CN106226689B - Gis设备隔离开关异常振动在线监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种GIS设备隔离开关异常振动在线监测系统，包括由压电式加速度传感器和电流互感器构成的信号采集单元、由滤波放大模块、高速AD采样模块、DSP模块、ARM处理器模块、通信模块以及电源模块构成的设备端信号处理单元、由连接板、连件固定件、铜片、控制器和压电传感器构成的传感器防脱落单元以及后台监控服务器和人机界面；使用时，信号采集单元采集振动和电流信号并发给设备端信号处理单元进行处理，设备端信号处理单元将预处理后的信息发送给后台监控服务器监测判定；传感器防脱落单元辅助固定压电式加速度传感器并在其脱落时报警。本发明结构简单、易于实现、使用时故障发现及时、响应快速且运行可靠性高。
Description
技术领域
本发明涉及变电站设备监测领域，具体涉及一种变电站内的GIS设备隔离开关异常振动在线监测系统。
背景技术
随着社会的发展和技术的进步，依托相关自动化系统的无人值班变电站越来越多，对变电站内设备被告自动监测是无人值班变电站重要的一环；变电站内GIS设备（ GIS设备：Gas Insulated Switchgear设备，指六氟化硫封闭式组合电器，国际上称为“气体绝缘开关设备”）中，隔离开关十分重要且数量最多，隔离开关在使用过程中若出现异常振动，容易倒致其发生故障，从而引起GIS设备发生故障，带来停电时间长、检修费用高、事故影响大、经济损失严重等不利后果。目前常见的对变电站内GIS设备隔离开关进行监测的装置或系统，其存在的问题是：安全隐患及故障发现、响应不够及时，监测效果不佳；设置在GIS设备上用于监测隔离开关状态的主要器件之一的振动传感器在使用过程中，因长期振动工作环境下倒致松脱、意外触碰或因偷盗人为拔掉等原因与GIS设备相脱离丧失监测功能时不能及时有效被发现，可靠性不高，从而给变电站GIS设备运行带来安全隐患。因而，研究更为可靠有效的变电站内GIS设备隔离开关监测系统或装置，显得十分必要。
发明内容
本发明的目的是：针对背景技术中所提问题，提供一种结构简单、易于实现、使用时故障发现及时、响应快速且运行可靠性高的GIS设备隔离开关异常振动在线监测系统。
本发明的技术方案是：本发明的GIS设备隔离开关异常振动在线监测系统，包括设有通信端的人机界面；其结构特点是：还包括信号采集单元、设备端信号处理单元、传感器防脱落单元和后台监控服务器；
上述的信号采集单元包括压电式加速度传感器和电流互感器；压电式加速度传感器和电流互感器分别具有信号输出端；设备端信号处理单元设有第一检测信号输入端、第二检测信号输入端和通信端；传感器防脱落单元设有无线通信端；后台监控服务器设有第一通信端、第二通信端和无线通信端；
设备端信号处理单元的第一检测信号输入端与压电式加速度传感器的信号输出端电连接；设备端信号处理单元的第二检测信号输入端与电流互感器的信号输出端电连接；设备端信号处理单元的通信端通过光纤与后台监控服务器的第一通信端信号电连接；传感器防脱落单元的无线通信端与后台监控服务器的无线通信端通信；后台监控服务器的第二通信端与人机界面的通信端信号电连接；
使用时，信号采集单元的压电式加速度传感器固定设置在待监测的GIS设备上，用于检测GIS设备隔离开关的振动信号；电流互感器用于检测GIS设备隔离开关驱动电机的电流信号；传感器防脱落单元设置在压电式加速度传感器和待监测的GIS设备之间且分别与压电式加速度传感器和待监测的GIS设备固定连接。
进一步的方案是：上述的传感器防脱落单元包括连接板、连件固定件、铜片、控制器和压电传感器；
上述的连接板为由第一平板部、弧形板体部和第二平板部依次相接一体组成的板体件；第一平板部的左侧设有向右凹入的卡槽；连件固定件设置在第一平板部的卡槽内；铜片的上端与连接板固定连接；压电传感器固定设置在铜片的右端面上；控制器固定设置在连接板上；
控制器包括CPU模块、无线收发模块、报警器和电池；CPU模块设有通信端、脱落检测信号输入端和报警信号输出端；无线收发模块设有对内通信端和对外通信端；报警器设有报警信号输入端；
CPU模块的通信端与无线收发模块的对内通信端通信； CPU模块的报警信号输出端与报警器的报警信号输入端电连接；无线收发模块的对外通信端即为上述的传感器防脱落单元的无线通信端；CPU模块的脱落检测信号输入端与压电传感器的信号输出端电连接；电池为控制器提供工作电源。
