CN110411519B - 一种在线监测气体微水含量的装置及监测系统 - Google Patents

一种在线监测气体微水含量的装置及监测系统 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种在线监测气体微水含量的装置，包括微水传感器、压力调节机构和智控单元；多通接头，用于安装在电气设备上；微水传感器和压力调节机构均设置在多通接头上，其气路相连通，且微水传感器通过多通接头与电气设备的气室相连通；智控单元，分别与微水传感器、压力调节机构相连接，用于控制压力调节机构，使其调节气室和多通接头内的气体的压力升降，实现气体流动，智控单元还接收微水传感器采集的气体微水值，并远传至相应的检测系统或目标设备。本申请实现了对气体绝缘电气设备的气体微水值的在线监测，降低了安全隐患，大大提高了电网的可靠性。本申请还提供一种含有上述装置的监测系统。

Description

一种在线监测气体微水含量的装置及监测系统
技术领域
本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种应用在高压、中压电气设备上，在线监测气体微水含量的装置及监测系统。
背景技术
气体密度继电器，一般用于监视和控制高压、中压电气设备内绝缘气体的密度，其内部设有接点信号控制回路，气体密度继电器的气路连通高压、中压电气设备的气室，当检测到出现气体泄漏时，气体密度继电器的接点动作，生成接点信号，接点信号控制回路根据接点信号，发出报警或进行闭锁，从而实现电气设备的安全运行保护。
目前，SF6(六氟化硫)电气设备已广泛应用在电力部门、工矿企业，促进了电力行业的快速发展。近年来，随着经济高速发展，我国电力系统容量急剧扩大，SF6电气设备用量越来越多。SF6气体在高压电气设备中的作用是灭弧和绝缘，高压电气设备内SF6气体的密度降低和微水含量如果超标将严重影响SF6高压电气设备的安全运行：1)SF6气体密度降低至一定程度将导致绝缘和灭弧性能的丧失。2)在一些金属物的参与下，SF6气体在高温200℃以上温度可与水发生水解反应，生成活泼的HF和SOF2，腐蚀绝缘件和金属件，并产生大量热量，使气室压力升高。3)在温度降低时，过多的水份可能形成凝露水，使绝缘件表面绝缘强度显著降低，甚至闪络，造成严重危害。因此电网运行规程强制规定，在设备投运前和运行中都必须对SF6气体的密度和含水量进行定期检测。
随着无人值守变电站向网络化、数字化方向发展以及对遥控、遥测的要求不断加强，SF6电气设备的气体密度和微水含量状态的在线监测具有重要的现实意义。随着中国智能电网的不断大力发展，智能高压电气设备作为智能变电站的重要组成部分和关键节点，对智能电网的安全起着举足轻重的作用。高压电气设备目前大多为SF6气体绝缘设备，如果气体密度降低(如泄漏等引起)将严重影响设备的电气性能，对安全运行造成严重隐患。目前在线监测SF6高压电气设备中的气体密度值已经非常普遍了，现有的气体密度监测系统(装置)基本上是：1)应用远传式SF6气体密度继电器实现密度、压力和温度的采集，上传，实现气体密度在线监测。2)应用气体密度实现密度、压力和温度的采集，上传，实现气体密度在线监测。SF6气体密度继电器是核心和关键部件。但由于高压变电站现场运行的环境恶劣，特别是电磁干扰非常强，目前使用的气体密度监测系统(装置)中，其远传式SF6气体密度继电器是由机械式密度继电器和电子远传部分组成的；另外，应用气体密度变送器的电网系统中，都还保留传统的机械式密度继电器。该机械式密度继电器有一组、二组或三组机械触点，在压力到达报警、闭锁或超压的状态，及时将信息通过接点连接电路传送到目标设备终端，保证设备安全运行。同时监测系统还配有安全可靠的电路传送功能，为实现实时数据远程数据读取与信息监控建立了有效平台，可将压力、温度、密度等信息及时地传送到目标设备(如电脑终端)实现在线监测。
对SF6电气设备上的气体密度继电器进行定期检验，是防患于未然，保障SF6电气设备安全可靠运行的必要措施；《电力预防性试验规程》和《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》都要求要定期地对气体密度继电器进行校验。从实际运行情况来看，对气体密度继电器进行定期校验是保障电力设备安全、可靠运行的必要手段之一。因此，目前SF6气体密度继电器的校验在电力系统已经非常重视和普及，各供电公司、发电厂、大型厂矿企业都已经实施。而供电公司、发电厂、大型厂矿企业为完成气体密度继电器的现场校验检测工作需配备测试人员、设备车辆和高价值的SF6气体。包括检测时的停电营业损失在内，粗略计算，每个高压开关站的每年分摊的检测费用约在数万到几十万元左右。另外，检测人员现场校验如果不规范操作，还存在安全隐患。为此，非常有必要在现有的气体密度继电器上，进行创新，使实现气体密度在线监测的气体密度继电器或组成的监测系统中还具有气体密度继电器的校验功能，进而完成(机械式)气体密度继电器的定期校验工作，无需检修人员到现场，大大提高了效率，降低了成本。同时在线自校验的气体密度继电器或由其组成的监测系统中可以准确测量电气设备的气室内部的微水值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种应用在高压、中压电气设备上，在线监测气体微水含量的装置及监测系统，用于实现对气体绝缘或灭弧的电气设备内的气体微水含量进行监测，降低运行维护成本，保障电网安全运行。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本申请第一个方面提供了一种在线监测气体微水含量的装置。
