CN107884681B - Gil管道内部故障监测定位系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种GIL管道内部故障监测定位系统及方法，该系统包括若干光学传感器、若干光信号采集器和监测定位装置，光学传感器设于GIL管道的充气单元的外壁上，光学传感器采用穿墙型光学传感器，光学传感器的穿入端采用广角镜头，且光学传感器的穿入端穿入GIL管道的内部，光学传感器的未穿入端设于GIL管道外，光学传感器的未穿入端为光纤接口，光学传感器通过光纤接口与塑料光纤连接光信号采集器，光信号采集器通过通信光纤连接监测定位装置；本发明依据光信号可靠检测GIL管道内部绝缘或局放故障，不受电磁和环境干扰；可精确定位故障至每节管道，定位信息可靠。
Description
技术领域
本发明涉及一种GIL管道内部故障监测定位系统及方法。
背景技术
GIL(gas-insulated metal enclosed transmission line)即气体绝缘金属封闭输电线路，是一种采用六氟化硫(SF6)或其它气体绝缘、外壳与导体同轴布置的高电压、大电流、长距离电力传输设备，具有输电容量大、损耗小、占地少、运行可靠性高、维护量小、寿命长、环境影响小等显著优点。
近年来，随着特高压输电系统的大力推广和城市变电站电压等级的提高，GIL线路的应用越来越广泛。2016年淮南-南京-上海1000千伏特高压交流输变电工程苏通GIL综合管廊工程开工，城市变电站内，主变的电源接入也多采用GIL线路，都标志着GIL的运行现场越来越多。
GIL作为重要电力输送通道，其运行的安全稳定性至关重要，其运行过程中的主要隐患是绝缘问题，目前行业内主要对其局部放电、气体压力、温度、气体泄漏等进行监测，而对局放的在线监测往往采用超声或高频电磁波检测的方式进行。在复杂的电磁环境下，超声和高频电磁波很容易受到干扰，因此采用超声或高频检测的方式往往不够准确，容易产生误报，同时由于高频信号在空气中传输极快，根据接收时刻形成的定位位置也不准确。
发明内容
针对上述不足，本发明的目的是提供一种GIL管道内部故障监测定位系统及方法，采用光学检测实现GIL内部绝缘损坏或局部放电的故障定位。现有技术方案采用超声或高频检测，在复杂的电磁环境下，很容易受到干扰，容易产生误报，同时由于高频信号在空气中传输极快，根据接收时刻形成的定位位置也不准确，为此本发明提出采用光信号检测来解决上述问题。
本发明的技术解决方案是：
一种GIL管道内部故障监测定位系统，包括若干光学传感器、若干光信号采集器和监测定位装置，光学传感器设于GIL管道的充气单元的外壁上，光学传感器采用穿墙型光学传感器，光学传感器的穿入端采用广角镜头，且光学传感器的穿入端穿入GIL管道的内部，光学传感器的未穿入端设于GIL管道外，光学传感器的未穿入端为光纤接口，光学传感器通过光纤接口与塑料光纤连接光信号采集器，光信号采集器通过通信光纤连接监测定位装置。
进一步地，光信号采集器包括光电转换模块、AD采样模块、CPU处理模块、光纤级联模块、电源模块和地址整定模块，光电转换模块通过AD采样模块连接CPU处理模块的输入端，CPU处理模块还连接电源模块和地址整定模块，CPU处理模块的输出端通过光纤级联模块、通信光纤连接监测定位装置。
进一步地，光学传感器传送光信号经过光电转换后进入AD采样模块，CPU处理模块从AD处理模块读取数据并计算后得到光强信号，通过光纤级联模块实现与监测定位装置进行通信，地址整定模块整定本光信号采集器的地址，且光信号采集器的地址在一条光纤链路中唯一。
进一步地，监测定位装置通过光纤级联模块获得每节GIL管道的充气单元内部的光信号信息，根据数据来源进行定位，某充气单元产生光信号则认为该充气单元的内部产生绝缘或局放故障，根据光信号的强度给出是否检修建议。
进一步地，光学传感器与光信号采集器一一对应设置，各光信号采集器通过光纤级联。
进一步地，开始工作时，将起始位置的光信号采集器定时发起光纤通信，其他光信号采集器在收到上级光信号采集器的光纤信号后，将上级光信号采集器发送过来的数据继续往下一级传输光信号采集器，同时将本机地址和数据加入数据包，通信链路的终端为监测定位装置，其接收到级联链路的光纤信号后，通过解包即可得到链路中所有光信号采集器的地址和数据信息。
