CN106546219A - 变电站监测装置、方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种变电站监测装置、方法和系统，涉及电力技术领域，该装置包括沉降采集器、水平位移采集器、数据处理器和显示器；上述沉降采集器用于设置在监测点的地下位置，采集该监测点的沉降数据；上述水平位移采集器用于设置在监测点的地表位置，采集该监测点的水平位移数据；上述数据处理器，用于获取上述沉降数据和上述水平位移数据，通过显示器显示沉降数据和水平位移数据；还用于通过无线方式将沉降数据和水平位移数据发送至远程终端，以使该远程终端对沉降数据和水平位移数据进行分析和预警。本发明可以实时采集变电站地基的沉降数据和水平位移数据供远程终端分析和预警，能及时发现隐患，确保电力系统运行安全。

Description

变电站监测装置、方法和系统

技术领域

本发明涉及电力技术领域，尤其是涉及一种变电站监测装置、方法和系统。

背景技术

变电站是电力能源传输与变换的重要枢纽，作为整个输变电系统的组成部分，承担着承上启下的重要作用。由于建设用地越来越紧张，变电站选择建设在山坡等比较陡峭或者回填区等地基软弱的位置，容易受到外界干扰，存在较大不均匀沉降及位移的可能性，给运行维护带来极大的不便，甚至影响正常运行。

现有技术中，对于变电站基础的监测方法一般是采用几何水准测量方法，在变电站构筑物的主要监测点安装沉降观测标，通过测量人员定期巡视，使用光学水准仪或电子水准仪及水准尺完成各个沉降点水准高测量。传统的人工测量，不仅耗时耗力，而且容易受到环境条件影响。

针对上述变电站地基监测技术存在的耗时耗力的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种变电站监测装置、方法和系统，对变电站地基进行实时自动监测，操作简单、测量精准。

第一方面，本发明实施例提供了一种变电站监测装置，包括：沉降采集器、水平位移采集器、数据处理器和显示器；其中，变电站的至少一个监测点配置有一对沉降采集器和水平位移采集器，每个监测点的沉降采集器和水平位移采集器分别与数据处理器有线连接，数据处理器与显示器有线连接；上述沉降采集器用于设置在监测点的地下位置，采集该监测点的沉降数据；上述水平位移采集器用于设置在监测点的地表位置，采集该监测点的水平位移数据；该水平位移数据为南北方向或者东西方向位移数据；上述数据处理器，用于获取上述沉降数据和上述水平位移数据，通过显示器显示沉降数据和水平位移数据；还用于通过无线方式将沉降数据和水平位移数据发送至远程终端，以使该远程终端对沉降数据和水平位移数据进行分析和预警。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，沉降采集器包括：单点沉降计和第一输出单元；该单点沉降计包括沉降板、电测位移传感器、测杆、锚头以及底层锚头，电测位移传感器一端与沉降板底部连接，另一端通过测杆与底层锚头连接；第一输出单元与数据处理器通信连接。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，水平位移采集器包括：红外距离传感器、反射板和第二输出单元；该反射板设置在变电站地基的外围；第二输出单元与数据处理器通信连接。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，上述显示器为液晶显示器。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，还包括：电源模块，用于向上述沉降采集器、水平位移采集器、数据处理器和显示器供电。

第二方面，本发明实施例还提供一种变电站监测方法，上述变电站配置有第一方面及其可能的实施方式提供的变电站监测装置，该方法包括：变电站监测装置采集监测点的沉降数据和水平位移数据；上述水平位移数据为南北方向位移数据或者东西方向位移数据；变电站监测装置显示采集到的上述沉降数据和水平位移数据；变电站监测装置通过无线方式，将上述沉降数据和水平位移数据发送至远程终端，以使该远程终端对沉降数据和水平位移数据进行分析和预警。

第三方面，本发明实施例还提供一种变电站监测系统，包括第一方面及其可能的实施方式提供的变电站监测装置和远程终端，该远程终端用于对沉降数据和水平位移数据进行分析和预警。

结合第三方面，本发明实施例提供了第三方面的第一种可能的实施方式，其中，远程终端包括依次连接的接收模块、计算模块、判断模块和输出模块；接收模块用于接收变电站监测装置采集的沉降数据和水平位移数据；上述水平位移数据的方向为南北方向或者东西方向；计算模块用于计算沉降数据两两之间的差值、实际水平位移的方向和距离；判断模块用于判断沉降数据是否大于第一阈值、上述差值是否大于第二阈值或水平位移数据是否大于第三阈值；上述第一阈值大于第二阈值；输出模块用于输出判断模块的判断结果、实际水平位移方向和距离。

