进行报警，同时自动启动风机进行通风，并具有温湿度检测、红外入侵报警等诸多丰富功能，为维护高压配电室用电安全，保障工作人员人身健康安全提供了新思路。

1.2 建设目标

高压组合电器配电室六氟化硫监测系统解决方案是集配电室内环境监测（除了对SF6/O2气体监测外，还包括了温湿度、红外人体探测等），风机联动控制，以及智能环境监控云平台于一体的智能配电室环境监测管理体系，其总体建设目标是实现对配电室内环境和设备的统一监控和管理，以保障用电安全。

具体建设目标：

通过各种智能传感器设备对六氟化硫浓度、氧气浓度、温湿度等要素进行实时数据监测，为配电室内各系统及设备运行提供高度稳定可靠的监测信息资源；

监测区域内的气体以及温湿度数值高于/低于设定报警值时，系统自动发出声光报警信号，并提供必要的远程控制、智能控制；

在监测区域内配备红外感应器，系统在感应到人员进入时自动发出报警信号；

对配电室发生的故障产生故障告警，通过多种方式通知相关管理人员，及时处理，及时解决，对即将发生的故障进行预警；

促进配电室的自动化、智能化，明晰管理人员的权利和责任，提高机房的管理水平，节省配电所运行管理费用，达到短期投资、长期受益的目的；

利用平台完善的数据统计和分析功能，为配电室管理者提供可靠地参考依据，为配电室建设与改进提供充分的决策依据；

预留充分的扩展功能，适应发展需要，做到方便扩展、容易更改，可适应环境的变化和管理需求的多样化。

1.3 设计原则

根据配电室运营和管理的的实际需求，以及国内外技术发展的现状和方向，参考国内外配电室环境监控技术建设的先进项目，借鉴其建设经验，在方案中我们遵循以下几项总体原则：

稳定可靠

只有稳定运行的系统，才能确保电力配送工程系统平稳运行，监控系统的作用和意义才能体现。整体方案从方案架构、产品设计等各个层面，都以稳定可靠作为设计的第一目标。

架构合理具有可扩展性

采用平台级的理念来架构系统，使整个方案安全平稳地运行，并具备良好的扩展性。可扩展性保证当用户有更多的要求时，引入的新设备可以顺利地与本次配备的设备共同工作，进一步扩展与提高系统的性能和功能。

尽可能简约的配置

整个方案尽可能采用简约的连接方式，去掉各种冗余配置，减少故障点，提高系统稳定性，降低系统造价。

更好的系统效率

方案设计以尽可能提高系统整体的运行效率为重要依据，选择更合适的产品以及更合适技术方案实现。

更高的性价比

方案一直以更高性价比为目标，不断升级和改进软硬件产品，针对各大环境监控系统都有对应的产品和方案。以“为客户提供最高性价比的方案”为设计目标来进行方案设计，综合客户需求以及扩展性要求，选择最合适的产品，降低系统造价，为客户节约项目成本。

系统更易于使用和维护

方案设计根据项目建设规则等选择合适的监控产品和技术方案实现，力争使系统更容易使用和维护，降低客户使用监控系统的管理和维护成本。

1.4 设计依据

■《高压组合电器配电室六氟化硫环境监测系统》JB/T 10893- -2008

■《六氟化硫电气设备中气体管理和检测导则》GB/T8905-1996

■《电子信息系统机房设计规范》GB50174-2008

■《通用用电设备配电设计规范》GB 50055-2011

■《电气装置工程施工及验收规范》GBJ232--82

■《入侵探测器通用技术条件》 GB10408.1-2000

■《智能变电站技术导则》Q/GDW 383-2009

■《供配电系统设计规范》GB 50052-2009

■《低压配电设计规范》GB 50054-2011

第二章项目介绍

2.1 高压组合电器配电室六氟化硫监测系统介绍

为了充分保障配电室内设备运行的环境安全，需要对其内部环境进行监测，以达到实时自动监测、控制配电室环境的目的，该系统主要涉及到配电室内的SF6/O2气体浓度、温湿度、红外人体探测等环境监测要素。

