CN107421590A - 一种六氟化硫气体湿度在线监测系统 - Google Patents

一种六氟化硫气体湿度在线监测系统 Download PDF

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何怡刚
陈张辉
李兵
苏蓓蕾
陶琳
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    • G01D21/02—Measuring two or more variables by means not covered by a single other subclass

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Abstract

一种六氟化硫气体湿度在线监测系统，由监测装置与监控中心组成；监测装置由检测器和阅读器组成：检测器连接封闭式组合电器（GIS）的充气口，检测器的气腔内置的SAW‑RFID湿度、温度、压力传感器用于感知SF6气体的相关信息；阅读器可向SAW‑RFID传感器发射对应波长的请求信号并获得相应传感器返回的检测信息；监测装置内置的无线通信模块上传检测信息至监控中心进行数据分析。本发明可安装在GIS设备的多个充气口，且SAW‑RFID传感器自身有身份标识的特点，故只需一个阅读器即可获得多台监测装置的检测信息。本监测系统及装置可以实现在不破坏GIS设备的完整性，使用简单的硬件条件下在线监测SF6气体的湿度。

Description

一种六氟化硫气体湿度在线监测系统
技术领域
本发明涉及SAW-RFID传感器和无线通线领域，更具体的说是涉及一种六氟化硫气体湿度在线监测系统及装置。
背景技术
随着经济社会发展，人民用电需求逐步上升，体积小、可靠性高的SF6封闭式组合电器设备在电网中得到广泛应用。SF6气体在正常工况下是较为理想的绝缘及灭弧介质，但GIS设备在长期运行过程中，因设备的密封性变差、固体绝缘材料析出水分等原因，会造成SF6气体湿度超标，严重影响GIS设备的绝缘性能与机械性能，SF6气体湿度在线监测装置就显得十分重要。而SAW-RFID传感器因其优良的性能与自身身份标识功能已被广泛应用于各行各业。已有发明中：申请号为200620133807.3，公开号为200983000Y《SF6断路器气体在线监测仪》发明了一种SF6气体在线监测仪，该仪器将传感器与信息处理、显示模块集成在一起，其单个仪器的成本较高；申请号为201320701018.5，公开号为203535009U《无线无源高精度GIS湿度在线监测装置》发明了一种基于SAW-RFID传感器的监测装置，该装置将传感器安装在盆式绝缘子上，阅读器的接收天线嵌入盆式绝缘子，破坏了GIS设备自身的完整性；申请号为201610901181.4，公开号为106501447A《一种GIS变电站内六氟化硫气体湿度在线准确测量方法》发明了一种SF6气体测量方法，该方法抽取变电站GIS设备的SF6气体并进行检测，检测过程耗费大量SF6气体，降低了GIS设备的绝缘性能。
上述三种SF6气体湿度在线监测装置及其对应的局限性分别为单个装置的硬件复杂，检测装置破坏GIS的完整性和检测过程耗费大量SF6气体。
发明内容
本发明所要解决的问题是，克服上述背景技术的不足，提供一种结构简单、不会破坏GIS完整性的六氟化硫气体湿度在线监测系统。
本发明解决其技术问题采取的技术方案是：
一种六氟化硫气体湿度在线监测系统，包括监测装置和监控中心。
所述监测装置用于获取GIS设备内部的SF6气体的检测信息，即湿度、温度、压强，并上传检测信息至监控中心。
所述监控中心用于分析处理检测信息：根据监测装置的传感器组的特性获取直接测量的量值，湿度为相对湿度（RH%）、温度为摄氏度（℃）、压力为帕斯卡（Pa）；由这些量和已有的转换公式可获得湿度的其他表示方式：露点温度，体积浓度等；国家与行业对SF6气体湿度的规定值都是按照体积浓度，转换后便于与规定作比较。
进一步，所述监测装置包括检测器和阅读器。
所述检测器用于检测SF6气体的湿度、温度、压强；
所述阅读器用于收集检测器的检测信息并上传检测信息：具体为，用于向检测器内的SAW-RFID传感器发射对应波长的请求信号并获得相应传感器返回的检测信息，再由其内置的无线通信模块上传检测信息。
进一步，检测器包括壳体，壳体内部为空心结构构成检测气腔，壳体一端设有GIS设备充气口连接头，壳体另一端设有SF6气体充气口，壳体一侧设有传感器组。
所述GIS设备充气口连接头用于连接GIS设备的充气口。GIS设备的充气口内置有逆止阀（逆止阀的作用为防止SF6气体外泄，当外部气压大于GIS设备内部气压时，逆止阀导通）。GIS设备充气口连接头内部含有顶针，用于顶开GIS设备充气口内的逆止阀。
所述检测气腔用于承载SF6气体，便于传感器对SF6气体的湿度、温度、压强进行检测。检测器U1的壳体的材料可以选用不锈钢、铸铁等。
所述传感器组用于对SF6气体的湿度，温度，压强进行检测；传感器组包括SAW-RFID湿度传感器、SAW-RFID温度传感器、SAW-RFID压力传感器，各传感器分别有各自频段的天线；检测器的壳体上镶嵌有以环氧树脂为材料的实心圆柱，实心圆柱靠近检测气腔的一侧预留有用于安装为天线及传感器基体的凹槽，湿度传感器的传感器基体和天线、温度传感器的传感器基体和天线、压力传感器的传感器基体和天线均内置于所述凹槽中，湿度传感器的传感器基体下端的传感器薄膜、温度传感器的传感器基体下端的传感器薄膜、压力传感器的传感器基体下端的传感器薄膜均穿过检测器的壳体伸入检测气腔内。
所述SF6气体充气口的结构尺寸与GIS设备的充气口的结构尺寸完全相同。当GIS设备需要充气时，可以直接使用SF6气体充气口，无需拆卸本装置，实现本系统的安装不会影响GIS设备U0正常使用的目的。
进一步，所述阅读器包括：电源模块、射频模块和无线通线模块。
