CN108332858B - 一种阀冷系统监测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种阀冷系统监测方法及系统，监测方法包括：利用GPS授时装置从GPS卫星上获取标准时间信号，将标准时间信号发送到红外热像仪；红外热像仪根据标准时间信号实时监测换流阀和冷却水回路的温度，得到实时红外热像图，将实时红外热像图发送到处理器；处理器将实时红外热像图与红外热像图案例库进行比对，将比对结果发送到无线通讯装置；无线通讯装置将比对结果发送到阀厅内的主站。本申请提供的阀冷系统监测方法，红外热像仪能够按照标准时间实时检测换流阀和冷却水回路的热量分布情况，增强了阀冷系统检测的时效性。有利于根据热量分布异常快速得到发生故障的位置，提高了故障检测的有效性和准确性。

Description

一种阀冷系统监测方法及系统

技术领域

本申请涉及直流输电系统领域，尤其涉及一种阀冷系统监测方法及系统。

背景技术

在高压直流输电系统中，将交流电和直流电进行转换的站点称为换流站，换流站内设置有阀厅，换流阀是阀厅内主要设备之一。换流阀包括多个可控硅阀片，可控硅阀片在工作过程中产生大量热量，需要由阀厅内设置的阀冷系统进行散热。阀冷系统利用水循环带走热量，如果阀冷系统出现故障，不但会引起可控硅阀片散热不良，使可控硅阀片因过热而损毁，甚至可能导致冷却水洒落在换流站设备上，直接威胁设备安全和系统的稳定运行。

目前，阀冷系统一般采用空气绝缘、水冷的悬吊式结构。阀厅内冷却水回路的运维依靠每年厂家定检，定检依靠测量冷却水压力是否满足要求来检查问题，具体为利用电机控制水泵使得冷却水回路加压，查看冷却水回路在规定时间内是否存在渗漏。

但是，通过定检对阀冷系统的冷却水回路进行监测，只能得出冷却水回路的水循环是否正常，不能有效检出阀冷系统内可控硅阀片散热不良、冷却水回路水温异常等散热故障，无法满足阀冷系统安全运行的维护需求。

发明内容

本申请提供了一种阀冷系统监测方法及系统，以解决阀冷系统散热检测问题。

第一方面，本申请提供了一种阀冷系统监测方法，该方法包括：

利用GPS授时装置从GPS卫星上获取标准时间信号，将所述标准时间信号发送到红外热像仪；

所述红外热像仪根据所述标准时间信号实时监测换流阀和冷却水回路的温度，得到实时红外热像图，将所述实时红外热像图发送到处理器；

所述处理器将所述实时红外热像图与红外热像图案例库进行比对，将比对结果发送到无线通讯装置；

所述无线通讯装置将所述比对结果发送到阀厅内的主站。

优选地，所述处理器将所述实时红外热像图与红外热像图案例库进行比对，将比对结果发送到无线通讯装置，包括：

所述处理器判断所述实时红外热像图与红外热像图案例库相同坐标的像素是否一致；

如果一致，发送检测正常信号到无线通讯装置；

如果不一致，发送预警信号到所述无线通讯装置。

优选地，所述阀冷系统冷却水回路监测方法还包括：

所述无线通讯装置将所述预警信号发送到监控人员的通信终端。

优选地，所述GPS授时装置从GPS卫星上获取标准时间信号，将所述标准时间信号发送到所述红外热像仪之前，还包括：

利用红外热像仪分别监测高压直流输电系统在多种负载、且正常运行时的监测换流阀和冷却水回路的热量分布，得到红外热像图案例库。

第二方面，本申请提供了一种阀冷系统监测系统，所述监测系统包括：GPS授时装置、红外热像仪、处理器、无线通讯装置和电源，其中

所述GPS授时装置与红外热像仪连接，用于从GPS卫星上获取标准时间信号，将所述标准时间信号发送到所述红外热像仪，

所述红外热像仪与处理器连接，用于根据所述标准时间信号实时监测换流阀和冷却水回路的热量分布，得到实时红外热像图，将所述实时红外热像图发送到所述处理器；

所述处理器与无线通讯装置连接，所述处理器内存储有所述换流阀和冷却水回路在正常运行时的红外热像图案例库，所述处理器用于将所述实时红外热像图与所述红外热像图案例库进行比对，将比对结果发送到所述无线通讯装置；

