變電站智能排水系統的設計

◎周圣杰 潘繼元 黃萱

在一部分老的變電站的中，因為忽視開關室電纜溝電纜出線處的封堵、密封，長時間運行容易發生龜裂，甚至脫離，從而發生滲滴現象，造成電纜溝積水。如果開關柜與電纜溝之間的封堵不嚴密，隨著電纜溝的積水增多，開關柜內濕度就會隨之不斷上升，引起設備潮濕而放電，損害變電站的電力設備，對變電站的安全維護造成極大的影響。新建的變電站大都使用單一的排水系統，當測量設備或排水設備發生故障時，若巡檢人員沒有及時發現，也會危害變電站的正常運行。為了確保變電站的安全運行，本文設計了一種變電站的智能排水系統，通過處理器可以智能的控制排水系統的運作，當發生故障會實時報警，且維護人員可以遠程監控各變電站電纜溝的水位和工作情況，可以實時控制排水系統并及時發現排除故障，并在排水口處裝設水流開關，保障排水泵的正常工作。

一、變電站智能排水系統的研究背景

在變電站開關室下的電纜夾層是放置電纜的地方，這些電纜往往連接開關室的儀器與遠處的控制端。在電纜處出線處往往需要進行嚴密的封堵，但是由于封堵老化、暴雨、排水不暢等問題，形成電纜夾層積水，當積水蒸發時可能會進入到上方的開關柜中，引起電氣設備潮濕而放電，甚至擊穿而引發事故。

大部分變電站都不能及時采取措施，只有工作人員巡視觀察到有水時，通過人工裝設排水泵進行排水。這樣需要巡檢人員每日進行檢查，大量浪費人力物力。而且電纜夾層為大面積平地，通過單一的排水泵，不能完全排凈電纜夾層中的積水，仍會危害開關室各設備的安全。

隨著智能變電站的不斷發展，可以通過智能化手段解決排水系統的問題。

二、變電站智能排水系統的構成

變電站智能排水系統包括電源模塊、測量模塊、控制處理模塊和遠程監控模塊四個模塊。

1.電源模塊。變電站智能排水系統通過智能開關柜使用站用電進行供電源供給。將220v的交流電直接供給排水泵和除濕設備，搭建電路通過直流電源供應器將220V交流電轉化為24V直流電，供給測量模塊與處理器模塊。

2.測量模塊。變電站智能排水系統的測量模塊包括溫濕度傳感器和液位傳感器。用于測量蓄水池的液位高度與電纜夾層的濕度，并傳輸給控制處理模塊。

3.控制處理模塊。變電站智能排水系統的控制處理模塊包括處理器、流量開關、除濕設備、排水泵、智能開關柜和HMI人機交互界面。用于處理測量到的數據，并控制進行排水除濕。

4.遠程監控模塊。變電站智能排水系統的遠程監控模塊包括紅外線高清攝像機、服務器。用于將采集到的液位信息、視頻信息等傳輸到遠處的監控端。

變電站智能排水系統的結構如下：

三、變電站智能排水系統的設計

智能排水系統的設計主要分為以下幾個部分：

1.電纜夾層增挖蓄水池匯集積水。因為電纜夾層面積較大，當積水較淺時不能很好地利用排水泵進行排水，所以在電纜夾層的地面低洼處挖設一個蓄水池，以匯集在電纜夾層的積水。

2.在蓄水池安裝液位傳感器、排水泵、標尺和排水管道用于排水。在蓄水池內安裝一個豎直長方形標尺，正面標有刻度，側面面安裝有三個液位傳感器。安裝有主備兩臺排水泵，以防止主排水泵發生故障，保證排水工作的正常運行。架設排水管道將蓄水池中的水利用排水泵通過管道排放到適合的地方。蓄水池示意圖如下：

圖2 蓄水池內部示意圖

3.液位傳感器的控制方案。

（1）當水位達到上方的液位傳感器a時，由液位傳感器a傳輸信號，導通電源，控制主排水泵工作；

（2）若長時間水位高于液位傳感器a，則會自動打開備用排水泵工作；

（3）若同時打開主備兩臺排水泵仍無改善，并且水位達到最上方的超水位液位傳感器x時，將會再次發送信號打開主備兩個排水泵，并觸發站內的蜂鳴器報警，通過網絡將情況反映給遠程監控端；

（4）當水位低于液位傳感器b，則斷開電源連接，關閉排水泵；

（5）當液位傳感器b失靈，水位低于最下方的液位傳感器c時，強制關閉排水泵，起到保護水泵的作用。

4.裝設水流開關保證排水泵的正常運行。當蓄水池水已經排光，如果傳感器b、c皆失靈，不能有效地切斷排水泵工作，則會造成排水泵空轉，若不及時切斷，則會燒壞排水泵。為保護排水泵的正常運行，在排水管道中加入流量開關。

當排水排正常工作時，通過水流可以頂開流量開關的閥門，打開流量開關；當水排盡后，因為排不出水，閥門會自動閉合，流量開關就會關閉，經過短暫延時后則會強行切斷排水泵供電停止工作，達到保護排水泵的效果；經過10分鐘延時會再次接通電源，若排水泵啟動仍不能打開水流開關，則強行切斷排水泵供電，并報警。

5.特殊環境下的濕度處理。遇到炎熱天氣，如果積水沒有達到液位傳感器a的位置，但水大量蒸發同樣會危害上方開關室，所以在電纜夾層安裝濕度傳感器與除濕設備。當濕度超過設定值就會啟動除濕設備進行工作。

6.搭建遠程監控系統。通過建立服務器與處理器相連接，可以將采集到的數據和報警信號實時傳輸到智能開關柜旁的HMI人機交互界面和遠端的監控室，有助有巡視人員和遠程監控人員實時了解水位濕度情況。由于電纜夾層光線昏暗，通過安裝紅外線高清攝像頭可以在收到報警信號后，通過標尺對蓄水池情況進行實時檢查，實施相應的排障方案。

四、總結

通過變電站智能排水系統，可以在無人值守的情況下有效地排去電纜夾層的積水，有助于建設智能變電站。通過服務器可以將數據實時傳輸到遠程監控端，并在傳感器、水泵失靈時進行雙端報警。通過安裝流量開關可以有效地延長排水泵的使用壽命，提升系統的穩定性。