一種變電站及開關站環境遠程監控方法與流程

本發明屬于環境監測領域，尤其涉及一種用于變電站及開關站環境的遠程監控方法。
背景技術：
：受到土地和環境等因數的制約，變電所、開關站及配電站等(簡稱變(配)電站)的布點和建設愈來愈困難，緊湊型甚至地下站所不斷涌現。這些站所內部環境往往是高熱高濕、通風不暢、灰塵積聚、有毒氣無法排出等；另外，開關站和配電站等數量龐大，分布面廣，日常定期維護幾乎無法實現。為改善變(配)電站的設備運行環境，在站內加裝空調、除濕設備，使得變(配)電站的設備運行環境大為改善。然而，這些空調設備目前仍需人為手動啟停。人為啟停空調，不僅需大量人手，而且隨機性強。若開啟時間過早，浪費能源；而開啟時間偏晚，則室內環境溫度過高而影響設備壽命。依托我公司在電力安全監控方面多年的研發經驗，結合現場需求，構建一套變(配)電站空調遠程監控系統，確保變(配)電站室內溫濕度處于合理范圍內，對提升供電企業安全生產水平具有重要意義。在現有技術中，采用遠程監控來控制變(配)電站室內的溫度或濕度已經是比較成熟的技術了，例如，在變(配)電站室內現場設置多個溫度、濕度檢測傳感器，采集室內各處的溫、濕度實測值，根據現場采集的溫、濕度實測值，采用帶有cpu的控制器，遠程控制變(配)電站室內的空調、除濕設備運行，并根據溫、濕度的設定值，遠程控制空調、除濕設備的啟動或停止，最終實現變(配)電站室內溫、濕度的調節和數據傳送以及記錄。但是上述控制模式存在諸多問題，即在被監控的變(配)電站室內，需要設置多個溫度檢測傳感器，同時檢測室內多處的實測溫度，這樣一方面是增加了實際檢測傳感器的現場安裝數量和布線工作量，增加了一次性投入/購置成本，且該測溫方式對于復雜的環境(測溫點靠近熱源體或房間過于狹長等情況)容易發生誤判，造成局部區域過熱或過冷；另一方面，設置多個溫度檢測傳感器，勢必使得溫、濕度控制器需要執行多個監控進程，增加了溫、濕度控制器的i/o數據傳輸量和運算工作量，對溫、濕度控制器的快速運行和提高其反應靈敏度不利。此外，亦增加了溫、濕度控制器的一次性購置成本，溫度檢測傳感器數量的增加，也加大了出故障的幾率，給現場維護和維修帶來困難。此外，為了解決空調測溫的距離局限性，通常是增加數字式外置式測溫探頭的數量。這種情況下，對于較大空間開關室(面積大于100平米的大型空間)，可以大幅改善測溫范圍。但是在室內變電站開關室內安裝測溫探頭受到高壓設備布局的信號干擾，探頭的排線、安裝高度受到電氣設備安全距離限制無法安裝。對于這些“不可達”區域測溫，只能通過間接方法獲取溫度值。所以很難綜合了解高壓設備室內的溫度具體分布，造成空調系統發生誤判。技術實現要素：本發明所要解決的技術問題是提供一種變電站及開關站環境遠程監控方法。其在現有遠程監控變(配)電站室內溫度控制系統的基礎上，通過建立變電站開關室的溫度分布圖，采用計算溫度分布的方法，將溫度傳導問題轉化為氣流傳導問題，大幅降低計算量，只要給出幾個參數，就能獲得變電站開關室的溫度分布圖，即使測溫點數量非常有限，仍然可以獲得較為準確的房間溫度控制效果，避免造成局部區域過熱過冷，可有效提升無人值守變(配)電站的遠程運維管理水平，降低購置和維護成本。