CN106052970A - 一种气体泄漏检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种气体泄漏检测系统，属于气体泄漏检测技术领域，包括上位机控制系统和下位机分布式检测系统，所述上位机控制系统与下位机分布式检测系统连接，所述上位机控制系统包括软件控制平台和数据中心，所述数据中心与软件控制平台连接，所述下位机分布式检测系统包括主控部分和气体检测部分，所述气体检测部分与主控部分连接，所述主控部分与软件控制平台连接，采用超声检测技术为主要支撑，每个测点与主设备均不接触，克服了安装检测需要停电的问题，单测点检测时间短，可根据需要进行分布式多点安装，一次安装便由上位机控制系统循环发送指令检测，能实现多点分布式检测的问题。
Description
技术领域
本发明属于气体泄漏检测技术领域，特别涉及一种气体泄漏检测系统。
背景技术
气体绝缘组合电器（Gas Insulated Switchgear，GIS）指电力系统中应用六氟化硫气体（SF6）作为绝缘介质的金属封闭式电气设备。SF6气体具有良好的绝缘、灭弧性能，断路器、隔离开关、母线等设备被封装于充以SF6气体的接地金属腔体中，以达到导体对外壳间、相间、断口间有效绝缘的目的。SF6电气设备在实际使用和运行过程中，可能会产生泄漏。在实际使用以及相关标准中表明，变电站必须在GIS内安装相应的监测装置以及报警系统，以实现对SF6泄漏情况的监测。
目前，常用的SF6气体泄漏检测方法有皂水检漏法，包扎检漏法，抽真空检漏法，电化学法，红外成像法等。可以归纳为人工检测和非人工检测两种，前三种为人工检测法，后面两种为非人工检测法。
皂水检漏法通过在装置不同的可疑泄漏点处涂抹肥皂书，观察肥皂水的气泡产生情况，根据观察到现象判别是否有泄漏情况，此种方法检测精度很低，并且无法定量检测出SF6泄漏量的多少。包扎检漏法需要用密封的包装布料对可疑泄漏点处进行包扎，根据包扎布的膨胀是否来判别有误泄漏情况。此种方法检测过程复杂，操作要求较高，不易快速检测到泄漏点的位置，亦无法定量检测。抽真空检测法是在GIS中没有充气前进行检测，先将其抽真空处理，放置一段时间观察压力计观察其真空度的情况判断泄漏状态，检测成本高，检测时间需要很久，并且检漏非常局限只能对新安装设备检漏。此外，这些方法在检测时需要将GIS内高压设备停电较长时间才能实施，并且需要投入大的人力、物力和财力。
对于电化学法和红外成像法而言，电化学传感器是根据化学反应情况来对气体浓度进行检测，故此方法在检测过程中由于化学反应会减少很大一部分寿命，并且会产生二次污染，使检测精度逐步降低，此外，电化学传感器在使用的过程中因为其他杂质等物质的影响反应而中毒失效，需要运行一段时间后跟换探头，后期维护也相对麻烦。红外成像法是根据SF6的气体吸收特性所研究出的可直观的观察到泄漏影像，可以通过红外成像仪快速地发现泄漏点，但是其受限于不能定量实现预警功能以及其高昂的价格，故难以实现推广。
近年来，随着电力系统的在线监测技术逐步发展，化学分析技术以及光谱检测技术的兴起和成熟，红外吸收光谱检测检测技术也逐步得到运用，并且其检测灵敏度得到很好的提高。但是检测装置的激光光源昂贵成本，不能够分布式多点检测，只能集中采气统一检测。此外，CO2激光器的转换效率（约40%）较低，激光器的输出功率及稳定性会因CO2分子的热分解而逐渐下降，故而在使用超过一定期限后，仍需检验光源的有效性或提供必要的补偿措施，而现有系统尚无专门的内置自检系统设计，故难以实现分布式多点在线监测和在变电站内长期运行。
发明内容
针对上述存在的不足，本发明提供了一种气体泄漏检测系统，解决了SF6泄漏检测效率低下，实施复杂，容易失效，检测周期久，需要变电站停电，成本高昂，不能实现多点分布式检测的问题。
本发明采用的技术方案为：
一种气体泄漏检测系统，包括上位机控制系统和下位机分布式检测系统，所述上位机控制系统与下位机分布式检测系统连接，所述上位机控制系统包括软件控制平台和数据中心，所述数据中心与软件控制平台连接，所述下位机分布式检测系统包括主控部分和气体检测部分，所述气体检测部分与主控部分连接，所述主控部分与软件控制平台连接。
进一步的：所述气体检测部分包括声学检测SF6浓度模块，所述声学检测SF6浓度模块与主控部分连接。
进一步的：所述声学检测SF6 浓度模块包括声学检测腔、声学检测对比腔，驱动模块，信号调理模块和CPLD分析处理模块，所述驱动模块与CPLD分析处理模块连接，声学检测腔的一端和声学检测对比腔的一端分别与驱动模块连接，声学检测腔的另一端和声学检测对比腔的另一端分别与信号调理模块连接，信号调理模块还与CPLD分析处理模块连接。
进一步的：所述声学检测腔设有通气孔，所述声学检测对比腔内部充有待测环境下的空气，检测声学检测腔和声学检测对比腔两声学腔室的超声波的差分信号反演出待测气体浓度。