一种采用上述任一项所述系统的GIL管道内部故障监测定位方法，通过在GIL管道的充气单元上安装光学传感器进行光信号监测，光学传感器将光信号发送给光信号采集器，光信号采集器通过通信光纤实现数据上传至监测定位装置，监测定位装置实现对GIL管道的在线故障监测。
进一步地，具体为，光学传感器检测到GIL管道内的光学信号后，通过塑料光纤将信号传送至光电转换模块，CPU处理模块通过AD采样模块将光信号转换为数字信号，计算其光强度；若地址整定模块整定本机地址为设定的起始位置地址，则CPU处理模块将主动发起链路上的光纤通信，将本机地址和数据打包通过光纤级联模块的发送接口将数据发送给监测定位装置；若地址整定模块整定本机地址不为设定的起始位置地址，则CPU处理模块在接收到光纤级联模块发送过来的接收数据后，将本机地址和数据加入接收数据包，再通过光纤级联模块的发送接口将数据发送给监测定位装置。
本发明的有益效果是：
一、本发明依据光信号可靠检测GIL管道内部绝缘或局放故障，不受电磁和环境干扰；
二、该种GIL管道内部故障监测定位系统及方法，可精确定位故障至每节管道，定位信息可靠；
三、本发明采用光纤级联的通信方式，施工简单，抗干扰能力强；
四、本发明一台监测定位装置即可监测一条管道，拓扑结构简单，系统成本低，安装的传感器越多定位精度越高。
附图说明
图1是本发明实施例GIL管道内部故障监测定位系统及方法的说明示意图；
图2是实施例中光信号采集器的结构示意图；
其中：1、11、21、31、41-光学传感器，2-塑料光纤，3-光电转换模块，4-AD采样模块，5-CPU处理模块，6-光纤级联模块，7-电源模块，8-地址整定模块，10、20、30、40-光信号采集器，12、22、32、42-塑料光纤，13、23、33、43-通信光纤，50-监测定位装置。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
实施例
一种GIL管道内部故障监测定位系统，如图1，包括若干光学传感器1、若干光信号采集器10、20、30、40和监测定位装置50，光学传感器1设于GIL管道的充气单元的外壁上，光学传感器1采用穿墙型光学传感器1，光学传感器1的穿入端采用广角镜头，且光学传感器1的穿入端穿入GIL管道的内部，光学传感器1的未穿入端设于GIL管道外，光学传感器1的未穿入端为光纤接口，光学传感器1通过光纤接口与塑料光纤2连接光信号采集器10、20、30、40，光信号采集器10、20、30、40通过通信光纤连接监测定位装置50。
如图2，光信号采集器10、20、30、40包括光电转换模块3、AD采样模块4、CPU处理模块5、光纤级联模块6、电源模块7和地址整定模块8，光电转换模块3通过AD采样模块4连接CPU处理模块5的输入端，CPU处理模块5还连接电源模块7和地址整定模块8，CPU处理模块5的输出端通过光纤级联模块6、通信光纤连接监测定位装置50。
该种GIL管道内部故障监测定位系统，通过在GIL管道安装光学传感器1进行光信号监测，通过采集器间的光纤级联通信实现数据上传，系统可实现对GIL线路的在线监测，防微杜渐，防止事故扩大，故障后定位准确，减少检修时间。
由于GIL管道线路很长，设计时一般分为多个充气单元，每个充气单元由多个制造单元组成，不同充气单元之间各自封闭，无气体流动，不同制造单元之间设置伸缩节，防止热胀冷缩损坏GIL管道，因此各制造单元之间光信号不易穿透。制造GIL管道时，在每节管道外壁安装光学传感器1。传感器为穿墙型，在管道内部为广角镜头，可接收管道内各个方向的光信号，在管道外为光纤接口，可将内部光信号聚焦后传送至塑料光纤2，进而引入至监测装置。实施例中，光学传感器1与光信号采集器10、20、30、40一一对应设置，各光信号采集器10、20、30、40通过光纤级联。
实施例中，光学传感器1传送光信号经过光电转换后进入AD采样模块4，CPU处理模块5从AD处理模块读取数据并计算后得到光强信号，通过光纤级联模块6实现与监测定位装置50进行通信，地址整定模块8整定本光信号采集器10、20、30、40的地址，且光信号采集器10、20、30、40的地址在一条光纤链路中唯一。
实施例中，监测定位装置50通过光纤级联模块6获得每节GIL管道的充气单元内部的光信号信息，根据数据来源进行定位，某充气单元产生光信号则认为该充气单元的内部产生绝缘或局放故障，根据光信号的强度给出是否检修建议。