本發明的技術方案是：提供一種變電站及開關站環境遠程監控方法，包括在室內現場設置數組溫度傳感器，用于采集現場溫度的實測值；設置溫控器，根據現場溫度的實測值與設定值的差，來控制空調裝置的運行或停止，對室內環境溫度進行監控和調節，并將室內溫度實測值以及空調裝置的運行參數遠傳至集中監控中心，進行相應的顯示、數據存儲以及歷史數據的查閱或回放，其特征是：對待監測變電站及開關站的室內區域進行網格化，得到一組多個網格單元，據此構建待監測變電站及開關站室內區域的網格圖；確定空調裝置所在的網格單元，并根據實際設備的安裝情況，確定空調裝置的氣流輸出方向及路徑；開啟空調裝置運行，待室內溫度穩定后，分別對各個網格單元所在位置進行溫度實際值的測試；在實測溫度最低點和最高點所在網格單元的位置，分別設置一組設置溫度傳感器，用于采集現場溫度的實測值；根據現場實際建筑結構，確定各個網格之間的連通關系，將實際的復雜空間簡化為簡單空間或進行降維處理，簡化模型并進行離散化處理，把計算空氣動力學問題轉換成氣流的傳導問題；構建待監測變電站及開關站室內區域的溫度分布圖；構建室內區域的溫度分布模型，在此模型的基礎上計算一個室內區域環境的溫度分布關系；對獲得的溫度分布模型，進行邊界條件及初始條件計算；通過與測溫點實測溫度比較，來修正模型的誤差；當計算結果與測溫結果誤差大于誤差設定的誤差度時，調整計算步長δt的值重新計算，修正結果；進行2-3次修正計算，即可達到需要的數值結果，滿足實時計算和控制的要求；按照修改后的溫度分布模型或溫度分布關系，對待監測變電站及開關站的室內區域進行溫度控制。其中，所述各個網格之間的連通關系，根據建筑物室內的建筑布局確定。具體的，根據所述建筑物室內的建筑布局，依據各個網格單元之間是否存在建筑隔斷或墻體，來確定兩相鄰網格之間是否連通。進一步的，所述的溫度分布模型為滿足1維條件的navier-stroke方程。其所述的navier-stroke方程u(x，t)采用如下表示形式：其中，u(x，t)為溫度關于x軸(氣流傳播方向)和時間的二元函數；為u(x，t)關于t的偏導數，為u(x，t)關于x的偏導數，x為沿氣流傳播方向離開初始位置的距離，單位為米，t為波的傳播時間，秒為單位；c為傳播速度，單位為m/s。具體的，所述的x軸為空調裝置的氣流輸出方向或氣流傳播方向。進一步的，所述的離散化按照下列步驟進行：從偏導數的定義出發，獲得和的離散公式其中，δx，δt為極限形式下的步長，當δx，δt都非常小時，和可以被上述兩組公式替代后形成如下方程可以獲上述公式的差分形式可以用下的公式計算出的值其中，為數值解，n，n+1為一個計算步長兩個相鄰的間隔的序號，i，i+1為x坐標軸兩個相鄰的離散坐標；最終，獲得navier-stroke方程的一維簡化公式。具體的，在進行所述的邊界條件及初始條件計算時，將已有測溫點溫度代入navier-stroke方程一維簡化公式的邊界條件，包括空調出風口溫度u0，及其它個測溫點的實測溫度ui，計算出在x軸方向上氣流的傳導速度的數值解，根據氣流的傳導速度計算該點的估計溫度，為下一步驟中修正計算步長做準備。其所述的空調出風口溫度u0，根據實際的溫度傳感器測量獲得。進一步的，在所述通過與測溫點實測溫度比較來修正模型的誤差步驟中，通過與測溫點實測溫度比較來修正模型的誤差，當誤差小于預定值時正常進行模擬計算，當誤差超過設定的上限時則縮短每次模擬間隔步長。與現有技術比較，本發明的優點是：1.在室內溫度控制過程中，將溫度傳導問題轉化為氣流傳導問題，可大幅降低計算量，只要給出幾個參數，就能獲得變電站開關室的溫度分布圖，即使測溫點數量非常有限，仍然可以獲得較為準確的房間溫度控制效果；2.采用溫度分布圖或溫度分布曲線來控制室內溫度，可大大減少室內溫度傳感器的設置數量，減少室內布線、設置穿線管(變電安全規程規定變電站室內布線必須采用穿管結構形式，以符合防火防潮要求)的工作量，避免了因設備安裝位置影響室內溫度傳感器設置的均勻度問題；3.