CN106197241A - Gis母线筒伸缩节位移量监测装置及其监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种GIS母线筒伸缩节位移量监测装置及其监测方法，监测装置包括顶杆、壳体、主控板、连接块、压簧和定位杆，主控板包括电位器、控制电路、温度传感器、加速度传感器、电压基准源、存储器、实时时钟、定位模块、无线通信模块、电源管理电路、蓄电池、一次电池和电源接口。电位器和母线筒伸缩节联动，控制电路通过测量电位器的行程位移量，实现母线筒伸缩节位移量的测量。本发明实现了伸缩节位移量、倾斜、振动、环境温度等参数的自动监测、记录和远传功能。

Description

GIS母线筒伸缩节位移量监测装置及其监测方法

技术领域

本发明属于智能电网技术领域，具体涉及一种GIS母线筒伸缩节位移量监测装置及其监测方法。

背景技术

气体绝缘全封闭组合电器（GIS）具备结构紧凑、占地面积小、可靠性高、安全性强等优点，是一种综合性能优秀的高压电气配电装置，在电力系统中得到了广泛地应用。GIS设备是由断路器、隔离开关、互感器和母线互相连接起来的。这些元件的材料不同，膨胀系数不一样，当温度变化时若各个元件不能自由伸长和缩短，由于温度应力的原因势必损坏元件。为此在GIS设备的母线管要配置伸缩节，伸缩节主要是用来吸收设备热胀冷缩、基础伸缩缝的位移、设备间的安装调整及地震和操作引起的各种应力，确保母线筒及其他部位完好。

目前，绝大部分伸缩节处于无监测使用状态，存在不少安全隐患，只有少量场合在伸缩节的两侧安装机械刻度尺，并采用人工观测记录的方式实现母线筒伸缩节的形变（位移）量监测，这种方式存在人工工作量大、人工成本高、实时性差和数据准确度不高的弱点。

发明内容

本发明为了解决上述现有技术中存在的缺陷和不足，提供了一种解决了现有的监测手段需要人工观测的缺点，并实现了伸缩节位移量、环境温度等参数的自动监测、记录和远传功能的GIS母线筒伸缩节位移量监测装置及其监测方法。

本发明的技术方案：一种GIS母线筒伸缩节位移量监测装置，包括顶杆、壳体、连接块、压簧、定位杆和主控板，所述主控板包括电位器、控制电路、温度传感器、加速度传感器、电压基准源、存储器、实时时钟、定位模块、无线通信模块、电源管理电路、蓄电池、一次电池和电源接口。所述顶杆安装在壳体上，顶杆可以在轴向上移动；所述主控板固定在壳体上，所述电位器焊接在主控板上，所述电位器和母线筒伸缩节联动，所述温度传感器、加速度传感器、电压基准源、存储器、实时时钟、定位模块、无线通信模块和电源管理电路均与控制电路连接，所述电位器的输出端与控制电路的模数转换器接口连接，电位器的电阻体固定端与电压基准源连接，所述蓄电池、一次电池、电源接口均与电源管理电路连接。

优选地，所述控制电路用于控制协调各个外围设备并为其供电，所述温度传感器用于测量环境温度，所述加速度传感器用于测量三轴重力加速度，所述电压基准源为控制电路的模数转换器提供基准电压，同时作为电位器的稳压供电电源。

优选地，所述电位器为连续可调的直滑式电位器或拉杆式电位器，电位器上设有电位器滑杆，电位器滑杆和母线筒伸缩节联动，通过测量电位器的行程位移量，实现母线筒伸缩节位移量的测量。

优选地，所述存储器用于数据的存储，所述实时时钟为控制电路提供实时时间；所述定位模块为GPS模块或北斗定位模块，定位模块用于提供准确的定位和高精度的时间数据。

优选地，所述无线通信模块用于实现无线通信功能，将测量数据、运行工况数据通过无线信道传输给接收设备，所述电源管理电路用于管理电源并为控制电路提供稳压直流电源。

优选地，所述蓄电池为安全性好、无记忆效应的磷酸铁锂电池，所述一次电池为大容量、低放电率型的锂亚硫酰氯电池，所述电源接口用于接入外部电源，外部电源为太阳能电池或稳压电源；外部电源为主要供电电源并给蓄电池充电，一次电池作为备用电源。

优选地，所述无线通信模块为蓝牙模块、GPRS模块、3G/4G模块、WiFi模块、LoRa模块或Zigbee模块，无线通信模块用于实现无线通信功能，用户通过无线网络查看设备运行工况或历史数据。