所述无线通讯装置，与阀厅内的主站通信连接，用于将所述比对结果发送到所述主站；

所述电源，分别与所述GPS授时装置、红外热像仪、处理器和无线通讯装置电连接，用于给所述GPS授时装置、红外热像仪、处理器和无线通讯装置提供电能。

优选地，所述阀冷系统监测系统包括控制电路，所述控制电路分别与所述处理器和红外热像仪连接，用于调整红外热像仪的检测方向；

所述红外热像仪包括可调摄像头，所述可调摄像头的初始检测方向为朝向所述换流阀的可控硅阀片；

所述处理器存储的红外热像图案例库包括所述可控硅阀片红外热像图案例库，所述处理器根据所述可控硅阀片的实时红外热像图与所述可控硅阀片红外热像图案例库比对结果不一致，发送检测方向调整信号到所述控制电路；

所述控制电路用于根据所述检测方向调整信号，将所述可调摄像头的检测方向调整为朝向所述冷却水回路。

优选地，所述无线通讯装置包含4G无线通信模块。

优选地，所述电源为蓄电池。

本申请提供的阀冷系统监测方法及系统的有益效果包括：

本申请提供的阀冷系统监测方法，通过GPS授时装置对红外热像仪进行时间同步，使红外热像仪能够按照标准时间实时检测换流阀和冷却水回路的热量分布情况，增强了阀冷系统检测的时效性。利用红外热像仪检测换流阀和冷却水回路的热量分布情况，并将检测结果通过无线通讯装置实时发送到主站，有利于主站的监控人员根据热量分布异常快速得到发生故障的位置，提高了故障检测的有效性和准确性。本申请提供的阀冷系统监测系统，包括：GPS授时装置、红外热像仪、处理器、无线通讯装置和电源，实现了对阀冷系统内热量分布的直接监测，保障了高压直流输电系统的稳定运行和换流站内的设备安全。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种阀冷系统监测方法的流程示意图；

图2A为本申请实施例提供的一种无缺陷均质体表面温度分布示意图；

图2B为本申请实施例提供的一种隔热型缺陷物体表面温度分布示意图；

图2C为本申请实施例提供的一种导热性缺陷物体表面温度分布示意图；

图3为本申请实施例提供的一种阀冷系统监测系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通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，都应当属于本申请保护的范围。

本申请实施例利用红外热像仪监测阀组件上可控硅阀片和阀片周边的冷却水回路获取得到红外热像图，热像图与被监测部件表面的热分布场相对应。利用处理器将红外热像仪获取的红外热像图与正常情况下的红外热像图进行对比，如果比对结果一致，说明换流阀温度正常，冷却水回路工作正常。如果比对结果不一致，说明冷却水回路异常，通过无线网络将异常信号发送至运维人员，同时主站系统调取阀冷系统相关测量量，综合分析比较，从而给出异常部位的判断结果。具体检测过程参见图1，为本申请实施例提供的一种阀冷系统监测方法的流程示意图，如图1所示，本申请提供的阀冷系统监测方法，具体包括以下步骤：

步骤S100：利用红外热像仪分别监测高压直流输电系统在多种负载、且正常运行时的监测换流阀和冷却水回路的热量分布，得到红外热像图案例库。

具体的，红外热像仪利用红外探测器和光学成像物镜接收被测物体的红外辐射能量，将能量分布图形反映到红外探测器的光敏元件上，从而获得红外热像图，这种红外热像图与被测物体表面的热分布场相对应，红外热像图的上面的不同颜色代表被测物体的不同温度。红外热像仪的检测是非接触性的，为无损检测，不会对被检测物体产生干扰，利用红外热像仪对阀冷系统进行监测，可以实现大范围、宽视野内测量，单次测量面积大。

本实施例中，首先执行该步骤S100，对高压直流输电系统在多种负载、且正常运行时的监测换流阀和可控硅阀片周边冷却水回路的热量分布进行测量和计算，得到不同负载时的红外热像图案例库，作为高压直流输电系统阀冷系统检测、分析处理的参照对象；然后在阀冷系统的日常检测中，只需执行步骤S110-S140，即可实现对阀冷系统热量分布的监测。

对换流阀的检测主要包括对换流阀内可控硅阀片的检测。在高压直流输电系统中，一旦发生主过滤器滤网破碎，碎片卡在接近可控硅阀片的冷却水大导管与小导管的接口处的情况，只能依靠进阀冷系统的水温和出阀冷系统的水温来判断，由于水温测量精度低，传导延时有误差，难以依靠总水温的变化来判断冷却水回路工作正常。本申请通过直接对换流阀的温度和热量分布进行检测，能够快速准确判断换流阀是否正常工作。

