CN107749158A - 一种远程监测充气型电力设备气压的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种远程监测充气型电力设备气压的系统和方法，所述系统包括：数据采集单元，其安装于充气型电力设备气嘴处，用于根据数据中转单元设置的采集频率采集所述充气型电力设备的压力和温度数据；数据中转单元，其与数据采集单元无线连接，用于设置数据采集单元的采集频率，存储与其连接的数据采集单元采集的压力和温度数据，并传输至远程服务端；远程服务端，其通过卫星传输从数据中转单元接收压力和温度数据，对接收的数据进行处理和存储，以及将数据上传至显示单元；显示单元，其用于接收远程服务端上传的数据并进行显示以及预警。

Description

一种远程监测充气型电力设备气压的系统和方法

技术领域

本发明涉及远程监测领域，并且更具体地，涉及一种远程监测充气型电力气压的系统和方法。

背景技术

充气型电力设备包括换流站套管、气体绝缘开关设备(Gas InsulatedSwitchgear，GIS)、直流开关、特高压复合横担等，这种设备内通过充填惰性绝缘气体，例如氮气、SF₆等来保证内绝缘强度，并且已在越来越多的电力系统中应用，在复杂环境气候下，受到低气压、大温差等条件影响，设备内外气压差变化剧烈，影响设备自身气密性，并且大风振动对于充气设备的气密性也会产生不利影响，容易出现接口松动，压接破坏等问题，造成漏气。漏气会直接降低电力设备内绝缘强度，严重时会导致设备故障。

现有的对充气型电力设备的气压检测采用机械表进行测量，主要有两种方式，一种是考虑设备的安全稳定性，高压充气设备运行时无气压监控，在断电检修时，运维人员采用快接式机械表测量设备的气压数据，一种是将机械表安装在运行设备气嘴处，设备运行期间使用望远镜等设备查看气压数据，但使用机械表测量存在以下不足：

1.无法实时监控充气型设备气压数据，如果存在其它泄漏无法及时察觉；

2.部分电气设备布置较高，如充气型复合横担，机械表仪表盘受太阳光反射，无法清晰查看气压数据；

3.对带电设备进行气压数据监测，需要近距离靠近带电设备，部分设备需要爬上杆塔进行查看，工作量大，且影响运维人员人生安全。

4.机械表采用玻璃表盘，长期在户外恶劣天气下易损坏，导致无法获取气压数据。

发明内容

为了解决背景技术存在的现有充气型电力设备气压监测的装置和方法无法实现对充气设备气密性的在线监测的技术问题，本发明提供一种远程监测充气型电力设备气压的系统，所述系统包括：

数据采集单元，其安装于充气型电力设备气嘴处，用于根据数据中转单元设置的采集频率采集所述充气型电力设备的压力和温度数据；

数据中转单元，其与数据采集单元无线连接，用于设置数据采集单元的采集频率，存储与其连接的数据采集单元采集的压力和温度数据，并传输至远程服务端；

远程服务端，其通过卫星传输从数据中转单元接收压力和温度数据，对接收的数据进行处理和存储，以及将数据上传至显示单元；

显示单元，其用于接收远程服务端上传的数据并进行显示以及预警。

进一步地，根据待测充气型电力设备的数量和数据中转单元存储数据的容量，所述系统具备不少于1个的数据中转单元，且每个数据中转单元与不少于1个的数据采集单元进行无线连接。所述数据采集单元与数据中转单元无线连接大大减小了数据采集单元的体积，有效提升了系统的可靠性。数据中转单元的安装位置较灵活，大大提升了系统的便捷性。此外，多个数据采集单元的数据采用一个数据中转单元进行处理，大大节省了材料，简化了系统。

进一步地，远程服务端和数据中转单元通过GPRS或者北斗卫星进行数据传输。

进一步地，所述数据采集单元是能采集压力和温度数据的信号采集传感器，数据中转单元是中继器。所述信号采集传感器将电池、气压传感器和温度传感器密封，采用密封垫保证其气密性，且与电力设备的气嘴对接方式灵活多样，所述座号采集传感器安装后，电路部分可使用2-3年，最大程度的保证了其在电力设备上的安全有效使用。

进一步地，所述信号采集传感器采用内置电池，所述中继器采用太阳能板供电。所述信号采集传感器采用内置电池，可使用3年，所述中继器采用太阳能板供电，两者均无外接电源，可保证在户外长期使用。

进一步地，所述远程服务端包括防火墙、数据处理服务器、数据库服务器、WEB服务器、通讯管理软件和在线监测管理软件。

进一步地，所述显示单元包括计算机和智能移动终端。其中所述智能移动终端包括安卓系统手机、苹果手机、台式电脑、笔记本电脑、平板电脑等。

进一步地，所述远程服务端对接收的数据进行处理包括对接收的气压数据进行统计分析，对接收的温度数据进行修正和获得周/月/年气压数据曲线。

根据本发明的另一方面，本发明提供一种远程监测充气型电力设备气压的方法，所述方法包括：

安装在充气型电力设备上的数据采集单元采集所述充气型电力设备的温度和压力数据并传输至数据中转单元；

数据中转单元接收所有与其连接的数据采集单元上传的温度和压力数据，并通过卫星传输至远程服务端；

远程服务端对接收的温度和压力数据进行处理、存储，并上传至显示单元；

显示单元对远程服务端上传的数据进行显示，并对压力数据出现异常的充气型电力设备发出预警。

进一步地，根据待测充气型电力设备的数量和数据中转单元存储数据的容量，所述方法中使用不少于1个的数据中转单元，且每个数据中转单元与不少于1个的数据采集单元进行无线连接。

进一步地，所述显示单元对远程服务端上传的数据进行显示，并对压力数据出现异常的充气型电力设备发出预警包括通过计算机和智能移动终端对远程服务端上传的数据进行显示，并对压力数据出现异常的充气型电力设备发出预警。

通过本发明所提供的技术方案能够远程实时在线监测充气型电力设备的气压，保证其气密性，并能及时发出预警，从而提升了充气电力设备运行的可靠性，降低了现场运维人员巡检工作强度，有效保证了电网的安全稳定性。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1是本发明具体实施例一的远程监测充气型电力设备气压的系统的结构图；

图2是本发明具体实施例一的信号采集传感器的结构示意图；

图3是本发明具体实施例一的远程监测充气型电力设备气压的方法的流程图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

具体实施例一

图1是本发明具体实施例一的远程监测充气型电力设备气压的系统的结构图。如图1所示，本发明所述的远程监测充气型电力设备气压的系统100包括：

数据采集单元101，其安装于充气型电力设备气嘴处，用于根据数据中转单元102设置的采集频率采集所述充气型电力设备的压力和温度数据；

数据中转单元102，其与数据采集单元101无线连接，用于设置数据采集单元的采集频率，存储与其连接的数据采集单元101采集的压力和温度数据，并传输至远程服务端103；

远程服务端103，其通过卫星传输从数据中转单元102接收压力和温度数据，对接收的数据进行处理和存储，以及将数据上传至显示单元104；

显示单元104，其用于接收远程服务端103上传的数据并进行显示以及预警。

优选地，根据待测充气型电力设备的数量和数据中转单元102存储数据的容量，所述系统具备不少于1个的数据中转单元102，且每个数据中转单元102与不少于1个的数据采集单元101进行无线连接。

优选地，远程服务端103和数据中转单元102通过GPRS105或者北斗卫星106进行数据传输。

优选地，所述数据采集单元101是能采集压力和温度数据的信号采集传感器，数据中转单元102是中继器。

图2是本发明具体实施例一的信号采集传感器的结构示意图。如图2所示，所述信号采集传感器200包括天线201、盖帽202、电池开关203、拨码开关204和安装套管205，其中，电池和采集控制电路板内置于盖帽内。

所述信号采集传感器200现场采集数据参量及指标为：

①主要采集参数：压力、温度；

②辅助数据：剩余电量数据；

③采集时间间隔：可通过中继器2设置，以分钟为单位，自带缺省30分钟时间间隔，剩余电量数据上传时间间隔可以单独设置。

所述信号采集传感器200的压力传感器芯片主要指标包含量程、供电电压、工作电流、休眠电流、ADC、分辨率、精确度、误差范围、启动时间和响应时间等参数，具体参数设置依据使用环境，气压温度范围设定。

所述信号采集传感器200的供电电池指标包括：

①电池支持时间：至少3年；

②供电电池电量耗尽，可以重新更换新的电池；

③传感器上设置电池拨码开关203，开关开就开始供电，同时开始对外发送数据，开关关，停止供电，同时停止发送数据；

④供电电池拨码开关203关后，前期设置的相关参数失效，重新进入缺省参数的配置模式，在正式向数据中转单元102发送数据前，数据中转单元102需要将相关的采集配置参数重新下载到信号采集传感器200；

