一、系统总述
1. 背景需求
配电房是电力系统末端配电网中分配、传输电能的重要场所，是城市配电网系统中不可或缺的组成部分。配电房具有分布广、数量多、管理复杂等特点，一直是配电网运行管理工作中的薄弱环节。随着社会经济的快速发展，对电能的需求量不断增加，对电网运行的可靠性要求也越来越高。因此，配电房的智能化建设迫在眉睫。通过建设配电房环境监控系统，可以实现对配电房内各种环境参数和设备状态的实时监测，提升配电房的运行效率和安全性，确保电力系统的稳定运行。
2. 项目概况
本项目位于**区内，配电房面积约60平方米，配备有30多台配电机柜、1台直流屏柜、4台风机及1个水泵和集水坑。项目的主要监控对象包括开关状态、直流屏、漏水、温湿度、烟雾探测器、防盗报警、照明等设备。系统将变压器、配电、环境、火灾消防、门禁等所有监控量在监控系统主界面上进行一体化显示和控制。为确保在停电情况下系统仍能正常运行，特别配备了一台5KVA的UPS电源，保证至少10小时的后备时间。
3. 设计依据
- 机房环境集中监控用户要求
- 《计算广播机房环境安全要求》
- 《计算机站场地技术条件》（GB2887-89）
- 《工业企业通信接地设计规范》（GBJ79-85）
- 《安全防范工程程序与要求》（GA/T75-94）
- 《智能建筑设计规范》（GB/T 50314-2000）
- 《低压配电设计规范》（GB 50054-95）
- 《中华人民共和国公共安全行业标准》（GA 247-2000）
4. 设计原则
- 先进性：系统软件与硬件均采用最新的成熟技术，保持一定的前瞻性，能够适应未来科技发展的需求。
- 可靠性：选用成熟的技术和设备，确保系统的高可靠性和长寿命。
- 运行管理方便：采用全中文B/S架构设计，操作简便直观。
- 可扩展性强：支持分布式系统架构，易于添加新的监控设备而不影响现有设备的运行。
- 接口丰富：提供多种智能设备监控接口，支持第三方软件的兼容性。
- 施工简化：采用标准化的通讯接口和网络连接方案，简化现场施工过程。
- 技术支持能力强：选择技术实力雄厚的服务提供商，确保项目顺利实施。
- 建设时间短：能够在较短时间内完成系统的安装与调试。
5. 系统性能
- 先进性：系统设计和技术选型具有前瞻性，能够适应未来的科技进步。
- 可靠性：设备具有优秀的电磁兼容性和电气隔离特性，确保系统的安全性和抗干扰能力。
- 稳定性：系统支持多种第三方智能设备的接口协议，确保长期稳定运行。
- 实时性：能够实时传输和保存图像及数据，便于后续的查询与分析。
- 实用性：系统性价比高，施工简便，易于维护和使用，运行成本低。
- 扩展性：采用分布式架构设计，支持系统未来的扩展需求。
- 兼容性：能够适应不同的操作平台和语言环境，与不同供应商的产品兼容。
- 灵活性：系统构成简单，功能配置灵活，利用现有计算机资源满足不同业务部门的需求。
- 维护性：支持在线诊断和检测，快速定位并处理系统故障。
二、系统设计
1. 系统概述
智慧站房环境监控系统基于有线或无线通信技术，实现对站内变压器、配电设备、环境条件、门禁控制、防盗报警、暖通空调、照明等要素的全面监控，并将这些信息远程传输至监控中心。系统采用分层、分区的分布式结构，主要包括站端控制主机和软件系统两大部分。监控系统将所有监控数据在主界面上进行一体化展示和控制，即使在网络中断或服务器故障的情况下，站端设备也能独立运行，实现正常的刷卡开门、联动报警、设备控制及数据记录等功能。
2. 系统架构
智慧站房环境监控系统的整体架构包括三个层次：主站层（管理层）、通讯间隔层（传输层）和远端设备层（执行层）。这种分层设计不仅符合当前通信系统的设计标准，还能确保每层都能独立完成监控任务，即便在上下层间出现通信故障时也不受影响。
- 主站层：作为在线监控系统的指挥中枢，主要由安装有站端监控软件的主机和服务器组成，负责数据的接收、分析、管理和决策执行。
- 通讯间隔层：负责站端设备与主站之间的数据交换，是系统正常运行的关键。本项目中采用了4G网络和Internet协议进行数据传输，远端控制中心与监测设备间的通信则通过RS485总线实现。
- 远端设备层：包含各种监控设备，如温湿度传感器、视频监控摄像头等，负责采集站房内的环境参数和运行状态，并向通讯层发送数据或接收来自主站的控制指令。
3. 子系统设计
针对本配电房的具体需求，环境监控系统划分为以下几个子系统：
- 视频监控子系统：在配电房的入口处及设备机柜通道前后设置监控摄像头，共6个，能够采集、存储、发布视频图像，监控系统能够动态查询到实时视频图像。
- 直流配电屏监测：对配电房内直流配电屏的运行参数及状态进行实时监测，一旦发生故障及报警通过监控平台发出对外报警。通过直流/交流配电屏设备提供的RS485（或RS232）智能接口及通讯协议，采用总线的方式将直流/交流配电屏的监控信号直接接入监控主机的串口，由监控平台软件进行直流/交流配电屏的实时监测。系统可对监测到的各项参数设定越限阀值，一旦发生越限报警，系统将发出报警，同时产生报警事件进行记录存储并有相应的处理提示，第一时间发出电话拨号、手机短信、E-Mail等对外报警。
- 风机监控：对机房内风机的运行状态进行实时监测，同时可对风机实现远程的开关机控制。由于风机不具有智能接口，通过单相导轨电表（带控制）或中间继电器来实现风机的开关机电源控制，单相导轨电表（带控制）模块通过RS485智能接口及通讯协议采用总线的方式将信号接入监控主机的串口，由监控平台软件进行风机开关机控制和运行状态的实时监测。系统支持定时开关机设置，使风机自动工作不需人为干预，延长设备使用寿命，达到节能降耗、无人值守的目标。
- 灯光照明控制：对站房内灯光照明回路进行远程的开关灯控制。通过单相导轨电表（带控制）或中间继电器来控制灯光照明回路220V电源的通断电，从而实现灯光照明的开关灯控制，并通过相导轨电表（带控制）模块通过RS485智能接口及通讯协议采用总线的方式将信号接入监控主机的串口，由监控平台软件进行灯光照明的开关灯控制。系统支持定时开关灯设置，使灯光照明自动工作不需人为干预，延长设备使用寿命，达到节能降耗、无人值守的目标。
- 水位监测：通过设置水位检测传感器来监测水位情况。水位传感器的RS485接口与监控主机的RS485接口连接，由监控主机对实时监测采集的现场信号进行数据实时分析处理及数据存储。系统可对监测到的各项参数设定上下限阀值，一旦参数发生超限报警，在相应位置发生报警的参数会变红色显示，同时产生报警事件进行记录存储并有相应的处理提示，系统一旦监测到有报警或参数越限，第一时间发出电话拨号、手机短信、E-Mail等对外报警。
- 烟感监测：在配电柜前后侧及变压器上端共设置3个烟感探测器，进行实时火警监测，一旦发生报警通过监控平台发出对外报警。将烟感探测器提供的干接点信号直接接入监控主机的DI口，由监控平台软件进行消防的实时监测。系统产生报警事件进行记录存储及有相应的处理提示，第一时间发出电话拨号、手机短信、E-Mail等对外报警。
- 温湿度监测：在站房的各个重要部位安装温湿度传感器，对环境温湿度进行实时监测。通过温湿度传感器的RS485智能接口和通讯协议采用总线的方式将信号接入监控主机的串口，由监控平台软件进行温湿度的实时监测。系统可对温度和湿度参数设定越限阀值，一旦温湿度发生越限报警，系统将发出报警，同时产生报警事件进行记录存储并有相应的处理提示，第一时间发出电话拨号、手机短信、E-Mail等对外报警。系统支持与空调等其他子系统的联动控制，如当温度过高时自动联动启动空调进行制冷。
- 门禁监控：对站房门进行门禁管理，采用进门刷卡（刷卡方式可选IC卡、指纹、密码）、出门按按钮的进出验证方式，由监控平台软件进行机房出入的门禁管理。使用网络门禁控制器，通过网络门禁控制器设备提供的TCP/IP接口及通讯协议，采用网络的方式将门禁信号接入监控主机，由监控平台软件进行门禁的实时监测。系统支持人员进出记录、权限管理、远程设置操作、集中发卡功能及与其他子系统的联动功能，如发生火警时联动门禁控制器自动打开各道门的电锁以便逃生等。
三、系统特点
- 集中监控：系统对站房内各种动力设备、环境设备及系统状态信息、报警信息等进行完整集中监控，并具备良好的扩展性，实现跨区域集中监控管理。
- 来电自启动功能：监控主机采用低功耗ARM芯片和嵌入式操作系统，内置硬件看门狗，具有故障自动恢复功能，当主机重新启动后，整个监控系统也随着在运行。
- WEB显示功能：监控主机内置WEB服务器，支持B/S架构，管理人员可直接通过浏览器和相应权限实时查看站房内所有动力环境监控设备的运行状态，可以远程管理、调整相关设备的工作参数。
- 日志管理功能：整套机房环境监控系统对各种报警信息、系统事件、设备参数等进行详细的记录，能够以报表形式进行数据导出、备份。
- 完善报警机制：监控主机支持多种报警方式，包括现场声光报警、电话拨号报警、手机短信报警、邮件报警等多种报警方式。
- 用户权限功能：系统具有多级用户管理，可设定用户管理权限，来宾用户只能对系统进行浏览，普通用户除了对系统具有浏览权，还可以对系统进行部分的控制，管理人员可以配置、管理整个系统。
- 布防撤防功能：系统从人性化设计出发，可设置布防撤防功能，可临时设置撤防多少时间来限制设备报警，方便灵活管理临时性的工作安排。
- 短信遥测遥控功能：系统支持管理人员通过短信实时查询当前站房的运行情况和监控主机的网络参数，并可通过短信对传感器进行布防和撤防。
- 网络监测功能：站房环境监控系统监测站房环境参数，提供两种监测方式，TCP端口探测和PING探测方式。
四、总结
配电站房环境监控系统通过集成多种先进的监控技术和设备，实现了对配电房内环境参数和设备状态的全面、实时监控。系统不仅提高了配电房的运行效率和安全性，还大大降低了维护成本，为电力系统的稳定运行提供了有力保障。随着技术的不断进步，配电站房环境监控系统将在未来的智能电网建设中发挥越来越重要的作用。