本申请第一个方面提供了一种监测系统，所述监测系统由第一个方面所述的在线监测气体微水含量的装置构成，或者包括第一个方面所述的在线监测气体微水含量的装置。
本申请所述的一种在线监测气体微水含量的装置，包括：多通接头、微水传感器、压力调节机构和智控单元；其中，
所述多通接头，用于安装在电气设备上；
所述微水传感器和所述压力调节机构均设置在所述多通接头上，所述微水传感器与所述压力调节机构在气路上相连通，且所述微水传感器通过所述多通接头与电气设备的气室相连通；
所述智控单元与所述微水传感器相连接，接收所述微水传感器采集的气体微水值，并将所述气体微水值远传至相应的检测系统或目标设备。
优选地，所述智控单元还与所述压力调节机构相连接，用于控制所述压力调节机构，使其调节电气设备的气室与多通接头内的气体的压力升降，实现气体流动。
优选地，所述微水传感器还采集压力信号、温度信号，和/或气体密度信号；和/或远传压力信号、温度信号，和/或气体密度信号。
优选地，所述装置还包括密度测量传感器，所述密度测量传感器在气路上与所述多通接头相连通，用于采集数据信息；所述密度测量传感器还与所述智控单元相连接，所述智控单元接收和/或计算所述密度测量传感器采集的数据信息，并将所述数据信息远传至相应的监测系统或目标设备；其中，所述数据信息包括密度值，和/或压力值、温度值。
更优选地，所述密度测量传感器包括压力传感器和温度传感器；或者，采用由压力传感器和温度传感器组成的气体密度变送器；或者，采用石英音叉技术的密度测量传感器。
所述石英音叉技术的密度测量传感器，即利用处于真空中的石英振荡器恒定的共鸣频率与一个处于被测气体中同源的石英振荡器的共鸣频率差，与被测气体的密度成正比，经过处理后得到气体密度值的模拟信号或数字信号。
进一步地，所述装置还包括绝缘件，所述压力传感器通过绝缘件与多通接头相连接；或者，所述压力传感器通过绝缘件密封固定在多通接头上。
优选地，所述装置还包括气体密度继电器或远传气体密度继电器，所述气体密度继电器或远传气体密度继电器设置在所述多通接头上。
优选地，所述微水传感器将采集的气体微水值直接远传；或者，所述智控单元还包括通讯模块，所述智控单元通过所述通讯模块将所述气体微水值远传至相应的检测系统或目标设备。
更优选地，所述通讯模块的通讯方式为有线通讯或无线通讯方式。
进一步地，所述有线通讯方式包括、但不限于RS232总线、RS485总线、CAN-BUS总线、4-20mA、Hart、IIC、SPI、Wire、同轴电缆、PLC电力载波、电缆线中的一种或几种。
进一步地，所述无线通讯方式包括、但不限于传感器内置5G/NB-IOT通讯模块(如5G、NB-IOT)、2G/3G/4G/5G、WIFI、蓝牙、Lora、Lorawan、Zigbee、红外、超声波、声波、卫星、光波、量子通信、声呐中的一种或几种。
优选地，所述智控单元基于微处理器的嵌入式系统内嵌算法及控制程序，自动控制整个监测过程，包含所有外设、逻辑及输入输出。
更优选地，所述智控单元基于通用计算机、工控机、ARM芯片、AI芯片、CPU、MCU、FPGA、PLC等、工控主板、嵌入式主控板等内嵌算法及控制程序，自动控制整个校验过程，包含所有外设、逻辑及输入输出。
优选地，所述装置还包括阀、气体密度继电器和在线校验接点信号采样单元；其中，所述压力调节机构的气路与所述气体密度继电器相连通；所述阀的一端用于连接电气设备，所述阀的另一端与所述气体密度继电器相连通，或者，所述阀的另一端通过连接所述压力调节机构的气路，将所述阀与所述气体密度继电器相连通；所述在线校验接点信号采样单元与所述气体密度继电器相连接，被配置为采样环境温度下所述气体密度继电器的接点信号；所述阀、所述压力调节机构、所述在线校验接点信号采样单元还分别与所述智控单元相连接。
具体地，所述气体密度继电器通过智控单元关闭阀，使得气体密度继电器在气路上与电气设备隔断；通过压力调节机构调节气体压力升降，使得气体密度继电器发生接点动作，接点动作时产生的接点信号通过在线校验接点信号采样单元传递到智控单元，智控单元根据接点动作时的密度值，检测出气体密度继电器的接点动作值和/或返回值，在线完成气体密度继电器的校验工作，所述接点信号包括报警、和/或闭锁。
优选地，所述装置还包括用于人机交互的显示界面，实时显示当前的数据，和/或支持数据输入。具体地，包括实时在线气体微水值显示、气体密度值显示、压力值显示、温度值显示、线路状态信息显示、变化趋势分析、历史数据查询、实时告警等。
优选地，所述智控单元设有电气接口，所述电气接口用于完成测试数据存储，和/或测试数据导出，和/或测试数据打印，和/或与上位机进行数据通讯，和/或输入模拟量、数字量信息。
更优选地，所述电气接口设有防止用户误接造成接口损坏、和/或防止电磁干扰的电气接口保护电路。
优选地，所述智控单元上还设有时钟，所述时钟用于记录测试时间。
优选地，所述智控单元的控制通过现场控制，和/或通过后台控制。
优选地，所述装置还包括自封阀，所述自封阀设置在所述多通接头上。
更优选地，所述装置还包括补气接口，所述补气接口设置在所述压力调节机构上；或者，所述补气接口设置在所述电气设备上；或者，所述补气接口设置在所述多通接头上；或者，所述补气接口设置在所述自封阀上。
优选地，所述微水传感器和智控单元设置在一起，为一体化结构；或者，所述微水传感器和智控单元为一体化结构的智能式微水传感器。