对冷却水回路的检测为对闭环去离子水循环系统(内冷水系统)进行检测。冷却水回路的冷却范围包含可控硅阀片、阀电抗器(阳极电抗器)以及RC阻尼回路中的电阻器。本申请通过直接对冷却水回路的温度和热量分布进行检测，能够快速准确判断冷却水回路是否正常工作。

步骤S110：利用GPS授时装置从GPS卫星上获取标准时间信号，将标准时间信号发送到红外热像仪。

具体的，GPS授时装置可为GPS时钟，GPS时钟可接收GPS卫星发射的低功率无线电信号，通过计算得出标准时间信号，将标准时间信号发送到红外热像仪。

步骤S120：红外热像仪根据标准时间信号实时监测换流阀和冷却水回路的温度，得到实时红外热像图，将实时红外热像图发送到处理器。

具体的，红外热像仪根据GPS时钟发送的标准时间信号进行时间同步，实时监测换流阀和冷却水回路的温度，得到实时红外热像图。实时红外热像图上包含有时间信息。由于时间信息根据步骤S110获得，精确性高，因此实时红外热像图的时效性高，能够有效反映阀冷系统的实时热量分布情况。

本实施例中，红外热像仪可选为红外探测器设置有可调摄像头的热像仪，能够调节检测方向。初始检测方向设置为朝向换流阀的可控硅阀片。由于可控硅阀片是阀冷系统中的易损装置，因此，本申请实施例设置红外热像仪的初始检测方向为可控硅阀片，能够满足可控硅阀片的检测需求；并且，由于本申请实施例提供的监测方法为实时监测，需要对大量实时红外热像图进行处理，因此，初始检测只检测可控硅阀片，还能保证较高地检测处理效率。另外，如果只是某一个出现故障或某几个可控硅阀片出现轻微故障，冷却水回路的温度不会有激烈变化，因此，初始检测只检测可控硅阀片，能够满足阀冷系统的正常检测需求。当然，也可设置同时检测可控硅阀片和冷却水回路，得到的检测结果能够更加全面地反映阀冷系统的热量分布状态。

步骤S130：处理器将实时红外热像图与红外热像图案例库进行比对，将比对结果发送到无线通讯装置。

具体的，处理器可选微处理器，微处理器体积较小，且能够满足本实施例中的数据处理要求。微处理器接收红外热像仪发送的实时红外热像图，将实时红外热像图与红外热像图案例库进行比对，比对方式可为：判断实时红外热像图与红外热像图案例库相同坐标的像素是否一致，例如，随机选择实时红外热像图上的10000个像素，再选择红外热像图案例库中的热像图上，与上述10000个像素相同检测位置坐标的像素，将两幅热像图上的像素相减再累计求和，如果和约等于0，则得到比对结果：实时红外热像图与红外热像图案例库中的热像图相同，说明换流阀温度正常，冷却水回路工作正常；反之，则得到比对结果：实时红外热像图与红外热像图案例库中的热像图差异较大，说明换流阀或冷却水回路工作异常。

根据红外检测原理，当物体的温度同环境温度存在差异时，就会在物体内部产生热量的流动。参见图2A，为本申请实施例提供的一种无缺陷均质体表面温度分布示意图，如图2A所示，对于无缺陷均质体，当热流均匀注入时，热流能够均匀地向其内部或表面扩散，其表面的温度场分布为均匀的。本实施例中，如果被检测的可控硅阀片正常无缺陷，则可控硅阀片进行散热时，可控硅阀片表面的温度场分布为均匀的。参见图2B，为本申请实施例提供的一种隔热型缺陷物体表面温度分布示意图。对于被检测物体，当热流均匀注入时，如果其内部存在隔热性缺陷，热流会在缺陷处受阻，造成热量堆积，导致表面出现温度高的局部热区。本实施例中，如果被检测的可控硅阀片内部存在隔热性缺陷，则可控硅阀片表面出现温度高的局部热区。参见图2C，为本申请实施例提供的一种导热型缺陷物体表面温度分布示意图。对于被检测物体，当热流均匀注入时，如果其内部存在导热型缺陷，将会导致物体表面出现温度低的局部冷区。本实施例中，如果被检测的可控硅阀片内部存在导热性缺陷，将会导致可控硅阀片表面出现温度低的局部冷区。局部热区和局部冷区均能在实时红外热像图上以不同颜色体现出来，因此，通过对实时红外热像图的分析，也可判断可控硅阀片是否存在缺陷或异常。对于冷却水回路的检测原理与此类似，在此不再赘述。

如果在步骤S120中设置的初始检测方向为可控硅阀片，且在本步骤中得到比对结果为：实时红外热像图与红外热像图案例库中的热像图差异较大，则将可调摄像头的检测方向调整为朝向冷却水回路，对冷却水回路进行检测，从而为分析冷却水回路是否受到可控硅阀片异常或故障的较大影响，或者是冷却水回路异常导致的可控硅阀片异常提供监测数据。

进一步的，通过处理器根据比对结果一致，发送检测正常信号到无线通讯装置，根据比对不一致，发送预警信号到无线通讯装置。无线通讯装置可包含4G无线通信模块，能够进行4G通信。进行4G通信可利用目前广泛分布的4G公用网络，通信效果稳定，可靠性高。当然，还可选择其他通信方式，如zigbee通信、蓝牙通信等。

步骤S140：无线通讯装置将比对结果发送到阀厅内的主站。

具体的，利用无线通讯装置将步骤S130得到的检测正常信号或预警信号发送至阀厅内的主站，从而进行数据存档，以及供主站内的工作人员进行分析。

本实施例中，无线通讯装置还直接将预警信号发送到监控人员的通信终端，提示监控人员及时对阀冷系统的异常状况进行处理，避免发生进一步故障造成较大损失。

进一步的，当检测到换流阀或冷却水回回路异常时，主站系统通过调取日常监测的冷却水流量值、进阀压力和进阀温度等测量值进行判断，综合得出故障原因，可提高故障分析的准确性与可靠性。

为对本实施例提供的阀冷系统冷却水回路监测方法做进一步说明，本实施例还提供了一种阀冷系统冷却水回路监测系统，参见图3，为本申请实施例提供的一种阀冷系统冷却水回路监测系统的结构示意图，如图3所示，本申请提供的阀冷系统冷却水回路监测系统，包括：

GPS授时装置1、红外热像仪2、处理器3、无线通讯装置4、电源5和控制电路6。

具体的，GPS授时装置1与红外热像仪2连接，用于从GPS卫星上获取标准时间信号，将标准时间信号发送到红外热像仪2。

红外热像仪2安装在阀塔的每个阀组件底座上，红外热像仪2设置有可调摄像头，可调摄像头的初始检测方向为朝向换流阀的可控硅阀片，可调摄像头的检测方向可调整至朝向冷却水回路。红外热像仪2与处理器3连接，用于根据标准时间信号实时监测换流阀和冷却水回路的热量分布，得到实时红外热像图，将实时红外热像图发送到处理器3。

红外热像仪2和处理器3之间连接有控制电路6，处理器3可通过控制电路6就调整红外热像仪2的检测方向。

处理器3与无线通讯装置4连接，处理器3内存储有换流阀和冷却水回路在正常运行时的红外热像图案例库，红外热像图案例库包括可控硅阀片红外热像图案例库，处理器3用于将实时红外热像图与红外热像图案例库进行比对，将比对结果发送到无线通讯装置4，以及根据可控硅阀片的实时红外热像图与可控硅阀片红外热像图案例库比对结果不一致，发送检测方向调整信号到控制电路6，使控制电路6可根据检测方向调整信号调整红外热像仪2的检测方向。

无线通讯装置4，与阀厅内的主站、监控人员的移动终端通信连接，用于将比对结果发送到主站，以及将预警信号发送到监控人员的移动终端。

电源5，可为蓄电池，分别与GPS授时装置1、红外热像仪2、处理器3和无线通讯装置4电连接，用于给GPS授时装置1、红外热像仪2、处理器3和无线通讯装置4提供电能。利用蓄电池进行供电，避免了利用交流电源导致线路缠绕、破裂等带来的安全隐患，提高了安全性。

由于以上实施方式均是在其他方式之上引用结合进行说明，不同实施例之间均具有相同的部分，本说明书中各个实施例之间相同、相似的部分互相参见即可。在此不再详细阐述。

由以上实施例可见，本申请提供的阀冷系统监测方法，通过GPS授时装置对红外热像仪进行时间同步，使红外热像仪能够按照标准时间实时检测换流阀和冷却水回路的热量分布情况，增强了阀冷系统检测的时效性。利用红外热像仪检测换流阀和冷却水回路的热量分布情况，并将检测结果通过无线通讯装置实时发送到主站，有利于主站的监控人员根据热量分布异常快速得到发生故障的位置，提高了故障检测的有效性和准确性。本申请提供的阀冷系统监测装置，包括GPS授时装置、红外热像仪、处理器、无线通讯装置和电源，实现了对阀冷系统内热量分布的直接监测，保障了高压直流输电系统的稳定运行和换流站内的设备安全。