进一步的方案是：上述的信号采集单元的压电式加速度传感器具有传感器接头，使用时，压电式加速度传感器通过其传感器接头安装在待监测的GIS设备上；上述的传感器防脱落单元的连接板的第二平板部置于传感器接头的上方；铜片与压电式加速度传感器的传感器接头固定连接，并使得固定设置在铜片右端面上的压电传感器与压电式加速度传感器的传感器接头紧密接触而呈带电状态；连接板的第一平板部通过设置在其卡槽内的连件固定件与待监测的GIS设备固定连接。
进一步的方案是：上述的铜片位于连接板的弧形板体部和第二平板部相接处的下方；上述的控制器固定设置在连接板的弧形板体部的下方。
进一步的方案是：上述的连件固定件为强力双面胶。
进一步的方案还有：上述的设备端信号处理单元包括滤波放大模块、高速AD采样模块、DSP模块、ARM处理器模块、通信模块以及电源模块；
上述的滤波放大模块设有第一、第二信号输入端以及第一、第二信号输出端；高速AD采样模块设有第一、第二采样信号输入端以及通信端；DSP模块、ARM处理器模块以及通信模块分别设有第一和第二通信端；滤波放大模块的第一、第二信号输入端即为上述的设备端信号处理单元的第一、第二检测信号输入端；高速AD采样模块的第一、第二采样信号输入端分别与滤波放大模块的第一、第二信号输出端对应电连接；DSP模块的第一通信端与高速AD采样模块的通信端通信；ARM处理器模块的第一通信端与DSP模块的第二通信端通信；通信模块的第一通信端与ARM处理器模块的第二通信端通信；通信模块的第二通信端即为上述的设备端信号处理单元的通信端；电源模块为设备端信号处理单元提供工作电源。
本发明具有积极的效果：（1）本发明的GIS设备隔离开关异常振动在线监测系统，其在使用时，通过压电加速度传感器、电流互感器分别采集GIS设备隔离开关的振动信号、隔离开关驱动电机的电流信号，由于设备端信号处理单元的结构设计特点，使其对检测信号能够进行快速采样及预处理，并将预处理后的信息发送给后台监控服务器判断受监测的GIS设备隔离开关是否发生异常振动故障；若GIS设备的隔离开关发生故障，系统能及时发现并快速响应，从而能够有效提升变电站GIS设备内的隔离开关的监测水平。（2）本发明的GIS设备隔离开关异常振动在线监测系统，其通过设置传感器防脱落单元，一方面可增强压电式加速度传感器防松脱的效果，另一方面，当压电式加速度传感器因长期振动工作环境下倒致松脱、意外触碰或因偷盗人为拔掉等原因与GIS设备脱离时，传感器防脱落单元一方面就地报警，另一方面向后台监控服务器报警，使得后台监控人员能够及时发现并处理，从而有效克服了现有技术中因检测振动信号用的传感器脱落失去监测功能而不能被及时发现和处理的弊端，有效提高了监测系统的可靠性和有效性。（3）本发明的GIS设备隔离开关异常振动在线监测系统，结构简单、易于实现、便于供电系统推广。
附图说明
图1为本发明的结构示意框图；
图2为图1中设备端信号处理单元的电路结构示意框图；
图3为图1中传感器防脱落单元的外部结构示意图，图中还显示在使用时传感器防脱落单元与GIS设备以及压电式加速度传感器的安装连接关系；
图4为图1中传感器防脱落单元的电路结构示意框图。
上述附图中的附图标记如下：
连接板1，第一平板部11，弧形板体部12，第二平板部13，连件固定件2，铜片3，控制器4；
传感器接头5，
GIS设备101。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
（实施例1）
见图1，本实施例的GIS设备隔离开关异常振动在线监测系统，其主要由信号采集单元、设备端信号处理单元、传感器防脱落单元、后台监控服务器和人机界面组成。
信号采集单元包括压电式加速度传感器和电流互感器；本实施例中，压电式加速度传感器优选采用带隔离输出的压电加速度传感器；压电式加速度传感器和电流互感器分别具有信号输出端；设备端信号处理单元设有第一检测信号输入端、第二检测信号输入端和通信端；传感器防脱落单元设有无线通信端；后台监控服务器设有第一通信端、第二通信端和无线通信端；人机界面设有通信端。人机界面可采用如PC机等终端设备。
设备端信号处理单元的第一检测信号输入端与压电式加速度传感器的信号输出端电连接；设备端信号处理单元的第二检测信号输入端与电流互感器的信号输出端电连接；设备端信号处理单元的通信端通过光纤与后台监控服务器的第一通信端信号电连接；传感器防脱落单元的无线通信端与后台监控服务器的无线通信端通信；后台监控服务器的第二通信端与人机界面的通信端信号电连接。