优选地，所述定位杆为T型平头结构，定位杆的一端固定在壳体上，另一端插入顶杆中；所述连接块固定在顶杆上，所述电位器滑杆固定在连接块上；顶杆和定位杆之间设置有压簧；顶杆内壁上有一个台阶，压簧的一端支撑在顶杆的台阶上，压簧的另一端支撑在定位杆上。

优选地，所述母线筒伸缩节两端设有第一伸缩节法兰和第二伸缩节法兰，所述壳体通过安装支架安装在第二伸缩节法兰上，所述顶杆顶在第一伸缩节法兰上。

一种GIS母线筒伸缩节位移量监测装置的监测方法，包括下述步骤：

1）控制电路定时测量位移量、环境温度、倾斜、振动、电池电压等参数，同时记录测量参数的实时时间，在完成参数测量后便关闭相应的外围设备以降低功耗；

2）控制电路定时启动定位模块，获取经纬度、高程和时间信息后便关闭定位模块，所获取的时间信息用于校准实时时钟的时间；

3）控制电路将监测数据进行无损压缩并保存到存储器中，数据压缩可以减少数据的冗余和存储的空间，提高数据的传输、存储和处理效率；

4）控制电路通过检测蓄电池的充电电流和电量状况来调整位移量、环境温度、倾斜和振动等参数的测量间隔。

优选地，所述步骤1）中控制电路测量位移量的过程如下：

调节电位器的滑杆时，电位器的输出端获得电位器外加电压和滑杆行程位移成线性关系的输出电压信号，控制电路将电位器的输出电压信号转化为数字信号，经过运算处理后可得到电位器的行程位移量，通过测量电位器的行程位移量，实现母线筒伸缩节位移量的测量。

优选地，所述步骤4）的具体过程如下：当蓄电池充电电流及电量充足时则缩短测量间隔；当蓄电池充电电流或电量不足时则维持正常的测量间隔；当蓄电池没电时，一次电池开始供电，此时系统会延长测量间隔。

本发明集成位移量监测、环境温度监测、倾斜和振动监测、卫星定位、实时时间等多项功能，监测数据保存在存储器中，用户可通过无线网络查看设备运行工况和任意时段的历史数据。本发明采用外部电源供电和一次电池辅助供电，低功耗设计，设备可长期免维护运行。

附图说明

图1为本发明的电路模块原理图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为本发明的安装示意图。

图中1.顶杆，2.壳体，3.主控板，4.电位器，4-1电位器滑杆，5.连接块，6.压簧，7.定位杆，8.安装支架，9.第一伸缩节法兰，10.第二伸缩节法兰，11.母线筒伸缩节。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明，但并不是对本发明保护范围的限制。

参照图1-3所示，一种GIS母线筒伸缩节位移量监测装置，包括顶杆1、壳体2、主控板3、连接块5、压簧6、定位杆7，所述主控板3包括电位器4、控制电路、温度传感器、加速度传感器、电压基准源、存储器、实时时钟、定位模块、无线通信模块、电源管理电路、蓄电池、一次电池、电源接口。

顶杆1安装在壳体2上，顶杆1可以在轴向上移动；主控板3固定在壳体2上，电位器4焊接在主控板3上。定位杆7为T型平头结构，定位杆7的一端固定在壳体2上，另一端插入顶杆1中。连接块5固定在顶杆1上，电位器4上设有电位器滑杆4-1，电位器滑杆4-1固定在连接块5上；顶杆1和定位杆7之间设置有压簧6；顶杆1内壁上有一个台阶，压簧6的一端支撑在顶杆1的台阶上，压簧6的另一端支撑在定位杆7上。母线筒伸缩节11两端设有第一伸缩节法兰9和第二伸缩节法兰10，壳体2通过安装支架8安装在第二伸缩节法兰10上，顶杆1顶在第一伸缩节法兰9上，电位器滑杆4-1与母线筒伸缩节11联动。

当母线筒伸缩节产生轴向形变（位移）时，顶杆1相对于壳体2产生轴向位移，固定在顶杆1上的连接块5带着电位器滑杆4-1一起移动，电位器4的输出端可获得电位器外加电压和电位器滑杆4-1行程位移成线性关系的输出电压信号，该电压信号经过模数转换、运算处理后可得到电位器的行程位移量。由于电位器滑杆4-1和母线筒伸缩节联动，所以通过测量电位器4的行程位移量可获得母线筒伸缩节11的位移量。

所述控制电路用于控制协调各个外围设备并为其供电。控制电路可以自由、灵活地控制各个外围设备的工作状态，在某个外围设备不需要投入工作时不对其供电，从而有效降低系统能耗。

所述温度传感器与控制电路连接，温度传感器用于测量环境温度。

所述加速度传感器与控制电路连接，加速度传感器用于测量三轴重力加速度，控制电路获取三轴重力加速度数据，经过运算处理后得到本装置在三维空间中的倾斜角度、倾斜方向、振动速度和振动位移。

所述电压基准源与控制电路连接，电压基准源为控制电路的模数转换器提供基准电压，同时作为电位器的稳压供电电源。

所述电位器的输出端与控制电路的模数转换器接口连接，电位器的电阻体固定端与电压基准源连接。电位器为连续可调的直滑式电位器或拉杆式电位器（拉杆式电子尺），具备良好的线性精度，当调节电位器的滑杆时，电位器的输出端可获得电位器外加电压和滑杆行程位移成线性关系的输出电压信号，控制电路将电位器的输出电压信号转化为数字信号，经过运算处理后可得到电位器的行程位移量。电位器的滑杆和母线筒伸缩节联动，通过测量电位器的行程位移量，实现母线筒伸缩节位移量的测量。

所述存储器与控制电路连接，存储器用于数据的存储。

所述实时时钟与控制电路连接，实时时钟为控制电路提供实时时间。

所述定位模块与控制电路连接，定位模块用于提供准确的定位和高精度的时间数据，定位模块为GPS（全球定位系统）模块或北斗定位模块。

所述无线通信模块与控制电路连接，无线通信模块用于实现无线通信功能，将本装置的测量数据、运行工况数据通过无线信道传输给接收设备。

所述电源管理电路用于管理电源并为控制电路提供稳压直流电源，所述蓄电池、一次电池、电源接口均与电源管理电路连接。蓄电池为安全性好、无记忆效应的磷酸铁锂电池；一次电池为大容量、低放电率型的锂亚硫酰氯电池；电源接口用于接入外部电源，外部电源为太阳能电池或稳压电源，外部电源为主要供电电源并给蓄电池充电。电源管理电路优先使用蓄电池的电量，当蓄电池没电时才会使用一次电池供电。

工作原理

系统设置为间歇工作方式：控制电路定时测量位移量、环境温度、倾斜、振动、电池电压等参数，同时记录测量参数的实时时间，在完成参数测量后便关闭相应的外围设备以降低功耗。

控制电路定时启动定位模块，获取经纬度、高程和时间信息后便关闭定位模块，所获取的时间信息用于校准实时时钟的时间。定位模块的工作时间间隔长，平均功耗极低。

控制电路会将监测数据进行无损压缩并保存到存储器中，数据压缩可以减少数据的冗余和存储的空间，提高数据的传输、存储和处理效率。

控制电路通过检测蓄电池的充电电流和电量状况来调整位移量、环境温度、倾斜、振动等参数的测量间隔，当蓄电池充电电流及电量充足时则缩短测量间隔，提高系统实时性；当蓄电池充电电流或电量不足时则维持正常的测量间隔，此时系统功耗较低；当蓄电池没电时，一次电池开始供电，此时系统会延长测量间隔，从而进一步降低系统功耗。

本发明通过无线通信模块实现无线通信功能，无线通信模块可为蓝牙模块、GPRS模块、3G/4G模块、WiFi模块、LoRa模块或Zigbee模块。本装置在实际应用时，需要根据接入的无线网络系统类型来选择相应的无线通信模块，用户通过无线网络查看设备运行工况或任意时段的历史数据。

本发明集成位移量监测、环境温度监测、倾斜和振动监测、卫星定位、实时时间等多项功能，采用外部电源供电和一次电池辅助供电，低功耗设计，设备可长期免维护运行。

Claims (10)

1.一种GIS母线筒伸缩节位移量监测装置，其特征在于：其包括顶杆、壳体、连接块、压簧、定位杆和主控板，所述主控板包括电位器、控制电路、温度传感器、加速度传感器、电压基准源、存储器、实时时钟、定位模块、无线通信模块、天线、电源管理电路、蓄电池、一次电池和电源接口；所述顶杆安装在壳体上，顶杆可以在轴向上移动；所述电路板固定在壳体上，所述电位器焊接在电路板上，所述电位器和母线筒伸缩节联动，所述温度传感器、加速度传感器、电压基准源、存储器、实时时钟、定位模块、无线通信模块和电源管理电路均与控制电路连接，所述电位器的输出端与控制电路的模数转换器接口连接，电位器的电阻体固定端与电压基准源连接，所述蓄电池、一次电池、电源接口均与电源管理电路连接。

