变电站开关柜小动物自动监测报警装置设计分析

变电站开关柜小动物自动监测报警装置设计分析

梁强

广东电网有限责任公司清远供电局 511500

摘要：变电站开关柜相对封闭且根据季节设有除湿装置导致温度相对较高，对于一些野外的小动物来说，是难得的取暖地点，同时，变电站发出的一些微弱电流也会对小动物造成影响。基于此类问题，本文主要分析变电站开关柜优化设计的必要性，针对小动物进入到开关柜内的危险，进行原因分析与路径探讨，结合实际的情况，进行智能感知设计，以完善自动报警监测装置。

关键词：变电站；开关柜；自动报警监测；小动物

引言：从目前的调查研究可以看出，对变电站危害最为严重的是啮齿类动物，例如老鼠、松鼠等等，其中老鼠是对变电站造成危害最严重的动物。因而进行小动物自动监测报警装置设计，要稳定、连续运行。由于小动物活动存在偶发性，如果是定点定时监测，很可能错过小动物的出入。

1、小动物对变电站的危害

啮齿类动物进入到电缆沟当中，咬坏电缆设备，尤其是电缆绝缘设备，造成线路短路；进入到开关柜当中可能造成系统单相接地、直流系统正极接地、保护误动或者负极接地等现象，不仅对线路造成严重的损害，还会影响电网的运行；如果老鼠进入开关柜当中，在安全距离不足的情况下导致设备非计划停运，产生连锁效应损失大量负荷，有可能还会造成设备爆炸。如果在爆炸期间周围有巡检人员路过或周边刚好有设备B修、预试等工作时，就可能造成人员的伤亡。

例如，2017年9月份发生在江西省的电力爆炸事件，开关柜冒烟并伴有明火，虽然得到值班人员的及时扑灭，但是这场事故也造成了超过30分钟的电力系统停运。经调查研究，就是由于老鼠经关闭的开关柜柜角孔洞，进入到开关柜手车室当中，造成了短路事故。类似的事故还发生在2018年4月份的浙江省某地。由于老鼠进入，主开关柜存在跳闸情况，并冒出滚滚浓烟。虽然经过有效的救助和扑灭，但仍然引起了高压弧光短路现象，造成损失超过15万元。

2、小动物自动监测报警装置设计要求

小动物体积较小，活动非常灵活，进入电网保护范围的路线非常不固定，存在偶发性现象，同时由于其在夜间和白天的活动规律不一致，进行自动监测装置设计就要针对小动物的日常行为路线、行为习性等等，尽可能保障装置安全可靠的运行，避免影响开关柜的正常工作。尤其是不能发出额外的电磁波等等，避免开关柜的正常运行受到装置的影响。为了适应小动物体积小巧、活动跳跃的特点，该监测装置的设计还要灵活、方便、机动，适应这种小范围捕捉的要求。

3、小动物自动监测报警装置的具体设计

3.1供电方式选择

传统的小动物自动监测报警装置，主要的供电方式有交流供电和直流供电两种：（1）交流供电一般应用于大型变电站开关柜的小动物监测自动报警装置设计，需要增加额外的线路，安装之后比较固定，不能随意的挪动。（2）在现代化的智慧电网建设当中，变电站开关柜的自动监测装置主要是应用直流电的供电方式，这种方式不需要额外进行线路设计，只需要一块直流蓄电共电池，就可以为自动报警装置稳定的供电，安装使用非常方便，同时还可以减少供电线路的安装流程与辐射。应用直流蓄电池进行供电，体积可以缩减40%-50%，性能也更加稳定，不会受到交流电电压电流的相关影响。

3.2监测方式的选择

3.2.1触碰监测法和红外监测法

传统的小动物自动监测报警装置，常用的监测方法有触碰监测法和红外监测法两种：

触碰监测法主要是通过定点监测的方式，在小动物途经装有监测装置的区域之后，触碰到监测阀门，该阀门进行数字信号的转换，传回到主控室当中。这种监测方式灵敏度非常高，但是只有小动物从固定路线经过、触碰到监测装置之后，才能够获得良好的监测效果。

