基于GPRS的变电站电缆沟水位监测系统的实现

姚勤丰

随着变电站电气设备运行年限的增加，发生故障的机率也逐年的提高。实践证明，降低开关室内的湿度，对室内电气设备有一定的保护作用。本装置通过监测电缆沟内进水状况，实时预警和自动启动排水水泵，可有效杜绝电气设备被水淹的风险，也可显著降低开关室内的湿度，对保证开关室内电气设备的正常运行，降低安全事故有重要意义。

【关键词】GPRS 变电站 电缆沟水位

浙江在我国的东部沿海地区位置，是于典型亚热带季风气候，夏季多雨，且8，9，10月份又会受到台风影响，因此这一带容易出现汛情。短时间大量降水导致变电站积水，严重的甚至会出现内涝，特别是对部分无人值班的变电站、开关站，如果不能及时发现并采取措施会引发开关室进水从而出现停电事故。本文所研究的基于GPRS的變电站电缆沟水位监测系统，可及时将水位及水泵开停信息自动通过短信汇报给相关人员，及时自动启动水泵，确保电缆沟内各种电缆及开关室电气设备的安全运行，有效提高工作效率及时采取相应措施，避免事故扩大。

1 关键技术及技术总体路线

1.1 关键技术

1.1.1 水位测量的精确性

本装置选择了磁力浮子式水位传感器是新一代的液位检测、控制仪表，该传感器具有精度高、可靠性好、响应速度快、性能稳定等的特性，且结构简单，安装、使用、维修方便；它采用模拟信号，抗干扰能力强，适合于较远距离的信号传输。

1.1.2 监测主机的稳定性

采用多层屏蔽设计以及多种抗干扰、防雷击、防闪络技术，确保系统运行稳定可靠；通信模块兼容锂电池供电，以及低功耗设计和先进的电源管理手段，确保系统长时间可靠运行。

1.1.3 GSM通信实现

选用了市面上广泛应用、性能可靠的SIM900A通信模块，实现短信及gprs数据传输，解决了分布式水位监测通信难的问题。

1.1.4 装置交流失电报警功能

在AC掉电后，后备电池继续为MCU供电，MCU以低功耗模式运行，节约电池消耗，保证装置在AC掉电后，通信模块可持续运行一周，持续短信提醒相关人员恢复AC供电。

1.2 技术总体路线

本装置是长时间无人职守的监测系统，需要及时采集水位数据，在采集数据后，系统需要将数据传向远端监测手机终端，同时根据设定的阀值启动或停止相应的水泵，实现自动排涝。系统应用一种高性能、低功耗的单片机，对各个部分进行自动控制，以降低仪器的整体功耗；定时部分完成监测周期的时间设定，当定时时间到达时，仪器内部的自控电路将自动依次选通各路模拟信号，完成放大和A/D转换，并将A/D转换后得到的数字信号存入RAM（数据存储器）内保存。单片机自动根据设定的算法和水位阀值，控制水泵的接触器电源接通或断开，同时启动通讯程序，按照通讯程序的指令将存储器内的结果数据发送到设置的远端监测手机终端，实现报警提示的功能，最后将水位及水泵启停信息以LCD的方式显示在本地。

2 装置系统的框架结构

通过装置硬件框图可以看出：整个系统包括电源及复位模块、串口模块、A/D采集模块、控制模块、GSM模块和存储器模块。电源模块为AC-DC，输入AC220V，输出一路5V和一路24V；液位传感器的供电电源电源为24V，由电源模块直接供电，单片机，调理运放等芯片的供电电源电压为3.3V，而SIM900A的供电电源电压为4.2V，这2路电源通过5V用两个稳压芯片获得，并且4.2V电压的供电电流必须能达到2A以上，这是由GSM模块的峰值电流所要求的。电源模块同时具备备用电池，在AC掉电后，可以短信通知相关监测终端手机。复位监控部分为系统在开机时提供复位信号，并监控系统工作的电压是否正常，当不正常时使系统复位，系统通过串口与GSM模块接口。系统通过单片机的A/D通道采集来自传感器的数据，通过控制继电器的状态来控制水泵的工作状态。存储器模块为单片机内部FLASH，用来存储水位报警阀值及远端监测手机终端的手机号码。硬件系统主要包括电源模块、串口模块、采集控制模块、GSM模块、存储器模块、显示模块及MCU控制模块。图1为整个系统的框架结构。

3 技术特点

集水位监测及自动排涝控制于一体，在监测到水位超限的时候，除了短信通知报警外，还可以自动启动水泵进行抽水，可以避免人工排涝的不及时造成损失。水位报警值可以按照不同严重等级进行分别设置，报警通知的手机号码也可以按照不同严重等级进行分别设置，当监测到不同水位报警值时，通知相应级别的人员启动相关应急预案。在AC供电正常的情况下，装置实时监测水位状态，只要监测到水位异常，立即启动相应自动排涝控制程序及短信报警程序进行相关处理。采用了GSM模块，同一个手机终端即可以分布式的实现不同站的水位监测。水位信息以LCD的方式显示在监测装置本地，站内工作人员可以实时了解水位状态。

4 功能实现

全国首创本装置可自己发送报警短信，符合国网信息安全规定。（国内其他厂家均通过gprs网络上传水位信息到远程服务器，再通过远程服务器发送报警短信）。全国首创装置交流失电持续短信通知功能，提醒及时恢复交流工作电源。可分别设置多级（3级）水位报警，如超过0.3米给ABCDE发报警短信；如超过0.6米给FGHIJ发报警短信；如超过0.9米给KLMNO发报警短信。可以任意设置达到某一水位自动启动相应的水泵。水位采集时间间隔1s一次，可接入变电站辅助监控平台系统（预留接口）。每台主机可以同时监测3个水位监测点和管理3组水泵的起动。APP实时查询功能：基于“互联网+”的技术和理念，现场终端装置可通过gprs网络，将水位数据及水泵状态上传至设置在云端的阿里云服务器，可实现实时通过手机APP软件查询水位情况。

5 小结

本文对基于GPRS的变电站电缆水沟水位监测系统设置的设计思路、关键技术和整体的装置等做出了具体的介绍，该系统的现场实施主要由施工单位完成。

5.1 实施准备

包括人员准备、技术准备、进度时间安排表。

5.2 实行任务分解

主要是实施计划的编制。

5.3 硬件环境准备

列举项目所需要的各项硬件设备。

5.4 网络环境准备

项目部署所需要GSM网络环境的支持。

5.5 装置现场选点安装

对装置的初始化数据进行设置。

5.6 实行系统培训

项目实施需要对客户方进行系统的使用培训。

参考文献

[1]李俊华，周冬成，姚育等.变电站电缆沟水灾监测预警系统的研究与应用[J].消费电子，2014（20）：88-88.

[2]刘洋，刘滨，李明.一种变电站电缆沟运行状态在线监控系统[J].科技、经济、市场，2015（08）：163-163.

[3]徐尧铮，毛潭，段震.基于GPRS的地下水位监测系统的实现[J].现代电子技术，2012，35（15）：49-51.

作者单位

国网宁波供电公司 浙江省宁波市 315000