一种采用上述任一项所述系统的GIL管道内部故障监测定位方法，通过在GIL管道的充气单元上安装光学传感器1进行光信号监测，光学传感器1将光信号发送给光信号采集器10、20、30、40，光信号采集器10、20、30、40通过通信光纤实现数据上传至监测定位装置50，监测定位装置50实现对GIL管道的在线故障监测。
实施例方法具体为，光学传感器1检测到GIL管道内的光学信号后，通过塑料光纤2将信号传送至光电转换模块3，CPU处理模块5通过AD采样模块4将光信号转换为数字信号，计算其光强度；若地址整定模块8整定本机地址为设定的起始位置地址，则CPU处理模块5将主动发起链路上的光纤通信，将本机地址和数据打包通过光纤级联模块6的发送接口将数据发送给监测定位装置50；若地址整定模块8整定本机地址不为设定的起始位置地址，则CPU处理模块5在接收到光纤级联模块6发送过来的接收数据后，将本机地址和数据加入接收数据包，再通过光纤级联模块6的发送接口将数据发送给监测定位装置50。
实施例的原理说明如下：在GIL内部发生绝缘损坏或局部放电时，产生超声和高频电磁波的同时，也会产生闪弧发光。在GIL管道制造时安装光学传感器1，用于监测管道内的发光情况，GIL正常运行时，内部无光信号，产生故障时即可检测到光信号，据此可实现对GIL内部的故障监测和定位。
参照图1，以4节GIL管道为例说明本发明所述故障监测定位方法及系统，在GIL管道充气单元一、充气单元二、充气单元三和充气单元四上分别安装光学传感器11、21、31、41用于收集管道内的光学信号，光学传感器11、21、31、41的外端分别通过塑料光纤12、22、32、42连接至光信号采集器10、20、30、40，光信号采集器10、20、30、40通过光纤级联，每个光信号采集器10、20、30、40具有链路内唯一地址，将起始位置的光信号采集器10地址设为0，如图中的光信号采集器10。连接时地址为0的光信号采集器10光纤接收接口空置，发送接口通过通信光纤13连接至光信号采集器20的光纤接收接口，光信号采集器20的光纤发送接口通过光纤23连接至光信号采集器30，依次类推，光信号采集器40的光纤发送接口通过光纤43连接至监测定位装置50的光纤接收接口。系统开始工作时，地址为0的光信号采集器10定时发起光纤通信，其他光信号采集器20、30、40在收到上级光信号采集器10、20、30的光纤信号后，将上级光信号采集器10、20、30发送过来的数据继续往下一级光信号采集器20、30、40传输，同时将本机地址和数据加入数据包，通信链路的终端为监测定位装置50，其接收到级联链路的光纤信号后，通过解包即可得到链路中所有光信号采集器10、20、30、40的地址和数据信息。
参照图2，光学传感器1检测到GIL管道内的光学信号后，通过塑料光纤2将信号传送至光电转换模块3，CPU处理模块5通过AD采样模块4将光信号转换为数字信号，计算其光强度。若地址整定模块8整定本机地址为0，则CPU处理模块5将主动发起链路上的光纤通信，将本机地址和数据打包通过光纤级联模块6的发送接口将数据发送出去；若地址整定模块8整定本机地址不为0，则CPU处理模块5在接收到光纤级联模块6发送过来的接收数据后，将本机地址和数据加入接收数据包，再通过光纤级联模块6的发送接口将数据发送出去。
实施例依据光信号可靠检测GIL管道内部绝缘或局放故障，不受电磁和环境干扰；可精确定位故障至每节管道，定位信息可靠；该系统采用光纤级联的通信方式，施工简单，抗干扰能力强；实施例中一台监测定位装置50即可监测一条管道，拓扑结构简单，系统成本低，安装的光学传感器1越多定位精度越高。
上述实施案例不以任何形式限定本发明，凡采取等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种GIL管道内部故障监测定位系统，其特征在于：包括若干光学传感器、若干光信号采集器和监测定位装置，光学传感器设于GIL管道的充气单元的外壁上，光学传感器采用穿墙型光学传感器，光学传感器的穿入端采用广角镜头，且光学传感器的穿入端穿入GIL管道的内部，光学传感器的未穿入端设于GIL管道外，光学传感器的未穿入端为光纤接口，光学传感器通过光纤接口与塑料光纤连接光信号采集器，光信号采集器通过通信光纤连接监测定位装置；光学传感器与光信号采集器一一对应设置，各光信号采集器通过光纤级联；