见图2，设备端信号处理单元主要由滤波放大模块、高速AD采样模块、DSP模块、ARM处理器模块、通信模块以及电源模块组成。
滤波放大模块设有第一、第二信号输入端以及第一、第二信号输出端；高速AD采样模块设有第一、第二采样信号输入端以及通信端；DSP模块、ARM处理器模块以及通信模块分别设有第一和第二通信端；滤波放大模块的第一、第二信号输入端即为前述的设备端信号处理单元的第一、第二检测信号输入端；高速AD采样模块的第一、第二采样信号输入端分别与滤波放大模块的第一、第二信号输出端对应电连接；DSP模块的第一通信端与高速AD采样模块的通信端通信；ARM处理器模块的第一通信端与DSP模块的第二通信端通信；通信模块的第一通信端与ARM处理器模块的第二通信端通信；通信模块的第二通信端即为前述的设备端信号处理单元的通信端；电源模块为设备端信号处理单元提供工作电源。
见图3，传感器防脱落单元主要由连接板1、连件固定件2、铜片3、控制器4和压电传感器（图3中未示出）组成。连接板1为板体件，连接板1由第一平板部11、弧形板体部12和第二平板部13依次相接一体组成；第一平板部11的左侧设有向右凹入的卡槽；连件固定件2设置在第一平板部11的卡槽内；铜片3的上端与连接板1固定连接；且铜片3位于连接板1的弧形板体部12和第二平板部13相接处的下方；压电传感器固定设置在铜片3的右端面上；控制器4固定设置在连接板1上且位于连接板1的弧形板体部12的下方。
前述的信号采集单元的压电式加速度传感器具有传感器接头5，使用时，压电式加速度传感器通过其传感器接头5安装在待监测的GIS设备101上；传感器防脱落单元的连接板1的第二平板部13置于传感器接头5的上方；铜片3与传感器接头5固定连接，并使得固定设置在铜片3的右端面上的压电传感器与传感器接头5紧密接触而呈带电状态；连接板1的第一平板部11通过设置在其卡槽内的连件固定件2与待监测的GIS设备101固定连接；从而使得传感器防脱落单元弹性固定设置在压电式加速度传感器与待监测的GIS设备101之间。本实施例中，连件固定件2优选采用强力双面胶。
见图4，传感器防脱落单元的控制器4包括CPU模块、无线收发模块、报警器和电池；CPU模块设有通信端、脱落检测信号输入端和报警信号输出端；无线收发模块设有对内通信端和对外通信端；报警器设有报警信号输入端。
CPU模块的通信端与无线收发模块的对内通信端通信； CPU模块的报警信号输出端与报警器的报警信号输入端电连接；无线收发模块的对外通信端即为前述的传感器防脱落单元的无线通信端；CPU模块的脱落检测信号输入端与压电传感器的信号输出端电连接；电池为控制器4提供工作电源。
（应用例）
前述实施例的GIS设备异常振动在线监测系统，其在使用时，信号采集单元的压电式加速度传感器实时检测GIS设备101的隔离开关的振动信号；电流互感器实时检测GIS设备101的隔离开关驱动电机的电流信号；信号采集单元的检测信号发送给设备端信号处理单元，由设备端信号处理单元的滤波放大模块对检测信号进行滤波和放大处理后输出给高速AD采样模块，高速AD采样模块在ARM处理器模块经DSP模块的控制下进行信号采样，采样信号经DSP模块预处理后发送给ARM处理器模块处理；ARM处理器模块对GIS设备振动信号进行时域分析和频域分析，对电机电流信号进行绝对值和的计算分析，ARM处理器模块将处理结果经通信模块发送给后台监控服务器，后台监控服务器内置有GIS设备隔离开关异常振动波形数据库，后台监控服务器将设备端信号处理单元的ARM处理器模块发送的信息数据经处理后与其内置的GIS设备隔离开关异常振动波形数据库进行比较分析，判断受监测的GIS设备隔离开关是否发生异常振动故障。
使用时，传感器防脱落单元将压电式加速度传感器的传感器接头5与GIS设备101辅助连接，一方面可增强压电式加速度传感器防松脱的效果，另一方面，当压电式加速度传感器的传感器接头5若因长期振动工作环境下倒致松脱、意外触碰或因偷盗人为拔掉等原因与GIS设备101相脱离时，压电加速度传感器便不能完成监测任务；压电式加速度传感器的传感器接头5与GIS设备101脱离使得传感器防脱落单元的铜片3上固定设置的压电传感器与传感器接头5分离，压电传感器由带电状态恢复到不带电状态；控制器4的CPU模块检测到铜片3与传感器接头5分离带来的压电传感器的信号变化，判定压电式加速度传感器的传感器接头5与GIS设备101脱离，控制器4的CPU模块一方面通过接通报警器就地报警；另一方面通过无线收发模块将报警信息无线发送给后台监控服务器。