通过对配电室内的各种环境监测及报警数据进行分析，实时反映现场设备运行的环境情况以及设备本身运行情况，通过联动控制风机，保障配电室的电力设备安全运行，防止因环境改变、设备状态变化而引起的事故，满足配电室远程运维的可靠管控要求，为新型现代化配电室的智能化、可视化、自动化、互动化做有效支撑；通过设立统一监控管理站，对分布在配电室不同区域的多个设备和信息进行全数字化集中监控管理，实现配电室的少人或无人值守，满足现代化智能配电室管理的需要，使用户的维护模式从“被动抢修模式”变为“主动预防模式”。

本监测系统施工部署简单方便，细节考虑周到，扩容方便。所有的监测设备都采用RS485总线布线方式传输至气体报警控制器，再通过4G/RJ45网口的方式上传至云平台，用户可根据实际情况自主选择上传方式，便于实际操作与管理；监控管理平台也非常人性化，界面友好、操作简单、功能全面，监控设备的管理采用即插即用，监控平台能够自动搜索新增的设备，无需手动添加，维护非常方便。实现了即插即用系统集成扩容的平滑过渡，这样需求方可以很方便地根据自身的需求和投资预算进行项目的投资，不会造成重复投资浪费。

2.2 高压组合电器配电室六氟化硫监测系统拓扑图

2.3 高压组合电器配电室六氟化硫监测系统优势

■ 专注所以专业

我司多年来一直专注于环境监测这个行业，力争为客户提供最好的、最高性价比的环境监测产品和解决方案，是环境监测行业的知名厂商。具有完备的产品和解决方案，供应地区300+、服务全球110k+客户。

■ 系统级整体性及平台化

借助自身多年来的行业经验，结合客户需求的方方面面，给出系统级、整体性的解决方案，具备更好分工以及协同效率，设计将具备良好的系统扩展性。本方案覆盖配电室内的SF6/O2气体浓度、温湿度、红外等各项环境参数的监控，具备高整合度；集测、管、控一体化的整体考虑，提升高压组合电器配电室六氟化硫监测系统的平台级管理功能。

■ 基于标准的IP网络，组网方便

高压组合电器配电室六氟化硫监测系统组网结构完全基于TCP/IP网络通信协议，对监控节点分布广、数量大的多站点集中智能监控提供了最有效的监控手段，使用基于IP网络的监控系统为网络运营维护的统一管理提供了便利。

■ 使用标准协议，扩展方便

使用标准的、开放的协议便于集成以及系统扩容。由于搭建了基于IP的监控平台，现场数据采集也使用标准的MODBUS协议，使得增添监控节点或是增加监控信息非常方便，更实现了即插即用系统集成扩容的平滑过渡，这样需求方可以很方便地根据自身的需求和投资预算进行项目的投资。

■ 风机控制

该系统集环境监测及风机联动控制于一体，其中六氟化硫气体浓度、氧气含量、温湿度的报警值可根据需要由管理者设定。能够根据当前气体、温湿度数值自动控制风机启停，自主选择自动排风、强制排风和手动排风模式，并且自动排风、强制排风时间可灵活设定，从而降低配电室内潜在的危险性。

■ 具有丰富的自动告警方式

系统支持声光、电话、短信、邮件等报警功能，并可选配语音报警模块，在感应到人体靠近或者进入时发出语音报警提示，因此具有多种告警策略可以选择，通用系统即可满足绝大多数用户的需求。

■ 优化的数据远传功能

高压组合电器配电室六氟化硫监测系统报警事件采用先进的实时报警方式，除了监控中心可以通知管理人员告警信息，还可以通过无线数据传输，将系统实时监测的数据及报警信息远传至相关设备，并且能与电厂、变电站、高压开关生产厂家等现场现有的通信设备相连，将实时数据及报警信息传输到现场设备。这样可灵活设置报告数据的间隔，减少系统正常时发送的普通数据，而在异常发生时可以及时将报警事件通知到监控中心。从而保证了监控系统报警的实时性和可靠性。

■ 软硬件产品集成度高

高压组合电器配电室六氟化硫监测系统软硬件产品根据行业发展的需要，与时俱进，不断更新换代对应的产品，剔除过时及冗余的功能，不断集成有效地新功能，使产品具备越来越高的集成度，给客户提供更高性价比的产品。

■ 系统具有完善的网络脱机管理功能

当监控主机通讯链路中断之后，监控主机的告警信息以及实时数据会存在本地，当通讯链路恢复之后，脱机数据重新上传到监控中心，保证监控数据的完整性。监控中心具有完善的中断监测机制，设备通讯中断后，及时发出告警。