所述信号采集传感器200无线信号传输距离是200米以上，能抵抗特高压电网的电磁干扰。

所述中继器包括外壳、天线、电池、太阳能板、控制板、通讯板、RS232接口和安装固定接口。

所述中继器的主要性能指标包括：

①温度要求：依据设备现场温度确定；

②电池要求：连续20天无日照供电；

③防水、防尘、防风，满足牢固性要求；

④无网络的条件下，能够保存本地6个月-1年的数据；

⑤无线信号接收距离200米以上，能抵抗特高压电网的电磁干扰；

⑥和数据采集单元101是双向通讯，可以设置数据采集单元101的采集频率；

⑦和远程服务端103是双向通讯，可以发送数据到远程服务端103，远程服务端103可以下载参数到中继器；

⑧带有电源开关；

⑨通讯可采用GPRS/北斗卫星两种形式。

为了对中继器进行配置，还需使用中继器配置管理软件(C/S)。当完成数据采集单元101和中继器的安装后，现场安装服务人员需要设置中继器的相关参数，由于中继器无按钮和屏幕，运维人员需要通过RS232的串口线接到中继器中，通过笔记本电脑上的配置管理软件实现对中继器的管理，配置软件主要功能包括：

①服务器端配置：配置服务器的IP地址、端口、数据上传频率等；

②传感器的管理：传感器的注册、参数下载、数据的获取、数据的图形显示等；

③中继器的状态：剩余电量数据、中继器的经纬度等；

④中继器的日志：记录中继器和传感器、中继器和云端服务器的通讯日志等；

优选地，所述远程服务端103包括防火墙131、数据处理服务器132、数据库服务器133、WEB服务器134、通讯管理软件和在线监测管理软件。

其中，通讯管理软件是C/S模式，部署在电网专网中，主要负责和现场的数据中转单元102通讯、进行通讯数据的数据库存储和通讯日志的记录，所述通讯管理软件支持GPRS和北斗卫星两种通讯模式。

在线监测管理软件是B/S模式，主要是供维护人员实时的感知充气型电力设备的气压状态并进行相关的操作，在线监测管理软件的的功能包括：

①系统的配置管理：配置系统中所有的充气型电力设备、数据采集单元101和数据中转单元102等相关信息(位置、参数、状态)，设置采集的规则、报警的规则等；

②系统视图显示：通过地图、列表、清单等方式显示系统所有的充气型电力设备、数据采集单元101、数据中转单元102等状态信息、数据参数信息、采集信息等；

③实时数据查看：实时查看系统每个采集点的数据，对于重点传感器实时监控；

④历史数据查看：通过图形、列表等方式查看数据采集单元101的压力数据的变化，预测充气型电力设备的压力性能；

⑤预警查看：对于压力变化大的采集点重点关注，查看趋势图，查看历史数据图等，对预警做出相应的处理。

优选地，所述显示单元包括计算机和智能移动终端。其中所述智能移动终端包括安卓系统手机、苹果手机、台式电脑、笔记本电脑、平板电脑等。

优选地，所述远程服务端对接收的数据进行处理包括对接收的气压数据进行统计分析，对接收的温度数据进行修正和获得周/月/年气压数据曲线。

图3是本发明具体实施例一的远程监测充气型电力设备气压的方法的流程图。如图3所示，本发明所述的远程监测充气型电力设备气压的方法从步骤301开始。

在步骤301，安装在充气型电力设备上的数据采集单元采集所述充气型电力设备的温度和压力数据并传输至数据中转单元；

在步骤302，数据中转单元接收所有与其连接的数据采集单元上传的温度和压力数据，并通过卫星传输至远程服务端；

在步骤303，远程服务端对接收的温度和压力数据进行处理、存储，并上传至显示单元；

在步骤304，显示单元对远程服务端上传的数据进行显示，并对压力数据出现异常的充气型电力设备发出预警。

优选地，根据待测充气型电力设备的数量和数据中转单元存储数据的容量，所述方法中使用不少于1个的数据中转单元，且每个数据中转单元与不少于1个的数据采集单元进行无线连接。

优选地，所述显示单元对远程服务端上传的数据进行显示，并对压力数据出现异常的充气型电力设备发出预警包括通过计算机和智能移动终端对远程服务端上传的数据进行显示，并对压力数据出现异常的充气型电力设备发出预警。

具体实施例二

本发明提供一种远程监测充气型特高压复合横担绝缘子气压的系统。所述系统包括信号采集传感器、中继器、远程服务端和显示单元。

信号采集传感器上端连接天线，采用压紧套连接天线和电池及PCB安装仓，所有零部件均采用圆板型设计，内置大功率电池和压力传感器，压力传感器同时对温度和压力数据进行传感，为保证密封性，在进气位置添加下密封垫。

信号采集传感器的压力传感器芯片主要参数设置为量程为0-700kpa，工作电流为1mA,分辨率为3pa,精确度(25℃到70℃,0-700kpa)为≤±3.5％。

充气型特高压复合横担绝缘子内部绝缘气体为N₂，正常压力范围为0.25Mpa～0.3Mpa，其安装位置为40m以上杆塔处，冬季最低气温可达-40℃，复合横担水平放置，端部连接塔身，一相布置2只复合横担，3相共计6只。气嘴位置在低压端部法兰处，考虑补气问题，气嘴处安装一个3通，一个接口连接复合横担气嘴，一个接口为充气预留口，用于气体泄漏后补齐，一个接口为内丝预留口，用于连接气压测量装置。整个3通为铜材质。

因此，针对充气型特高压复合横担绝缘子气压监测设计的信号采集传感器采用外丝口与3通的内丝预留口连接，考虑材质的膨胀系数等，信号采集器传感器外壳设计也采用铜材质。信号采集传感器的天线朝上竖直安装于低压端部位置。每基杆塔的特高压交流单回线路共计6只复合横担，故共安装6个采集器。

每基杆塔上安装1个中继器，其与杆塔上的6个信号采集传感器无线连接。中继器接收天线用于接收信号采集传感器的信号，发射天线用于将信号传出至远程服务端。多个信号采集传感器的多路信号接收后，采用收发信号处理器进行处理，每基杆塔上的6个信号采集传感器和1个中继器用重载固定架和安装固定架安装于杆塔上。

在实际应用中，复合横担位置具有GPRS信号，采用GPRS通信将多基杆塔的多个中继器共同收集的信号传输至远程服务端，所述远程服务端对信号进行处理后传输至显示单元进行气压数据的查看。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该【装置、组件等】”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。

Claims (11)

1.一种远程监测充气型电力设备气压的系统，其特征在于，所述系统包括：

数据采集单元，其安装于充气型电力设备气嘴处，用于根据数据中转单元设置的采集频率采集所述充气型电力设备的压力和温度数据；

数据中转单元，其与数据采集单元无线连接，用于设置数据采集单元的采集频率，存储与其连接的数据采集单元采集的压力和温度数据，并传输至远程服务端；

远程服务端，其通过卫星传输从数据中转单元接收压力和温度数据，对接收的数据进行处理和存储，以及将数据上传至显示单元；

显示单元，其用于接收远程服务端上传的数据并进行显示以及预警。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，根据待测充气型电力设备的数量和数据中转单元存储数据的容量，所述系统具备不少于1个的数据中转单元，且每个数据中转单元与不少于1个的数据采集单元进行无线连接。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，远程服务端和数据中转单元通过GPRS或者北斗卫星进行数据传输。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据采集单元是能采集压力和温度数据的信号采集传感器，数据中转单元是中继器。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述信号采集传感器采用内置电池，所述中继器采用太阳能板供电。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述远程服务端包括防火墙、数据处理服务器、数据库服务器、WEB服务器、通讯管理软件和在线监测管理软件。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述显示单元包括计算机和智能移动终端。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述远程服务端对接收的数据进行处理包括对接收的气压数据进行统计分析，对接收的温度数据进行修正和获得周/月/年气压数据曲线。

9.一种远程监测充气型电力设备气压的方法，其特征在于，所述方法包括：

安装在充气型电力设备上的数据采集单元采集所述充气型电力设备的温度和压力数据并传输至数据中转单元；

数据中转单元接收所有与其连接的数据采集单元上传的温度和压力数据，并通过卫星传输至远程服务端；

远程服务端对接收的温度和压力数据进行处理、存储，并上传至显示单元；

显示单元对远程服务端上传的数据进行显示，并对压力数据出现异常的充气型电力设备发出预警。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，根据待测充气型电力设备的数量和数据中转单元存储数据的容量，所述方法中使用不少于1个的数据中转单元，且每个数据中转单元与不少于1个的数据采集单元进行无线连接。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述显示单元对远程服务端上传的数据进行显示，并对压力数据出现异常的充气型电力设备发出预警包括通过计算机和智能移动终端对远程服务端上传的数据进行显示，并对压力数据出现异常的充气型电力设备发出预警。