优选地，所述微水传感器的探头设置在多通接头连通电气设备与压力调节机构之间的主通气道上。
优选地，所述压力调节机构密封在一个腔体或壳体内。
优选地，所述压力调节机构为一密闭气室，利用因环境温度变化，使所述密闭气室内的气体与电气设备内的气体之间存在温差，进而实现气体流动。
更优选地，所述压力调节机构为一密闭气室，所述密闭气室的外部或内部设有加热元件、和/或制冷元件，通过加热所述加热元件、和/或通过所述制冷元件制冷，导致所述密闭气室内的气体的温度变化，进而实现气体流动。
更优选地，所述加热元件、和/或所述制冷元件为半导体。
更优选地，所述压力调节机构还包括保温件，所述保温件设于所述密闭气室的外面。
优选地，所述压力调节机构为一端开口的腔体，所述腔体的另一端连通所述多通接头；所述腔体内有活塞，所述活塞的一端连接有一个调节杆，所述调节杆的外端连接驱动部件，所述活塞的另一端伸入所述开口内，且与所述腔体的内壁密封接触，所述驱动部件驱动所述调节杆进而带动所述活塞在所述腔体内移动。
优选地，所述压力调节机构为一密闭气室，所述密闭气室的内部设有活塞，所述活塞与所述密闭气室的内壁密封接触，所述密闭气室的外面设有驱动部件，所述驱动部件通过电磁力推动所述活塞在所述腔体内移动。
优选地，所述压力调节机构为一端连接驱动部件的气囊，所述气囊在所述驱动部件的驱动下发生体积变化，所述气囊连通所述多通接头。
优选地，所述压力调节机构为波纹管，所述波纹管的一端连通所述多通接头，所述波纹管的另一端在驱动部件的驱动下伸缩。
上述压力调节机构中的所述驱动部件包括、但不限于磁力、电机(变频电机或步进电机)、往复运动机构、卡诺循环机构、气动元件中的一种。
优选地，所述压力调节机构为一放气阀，所述放气阀设置在一个密闭的气室中，或所述放气阀与一个密闭的气室连接。
更优选地，所述压力调节机构还包括控制气体释放流量的流量阀。
更优选地，所述放气阀为电磁阀或电动阀，或其它通过电的或气的方式实现的放气阀。
优选地，所述压力调节机构为一压缩机。
优选地，所述压力调节机构为一泵。
更优选地，所述泵包括、但不限于造压泵、增压泵、电动气泵、电磁气泵中的一种。
更优选地，所述压力调节机构还包括毛细管，所述毛细管设于压力调节机构和多通接头的气路之间，所述压力调节机构通过毛细管与多通接头在气路上相连通。
进一步地，所述装置还包括隔热件，所述隔热件设置在压力调节机构和多通接头之间。
所述压力调节机构包括毛细管、密封腔室和加热元件，通过加热加热元件，实现气体流动，在线监测气体微水值。
优选地，所述装置还包括用于供电的电源，所述电源包括供电电源电路，或者电池，或者可循环充电电池，或者太阳能，或者互感器取电得到的电源，或者感应电源。
优选地，所述装置还包括用于在线监测气体分解物的分解物传感器，所述分解物传感器与所述智控单元相连接。
优选地，所述装置还包括用于监控的摄像头。
优选地，所述装置还包括分析系统(例如，专家管理分析系统)，对气体密度值、气体微水值、监测元件进行检测分析、判定。
优选地，所述装置还包括能够对电场、和/或磁场起到屏蔽作用的屏蔽件。
优选地，所述装置设有异常及时告示。例如断线、短路报警、传感器损坏、气体压力有升高趋势等告示。
优选地，所述装置还设有对电子元器件的温度保护装置，用于保证电子元器件在低温或高温的环境温度下可靠工作。
更优选地，所述温度保护装置包括加热器和/或散热器(例如，风扇)，在温度低于设定值时开启加热器，在温度高于设定值时开启散热器(例如，风扇)。
更优选地，所述装置还包括连接件，所述连接件用于把压力调节机构与多通接头相互密封连通，便于压力调节机构在多通接头附近安装固定。
更优选地，所述装置还包括压力调节机构固定件，所述压力调节机构固定件用于安装固定压力调节机构；所述压力调节机构固定件设置在电气设备上或多通接头上。
更优选地，所述压力调节机构固定件设置在多通接头附近。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：
1)提供了一种在线监测气体微水含量的装置，包括微水传感器、压力调节机构和智控单元；所述多通接头，用于安装在电气设备上；所述微水传感器和所述压力调节机构均设置在所述多通接头上，所述微水传感器与所述压力调节机构在气路上相连通，且所述微水传感器通过所述多通接头与电气设备的气室相连通；所述智控单元，分别与所述微水传感器、所述压力调节机构相连接，用于控制所述压力调节机构，使其调节气室和多通接头内的气体的压力升降，实现气体流动，智控单元还接收所述微水传感器采集的气体微水值，并远传至相应的检测系统或目标设备。本申请通过一种在线监测气体微水含量的装置实现了对气体绝缘电气设备的气体微水值的在线监测，降低了安全隐患，大大提高了电网的可靠性。
2)提供了一种含有上述在线监测气体微水含量的装置的监测系统。
附图说明
构成本申请的一部分附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是实施例一的一种在线监测气体微水含量的装置的结构示意图；
图2是实施例二的一种在线监测气体微水含量的装置的结构示意图；
图3是实施例三的一种在线监测气体微水含量的装置的控制电路示意图；
图4是实施例四的一种在线监测气体微水含量的装置的结构示意图；
图5是实施例五的一种在线监测气体微水含量的装置的结构示意图；
图6是实施例六的一种在线监测气体微水含量的装置的结构示意图；
图7是实施例七的一种在线监测气体微水含量的装置的结构示意图；