光信号采集器包括光电转换模块、AD采样模块、CPU处理模块、光纤级联模块、电源模块和地址整定模块，光电转换模块通过AD采样模块连接CPU处理模块的输入端，CPU处理模块还连接电源模块和地址整定模块，CPU处理模块的输出端通过光纤级联模块、通信光纤连接监测定位装置；光学传感器传送光信号经过光电转换后进入AD采样模块，CPU处理模块从AD处理模块读取数据并计算后得到光强信号，通过光纤级联模块实现与监测定位装置进行通信，地址整定模块整定本光信号采集器的地址，且光信号采集器的地址在一条光纤链路中唯一；监测定位装置通过光纤级联模块获得每节GIL管道的充气单元内部的光信号信息，根据数据来源进行定位，某充气单元产生光信号则认为该充气单元的内部产生绝缘或局放故障，根据光信号的强度给出是否检修建议。
2.如权利要求1所述的GIL管道内部故障监测定位系统，其特征在于：开始工作时，将起始位置的光信号采集器定时发起光纤通信，其他光信号采集器在收到上级光信号采集器的光纤信号后，将上级光信号采集器发送过来的数据继续往下一级传输光信号采集器，同时将本机地址和数据加入数据包，通信链路的终端为监测定位装置，其接收到级联链路的光纤信号后，通过解包即可得到链路中所有光信号采集器的地址和数据信息。
3.一种采用权利要求1或2所述系统的GIL管道内部故障监测定位方法，其特征在于：通过在GIL管道的充气单元上安装光学传感器进行光信号监测，光学传感器将光信号发送给光信号采集器，光信号采集器通过通信光纤实现数据上传至监测定位装置，监测定位装置实现对GIL管道的在线故障监测。
4.如权利要求3所述的GIL管道内部故障监测定位方法，其特征在于：具体为，光学传感器检测到GIL管道内的光学信号后，通过塑料光纤将信号传送至光电转换模块，CPU处理模块通过AD采样模块将光信号转换为数字信号，计算其光强度；若地址整定模块整定本机地址为设定的起始位置地址，则CPU处理模块将主动发起链路上的光纤通信，将本机地址和数据打包通过光纤级联模块的发送接口将数据发送给监测定位装置；若地址整定模块整定本机地址不为设定的起始位置地址，则CPU处理模块在接收到光纤级联模块发送过来的接收数据后，将本机地址和数据加入接收数据包，再通过光纤级联模块的发送接口将数据发送给监测定位装置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20230418 Address after: 501 and 502, 5th floor, No. 8 Yongshun Road, Qinhuai District, Nanjing City, Jiangsu Province, 210014 Patentee after: Nanjing Qizhi Electrical Technology Co.,Ltd. Address before: 1 No. 211167 Jiangsu city of Nanjing province Jiangning Science Park Hongjing Road Patentee before: NANJING INSTITUTE OF TECHNOLOGY |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: GIL pipeline internal fault monitoring and positioning system and method Effective date of registration: 20231018 Granted publication date: 20210223 Pledgee: Chengdong Branch of Nanjing Bank Co.,Ltd. Pledgor: Nanjing Qizhi Electrical Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2023980061409 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |