CN109855523A - 一种变电站gis母线筒波纹管伸缩位移的监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种变电站GIS母线筒波纹管伸缩位移的监测装置，包括测量表计，所述测量表计包括高精度直流电源，所述高精度直流电源与温度系数稳定的测量电阻和带连杆的高精度滑动变阻器串联；所述温度系数稳定的测量电阻与电压信号采集与位移计算单元并联，通过温度系统稳定的材料制作的连接杆带动高精密滑动数字化电阻计螺杆实现波纹管伸缩水平位移的数字化精确测量，并通过液晶屏实现可视化显示。本发明为GIS波纹管温度位移的量化监测提供了强有力的支撑。

Description

一种变电站GIS母线筒波纹管伸缩位移的监测装置及方法

技术领域

本发明涉及变电站GIS状态监测技术领域，尤其涉及一种变电站GIS母线筒波纹管伸缩位移的监测装置及方法。

背景技术

对于户外GIS设备，特别是复杂气候和地质环境下，母线筒不可避免地受到运行中温度变化产生的热胀冷缩、基础不均匀沉陷等因素的影响，GIS设备产生位移是不可避免的。因此工程上为了补偿位移和调节现场安装尺寸，需在母线筒上装设金属波纹管补偿器用于安装调整、补偿基础间的相对位移，以及运行中补偿热胀冷缩的伸缩量等引起的位移。

理论上，通过正确的合理配置波纹管和高质量的现场安装施工，可有效消除温变位移应力的危害，但工程实际表明：随着运行时间的增加或由于波纹管和支撑的配合不合理或产品设计或现场安装施工质量造成波纹管位移补偿功能失效时有发生，实际运维工作中无法通过有效手段来监测其尺寸变化情况，当伸缩节位移较大时不能及时发现，从而埋下隐患。户外GIS设备由于缺乏专用的测量工具来实时监测伸缩节的位移变化情况，已成为造成GIS设备气体泄漏的主要因素之一，严重威胁着GIS设备运行可靠性和安全性。可见实现GIS波纹管位移的在线观测对提升GIS设备的运行安全性具有重要的工程价值。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供了一种变电站GIS母线筒波纹管伸缩位移的监测装置及方法，将波纹管伸缩变量(冷缩，热胀)反映为滑动变阻器的阻值变化，通过检测测量电阻的端电压的变化，间接测量出波纹管的伸缩位移值。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

本发明提供了一种变电站GIS母线筒波纹管伸缩位移的监测装置，包括测量表计，所述测量表计包括高精度直流电源，所述高精度直流电源与温度系数稳定的测量电阻和带连杆的高精度滑动变阻器串联；所述温度系数稳定的测量电阻与电压信号采集与位移计算单元并联。

进一步，所述电压信号采集与位移计算单元包括电压信号调节电路、A/D模数转换模块；

所述电压信号调节电路测量所述温度系数稳定的测量电阻两端的电压；

所述A/D模数转换模块将所述电压信号调节电路所测量的电信号转变为数字信号；

所述中央处理器接收所述A/D模数转换模块传输的数字信号；

所述液晶显示将所述中央处理器所处理的结果显示出来。

进一步，包括构建伸缩位移测量模型和利用伸缩位移测量模型计算

所述伸缩位移测量模型，记带连杆的高精度滑动变阻器的全阻值为R₀，单位长度的电阻为r₀/mm；测量中，令带连杆的高精度滑动变阻器滑动触头在中部位置的时候，记为波纹管伸缩位移值为零，温度系数稳定的测量电阻端的电压记为V₀。

进一步，所述利用伸缩位移测量模型计算，包括当温度发生变化后，带连杆的高精度滑动变阻器的滑动触头改变的距离为L_X，温度系数稳定的测量电阻端电压值机为V_X,则L_X的表达式为：