图8是实施例八的一种监测系统的架构示意图；
图9是实施例九的一种监测系统的架构示意图；
图10是实施例十的一种监测系统的架构示意图。
具体实施方式
本发明提供一种在线监测气体微水含量的装置及监测系统，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。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。
实施例一：
图1是一种在线监测气体微水含量的装置的结构示意图。如图1所示，装置包括：气体密度继电器1、压力传感器2、温度传感器3、阀4、压力调节机构5、在线校验接点信号采样单元6、智控单元7、多通接头9、补气接口10和微水传感器13。所述阀4的一端密封连接于电气设备上，所述阀4的另一端与多通接头9相连接。所述阀4密封在第一壳体41内部，阀4的控制电缆线通过与第一壳体41密封的第一引出线密封件42引出，这样设计确保阀4保持密封，能够长期可靠工作。补气接口10直接设置在电气设备上，可以对电气设备进行补气或微水测试。气体密度继电器1安装在多通接头9上；所述压力传感器2、温度传感器3、在线校验接点信号采样单元6和气体密度继电器1设置在一起。压力传感器2在气路上与气体密度继电器1相连通；所述压力调节机构5安装在多通接头9上，压力调节机构5在气路上与气体密度继电器1相连通；所述压力调节机构5密封在第二壳体55内部，压力调节机构5的控制电缆线通过与第二壳体55密封的第二引出线密封件56引出，这样设计确保压力调节机构5长期可靠保证密封，能够长期可靠工作。所述压力传感器2、温度传感器3、所述阀4、所述压力调节机构5分别与智控单元7相连接。所述微水传感器13，其一端与所述多通接头9连接，另一端与所述智控单元7连接，所述微水传感器13结合压力调节机构5对气体的循环，准确监测到电气设备内的气体的微水含量。
本实施例的压力调节机构5为一端开口的腔体，所述腔体内有活塞51(活塞51设有密封圈510)，所述活塞51的一端连接有一个调节杆，所述调节杆的外端连接驱动部件52，所述活塞51的另一端伸入所述开口内，且与所述腔体的内壁相接触，所述驱动部件52驱动所述调节杆进而带动所述活塞51在所述腔体内移动，使其密封腔体发生体积变化，进而完成压力的升降，使气体流动起来，起到了气体循环的作用。所述驱动部件52包括、但不限于磁力、电机(变频电机或步进电机)、往复运动机构、卡诺循环机构、气动元件中的一种。
在另一种优选实施例中，所述压力调节机构5还可以为一电磁阀，电磁阀密封在一壳体内部。压力调节机构5根据智控单元7的控制，使得电磁阀开启，发生压力变化，进而完成压力的升降。
在另一种优选实施例中，所述压力调节机构5还可以由波纹管和驱动部件52组成，波纹管与气体密度继电器本体1的压力检测器密封连接在一起，组成一个可靠的密封腔体。压力调节机构5根据智控单元7的控制，使得驱动部件52推动波纹管发生体积变化，进而密封腔体发生体积变化，从而完成压力升降。
在另一种优选实施例中，所述压力调节机构5还可以由气室、加热元件、保温件组成，气室的外部(也可以是内部)带有加热元件，通过加热，导致温度的变化，进而完成压力的升降。
当然，压力调节机构5还可以有多种其它形式，不限于上述所列举的，其它能够实现压力升降功能的机构也均涵盖在本申请的保护范围内。
实施例二：
图2是一种在线监测气体微水含量的装置的结构示意图。如图2所示，装置包括：气体密度继电器1、压力传感器2、温度传感器3、阀4、压力调节机构5、在线校验接点信号采样单元6、智控单元7、多通接头9、补气接口10、自封阀11、微水传感器13、分解物传感器15。所述自封阀11的一端密封连接于气体绝缘电气设备上，所述自封阀11的另一端与阀4的一端相连通，补气接口10连接在自封阀11上；所述阀4的另一端与多通接头9相连接。气体密度继电器1、压力传感器2、压力调节机构5、微水传感器13、分解物传感器15设置在多通接头9上；温度传感器3设置在电气设备上。在线校验接点信号采样单元6、智控单元7设置在一起。所述压力传感器2、温度传感器3、微水传感器13、分解物传感器15和智控单元7相连接。压力传感器2、气体密度继电器1在气路上与压力调节机构5相连通；所述阀4与智控单元7相连接；所述压力调节机构5与智控单元7相连接。
实施例三：
图3是一种在线监测气体微水含量的装置的控制电路示意图。如图3所示，本实施例的在线校验接点信号采样单元6设有保护电路，包括第一连接电路和第二连接电路，所述第一连接电路连接所述气体密度继电器1的接点与接点信号控制回路，所述第二连接电路连接所述气体密度继电器1的接点与所述智控单元7，在非校验状态下，所述第二连接电路断开，所述第一连接电路闭合；在校验状态下，所述在线校验接点信号采样单元6切断所述第一连接电路，连通所述第二连接电路，将所述气体密度继电器1的接点与所述智控单元7相连接。
具体地，所述第一连接电路包括第一继电器J1，所述第二连接电路包括第二继电器J2。所述第一继电器J1设有常闭接点J11和J12，所述常闭接点J11和J12串联在所述接点信号控制回路中；所述第二继电器J2设有常开接点J21和J22，所述常开接点J21和J22连接在所述气体密度继电器1的接点PJ上；还可以，第一继电器J1和第二继电器J2合为一体，即为具有常开常闭接点的继电器。在非校验状态下，所述常闭接点J11和J12闭合，所述常开接点J21和J22断开，所述气体密度继电器实时监测所述接点PJ的输出状态；在校验状态下，所述常闭接点J11和J12断开，所述常开接点J21和J22闭合，所述气体密度继电器1的接点PJ通过所述常开接点J21和J22与所述智控单元7相连接。