结合第三方面，本发明实施例提供了第三方面的第二种可能的实施方式，其中，计算模块包括：计算单元，用于将南北方向和东西方向的水平位移数据分别存储为位移向量，并计算该位移向量的和向量；提取单元，用于提取和向量的方向和大小作为为实际水平位移方向和距离。

结合第三方面，本发明实施例提供了第三方面的第三种可能的实施方式，其中，远程终端还包括显示模块，用于显示上述沉降数据、实际水平位移方向和距离。

本发明实施例带来了以下有益效果：

通过沉降采集器和水平位移采集器采集监测点的沉降数据和水平位移数据，并发送至远程终端，以使该远程终端对沉降数据和水平位移数据进行分析和预警，可以实时采集变电站地基的沉降数据和水平位移数据，数据采集准确、便利，供远程终端分析和预警，及时发现隐患，确保电力系统运行安全。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的变电站监测装置的结构框图；

图2为本发明实施例提供的单点沉降计的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的变电站监测方法的流程示意图；

图4为本发明实施例提供的变电站监测系统中远程终端的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的变电站监测系统中远程终端的另一种结构示意图。

图标：

110-沉降采集器；120-水平位移采集器；130-数据处理器；140-显示器；201-沉降板；202-电测位移传感器；203-传感器筒体；204-传感器活塞杆；205-测杆；206-金属软管；207-锚头；208-加长杆；209-直通接头；210-底层锚头；211-传感器导线；212-测杆接头；213-压杆；214-金属软管螺纹接头；401-接收模块；402-计算模块；403-判断模块；404-输出模块；501-计算单元；502-提取单元。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前对于变电站基础的监测耗时耗力，易受到环境条件影响，基于此，本发明实施例提供的一种变电站监测装置、方法和系统，可以对变电站地基进行实时自动监测，操作简单、测量精准。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种变电站监测装置进行详细介绍，

实施例1：

本发明实施例1提供了一种变电站监测装置，用于监测变电站的地基，参见图1所示的变电站监测装置的结构框图，该变电站监测装置包括：沉降采集器110、水平位移采集器120、数据处理器130和显示器140。

为了准确监测变电站地基的沉降及水平位移，在变电站周围均匀选择多个监测点，或者在重要位置设置监测点。上述变电站监测装置既可以在变电站建设时同步设置，也可以在变电站建设完成后布置。

其中，在变电站的至少一个监测点配置有一对沉降采集器110和水平位移采集器120，每个监测点的沉降采集器和水平位移采集器分别与数据处理器有线连接，数据处理器与显示器有线连接。具体地，沉降采集器110设置在监测点的地下位置，采集该监测点的沉降数据；水平位移采集器120用于设置在监测点的地表位置，采集该监测点的水平位移数据。

上述沉降采集器110具体包括：单点沉降计和第一输出单元。单点沉降计包括沉降板、电测位移传感器、测杆、锚头以及底层锚头，电测位移传感器一端与沉降板底部连接，另一端通过测杆与底层锚头连接；第一输出单元与数据处理器通信连接。

参见图2所示的单点沉降计的结构示意图，单点沉降计包括沉降板201、电测位移传感器202、测杆205、锚头207以及底层锚头210，电测位移传感器202的一端与沉降板201底部相连，另一端通过测杆205与锚头207相连，测杆205的外侧套设有金属软管206，锚头207的另一端通过加长杆208和直通接头209与底层锚头210相连。

在使用时单点沉降计和第一输出单元整体埋设于地面以下，底层锚头210锚固到基岩上，沉降板201为圆形平板，其中心设有螺纹孔，四周均布扇形通孔和两圆孔，其直径大于埋设孔径。金属软管206为一种能拉长的弹性管，通过金属软管螺纹接头214将电测位移传感器202与锚头207连成一体，金属软管206拉至最长时进行装配，其缩短量满足量程范围。加长杆208为圆管，其上、下两端均设有螺纹，用于与锚头207、直通接头209、底层锚头210之间的连接。加长杆208的上端与锚头207相连，下端可根据需要的测量深度用多个直通接头209加长至与底层锚头210相连。