需要说明的是，在本说明书中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的电路结构、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种电路结构、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，有语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的电路结构、或者装置中还存在另外的要素。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本申请的其他实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由权利要求的内容指出。

以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。

Claims (7)

1.一种阀冷系统冷却水回路监测方法，其特征在于，包括：

利用GPS授时装置从GPS卫星上获取标准时间信号，将所述标准时间信号发送到红外热像仪；

所述红外热像仪根据所述标准时间信号实时监测换流阀的可控硅阀片的温度，得到所述可控硅阀片的实时红外热像图，将所述可控硅阀片的实时红外热像图发送到处理器，所述红外热像仪包括可调摄像头；

所述处理器将所述可控硅阀片的实时红外热像图与换流阀在正常运行时的可控硅阀片红外热像图案例库进行比对，将比对结果发送到无线通讯装置，当所述比对结果不一致时，所述处理器还发送检测方向调整信号到控制电路；

所述无线通讯装置将所述比对结果发送到阀厅内的主站，所述控制电路根据所述检测方向调整信号，将所述可调摄像头的检测方向调整为朝向冷却水回路。

2.如权利要求1所述的阀冷系统冷却水回路监测方法，其特征在于，所述处理器将所述实时红外热像图与红外热像图案例库进行比对，将比对结果发送到无线通讯装置，包括：

所述处理器判断所述实时红外热像图与红外热像图案例库相同坐标的像素是否一致；

如果一致，发送检测正常信号到无线通讯装置；

如果不一致，发送预警信号到所述无线通讯装置。

3.如权利要求2所述的阀冷系统冷却水回路监测方法，其特征在于，所述阀冷系统冷却水回路监测方法还包括：

所述无线通讯装置将所述预警信号发送到监控人员的通信终端。

4.如权利要求1所述的阀冷系统冷却水回路监测方法，其特征在于，所述GPS授时装置从GPS卫星上获取标准时间信号，将所述标准时间信号发送到所述红外热像仪之前，还包括：

利用红外热像仪分别监测高压直流输电系统在多种负载、且正常运行时的监测换流阀和冷却水回路的热量分布，得到红外热像图案例库。

5.一种阀冷系统监测系统，其特征在于，包括：GPS授时装置(1)、红外热像仪(2)、处理器(3)、无线通讯装置(4)、电源(5)和控制电路(6)，其中，

所述GPS授时装置(1)与红外热像仪(2)连接，用于从GPS卫星上获取标准时间信号，将所述标准时间信号发送到所述红外热像仪(2)；

所述红外热像仪(2)与处理器(3)连接，所述红外热像仪(2)包括可调摄像头，所述可调摄像头的初始检测方向为朝向换流阀的可控硅阀片，所述红外热像仪(2)用于根据所述标准时间信号实时监测换流阀的可控硅阀片的热量分布，得到可控硅阀片的实时红外热像图，将所述可控硅阀片的实时红外热像图发送到所述处理器(3)；

所述处理器(3)与无线通讯装置(4)连接，所述处理器(3)内存储有所述换流阀的可控硅阀片和冷却水回路在正常运行时的红外热像图案例库，所述处理器(3)用于将所述可控硅阀片的实时红外热像图与所述可控硅阀片红外热像图案例库进行比对，将比对结果发送到所述无线通讯装置(4)；

所述无线通讯装置(4)，与阀厅内的主站通信连接，用于将所述比对结果发送到所述主站；

所述处理器(3)还根据所述可控硅阀片的实时红外热像图与所述可控硅阀片红外热像图案例库比对结果不一致，发送检测方向调整信号到所述控制电路(6)；

所述控制电路(6)用于根据所述检测方向调整信号，将所述可调摄像头的检测方向调整为朝向所述冷却水回路；

所述电源(5)，分别与所述GPS授时装置(1)、红外热像仪(2)、处理器(3)、无线通讯装置(4)和控制电路(6)电连接，用于给所述GPS授时装置(1)、红外热像仪(2)、处理器(3)、无线通讯装置(4)和控制电路(6)提供电能。

6.如权利要求5所述的阀冷系统监测系统，其特征在于，所述无线通讯装置(4)包含4G无线通信模块。

7.如权利要求5所述的阀冷系统监测系统，其特征在于，所述电源(5)为蓄电池。

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