在計算過程中，能根據誤差自適應調整模擬計算步長，最大限度地減少了人工干預控制過程，智能化程度高。附圖說明圖1是本發明控制方法的方框示意圖；圖2是本發明個網格單元的溫度曲線示意圖；圖3是待監測變電站及開關站室內區域建筑結構示意圖；圖4是經簡化后的待監測變電站及開關站室內區域平面網格示意圖；圖5是原溫控系統各網格單元的溫度曲線示意圖；圖6是采用本技術方案后各網格單元的溫度曲線示意圖。具體實施方式下面結合附圖和實施例對本發明做進一步說明。普通工業空調溫度傳感器采用熱敏電阻測溫。溫度變化使空調熱敏電阻阻值發生變化，空調溫度處理控制器根據測溫值決定空調的運行狀態。該空調測溫方式對于復雜的環境(測溫點靠近熱源體，房間過于狹長)容易發生誤判，造成局部區域過熱過冷。為了解決空調測溫的距離局限性嗎，增加數字式外置式測溫探頭(見圖1)。對于較大空間開關室(面積大于100平米的大型空間)，可以大幅改善測溫范圍。但是在室內變電站開關室內安裝測溫探頭受到高壓設備布局的信號干擾，探頭的排線、安裝高度受到電氣設備安全距離限制無法安裝。對于這些“不可達”區域測溫，只能通過間接方法獲取溫度值。所以很難綜合了解高壓設備室內的溫度具體分布，造成空調系統發生誤判。為了克服空調測溫方式對于復雜環境產生誤判問題，本發明提供一種計算溫度分布的數學模型，采用了cfd(computationalfluiddynamics計算空氣動力學，簡稱cfd)中navier-stroke方法，只要給出幾個參數，出風口溫度、空調風速、幾個測溫點的溫度，就能獲得變電站開關室的溫度分布圖，即使測溫點數量非常有限，任然可以獲得較為準確的房間溫度分布，避免造成局部區域過熱過冷。本發明的技術方案，需要解決室內復雜環境中的溫度分布的模型，以及在此模型的基礎上計算一個環境的溫度分布關系，最終我們選擇一個比較復雜的變電站室內場景進行了計算和測試，通過現場測試模型的正確性。本技術方案的控制方法和具體步驟實施，見圖1中所示。步驟1：簡化空間模型、簡化方程：簡化空間模型：三維空間模型進度高能高度還原現場溫度、氣流流速情況，缺點是計算量巨大簡化模型，將復雜空間簡化簡單空間或進行降維處理(三維空間問題降低為二維平面問題，二維平面問題降低為一維問題)，并簡化模型進行離散化處理，在此項目中我們把三維空間降維到一維線性問題，單元數量越大，計算進度越高，計算復雜度從0(n3)降低為0(n)簡化方程：先將把該cfd問題轉換成氣流的傳導問題，u(x，t)滿足1維的navier-stroke方程：其中，u(x，t)為溫度關于x軸(氣流傳播方向)和時間的二元函數，為u(x，t)關于t的偏導數，為u(x，t)關于x的偏導數，x為沿氣流傳播方向離開初始位置的距離，單位為米，t為波的傳播時間，單位為秒，c為傳播速度，單位為m/s。從偏導數的定義出發，獲得和的離散公式其中，δx，δt為極限形式下的步長，當δx，δt都非常小時，和可以被上述兩組公式替代后形成方程可以獲上述公式的差分形式可以用下的公式計算出的值其中為數值解，n，n+1為一個計算步長兩個相鄰的間隔的序號，i，i+1為x坐標軸兩個相鄰的離散坐標。公式(6)為最終的一維簡化公式。步驟2:邊界條件及初始條件計算：將已有測溫點溫度代入navier-stroke離散方程(6)的邊界條件(邊界條件:邊界條件指在運動邊界上方程組的解應該滿足的條件)，包括空調出風口溫度u0(根據實際的測溫探頭測量獲得)，及其它個測溫點的實測溫度ui，可以計算出在x軸方向上氣流的傳導速度的數值解，根據氣流的傳導速度計算該點的估計溫度，為步驟3修正計算步長做準備。