所述智控单元7，主要由处理器71(U1)、电源72(U2)组成。处理器71(U1)可以是通用计算机、工控机、CPU、单片机、ARM芯片、AI芯片、MCU、FPGA、PLC等、工控主板、嵌入式主控板等，以及其它智能集成电路。电源72(U2)可以是开关电源、交流220V、直流电源、LDO、可编程电源、太阳能、蓄电池、充电电池、电池等。压力采集P的压力传感器2可以是：压力传感器、压力变送器等各种感压元件。温度采集T的温度传感器3可以是：温度传感器、温度变送器等各种感温元件。阀4可以是：电磁阀、电动阀、气动阀、球阀、针阀、调节阀、截门等等可开启和关断气路，甚至控制流量的元件。半自动的还可以是手动阀。压力调节机构5可以是：电动调节活塞、电动调节缸、增压泵、气瓶加压、以及阀门、电磁阀、流量控制器等。半自动的还可以是手动调节的压力调节机构。
本实施例一的工作原理如下：
智控单元7根据压力传感器2、温度传感器3监测到电气设备的气体压力P和温度T，得到相应的20℃压力值P20(即气体密度值)。当需要校验气体密度继电器1时，此时如果气体密度值P20≥设定的安全校验密度值PS，智控单元7控制所述阀4的关闭，使得气体密度继电器1在气路上与电气设备隔断。
接着，智控单元7控制断开气体密度继电器1的接点信号控制回路，即在线校验接点信号采样单元6的第一继电器J1的常闭接点J11和J12断开，使得在线校验气体密度继电器1时不会影响电气设备的安全运行，也不会在校验时，误发报警信号，或闭锁控制回路。因为在开始校验前，已经进行气体密度值P20≥设定的安全校验密度值PS的监测和判断，电气设备的气体是在安全运行范围内的，况且气体泄漏是个缓慢的过程，校验时是安全的。同时，通过智控单元7连通气体密度继电器1的接点的接点采样电路，即在线校验接点信号采样单元6的第二继电器J2的常开接点J21和J22闭合，此时气体密度继电器1的接点PJ就通过第二继电器J2的常开接点J21和J22与智控单元7相连接。
然后，智控单元7控制压力调节机构5的驱动部件52(可以主要采用电机(马达)和齿轮实现，其方式多样、灵活)，进而调节压力调节机构5发生体积变化，使气体密度继电器1的气体的压力逐步下降，使得气体密度继电器1发生接点信号动作，其接点信号动作通过在线校验接点信号采样单元6的第二继电器J2上传到智控单元7，智控单元7根据接点信号动作时测得的压力值P和温度T值，按照气体特性换算成为对应20℃时的压力值P20(密度值)，就可以检测到气体密度继电器的接点动作值PD20。待气体密度继电器1的报警和/或闭锁信号的接点信号动作值全部检测出来后，再通过智控单元7控制压力调节机构5的电机(马达、或变频电机)，调节压力调节机构5，使气体密度继电器1的气体的压力逐步上升，测试到气体密度继电器1的报警和/闭锁接点信号的返回值。如此反复校验多次(例如2～3次)，然后计算其平均值，这样就完成了气体密度继电器的校验工作。
校验完成后，在线校验接点信号采样单元6的第二继电器J2的常开接点J21和J22断开，此时气体密度继电器1的接点PJ就通过断开第二继电器J2的接点常开J21和J22与智控单元7不相连接。智控单元7控制阀4开启，使得气体密度继电器1在气路上与电气设备相连通。接着，在线校验接点信号采样单元6的第一继电器J1的常闭接点J11和J12闭合，气体密度继电器1的接点信号控制回路正常工作，气体密度继电器安全监控电气设备的气体密度，使电气设备安全可靠工作。这样就方便完成气体密度继电器的在线校验工作，同时不会影响电气设备的安全运行。
当气体密度继电器1完成了校验工作后，气体密度继电器就进行判定，可以告示检测结果。方式灵活，具体来说可以：1)气体密度继电器可以就地告示，例如通过指示灯、数码或液晶等显示；2)或通过在线远传通讯方式实施上传，例如可以上传到后台监控终端；3)或通过无线上传，上传到特定的终端，例如可以无线上传手机；4)或通过别的途径上传；5)或把异常结果通过报警信号线或专用信号线上传；6)单独上传，或与其它信号捆绑上传。总之，气体密度继电器完成气体密度继电器1的在线校验工作后，如有异常，能够自动发出报警，可以上传到远端，或可以发送到指定的接收机上，例如发送到手机。或者，完成校验工作后，如有异常，智控单元7可以通过气体密度继电器1的报警接点信号上传远端(监控室、后台监控平台等)，以及还可以就地显示告示。简单版的在线校验，可以把校验有异常的结果通过报警信号线上传。可以以一定的规律上传，例如异常时，在报警信号接点并联一个接点，有规律地闭合和断开，可以通过解析得到状况；或通过独立的校验信号线上传。具体可以状态好上传，或有问题上传，或把校验结果通过单独的校验信号线上传，或通过就地显示，就地报警，或通过无线上传，与智能手机联网上传。其通信方式为有线或无线，有线的通讯方式可以为RS232、RS485、CAN-BUS等工业总线、光纤以太网、4-20mA、Hart、IIC、SPI、Wire、同轴电缆、PLC电力载波等；无线通讯方式可以为2G/3G/4G/5G等、WIFI、蓝牙、Lora、Lorawan、Zigbee、红外、超声波、声波、卫星、光波、量子通信、声呐、传感器内置5G/NB-IOT通讯模块(如NB-IOT)等。总之，可以多重方式，多种组合，充分保证气体密度继电器的可靠性能。
气体密度继电器具有安全保护功能，即低于设定值时，气体密度继电器自动不再对气体密度继电器1进行在线校验，而发出告示信号。例如，当检测到气体密度值小于设定值PS时，就不再校验；只有当气体密度值≥(报警压力值+0.02MPa)时，才能进行在线校验。
气体密度继电器可以根据设定的时间进行在线校验，也可以根据设定的温度(例如极限高温、高温、极限低温、低温、常温、20度等)进行在线校验。高温、低温、常温、20℃环境温度在线校验时，其误差判定要求是不一样的，例如20℃环境温度校验时，可以根据气体密度继电器的精度要求是1.0级、或1.6级，高温时可以是2.5级。具体可以根据温度的要求，按照相关标准实施。例如按照DL/T 259《六氟化硫气体密度继电器校验规程》中的4.8条温度补偿性能规定，每个温度值所对应的精度要求。
气体密度继电器能够根据气体密度继电器1在不同的温度下，不同的时间段进行其误差性能的比较。即不同时期，相同温度范围内的比较，判定气体密度继电器1、电气设备的性能，具有历史各个时期的比对、历史与现在的比对。
电气设备可以反复校验多次(例如2～3次)，根据每次的校验结果，计算其平均值。
必要时，可以随时对气体密度继电器1进行在线校验。
气体密度继电器完成气体密度继电器的校验时，会自动进行相互对比判断，如果误差相差大，就会发出异常提示：气体密度继电器或压力传感器、温度传感器有问题。即气体密度继电器能够完成气体密度继电器和压力传感器、温度传感器、或密度变送器的相互校验功能，具有人工智能校对能力；完成校验工作后，能够自动生成校验报告，如有异常，能够自动发出报警，或发送到指定的接收机上，例如发送到手机；现场就地显示气体密度值和校验结果，或通过后台显示气体密度值和校验结果，具体方式可以灵活；具有实时在线气体密度值、压力值、温度值等数据显示、变化趋势分析、历史数据查询、实时告警等功能；可以在线监测气体密度值，或气体密度值、压力值、温度值；具有自诊断功能，能够对异常及时告示，例如断线、短路报警、传感器损坏等告示；能够根据气体密度继电器在不同的温度下、不同的时间段进行其误差性能的比较。即不同时期、相同温度范围内的比较，判定气体密度继电器的性能。具有历史各个时期的比对、历史与现在的比对。可以对电气设备本身的气体密度值、气体密度继电器1、压力传感器2、温度传感器3进行正常和异常的判定和分析、比较；还含有分析系统(专家管理分析系统)，对气体密度值监测、气体密度继电器、监测元件进行检测分析、判定，知道问题点在哪里；还对气体密度继电器1的接点信号状态进行监测，并把其状态实施远传。可以在后台就知道气体密度继电器1的接点信号状态是断开的还是闭合的，从而多一层监控，提高可靠性；还能够对气体密度继电器1的温度补偿性能进行检测，或检测和判定；还能够对气体密度继电器1的接点接触电阻进行检测，或检测和判定；具有数据分析、数据处理功能，能够对电气设备进行相应的故障诊断和预测。
只要压力传感器2、温度传感器3、气体密度继电器1相互之间的测试数据是吻合的、正常的，就可以说明气体密度继电器是正常的，这样就可以不用校验气体密度继电器，也不要对其它装置进行校验，可以全寿命免校验。除非，变电站中某一个电气设备的压力传感器2、温度传感器3、气体密度继电器1相互之间的测试数据是不吻合的、异常的，才安排维修人员去处理。而对于吻合的、正常的情况，就不需要进行校验，这样一来，大大提高了可靠性，大大提高了效率，降低了成本。
实施例四：
图4是一种在线监测气体微水含量的装置的结构示意图。如图4所示，装置包括：气体密度继电器1、压力调节机构5、智控单元7、多通接头9、补气接口10和微水传感器13。所述压力调节机构5主要包括：密闭气室57、加热元件、和/或制冷元件58、保温件59、温度传感器或控制器510、毛细管511、隔热件512、外壳513。本实施中，所述压力调节机构5为一密闭气室57，所述密闭气室57的外部或内部设有加热元件、和/或制冷元件58，通过加热所述加热元件、和/或通过所述制冷元件制冷，导致所述密闭气室57内的气体的温度变化，进而实现气体流动，实现准确测试微水值。由于在设计中增加了毛细管511和隔热件512，延长了微水传感器13与密闭气室57、加热元件、和/或制冷元件58之间的距离，又增加了隔热件512，使得加热元件、和/或制冷元件58的加热或制冷，不会导致微水传感器13的温度升高或降低，使测试更加准确，更加及时，能够实时监测微水含量。所述毛细管511采用多个一圈一圈缠绕叠在一起，具体是多圈缠绕叠在一起，增加了气体流动距离，实际上可以缩小空间长度。
更优选地，本实施例中，所述装置还可以包括连接件，所述连接件用于把压力调节机构与多通接头相互密封连通，便于压力调节机构在多通接头附近安装固定。
或者，所述装置还包括压力调节机构固定件，所述压力调节机构固定件用于安装固定压力调节机构；所述压力调节机构固定件设置在电气设备上或多通接头上。所述压力调节机构固定件设置在多通接头附近。
实施例五：
图5是一种在线监测气体微水含量的装置的结构示意图。如图5所示，装置包括：气体密度继电器1、压力调节机构5、智控单元7、多通接头9、补气接口10和微水传感器13。所述压力调节机构5主要包括：波纹管54、驱动部件52。所述压力调节机构5为波纹管54，所述波纹管54的一端连通所述多通接头，所述波纹管54的另一端在驱动部件52的驱动下伸缩，导致所述波纹管54内的气体的压力变化，进而实现气体流动，实现准确测试微水值，即使测试更加准确，更加及时，能够实时监测微水含量。
实施例六：
图6是一种在线监测气体微水含量的装置的结构示意图。如图6所示，装置包括：气体密度继电器1、压力调节机构5、智控单元7、多通接头9、补气接口10和微水传感器13。所述压力调节机构5主要包括：密闭气室57、毛细管511。本实施中，所述压力调节机构5为一密闭气室57，利用因环境温度变化，密闭气室57与电气设备8的热吸收或散热系数不一样，使所述密闭气室57内的气体与电气设备8内的气体之间存在温差，进而实现气体流动，实现准确测试微水值。由于设计上，采取了把所述微水传感器13的探头1301设置在多通接头上电气设备8与压力调节机构5之间的主通气道上；以及在设计中增加了毛细管511，这样提高了流动时间，提高了流动集中度，大大增强了气体流动效果，使测试更加准确，更加及时，能够实时监测微水含量。同样，所述毛细管511采用多个一圈一圈缠绕叠在一起，具体是多圈缠绕叠在一起，增加了气体流动距离，实际上可以缩小空间长度。
实施例七：
图7是一种在线监测气体微水含量的装置的结构示意图。如图7所示，装置包括：气体密度继电器1、压力调节机构5、智控单元7、多通接头9、补气接口10和微水传感器13。与实施例4相比较，不同之处在于，在设计上，采取了把所述微水传感器13的探头1301设置在多通接头上电气设备8与压力调节机构5之间的主通气道上，这样提高了流动集中度，大大增强了气体流动效果，使测试更加准确，更加及时，能够实时监测微水含量。同样，所述毛细管511采用多个一圈一圈缠绕叠在一起，具体是多圈缠绕叠在一起，增加了气体流动距离，实际上可以缩小空间长度。
实施例八：
图8是一种监测系统的架构示意图。如图8所示，多个设有六氟化硫气室的高压电气设备、多个在线监测气体微水含量的装置均依次通过集线器、IEC61850协议转换器与后台监控终端连接。其中，每个装置分别设置在对应的六氟化硫气室的高压电气设备上。本实施例中，后台监控终端PC通过集线器HUB0与多个集线器HUB(HUB1、HUB2、……HUBm)通讯。每个集线器HUB连接一组在线监测气体微水含量的装置，如集线器HUB1连接装置Z11、Z12、……Z1n，集线器HUB2连接装置Z21、Z22、……Z2n，……，集线器HUBm连接装置Zm1、Zm2、……Zmn，其中，m、n均为自然数。
后台监控终端包括：1)后台软件平台：基于Windows、Linux及其他等，或VxWorks、Android、Unix、UCos、FreeRTOS、RTX、embOS、MacOS。2)后台软件关键业务模块：例如权限管理、设备管理、数据存储于查询等，以及用户管理、报警管理、实时数据、历史数据、实时曲线、历史曲线、配置管理、数据采集、数据解析、记录条件、异常处理等。3)界面组态：例如Form界面、Web界面、组态界面等。
实施例九：
图9是一种监测系统的架构示意图。本实施例较实施例八增加了网络交换机Gateway、综合应用服务器Server、规约转换器/在线监测智能单元ProC。本实施例中，后台监控终端PC通过网络交换机Gateway连接两个综合应用服务器Server1、Server2，两个综合应用服务器Server1、Server2通过站控层A网和B网与多个规约转换器/在线监测智能单元ProC(ProC1、ProC2、……ProCn)通讯，规约转换器/在线监测智能单元ProC通过R5485网络与多个集线器HUB(HUB1、HUB2、……HUBm)通讯。每个集线器HUB连接一组在线监测气体微水含量的装置，如集线器HUB1连接装置Z11、Z12、……Z1n，集线器HUB2连接装置Z21、Z22、……Z2n，……，集线器HUBm连接装置Zm1、Zm2、……Zmn，其中，m、n均为自然数。
实施例十：
图10是一种监测系统的架构示意图。本实施例为无线传输方式的架构示意图，图中虚框表示无线模块Wn和在线监测气体微水含量的装置Zn可以做成一体或者分体，具体方案可以灵活。
多个综合应用服务器Server1、Server2、……Server n通过云端Cluod、无线网关(Wireless Gateway)、以及各个在线监测气体微水含量的装置的无线模块与各个在线监测气体微水含量的装置进行无线通信。其中，n为自然数。
除了在线监测气体微水含量外，系统还可以实时监测断路器、GIS等电气设备内部SF6气体的温度、压力、密度等物理量及其变化趋势，并具有通讯接口，将数据上传到后台监控终端，实现断路器、GIS等电气设备SF6气体密度、微水等物理量的在线监测功能，并且可灵活设定报警界限，就地查询历史数据，准确分析判断设备漏气趋势及漏气率，提前发现设备出现异常情况，从而保障电气设备和变电站整套系统的安全运行，真正实现变电站、尤其是无人值班站的电气设备的在线监测。配置原则：系统应采用总线式分层分布式结构搭建，满足智能变电站的三层体系结构要求：过程层(传感器层)、间隔层(数据传输、采集处理层)、站控层(监测主机、数据库服务器等)，整体系统采用IEC61850标准电力通信规约。后台监控终端负责监测数据的汇集、综合分析、故障诊断、存储和标准化数据转发，具有实时数据展示、变化趋势分析、历史数据查询、实时告警等功能。通过该系统就可以实现无需到现场即可对高压电气设备的气体密度、微水进行在线监测，可在线对气体密度继电器校验检测，可以通过专家分析软件，通过大数据分析，通过趋势分析，为SF6电气设备的状态检修提供坚实的依据，满足电网自动化和设备状态检修的需要，对提高电网系统的安全运行和运行管理水平，开展预期诊断和趋势分析，减少无计划停电检修起到重要作用。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (27)