电测位移传感器202包括传感器筒体203、传感器活塞杆204以及传感器导线211，传感器活塞杆204插设于传感器筒体203内并可沿传感器筒体203的轴向滑动，传感器筒体203通过传感器导线211与第一输出单元相连，传感器活塞杆204通过测杆接头212与测杆205相连，传感器导线211从沉降板201的侧面引出。传感器活塞杆204为导磁金属杆，传感器筒体203内置电感线圈和数据处理电路，传感器活塞杆204的滑动会引起电感线圈的电感量随滑移距离而变化，该信号经传感器导线211传送给第一输出单元，进而发送给数据处理器130。电测位移传感器202通过其上端设有的外螺纹与沉降板201的螺纹孔连接，测杆205下端设有内螺纹与锚头207连接，电测位移传感器202的下端和锚头207上设有外丝锥管螺纹，其中间连接金属软管206。本实施例中，锚头207通过其上端外直螺纹与测杆205连接，通过其上端外锥管螺纹与金属软管206连接，并通过其下端外螺纹与加长杆208连接；锚头207的两侧焊接有两根弯杆，安装时，两安装压杆213插于弯杆上，并在安装完好后方便取出。

上述单点沉降计采用整体埋设，底层锚头210通过灌浆锚固于底层基岩上，沉降板201安装于被测基础面上。当基础下沉时，沉降板201随基础一起下沉，沉降板201与底层锚头210之间的沉降量就直接等于传感器筒体203与传感器活塞杆204之间相对滑移距离，由于传感器筒体203内设的电感线圈的电感量与为导磁金属杆的传感器活塞杆204的插入长度有关，将引起线圈电感量的变化，经数据处理电路，可实时获取沉降数据。本实施例的单点沉降计不设置基准点，在安装时将首次测量值定位基准值，以后单次测量的数值与该基准值的差值作为沉降数据。

上述水平位移采集器120设置在监测点的地表位置，与沉降采集器110一一对应，为方便对水平位移的后续计算，将水平位移采集器120的采集方向设置为南北方向或者东西方向，即采集的水平位移数据为南北方向或者东西方向位移数据。

具体地，上述水平位移采集器120包括：红外距离传感器、反射板和第二输出单元。其中红外距离传感器具有一对红外信号发射与接收二极管，发射管发射特定频率的红外信号，照射到物体后形成反射，反射到接收管，处理发射与接收的时间差数据，可以输出电压或者距离信息，并通过第二输出电源将其发送给数据处理器130。在对变电站地基进行水平位移监测时，为了保证测量精度和稳定性，需要预先设置固定反射物，根据与该固定反射物的距离变化确定地基的位移，在本实施例中使用反射板。该反射板设置在变电站地基以外的位置，以不受地基影响，其具有足够的反射面积以保证在传感器位置移动或者角度变化时依然可以起到反射作用，同时还需要设置必要的保护装置以保证反射板的位置及角度长期保持不变。在选择红外距离传感器的采集方向时，可以根据实际地形设置其为南北或者东西方向，需要注意的是，在一个监测点处需要至少两个红外距离传感器，并且方向不同，从而保证采集的数据可以计算出实际的水平位移。

由上述沉降采集器110和水平位移采集器120采集的沉降数据和水平位移数据发送至数据处理器130，在数据处理器130获取到上述沉降数据和水平位移数据后，可以通过显示器显示沉降数据和水平位移数据；还可以通过无线方式将沉降数据和水平位移数据发送至远程终端，以使该远程终端对沉降数据和水平位移数据进行分析和预警。上述采集方式可以是按照周期采集也可以根据用户指令进行实时采集，本实施例对此不作限定。其中，显示器为液晶显示器，其设置在变电站内，方便检修人员在现场查看沉降和水平位移数据。

进一步地，变电站监测装置还包括电源模块，用于向上述沉降采集器、水平位移采集器、数据处理器和显示器供电，出于节约成本、延长使用寿命的考虑，该电源模块优选设置于地表，并通过线缆向上述各部件供电。电源模块可以输出不同等级的电压，保证各设备的运行。

本实施例1中的变电站监测装置，可以通过沉降采集器和水平位移采集器采集监测点的沉降数据和水平位移数据，并发送至远程终端，以使该远程终端对沉降数据和水平位移数据进行分析和预警，数据采集准确、便利，供远程终端分析和预警，尽早发现由于地质变化引起的安全隐患，确保电力系统运行安全。

实施例2：

本实施例提供了一种变电站监测方法，对应于上述实施例1中的变电站监测装置，上述变电站监测已预先装置于变电站。

参见图3所示的变电站监测方法的流程示意图，该方法包括：

步骤S31，变电站监测装置采集监测点的沉降数据和水平位移数据。

变电站监测装置通过沉降采集器和水平位移采集器采集多个监测点的沉降数据和水平位移数据，上述水平位移数据为南北方向位移数据或者东西方向位移数据。变电站监测装置采集数据的周期可以人为设置，例如每小时、每天或者每周，也可以接收远程终端的命令进行即时采集。

步骤S32，变电站监测装置显示采集到的上述沉降数据和水平位移数据。

步骤S33，变电站监测装置通过无线方式，将上述沉降数据和水平位移数据发送至远程终端，以使该远程终端对沉降数据和水平位移数据进行分析和预警。

在变电站监测装置在采集到上述沉降数据和水平位移数据后，可以将其发送至显示器显示，也可以将其发送至远程终端，优选通过无线方式发送。远程终端可以对上述数据进行分析计算，从而确定变电站是否处于地质变化危险中，并进行预警。

本实施例2中的变电站监测方法，可以采集监测点的沉降数据和水平位移数据，并发送至远程终端，以使该远程终端对沉降数据和水平位移数据进行分析和预警，数据采集准确、便利，供远程终端分析和预警，尽早发现由于地质变化引起的安全隐患，确保电力系统运行安全。

实施例3：

本实施例提供了一种变电站监测系统，包括实施例1中提供的变电站监测装置和远程终端，该远程终端可以是PC、服务器、手机或其他移动智能终端。

参见图4所示的变电站监测系统的远程终端的结构示意图，该远程终端包括：接收模块401、计算模块402、判断模块403和输出模块404。

其中，接收模块401用于接收变电站监测装置采集的沉降数据和水平位移数据；上述水平位移数据的方向为南北方向或者东西方向。计算模块402用于计算沉降数据两两之间的差值、实际水平位移的方向和距离。其中对各个沉降数据两两计算差值，以比较各个监测点的沉降区别。变电站的地基沉降可分为均匀沉降和不均匀沉降，地基产生均匀沉降，对电气设备本身不会引起附加内应力，不会造成大的危害，但当不均匀沉降超过承受限度时，变回产生电气设备的开裂、倾斜甚至倒塌，危及安全。通过对各个沉降数据之间的差值的计算，可以确定地基不均匀沉降异常的位置。

计算模块402与上述接收模块401连接，参见图5所示的远程终端的结构示意图，计算模块402具体包括：计算单元501和提取单元502，其中计算单元501用于将南北方向和东西方向的水平位移数据分别存储为位移向量，并计算该位移向量的和向量；提取单元502用于提取和向量的方向和大小作为为实际水平位移方向和距离。其中南北方向和东西方向的水平位移数据指在同一监测点处的红外距离传感器采集到的数据，通过对两者的向量求和可得实际位移向量，从而能够提取出实际位移的方向和距离，通过该方向和距离判断地基的水平位移程度。

判断模块403与上述计算模块402连接，用于判断沉降数据是否大于第一阈值、上述差值是否大于第二阈值或水平位移数据是否大于第三阈值。其中判断各个沉降数据是否大于第一阈值的目的是确定各监测点处的地基的绝对沉降值是否超过危险，该第一阈值为结合变电站所处的地形和地质条件结合当地历史沉降数据得出的某时间周期内的沉降值，如果在该时间周期内变电站的绝对沉降值大于该阈值，则地基存在沉降异常。在对变电站地基的沉降进行评估时，不仅需要判断各个沉降数据的绝对值是否大于阈值，还要看各监测点沉降是否均匀，上述第二阈值根据变电站的电器设备及建筑的抗倾斜承受程度得出，超过该阈值后即可能会对其造成损坏，如果各个沉降数据之间的差值大于第二阈值，则地基存在沉降不均匀风险。可以理解的是，上述第二阈值小于第一阈值，以保证对实际情况判断的准确性。上述第三阈值根据固定建筑的标准得出，并且限定在极小的范围，尤其对于建设在倾斜地形上的变电站，监测水平位移具有非常重要的意义。