红外监测方法主要是通过热敏红外线监测的方式，对小动物发出的热量进行监测，该红外线监测方法主要通过3.3v电压蓄电池本身进行供电，例如在本文设计的小动物自动监测红外报警装置当中，就采用四节供电蓄电池串联的方式，进行6V电压输出，再通过AMS1117-3.3正向低压稳定器，进行相关的电路转化，保障红外线监测的稳定运行。

3.2.2红外线监测设计原理

首先，红外线监测方式主要是对一定区域内，不同的温度进行热感分析。啮齿类动物的体温可以达到34-36℃，这在野外非常的明显。在红外线监测电路图当中，就可以看出小动物经过的地区呈现出明显的红色。这种监测方式的核心部分是采用热释电红外传感器re200b芯片，来对小动物的温度进行自动的探测。

其次，通过智能化传感设备可以进一步提高红外信号转化的强度，避免受到电磁辐射的影响，导致电信号传播效率不良，再通过信号调节电路等等，对红外线监测到的信号进行数字化的转化，传输给business001芯片，进行集中的数据处理。

最后，小动物经过的地区会输出一个高电平，系统监测会敏感的感知到这一个高电平，再进行音响系统数据传送，整个报警设备就会发出声响并闪烁出红光。

3.2.3红外线监测设计优化

红外线监测方式是符合变电站的实际环境，也适应小动物的自身发展特色的。但是，目前随着变电站管理技术的升级，一些红外线自动报警装置的安装还需要额外进行电源电路的设计。

在这样的情况下，就需要按照设计图纸采购电源器件，再结合电路板的布置位置，进行元器件的焊接，在整个焊接的过程当中，要严格按照图纸当中的相关数据细节进行合理的布局，尽可能减少红外线装置运行对于变电站整体的布局影响，实现功能组织的最大化。

3.3外壳设计

采取正面圆弧形的设计方式，便于组织的红外线信号发布以及信号接收。

背部可以采取上、下两部分分级的方式。上层结构可以放置电路板，下层结构可以安装直流电蓄电电池，或者是电源电池等等。

在后盖的设计方面，可以采用平面设计方式，并开有相关的挂钩孔洞，这种平面可以配合多种墙面，灵活地进行挂起。

孔洞最好设置成圆形，方便上下左右的转动，适用于红外线监测装置的360度旋转，从而最好的选定监测区。

3.4尺寸设计

尽可能缩减红外线监测装置的尺寸，将不必要的装置剔除出去：

整个尺寸的设计长、宽、高分别为5cm、3.5cm、9cm，这样的体积不会占用变电站开关柜的面积。经过组合封装调试之后，可以与变电站的开关柜融为一体相互适应。

经实测也可以看出，在尺寸设计方面，可以很好的监测小动物的运行路线，并且改变传统捕获小动物的方式。

该种监测装置在小动物出现在被监测区域的第一时间，就可以发出比较响的警报信号，并且闪烁出红光，有利于值班巡检人员第一时间发现该种异常现象。

3.5 监测装置设计的未来发展

变电站开关柜小动物自动监测报警装置，可以针对复杂的变电站控制柜环境，采用模块化设计的方式，将监测到的红外线温度信号进行数字化的显示，方便主控室的工作人员在液晶显示器上，对相关的数字进行获取，从而更好地结合防小动物工作的相关要求进行维修整改。

同时，这种自动监测装置还可以联合智能信号采集模块、处理模块、显示模块、发声模块、通讯模块、时钟模块和电源模块等等，在未来的发展过程当中，还可以搭载一些气味发出检测装置、电磁波发出装置、超声波发出装置等，通过生物控制的方式，尽可能的驱散小动物。

结论：综上所述，小动物对变电站开关柜会造成非常严重的危害，只有持续监测、才能及时发现问题所在并从源头杜绝这种危害。从本文的分析可知，研究小动物自动监测报警装置，有利于我们从技术发展的角度看待目前变电站的优化管理进程。因而我们要加强系统性研究，不断改进设计，提高适应性，保障自动监测装置的稳定安全运行。

参考文献：

[1]余敏,杨宏斌,叶宇超.基于物联网的防小动物移动监测技术研究的开发和应用[J].数字技术与应用,2018,36(09):29-31.

[2]王瑞芳.变电站开关柜小动物自动监测报警装置设计[J].海峡科技与产业,2017(11):110-111.