■ 系统具有显示记忆功能

能够实时显示被监测对象的状态，具有操作界面和人机交流功能，对发生过的报警指标有记忆功能，可以随时进行查询。

■ 系统施工部署简单、方便

所有的监测设备都采用RS485总线布线；监控管理平台多种部署方式，针对简单需求可以实现傻瓜式安装，非常人性化，界面友好、操作简单、功能全面，轻松实现监控功能及报警的配置。

■ 切合客户需求的独有功能

高压组合电器配电室六氟化硫监测系统结合客户需求，集成了很多比较实用的功能，也可根据客户需求，支持定制。从客户使用的角度出发，使应用和维护尽可能方便省心。

■ 多平台远程管理，功能强大

高压组合电器配电室六氟化硫监测系统支持电脑PC端、APP移动端、微信公众号等多种方式远程查看、管理数据。

第三章项目方案设计

高压组合电器配电室六氟化硫监测系统要由三个工作模块组成。第一部分：环境监测（SF6/O2气体监测、温湿度监测、红外人体入侵监测等）；第二部分：风机联动控制；第三部分：智能气体报警控制器与平台软件通信。

该系统通过在配电室配置相应的传感器以RS485布线方式连接气体报警控制器将采集到的环境数据以4G/RJ45网口的方式上传至环境监控云平台，通过平台软件对每个测点的测量值及其传感器设备工作状态进行连续采集。气体报警控制器内含智能语音报警模块，系统如发现数据异常，会自动发出声光、短信、语音、邮件告警，在感应到人体靠近或进入时也会有语音报警提示，以便提醒注意环境安全，将可能出现的险情消灭在萌芽状态，出现意外情况时能够及时通知相关管理人员，避免造成大的损失及影响配电室设备的正常工作。

3.1 环境监测子系统

3.1.1 SF6/O2气体浓度监测

监测意义：六氟化硫为主要用在电力工业的一种人造惰性气体，此气体有着良好的电气绝缘性能及优异的灭弧性能，但随着长时间的使用，可能会发生气体泄漏的问题。纯净的六氟化硫气体是一种物理化学性能稳定的气体，在电弧作用下会分解，其中有些分解物是有毒的。经验表明，工作人员即使处于含有非常微量的分解物的环境中,也会感到刺鼻或不舒服的气味，对鼻、口、眼等有明显的刺激，并且这种反应在有明显中毒反应之前的几秒钟内就会产生。本系统方案中运用智能气体检测传感器对配电室内六氟化硫浓度以及氧气浓度进行实时监测，在达到危险阕值之前发出报警，预防危险事故的发生。

监测对象：监测配电室内的电缆地沟、配电装置、二次设备室等气体采样区的六氟化硫、氧气含量。

监测内容：各气体传感器信号采集、测点状态检测、超限告警、报警记录、继电器控制。

监测效果：在配电室内的电缆地沟、配电装置、二次设备室等区域安装SF6、O2二合一变送器，通过RS485布线将数据传送至气体报警控制器并最终上传至云平台。当系统监测到任一气体浓度超限时，自动触发报警，同时启动声光、短信等报警信息，并联动风机等排风系统及时进行通风，以保障配电室内人员以及设备安全。

【设备配置】

设备	技术参数
六氟化硫氧气变送器型号：RS-SF6O2-N01-MP	SF6分辨率：1ppm
	SF6最大允许误差：±10%（@500ppm,60%RH,25℃） 0~2000ppm:±10% （@2000ppm,60%RH,25℃）
	SF6量程范围：0~1000ppm
	SF6零点漂移：±3ppm
	SF6稳定性：≤2%信号值/月
	SF6响应时间：≤30S
	SF6预热时间：≥30min
	SF6重复性：≤3%
	O2分辨率：0.1%VOL
	O2精度：±3%FS
	O2量程：0~30%Vol
	O2使用寿命：2年（默认）5年、10年可选
	O2重复性：≤1%
	O2预热时间：≥5 分钟
	O2响应时间：≤10S
	O2稳定性：≤5%信号值/年
	工作温度：-10~60℃
	工作湿度：0~95%RH 非结露