输出模块404与上述判断模块403连接，并输出判断模块403的判断结果、实际水平位移方向和距离。远程终端还可以包括显示模块及报警器，该显示模块可以显示上述各数据及判断结果，该报警器可以在判断结果为超过阈值时进行报警。报警器可以是鸣笛形式报警，也可以是指示灯闪烁报警。

本实施例3中的变电站监测系统，包括远程终端，可以获取监测点的沉降数据和水平位移数据，并对沉降数据和水平位移数据进行分析计算和预警，数据采集准确、便利，供远程终端分析和预警，尽早发现由于地质变化引起的安全隐患，确保电力系统运行安全。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种变电站监测装置，其特征在于，包括：沉降采集器、水平位移采集器、数据处理器和显示器；其中，所述变电站的至少一个监测点配置有一对所述沉降采集器和所述水平位移采集器，每个监测点的所述沉降采集器和所述水平位移采集器分别与所述数据处理器有线连接，所述数据处理器与所述显示器有线连接；

所述沉降采集器用于设置在所述监测点的地下位置，采集所述监测点的沉降数据；

所述水平位移采集器用于设置在所述监测点的地表位置，采集所述监测点的水平位移数据；所述水平位移数据为南北方向或者东西方向位移数据；

所述数据处理器，用于获取所述沉降数据和所述水平位移数据，通过所述显示器显示所述沉降数据和所述水平位移数据；还用于通过无线方式将所述沉降数据和所述水平位移数据发送至远程终端，以使所述远程终端对所述沉降数据和所述水平位移数据进行分析和预警。

2.根据权利要求1所述的变电站监测装置，其特征在于，所述沉降采集器包括：单点沉降计和第一输出单元；

所述单点沉降计包括沉降板、电测位移传感器、测杆、锚头以及底层锚头，所述电测位移传感器一端与沉降板底部连接，另一端通过测杆与底层锚头连接；

所述第一输出单元与所述数据处理器通信连接。

3.根据权利要求1所述的变电站监测装置，其特征在于，所述水平位移采集器包括：红外距离传感器、反射板和第二输出单元；

所述反射板设置在所述变电站地基的外围；

所述第二输出单元与所述数据处理器通信连接。

4.根据权利要求1所述的变电站监测装置，其特征在于，所述显示器为液晶显示器。

5.根据权利要求1所述的变电站监测装置，其特征在于，还包括：电源模块，用于向所述沉降采集器、所述水平位移采集器、所述数据处理器和所述显示器供电。

6.一种变电站监测方法，其特征在于，所述变电站配置有权利要求1-5中任一项所述的变电站监测装置，所述方法包括：

所述变电站监测装置采集所述监测点的沉降数据和水平位移数据；所述水平位移数据为南北方向位移数据或者东西方向位移数据；

所述变电站监测装置显示采集到的所述沉降数据和所述水平位移数据；

所述变电站监测装置通过无线方式，将所述沉降数据和所述水平位移数据发送至远程终端，以使所述远程终端对所述沉降数据和所述水平位移数据进行分析和预警。

7.一种变电站监测系统，其特征在于，包括权利要求1-5中任一项所述的变电站监测装置和远程终端，所述远程终端用于对所述沉降数据和所述水平位移数据进行分析和预警。

8.根据权利要求7所述的变电站监测系统，其特征在于，所述远程终端包括依次连接的接收模块、计算模块、判断模块和输出模块；

所述接收模块用于接收所述变电站监测装置采集的沉降数据和水平位移数据；所述水平位移数据的方向为南北方向或者东西方向；

所述计算模块用于计算所述沉降数据两两之间的差值、实际水平位移的方向和距离；

所述判断模块用于判断所述沉降数据是否大于第一阈值、所述差值是否大于第二阈值或所述水平位移数据是否大于第三阈值；所述第一阈值大于所述第二阈值；

所述输出模块用于输出所述判断模块的判断结果、所述实际水平位移方向和距离。

9.根据权利要求7所述的变电站监测系统，其特征在于，所述计算模块包括：

计算单元，用于将南北方向和东西方向的水平位移数据分别存储为位移向量，并计算所述位移向量的和向量；

提取单元，用于提取和向量的方向和大小作为为实际水平位移方向和距离。

10.根据权利要求7所述的变电站监测系统，其特征在于，所述远程终端还包括显示模块，用于显示所述沉降数据、所述实际水平位移方向和距离。