所述电源模块向射频模块，MCU模块和无线通信模块供电，可选用锂电池。
所述MCU模块与射频模块双向连接，MCU模块用于控制射频模块向传感器组发射对应波长的请求信号并接收传感器组返回的检测信息，射频模块将接收的检测信息传回给MCU模块。
所述MCU模块与无线通信模块双向连接，MCU模块对无线通信模块进行唤醒操作并配置相关参数，通信模块上传MCU模块接收的检测信息。
本发明之SF6气体湿度在线监测装置具有功能多的特点，可以满足多种测量需要，具体功能如下：
（1）SAW-RFID湿度、温度、压力传感器分别可以测得SF6气体的相对湿度、温度、压强。
（2）由上述三种传感器的检测值，通过现有的公式转换可以得到国家与行业所使用的检测值：体积浓度。
本监测装置可以安装在GIS设备的多个充气口，且SAW-RFID传感器自身有身份标识的特点，故只需一个阅读器即可获得多台监测装置的检测信息。
使用本发明，可实现在不破坏GIS设备的完整性、使用简单的硬件条件下在线监测SF6气体的湿度。
附图说明
图1为本发明之SF6气体湿度在线监测系统的结构示意图；
图2为图1所示SF6气体湿度在线监测系统的监测装置的检测器的结构示意图；
图3为图2所示检测器的传感器组的结构示意图；
图4为图1所示SF6气体湿度在线监测系统的监测装置的阅读器的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
参照图1，本发明之六氟化硫气体湿度在线监测系统，包括监测装置和监控中心U3。
所述监测装置用于获取GIS设备U0内部的SF6气体的检测信息，即湿度，温度，压强，并上传检测信息至监控中心U3。
所述监控中心U3用于分析处理检测信息：根据监测装置的传感器组的特性获取直接测量的量值，湿度为相对湿度（RH%），温度为摄氏度（℃），压力为帕斯卡（Pa）；由这些量和已有的转换公式可获得湿度的其他表示方式：露点温度，体积浓度等；国家与行业对SF6气体湿度的规定值都是按照体积浓度，转换后便于与SF6气体湿度的规定值作比较。
其中，转换公式在IEEE Std C37.122.5TM-2013的标准IEEE Guide for MoistureMeasurement and Control in SF6 Gas-Insulated中有明确说明，其他的相关文献也可以查询到，并且此公式已广泛应用于湿度转换。
所述监测装置包括检测器U1和阅读器U2。
所述检测器U1用于测量GIS设备U0内的SF6气体的湿度、温度、压强；
所述阅读器U2用于收集检测器U1的检测信息并上传检测信息。
参照图2，检测器U1包括壳体，壳体内部为空心结构构成检测气腔U13，壳体一端设有GIS设备充气口连接头U11，壳体另一端设有SF6气体充气口U12，壳体一侧设有传感器组U10。
所述GIS设备充气口连接头U11用于连接GIS设备U0的充气口。GIS设备U0的充气口内置有逆止阀F（逆止阀的作用为防止SF6气体外泄，当外部气压大于GIS设备内部气压时，逆止阀导通）。GIS设备充气口连接头U11内部含有顶针，用于打开GIS设备U0的充气口内的逆止阀。其他结构尺寸按照使用本装置的GIS设备标准制定。
所述检测气腔U13用于承载SF6气体，便于传感器U10对SF6气体的湿度、温度、压强进行检测。检测器U1的壳体的材料可以选用不锈钢、铸铁等。
所述传感器组U10用于对SF6气体的湿度、温度、压强进行检测。
所述SF6气体充气口U12的结构尺寸与GIS设备U0的充气口的结构尺寸完全相同。当GIS设备U0需要充气时，可以直接使用SF6气体充气口U12，无需拆卸本系统，实现本系统的安装不会影响GIS设备U0正常使用的目的。
参照图3，传感器组U10包括SAW-RFID湿度传感器U100、SAW-RFID温度传感器U101、SAW-RFID压力传感器U102，且其各自天线U103、U104、U105的工作频段分别为432MHz、915MHz、433MHz。
湿度传感器U100的传感器基体和天线U103、温度传感器U101的传感器基体和天线U104、压力传感器U102的传感器基体和天线U105均内置于以环氧树脂为材料的圆柱U106中；此圆柱在靠近检测气腔的一侧有为天线及传感器组预留的凹槽（图中未示出），便于天线及传感器组的安装，由于要承受一定的压强，除了凹槽处外，圆柱其它部分为实心；圆柱U106镶嵌于检测器的壳体上，湿度传感器U100的传感器基体下端的传感器薄膜（用于感应湿度）、温度传感器U101的传感器基体下端的传感器薄膜（用于感应温度）、压力传感器U102的传感器基体下端的传感器薄膜（用于感应压强）均穿过检测器的壳体伸入检测气腔U13内。环氧树脂圆柱可起到保持检测气腔U13的完整性和透射射频信号的作用。
参照图4，所述阅读器U2包括：电源模块U20，射频模块U21，MCU模块U22和无线通线模块U23；
所述电源模块U20向射频模块U21，MCU模块U22和无线通信模块U23供电，选用锂电池；
所述MCU模块U22与射频模块U21双向连接，MCU模块U22用于控制射频模块U21向传感器组U10发射对应波长的请求信号并接收传感器组U10返回的检测信息，射频模块U21将接收的检测信息传回给MCU模块U22；
所述MCU模块U22与无线通信模块U23双向连接，MCU模块U22对无线通信模块U23进行唤醒操作并配置相关参数，无线通信模块U23将MCU模块U22接收的检测信息打包成符合TCP/IP协议的数据包，通过4G网络上传检测信息。
本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和变型，倘若这些修改和变型在本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则这些修改和变型也在本发明的保护范围之内。
说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。