进一步的：所述声学检测腔和声学检测对比腔都安装有接收超声传感器和发射超声传感器，所述接收超声传感器与驱动模块连接，发射超声传感器与信号调理模块连接，所述发射超声传感器采用同一信号驱动。
进一步的：所述软件控制平台通过RS-485总线与下位机分布式检测系统相连。
进一步的：所述下位机分布式检测系统设置有若干个，且所述下位机分布式检测系统通过RS-485总线连接。
进一步的：所述主控部分设有ARM处理模块，所述ARM处理模块内部为嵌入式ARM处理器。
进一步的:所述气体检测部分还包括温湿度处理模块和氧气处理模块，所述温湿度处理模块和氧气处理模块分别与主控部分连接。
进一步的：所述声学检测SF6浓度模块、温湿度处理模块和氧气处理模块分别通过RS-485总线与主控部分连接。
由于采用了本发明的技术方案，具有以下的有益效果：采用超声检测技术为主要支撑，结合二元混合气体超声传播的理论模型为基础，检测SF6泄漏浓度为主要对象加以设计，不与待测气体发生化学反应，克服了传感器失效的弊端，每个测点与主设备均不接触，克服了安装检测需要停电的问题，单测点检测时间短，可根据需要进行分布式多点安装，一次安装便由上位机控制系统循环发送指令检测，解决了检测效率低下，实施复杂，检测周期久，不能实现多点分布式检测的问题。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1是本发明一种气体泄漏检测系统的整体结构示意图。
图2是本发明一种气体泄漏检测系统下位机分布式检测系统示意图
图中：1-上位机控制系统，2-下位机分布式检测系统，3-氧气传感器，4-温湿度传感器，5-主控部分，6-声学检测SF6浓度模块，7-RS-485总线，8-数据中心，9-软件控制平台，10-声学检测腔，11-声学检测对比腔，12-接收超声传感器，13-发射超声传感器，14-驱动模块，15-信号调理模块，16-CPLD分析处理模块，17-嵌入式ARM处理器。
具体实施方式
下面结合具体的例子对本发明作进一步说明：
实施例1：
如图1、图2所示，一种气体泄漏检测系统，包括上位机控制系统1和下位机分布式检测系统2，所述上位机控制系统1与下位机分布式检测系统2连接，所述上位机控制系统1包括软件控制平台9和数据中心8，所述数据中心8与软件控制平台9连接，所述下位机分布式检测系统2包括主控部分5和气体检测部分，所述气体检测部分与主控部分5连接，所述主控部分5与软件控制平台9连接。
气体检测部分包括声学检测SF6 浓度模块6，所述声学检测SF6 浓度模块6与主控部分9连接。
所述声学检测SF6 浓度模块6包括声学检测腔10、声学检测对比腔11，驱动模块14，信号调理模块15和CPLD分析处理模块16，所述驱动模块14与CPLD分析处理模块16连接，声学检测腔10的一端和声学检测对比腔11的一端分别与驱动模块14连接，声学检测腔10的另一端和声学检测对比腔11的另一端分别与信号调理模块15连接，信号调理模块15还与CPLD分析处理模块连接16。。
声学检测腔10设有通气孔，所述声学检测对比腔11内部充有待测环境下的空气。
声学检测腔10和声学检测对比腔11都安装有接收超声传感器12和发射超声传感器13，所述接收超声传感器12与驱动模块14连接，发射超声传感器13与信号调理模块15连接，所述发射超声传感器13采用同一信号驱动。
软件控制平台9通过RS-485总线7与下位机分布式检测系统2相连。
该系统设置了两个下机位分布式检测系统2，且所述下位机分布式检测系统2通过RS-485总线7连接。
主控部分5设有ARM处理模块，ARM处理模块内部为嵌入式ARM处理器17。
气体检测部分还包括温湿度处理模块4和氧气处理模块3，所述温湿度处理模块4和氧气处理模块3分别与ARM处理模块连接。
所述声学检测SF6浓度模块6、温湿度处理模块4和氧气处理模块3分别通过RS-485总线7与主控部分5连接。
上述实施例中：
温湿度传感器4：是指能将温度量和湿度量转换成容易被测量处理的电信号的设备或装置。
氧气传感3：指能将氧气量转换成容易被测量处理的电信号的设备或装置。
驱动模块14：能驱动超声探头实现声波的发射。
声学检测腔10与声学检测对比腔11：采用声学检测腔10和声学检测对比腔11相同的声学腔室作对比进行差分检测，不会与待测气体发生化学反应，所以不存在传感器失效问题，声学检测对比腔11，内部充有待测环境下的空气，声学检测腔10留有通气孔，方便外界气体的扩散能够检测。声学检测腔10和声学检测对比腔11分别装有接收超声传感器12和发射超声传感器13，检测通过声学检测腔10和声学检测对比腔11腔室的超声波的差分信号便可反演出待测气体浓度，其中超声波发射与接收模块，选用高精度、高性能器件及电子芯片以保证测量结果的准确性，超声发射采用同一信号驱动以保证声学检测腔和声学检测对比腔腔室检测的一致性，声学检测腔和声学检测对比腔检测的差分信号通过CPLD分析处理，利用CPLD时间延时微弱且主频高的特点实现对超声差分信号的精确测量。由于声程较短，一次检测时间几秒钟完成，每次检测启动时间则由上位机控制系统1控制。