3.1.2 温湿度监测

监测意义：在信息化建设中，配电室的运行处于信息交换管理的核心，要求所有配电室设备始终正常运行。配电柜中有电源开关、电缆线等机器设备；在机器设备运作及其电力工程的传送流程中，配电柜必须维持在一个平稳的温湿度范畴。一旦超出一定的温湿度范畴，就容易出现设备故障，威胁数据传输、存储和系统运行，并且如果不及时处理，甚至会损坏硬件设备，造成不可估量的经济损失。山东仁科针对不同环境、不同条件配备相适应的温湿度传感器，能够很好的监测配电室内温度湿度数值变化情况，并上传至云平台进行综合处理分析，减少意外状况的发生。

监测对象：对配电室不同区域的温度、湿度进行实时监测。

监测内容：实时监测配电室内的温湿度数据，防止室内温湿度数值超限造成的设备损坏故障。

监测效果：通过在配电室重要位置安装带有液晶显示的温湿度传感器，24小时实时监测温湿度传感器所在位置的温度、湿度变化情况，管理者既可web端远程实时查看，也可通过现场液晶显示屏随时查看。一旦温湿度数值超出范围，即刻启动报警，提醒管理人员及时调整风机的工作设置值或调整配电室内的设备分布情况。

【设备配置】

设备	技术参数
86壳485型温湿度变送器型号：RS-WS-N01-1-*	直流电源（默认）：10-30V DC
	最大功耗：0.4W
	温度A准精度：±0.4℃（25℃）湿度A准精度：±2%RH(60%RH,25℃)
	温度B准精度：±0.5℃（25℃）湿度B准精度：±3%RH(60%RH,25℃)
	变送器电路工作温湿度：-20℃~+60℃，0%RH~95%RH(非凝结)
	探头工作温度：-40~+80℃ 探头工作湿度：0~100%RH
	温度显示分辨率：0.1℃
	湿度显示分辨率：0.1%RH
	温湿度刷新时间：1S
	温度长期稳定性：≤0.1℃/y 湿度长期稳定性：≤1%RH/y
	温度响应时间：≤25s（1m/s风速）湿度响应时间：≤8s（1m/s风速）
	开孔尺寸：60mm
	参数设置：通过软件设置或者按键直接修改

3.1.3 红外入侵监测

监测意义：人体有恒定的体温，会发出特定波长在10μm左右的红外线，人体红外探测器正是利用红外线反射的原理，通过设备内部的人体热释电红外传感器，对人体发射的红外线进行探测。山东仁科专门研发的吸顶式红外探测器安装在配电室、机房等安全性较高的场所，能够起到智能安保，阻止非法入侵的作用。

监测对象：配电室红外人体入侵监测。

监测内容：自动检测周边环境是否有异常情况，如果有人体移动现象就自动向主机传递告警信号。防范非法进入、破坏配电室设备设施。

监测效果：山东仁科研发生产的485型红外探测器小巧玲珑，内部配置人体双元热释红外传感器和少量外接元器件，采用吸顶式安装，安装高度在2.5~6m之间，安装高度在3.6m时，能都形成直径6m的探测范围，能够对配电室环境实现360度的全方位探测。在配电室门口、窗户等位置安装红外探测器，通过RS485布线方式连接气体报警控制器。气体报警控制器装有声光报警灯并内置语音报警模块，当有入侵者通过探测区域时，探测器将自动探测区域内人体的活动，并进行声光、语音报警。可以在机房无人值守的情况下实时监控人员的进出情况，对于非法闯入的人员以电话、短信、邮件等形式通知相关人员及时处理。

【设备配置】

设备	技术参数
吸顶式红外探测器型号：RS-HW-N01	供电电源： 10~30V DC
	功耗：0.3W
	传感器类型：微波传感器
	报警延时：0-65535S可调（报警持续时间）
	延时报警：软件设置（发生报警的延时）
	工作频率：24.00~24.25Ghz
	安装方式：吸顶
	安装高度：2.5~6m
	探测范围：直径6m(安装高度3.6m时)
	探测角度：全方位360°
	信号输出：RS485（Modbus-RTU）
	通信协议：Modbus-RTU
	工作环境：-10℃~50℃，≤95%（非结露）

3.2 风机联动控制子系统

系统意义：目前许多高压开关都采用六氟化硫气体作为绝缘和灭弧介质，六氟化硫气体虽然在正常态无毒，但配电室中可能存在放电或者电弧的情况，这时六氟化硫气体便会分解成有害成分，若不及时通风换气，这些有害气体成分堆积，就会对人体造成很大危害。同时，配电室内温湿度数值过高或者过低，也会对室内设备甚至人体造成损害。山东仁科利用风机联动传感器设备，能够很好的应对这一问题。