Lx＝3R₀/2r₀–K(2R₁+R₀)/2r₀

K＝V_X/V₀

L_X为正值时代表波纹管膨胀，为负值时代表波纹管冷缩。

本发明的有益效果为：通过温度系统稳定的材料制作的连接杆带动高精密滑动数字化电阻计螺杆实现波纹管伸缩水平位移的数字化精确测量，并通过液晶屏实现可视化显示。本发明为GIS波纹管温度位移的量化监测提供了强有力的支撑。

附图说明

图1为测量表计的电路图；

图2为电压信号采集与位移计算单元的结构框图；

图3为一种变电站GIS母线筒波纹管伸缩位移的监测装置的结构示意图；

图4为测量表计的安装结构示意图；

图5为电压信号调节电路的电路图；

图6为液晶显示的电路图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1和图2，一种变电站GIS母线筒波纹管伸缩位移的监测装置，包括测量表计，所述测量表计包括高精度直流电源701，所述高精度直流电源701与温度系数稳定的测量电阻702和带连杆的高精度滑动变阻器703串联；所述温度系数稳定的测量电阻702与电压信号采集与位移计算单元9并联。

此外：带连杆的高精度滑动变阻器703两端连杆分别固定在多圈波纹管2两端的金属法兰上，当多圈波纹管2受到温度热胀冷缩力后，发生水平位移时，会引起多圈波纹管2两端的第一金属法兰101和第二金属法兰102之间的距离变大或变小，从而带动连杆滑动，引起滑动变阻器阻值的变化，实现对波纹管两端的第一金属法兰101和第二金属法兰102之间距离的传感。

其中，请参阅图3和图4，一种变电站GIS母线筒波纹管伸缩位移的监测装置，包括GIS本体1，所述GIS本体1上缠绕多圈波纹管2，所述多圈波纹管2的两侧分别设有第一金属法兰101和第二金属法兰102，所述第一金属法兰101通过GIS本体紧固螺栓4与第一紧固夹件301的一端相连接，所述第二金属法兰102通过GIS本体紧固螺栓4与第二紧固夹件302的一端相连接，所述第一紧固夹件301的另一端通过紧固螺栓9与精密尺6的一端相连接，所述第二紧固夹件302的另一端通过紧固螺栓9与测量表计连杆8的一端相连接，所述测量表计连杆8的另一端固定安装有测量表计7，所述精密尺6的另一端穿过所述测量表计7。

精密尺6是由特殊材料制成，其电阻温度系数、热胀冷缩系数均极小(例如采用镍铬合金)，作为滑动变阻器的电阻本体，同时也是测量表计滑动的轨道。测量表计在精密尺上滑动，串联接入电路的电阻发生变化。

其中，第一紧固夹件301和第二紧固夹件302的一端与GIS本体垂直设置，第一紧固夹件301和第二紧固夹件302的另一端与GIS本体水平设置。

精密尺6和测量表计连杆8均与多圈波纹管2水平设置。

当多圈波纹管2冷缩或热胀时，第一紧固夹件301和第二紧固夹件302相向或相离运动，从而带动精密尺6在测量表计7内的运动，从而检测测量电阻的端电压的变化，间接测量出波纹管的伸缩位移值。

所述多圈波纹管2冷缩或热胀，带动所述精密尺6运动。

所述第一紧固件301和所述第二紧固件302为中空管。

即，电压信号采集与位移计算单元9通过采集测量V12的信号，依据公式(1)计算出位移量，通过液晶显示904显示出来。

所述电压信号采集与位移计算单元9包括电压信号调节电路901、A/D模数转换模块902；

其中，电压信号调节电路901采用仪表运放AD623实现，电压信号调节电路图如图5；

所述电压信号调节电路901测量所述温度系数稳定的测量电阻702两端的电压；

所述A/D模数转换模块902将所述电压信号调节电路901所测量的电信号转变为数字信号；

其中，A/D模数转换模块902采用SMT32F103集成的12位A/D实现；

所述中央处理器903接收所述A/D模数转换模块902传输的数字信号；

其中，中央处理器为SMT32F103。

所述液晶显示904将所述中央处理器903所处理的结果显示出来。

其中，液晶显示904采用的液晶显示屏为0.96寸的PLED12864模块，与中央处理器903的连接电路图如6；

包括构建伸缩位移测量模型和利用伸缩位移测量模型计算；

所述伸缩位移测量模型，记带连杆的高精度滑动变阻器703的全阻值为R₀，单位长度的电阻为r₀/mm；测量中，令带连杆的高精度滑动变阻器703滑动触头在中部位置的时候，记为波纹管伸缩位移值为零，温度系数稳定的测量电阻702端的电压记为V₀。

所述利用伸缩位移测量模型计算，包括当温度发生变化后，带连杆的高精度滑动变阻器703的滑动触头改变的距离为L_X，温度系数稳定的测量电阻702端电压值机为V_X,则L_X的表达式为：

Lx＝3R₀/2r₀–K(2R₁+R₀)/2r₀ (1)

K＝V_X/V₀

L_X为正值时代表波纹管膨胀，为负值时代表波纹管冷缩。

实施例一

取R₀＝2R₁，则式(1)可简化为：

L_X＝3R₀/2r₀-k₃R₀/2r₀

＝(1-k)3R₀/2r₀ (2)

波纹管不发生温度位移时，即滑动变阻器滑动触头在初始位置，即有k＝1，代入式(2)，可得：

Lx＝0；

当波纹管发生温度收缩位移时，即滑动变阻器滑动触头向右移动，滑动变阻器接入电路电阻变小，测量电阻端电压相对初始位置变大，即K>1,代入式(2)可得，

Lx<0；

当波纹管发生温度膨胀位移时，即滑动变阻器滑动触头向左移动，滑动变阻器接入电路电阻变大，测量电阻端电压相对初始位置变小，即K<1,代入式(2)可得，

Lx>0；

可见通过计算Lx代数值可以反应出波纹管的温度位移及量化。

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种变电站GIS母线筒波纹管伸缩位移的监测装置，其特征在于：包括测量表计，所述测量表计包括高精度直流电源(701)，所述高精度直流电源(701)与温度系数稳定的测量电阻(702)和带连杆的高精度滑动变阻器(703)串联；所述温度系数稳定的测量电阻(702)与电压信号采集与位移计算单元(9)并联。

2.根据权利要求1所述的一种变电站GIS母线筒波纹管伸缩位移的监测装置，其特征在于：所述电压信号采集与位移计算单元(9)包括电压信号调节电路(901)、A/D模数转换模块(902)；

所述电压信号调节电路(901)测量所述温度系数稳定的测量电阻(702)两端的电压；

所述A/D模数转换模块(902)将所述电压信号调节电路(901)所测量的电信号转变为数字信号；

所述中央处理器(903)接收所述A/D模数转换模块(902)传输的数字信号；

所述液晶显示(904)将所述中央处理器(903)所处理的结果显示出来。

3.一种变电站GIS母线筒波纹管伸缩位移的方法，其特征在于：包括构建伸缩位移测量模型和利用伸缩位移测量模型计算

所述伸缩位移测量模型，记带连杆的高精度滑动变阻器(703)的全阻值为R₀，单位长度的电阻为r₀/mm；测量中，令带连杆的高精度滑动变阻器(703)滑动触头在中部位置的时候，记为波纹管伸缩位移值为零，温度系数稳定的测量电阻(702)端的电压记为V₀。

4.根据权利要求3所述的一种变电站GIS母线筒波纹管伸缩位移的方法，其特征在于：所述利用伸缩位移测量模型计算，包括当温度发生变化后，带连杆的高精度滑动变阻器(703)的滑动触头改变的距离为L_X，温度系数稳定的测量电阻(702)端电压值机为V_X,则L_X的表达式为：

Lx＝3R₀/2r₀–K(2R₁+R₀)/2r₀

K＝V_X/V₀

L_X为正值时代表波纹管膨胀，为负值时代表波纹管冷缩。