2.根据权利要求1所述的一种GIS母线筒伸缩节位移量监测装置，其特征在于：所述控制电路用于控制协调各个外围设备并为其供电，所述温度传感器用于测量环境温度，所述加速度传感器用于测量三轴重力加速度，所述电压基准源为控制电路的模数转换器提供基准电压，同时作为电位器的稳压供电电源。

3.根据权利要求1所述的一种GIS母线筒伸缩节位移量监测装置，其特征在于：所述电位器为连续可调的直滑式电位器或拉杆式电位器，电位器上设有电位器滑杆，电位器滑杆和母线筒伸缩节联动，通过测量电位器的行程位移量，实现母线筒伸缩节位移量的测量；所述定位杆为T型平头结构，定位杆的一端固定在壳体上，另一端插入顶杆中；所述连接块固定在顶杆上，所述电位器滑杆固定在连接块上；顶杆和定位杆之间设置有压簧；顶杆内壁上有一个台阶，压簧的一端支撑在顶杆的台阶上，压簧的另一端支撑在定位杆上；所述母线筒伸缩节两端设有第一伸缩节法兰和第二伸缩节法兰，所述壳体通过安装支架安装在第二伸缩节法兰上，所述顶杆顶在第一伸缩节法兰上。

4.根据权利要求1所述的一种GIS母线筒伸缩节位移量监测装置，其特征在于：所述存储器用于数据的存储，所述实时时钟为控制电路提供实时时间；所述定位模块用于提供准确的定位和高精度的时间数据，定位模块为GPS模块或北斗定位模块。

5.根据权利要求1所述的一种GIS母线筒伸缩节位移量监测装置，其特征在于：所述无线通信模块用于实现无线通信功能，将测量数据、运行工况数据通过无线信道传输给接收设备，所述电源管理电路用于管理电源并为控制电路提供稳压直流电源。

6.根据权利要求5所述的一种GIS母线筒伸缩节位移量监测装置，其特征在于：所述蓄电池为安全性好、无记忆效应的磷酸铁锂电池，所述一次电池为大容量、低放电率型的锂亚硫酰氯电池，所述电源接口用于接入外部电源，外部电源为太阳能电池或稳压电源，外部电源为主要供电电源并给蓄电池充电，一次电池作为备用电源。

7.根据权利要求书1所述的一种GIS母线筒伸缩节位移量监测装置，其特征在于：所述无线通信模块为蓝牙模块、GPRS模块、3G/4G模块、WiFi模块、LoRa模块或Zigbee模块，无线通信模块用于实现无线通信功能，用户通过无线网络查看设备运行工况或历史数据。

8.根据权利要求书1所述的一种GIS母线筒伸缩节位移量监测装置的监测方法，其特征在于：其包括下述步骤：

1）控制电路定时测量位移量、环境温度、倾斜、振动、电池电压等参数，同时记录测量参数的实时时间，在完成参数测量后便关闭相应的外围设备以降低功耗；

2）控制电路定时启动定位模块，获取经纬度、高程和时间信息后便关闭定位模块，所获取的时间信息用于校准实时时钟的时间；

3）控制电路将监测数据进行无损压缩并保存到存储器中，数据压缩可以减少数据的冗余和存储的空间，提高数据的传输、存储和处理效率；

4）控制电路通过检测蓄电池的充电电流和电量状况来调整位移量、环境温度、倾斜和振动等参数的测量间隔。

9.根据权利要求书8所述的一种GIS母线筒伸缩节位移量监测装置的监测方法，其特征在于：所述步骤1）中控制电路测量位移量的过程如下：

调节电位器的滑杆时，电位器的输出端获得电位器外加电压和滑杆行程位移成线性关系的输出电压信号，控制电路将电位器的输出电压信号转化为数字信号，经过运算处理后可得到电位器的行程位移量，通过测量电位器的行程位移量，实现母线筒伸缩节位移量的测量。

10.根据权利要求书8所述的一种GIS母线筒伸缩节位移量监测装置的监测方法，其特征在于：所述步骤4）的具体过程如下：当蓄电池充电电流及电量充足时则缩短测量间隔；当蓄电池充电电流或电量不足时则维持正常的测量间隔；当蓄电池没电时，一次性电池开始供电，此时系统会延长测量间隔。