步驟3:計算結果修正及控制原理：通過與測溫點實測溫度比較來修正模型的誤差，一般來說當誤差很小時正常進行模擬計算，當誤差超過我們設定的上限時則縮短每次模擬間隔步長。實施例：步驟1:簡化空間模型、簡化數值模型現場環境簡介：某變電站室內結構如圖3中所示，其1層長30米，寬8米，中間有兩道混凝土墻分隔，其它部分聯通，中間區域抬升0.65米。經簡化后，上述1層的平面網格圖如圖4所示。該變電站1層網格圖編號如下表所示：30292827262524232221109876543212019181716151413121140393837363534333231步驟2:邊界條件及初始條件計算按照該變電站的建筑結構，確定各個網格單元的連通方向。其中，網格單元在橫向位置聯通，如網格單元30、網格單元29。網格單元1、網格單元11、網格單元21、網格單元31在縱向位置聯通網格單元10、網格單元20、網格單元30、網格單元40在縱向位置聯通，其余方向不連通。在網格單元3，網格單元8安裝有測溫模塊，出風口位置為單元格1位置，當風向固定的情況下(始終向左)，該問題可以簡化成1維navier-stroke問題。邊界條件設定：其中，i，j為單元格的編號，為熱源位置；ts為恒定值；為出風口溫度，為恒定值；直接利用公式(6)：其中為第1個位置n與n+1步的溫度δt＝0.25(秒)c為風速，3(m/s)(根據空調說明書參數獲得)。步驟3:計算結果修正及控制原理實測個網格單元溫度如下：單元12345678910溫度22222222.6824.2326.1227.7928.92829.0127.56網格單元1到網格單元10的溫度曲線如圖2中所示。根據在網格單元3，網格單元8安裝有測溫模塊。在進行計算時，采用如下數值和設定：計算步長1為δt＝0.25(秒)計算步長2為δt＝0.20(秒)單元δt12345678910計算10.2522222222.6824.2326.1227.7928.92829.0127.56計算20.202222.623.122.9824.4326.3327.8128.92829.1527.63測溫23.429.3當計算結果與測溫結果誤差較大，大于誤差設定的誤差度時，減少δt的值重新計算，可縮小誤差值的大小，修正結果，因為每次獲取實時溫度的周期大概需要40-50秒時間(采樣時間)，一般情況下進行2-3次navier-stroke公式計算就可以達到我們需要的數值結果，滿足實時計算的要求。圖5中給出的是采用原溫控系統時網格單元1到網格單元40的溫度曲線，圖6給出了采用本技術方案后網格單元1到網格單元40的溫度曲線。圖中左右兩組豎線分別為兩大熱源位置，波浪狀曲線為溫度傳導的曲線。由圖可見，采用本技術方案后，溫度傳播曲線的波形變化明顯改善。本發明技術方案可以直接推廣到直線型的工作區域，l型的工作區域，t型的工作區域，也可以拓展到多個熱源、變化熱源情況及多個空調等情況等，具有良好的適應性。本發明的技術方案，通過建立變電站開關室的溫度分布圖，采用計算溫度分布的方法，將2維的溫度傳導問題轉化為1維的氣流傳導問題，可大幅降低控制單元或控制器的計算工作量，只要給出空調裝置的幾個運行參數，結合變電站的室內結構平面網格，就能獲得變電站開關室的溫度分布圖，即使測溫點數量非常有限，仍然可以獲得較為準確的房間溫度控制效果，避免造成局部區域過熱過冷，可有效提升無人值守變(配)電站的遠程運維管理水平。本發明可廣泛用于變(配)電站的室內環境監控領域。當前第1頁12