Claims (4)

1.一种六氟化硫气体湿度在线监测系统，其特征在于，该系统包括监测装置和监控中心；
所述监测装置用于获取GIS设备内部的SF6气体的检测信息，即湿度、温度、压强，并上传检测信息至监控中心；
所述监控中心用于分析处理检测信息：根据监测装置的传感器组的特性获取直接测量的量值：湿度为相对湿度RH%、温度为摄氏度℃、压力为帕斯卡Pa，获得湿度的体积浓度，以便同国家与行业对SF6气体湿度的规定值作比较。
2.根据权利要求1所述的六氟化硫气体湿度在线监测系统，其特征在于，监测装置包括检测器和阅读器；
所述检测器用于检测SF6气体的湿度、温度、压强；
所述阅读器用于收集检测器的检测信息并上传检测信息。
3.根据权利要求2所述的六氟化硫气体湿度在线监测系统，其特征在于，检测器包括壳体，壳体内部为空心结构构成检测气腔，壳体一端设有GIS设备充气口连接头，壳体另一端设有SF6气体充气口，壳体一侧设有传感器组；
所述GIS设备充气口连接头用于连接GIS设备的充气口；GIS设备充气口连接头内部含有顶针，用于顶开GIS设备充气口内的逆止阀；
所述检测气腔用于承载SF6气体，便于传感器对SF6气体的湿度、温度、压强进行检测；
所述传感器组用于对SF6气体的湿度，温度，压强进行检测；传感器组包括SAW-RFID湿度传感器、SAW-RFID温度传感器、SAW-RFID压力传感器，各传感器分别有各自频段的天线；检测器的壳体上镶嵌有以环氧树脂为材料的实心圆柱，实心圆柱靠近检测气腔的一侧预留有用于安装为天线及传感器基体的凹槽，湿度传感器的传感器基体和天线、温度传感器的传感器基体和天线、压力传感器的传感器基体和天线均内置于所述凹槽中，湿度传感器的传感器基体下端的传感器薄膜、温度传感器的传感器基体下端的传感器薄膜、压力传感器的传感器基体下端的传感器薄膜均穿过检测器的壳体伸入检测气腔内。
4.根据权利要求2所述的六氟化硫气体湿度在线监测系统，其特征在于，阅读器包括电源模块、射频模块和无线通线模块；
所述电源模块向射频模块，MCU模块和无线通信模块供电；
所述MCU模块与射频模块双向连接，MCU模块用于控制射频模块向传感器发射对应波长的请求信号并接收传感器返回的检测信息，射频模块将接收的检测信息传回给MCU模块；
所述MCU模块与无线通信模块双向连接，MCU模块对无线通信模块进行唤醒操作并配置相关参数，通信模块上传MCU模块接收的检测信息。
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