后台监控工作人员通过人机界面与后台监控服务器信息交互，实现对GIS设备的远程监控；当监控到GIS设备的隔离开关发生异常振动信号或压电式加速度传感器与GIS设备脱离报警信号时，可方便及时地做出相机处置，实现对变电站GIS设备异常振动在线监测的目的。
以上实施例和应用例是对本发明的具体实施方式的说明，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变换和变化而得到相对应的等同的技术方案，因此所有等同的技术方案均应该归入本发明的专利保护范围。
Claims (2)
1.一种GIS设备隔离开关异常振动在线监测系统，包括设有通信端的人机界面；其特征在于：还包括信号采集单元、设备端信号处理单元、传感器防脱落单元和后台监控服务器；
所述的信号采集单元包括压电式加速度传感器和电流互感器；压电式加速度传感器和电流互感器分别具有信号输出端；设备端信号处理单元设有第一检测信号输入端、第二检测信号输入端和通信端；传感器防脱落单元设有无线通信端；后台监控服务器设有第一通信端、第二通信端和无线通信端；
设备端信号处理单元的第一检测信号输入端与压电式加速度传感器的信号输出端电连接；设备端信号处理单元的第二检测信号输入端与电流互感器的信号输出端电连接；设备端信号处理单元的通信端通过光纤与后台监控服务器的第一通信端信号电连接；传感器防脱落单元的无线通信端与后台监控服务器的无线通信端通信；后台监控服务器的第二通信端与人机界面的通信端信号电连接；
使用时，信号采集单元的压电式加速度传感器固定设置在待监测的GIS设备上，用于检测GIS设备隔离开关的振动信号；电流互感器用于检测GIS设备隔离开关驱动电机的电流信号；传感器防脱落单元设置在压电式加速度传感器和待监测的GIS设备之间且分别与压电式加速度传感器和待监测的GIS设备固定连接；
所述的传感器防脱落单元包括连接板、连件固定件、铜片、控制器和压电传感器；
所述的连接板为由第一平板部、弧形板体部和第二平板部依次相接一体组成的板体件；第一平板部的左侧设有向右凹入的卡槽；连件固定件设置在第一平板部的卡槽内；铜片的上端与连接板固定连接；压电传感器固定设置在铜片的右端面上；控制器固定设置在连接板上；
控制器包括CPU模块、无线收发模块、报警器和电池；CPU模块设有通信端、脱落检测信号输入端和报警信号输出端；无线收发模块设有对内通信端和对外通信端；报警器设有报警信号输入端；
CPU模块的通信端与无线收发模块的对内通信端通信； CPU模块的报警信号输出端与报警器的报警信号输入端电连接；无线收发模块的对外通信端即为所述的传感器防脱落单元的无线通信端；CPU模块的脱落检测信号输入端与压电传感器的信号输出端电连接；电池为控制器提供工作电源；
所述的信号采集单元的压电式加速度传感器具有传感器接头，使用时，压电式加速度传感器通过其传感器接头安装在待监测的GIS设备上；所述的传感器防脱落单元的连接板的第二平板部置于传感器接头的上方；铜片与压电式加速度传感器的传感器接头固定连接，并使得固定设置在铜片右端面上的压电传感器与压电式加速度传感器的传感器接头紧密接触而呈带电状态；连接板的第一平板部通过设置在其卡槽内的连件固定件与待监测的GIS设备固定连接；
所述的铜片位于连接板的弧形板体部和第二平板部相接处的下方；所述的控制器固定设置在连接板的弧形板体部的下方；
所述的连件固定件为强力双面胶。
2.根据权利要求1所述的GIS设备隔离开关异常振动在线监测系统，其特征在于：所述的设备端信号处理单元包括滤波放大模块、高速AD采样模块、DSP模块、ARM处理器模块、通信模块以及电源模块；
所述的滤波放大模块设有第一、第二信号输入端以及第一、第二信号输出端；高速AD采样模块设有第一、第二采样信号输入端以及通信端；DSP模块、ARM处理器模块以及通信模块分别设有第一和第二通信端；滤波放大模块的第一、第二信号输入端即为所述的设备端信号处理单元的第一、第二检测信号输入端；高速AD采样模块的第一、第二采样信号输入端分别与滤波放大模块的第一、第二信号输出端对应电连接；DSP模块的第一通信端与高速AD采样模块的通信端通信；ARM处理器模块的第一通信端与DSP模块的第二通信端通信；通信模块的第一通信端与ARM处理器模块的第二通信端通信；通信模块的第二通信端即为所述的设备端信号处理单元的通信端；电源模块为设备端信号处理单元提供工作电源。
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