系统内容：及时根据配电室内的温湿度、气体浓度等数值信息进行通风换气。

系统效果：气体报警控制器主动接收所有采集设备上传的监测数据，当监测到配电室内六氟化硫气体浓度超标、氧气含量过低或者温湿度数值超限时，自动声光报警并发送联动通风命令给风机，及时进行通风。此外，相关工作人员还可通过设备手动开启或者关闭风机控制，设置定时控制模式或者手机端、电脑端远程控制风机模式，可以设定风机每天定时启动和停止的时间，给配电室定时通风。

3.3 智能气体报警控制器与平台软件通信

3.3.1 气体报警控制器简介

气体报警控制器（型号：RS-GAS-100）是我司研发的一款气体报警控制器，通过RS485接口可将我司气体变送器接入到气体报警控制器，并将数据实时上传至我司提供的云平台或客户自己的服务器。该设备支持RJ45、4G（选配）方式上传数据，用户可根据实际使用需求选择相应子型号产品。设备内置大屏液晶，界面友好易操作，设备超限，屏幕轮显报警通道以及报警实时数据，内嵌微处理器，配以丰富的软件功能，能够自动收集各传感器上传的数据。设备带有声光报警灯，内置智能语音报警模块，当其中任一参数超过设定值时触发声光报警，并且具有语音播报提示功能，以便及时提醒靠近或进入人员环境安全有关事宜，发生危险时及时通知管理人员紧急处理。

3.3.2 功能特点

多传感器集成

具有1路 ModBus-RTU主站接口，最多可接入32台我司485型气体变送器，可根据现场监测需求选配不同的传感器；具有1路ModBus-RTU从站接口，可外接用户自己的监控主机、PLC、组态屏或组态软件；带有4路无源继电器，可外接风机等设备，当气体泄漏时可控制外接设备工作，常开常闭可选，继电器带负载能力：250VAC 5A/30V DC 5A。

多种数据上传方式

可选1路多功能4G通信接口，只需插入一张手机卡便可将数据上传至远端监控软件平台；可选1路RJ45网口上传，可借助现有以太网网络，上传数据实现集中监控。

丰富的告警方式

气体报警控制器带有声光报警灯，超限时进行声光报警，在距离设备一米处声级可达70~115db，可区分正常、高报、低报、故障、屏蔽、延时共六种状态。管理人员可以为不同监测要素分别设置相应的安全范围阈值，当配电室环境中SF6浓度、温湿度数值高于设定的报警值或者氧气含量低于设定的报警值时，设备输出报警信号，发出声光警示，提醒有关人员注意并进一步采取措施；除此之外，环境监控云平台会以弹窗、声音、节点变红等方式进行提示，并且通过电话、短信、邮件、微信推送等方式远程通知。方便管理人员快速赶到出现异常的地点查看现场情况。

智能一对一语音报警

气体报警控制器内置智能语音报警模块，当人体红外探测器感应到有人靠近或者是进入配电室时，系统发出声光警示并且进行语音报警，语音报警内容在出厂前可按照要求更改，如：“请您确定现场处于安全环境后，在进行下一步操作”，对靠近或进入配电室人员进行精准一对一语音提示，提醒过往人员注意配电室环境安全。

安装操作简便

气体报警控制器采取壁挂式安装方式，安装方便；4.3寸大屏中文液晶显示，界面简洁友好；触屏控制操作简单直观。

3.3.3 技术参数

设备	技术参数
气体报警控制器型号：RS-GAS-100	通信接口：4G（选配）/RS-485从站接口
	采集接口：4~20mA采集接口/RS-485主站接口
	传感器类型：微波传感器
	继电器带负载能力：250VAC 5A/30V DC 5A
	数据上传间隔：5S~65535S
	内置存储容量：13万条
	主从RS485接口通信距离：≥2000米
	供电范围：AC220V±15%
	供电频率：50~60Hz

第四章综合环境监控云平台

4.1 综合环境监控云平台概述

我司推出的综合环境监控云平台（www.0531yun.com）以先进的信息采集系统、物联网、云平台、大数据以及互联网等信息技术为基础，各级用户通过PC端WEB、APP客户端、微信端等多种渠道访问平台数据，实现远程系统管理功能。用户可实时对项目上每个重要参数进行实时监测、管理，同时实现基于平台的远程手动控制。