信号调理模块15：能整理声腔检测腔10和声腔检测对比腔11发射过来的信号，然后再将信号发送给CPLD分析处理模块16。
CPLD分析处理模块16：复杂可编程逻辑器件，是从PAL和GAL器件发展出来的器件，相对而言规模大，结构复杂，属于大规模集成电路范围。是一种用户根据各自需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路。其基本设计方法是借助集成开发软件平台，用原理图、硬件描述语言等方法，生成相应的目标文件，通过下载电缆（“在系统”编程）将代码传送到目标芯片中，实现设计的数字系统。
嵌入式ARM处理器17：ARM的Jazelle技术使Java加速得到比基于软件的Java虚拟机(JVM)高得多的性能，和同等的非Java加速核相比功耗降低80%。CPU功能上增加DSP指令集提供增强的16位和32位算术运算能力，提高了性能和灵活性，ARM还提供两个前沿特性来辅助带深嵌入处理器的高集成SoC器件的调试，它们是嵌入式ICE-RT逻辑和嵌入式跟踪宏核(ETMS)系列。
上位机控制系统以Netbeans作为开发平台，采用Java语言编写，可以实现与从机控制，指令交互，数据传输。并且可在软件控制平台上查询从机在线监测数据，记录数据、异常数据报警、历史查询。
数据中心8:能够存储相关的数据，备份，便于事后查询。
RS-485总线7：接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干能力增强，即抗噪声干扰性好，能在远距离条件下以及电子噪声大的环境下有效传输信号，保证了信号的稳定性。
基本工作原理为：上位机控制系统1每隔工作人员设定的时间向下位机分布式检测系统2通过RS-485总线7发送检测启动指令，对应测点的下位机分布式检测系统收到指令后，嵌入式ARM处理器17开始进行温度、湿度、氧气、SF6浓度检测，再将数据打包后通过RS-485总线7传输至上位机控制系统1，上位机控制系统1根据检测到的SF6气体的浓度来判断是否存在泄漏现象。
Claims (10)
1.一种气体泄漏检测系统，包括上位机控制系统和下位机分布式检测系统，所述上位机控制系统与下位机分布式检测系统连接，其特征在于：所述上位机控制系统包括软件控制平台和数据中心，所述数据中心与软件控制平台连接，所述下位机分布式检测系统包括主控部分和气体检测部分，所述气体检测部分与主控部分连接，所述主控部分与软件控制平台连接。
2.根据权利要求1所述的一种气体泄漏检测系统，其特征在于：所述气体检测部分包括声学检测SF6浓度模块，所述声学检测SF6浓度模块与主控部分连接。
3.根据权利要求2所述的一种气体泄漏检测系统，其特征在于：所述声学检测SF6 浓度模块包括声学检测腔、声学检测对比腔，驱动模块，信号调理模块和CPLD分析处理模块，所述驱动模块与CPLD分析处理模块连接，声学检测腔的一端和声学检测对比腔的一端分别与驱动模块连接，声学检测腔的另一端和声学检测对比腔的另一端分别与信号调理模块连接，信号调理模块还与CPLD分析处理模块连接。
4.根据权利要求3所述的一种气体泄漏检测系统，其特征在于：所述声学检测腔设有通气孔，所述声学检测对比腔内部充有待测环境下的空气，检测声学检测腔和声学检测对比腔两声学腔室的超声波的差分信号反演出待测气体浓度。
5.根据权利要求4所述的一种气体泄漏检测系统，其特征在于：所述声学检测腔和声学检测对比腔都安装有接收超声传感器和发射超声传感器，所述接收超声传感器与驱动模块连接，发射超声传感器与信号调理模块连接，所述发射超声传感器采用同一信号驱动。
6.根据权利要求1所述的一种气体泄漏检测系统，其特征在于：所述软件控制平台通过RS-485总线与下位机分布式检测系统相连。
7.根据权利要求1所述的一种气体泄漏检测系统，其特征在于：所述下位机分布式检测系统设置有若干个，且所述下位机分布式检测系统通过RS-485总线连接。
8.根据权利要求1所述的一种气体泄漏检测系统，其特征在于：所述主控部分设有ARM处理模块，所述ARM处理模块内部为嵌入式ARM处理器。
9.根据权利要求2所述的一种气体泄漏检测系统，其特征在于:所述气体检测部分还包括温湿度处理模块和氧气处理模块，所述温湿度处理模块和氧气处理模块分别与主控部分连接。
10.根据权利要求9所述的一种气体泄漏检测系统，其特征在于：所述声学检测SF6浓度模块、温湿度处理模块和氧气处理模块分别通过RS-485总线与主控部分连接。
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