1.一种在线监测气体微水含量的装置，其特征在于：包括多通接头、微水传感器、压力调节机构和智控单元；
所述多通接头，用于安装在电气设备上；
所述微水传感器和所述压力调节机构均设置在所述多通接头上，所述微水传感器与所述压力调节机构在气路上相连通，且所述微水传感器通过所述多通接头与电气设备的气室相连通；
所述压力调节机构还包括毛细管，所述毛细管设于压力调节机构和多通接头的气路之间，所述压力调节机构通过毛细管与多通接头在气路上相连通；所述毛细管为多圈缠绕叠在一起，增加气体流动距离；
所述智控单元与所述微水传感器相连接，接收所述微水传感器采集的气体微水值，并将所述气体微水值远传至相应的检测系统或目标设备。
2.根据权利要求1所述的一种在线监测气体微水含量的装置，其特征在于：所述智控单元还与所述压力调节机构相连接，用于控制所述压力调节机构，使其调节电气设备的气室与多通接头内的气体的压力升降，实现气体流动。
3.根据权利要求1所述的一种在线监测气体微水含量的装置，其特征在于：所述微水传感器还采集压力信号、温度信号，和/或气体密度信号；和/或远传压力信号、温度信号，和/或气体密度信号。
4.根据权利要求1所述的一种在线监测气体微水含量的装置，其特征在于：所述装置还包括密度测量传感器，所述密度测量传感器在气路上与所述多通接头相连通，用于采集数据信息；所述密度测量传感器还与所述智控单元相连接，所述智控单元接收和/或计算所述密度测量传感器采集的数据信息，并将所述数据信息远传至相应的监测系统或目标设备；其中，所述数据信息包括密度值，和/或压力值、温度值。
5.根据权利要求4所述的一种在线监测气体微水含量的装置，其特征在于：所述密度测量传感器包括压力传感器和温度传感器；或者，采用由压力传感器和温度传感器组成的气体密度变送器；或者，采用石英音叉技术的密度测量传感器。
6.根据权利要求5所述的一种在线监测气体微水含量的装置，其特征在于：所述装置还包括绝缘件，所述压力传感器通过绝缘件与多通接头相连接；或者，所述压力传感器通过绝缘件密封固定在多通接头上。
7.根据权利要求1所述的一种在线监测气体微水含量的装置，其特征在于：所述装置还包括气体密度继电器或远传气体密度继电器，所述气体密度继电器或远传气体密度继电器设置在所述多通接头上。
8.根据权利要求1所述的一种在线监测气体微水含量的装置，其特征在于：所述微水传感器将采集的气体微水值直接远传；或者，所述智控单元还包括通讯模块，所述智控单元通过所述通讯模块将所述气体微水值远传至相应的检测系统或目标设备，所述通讯模块的通讯方式为有线通讯或无线通讯方式。
9.根据权利要求1所述的一种在线监测气体微水含量的装置，其特征在于：所述智控单元基于微处理器的嵌入式系统内嵌算法及控制程序，自动控制整个监测过程，包含所有外设、逻辑及输入输出。
10.根据权利要求1所述的一种在线监测气体微水含量的装置，其特征在于：所述装置还包括用于人机交互的显示界面，实时显示当前的数据，和/或支持数据输入。
11.根据权利要求1所述的一种在线监测气体微水含量的装置，其特征在于：所述智控单元设有电气接口，所述电气接口用于完成测试数据存储，和/或测试数据导出，和/或测试数据打印，和/或与上位机进行数据通讯，和/或输入模拟量、数字量信息。
12.根据权利要求1所述的一种在线监测气体微水含量的装置，其特征在于：所述智控单元上还设有时钟，所述时钟用于记录测试时间。
13.根据权利要求1所述的一种在线监测气体微水含量的装置，其特征在于：所述智控单元的控制通过现场控制，和/或通过后台控制。
14.根据权利要求1所述的一种在线监测气体微水含量的装置，其特征在于：所述装置还包括自封阀，所述自封阀设置在所述多通接头上。
15.根据权利要求14所述的一种在线监测气体微水含量的装置，其特征在于：所述装置还包括补气接口，所述补气接口设置在所述压力调节机构上；或者，所述补气接口设置在所述电气设备上；或者，所述补气接口设置在所述多通接头上；或者，所述补气接口设置在所述自封阀上。
16.根据权利要求1所述的一种在线监测气体微水含量的装置，其特征在于：所述微水传感器和智控单元设置在一起，为一体化结构；或者，所述微水传感器和智控单元为一体化结构的智能式微水传感器。
17.根据权利要求1所述的一种在线监测气体微水含量的装置，其特征在于：所述微水传感器的探头设置在多通接头连通电气设备与压力调节机构之间的主通气道上。
18.根据权利要求1所述的一种在线监测气体微水含量的装置，其特征在于：所述压力调节机构密封在一个腔体或壳体内。
19.根据权利要求1所述的一种在线监测气体微水含量的装置，其特征在于：所述压力调节机构为一密闭气室，利用因环境温度变化，使所述密闭气室内的气体与电气设备内的气体之间存在温差，进而实现气体流动；或者，
所述压力调节机构为一端开口的腔体，所述腔体的另一端连通所述多通接头；所述腔体内有活塞，所述活塞的一端连接有一个调节杆，所述调节杆的外端连接驱动部件，所述活塞的另一端伸入所述开口内，且与所述腔体的内壁密封接触，所述驱动部件驱动所述调节杆进而带动所述活塞在所述腔体内移动；或者，
所述压力调节机构为一密闭气室，所述密闭气室的内部设有活塞，所述活塞与所述密闭气室的内壁密封接触，所述密闭气室的外面设有驱动部件，所述驱动部件通过电磁力推动所述活塞在所述腔体内移动；或者，
所述压力调节机构为一端连接驱动部件的气囊，所述气囊在所述驱动部件的驱动下发生体积变化，所述气囊连通所述多通接头；或者，
所述压力调节机构为波纹管，所述波纹管的一端连通所述多通接头，所述波纹管的另一端在驱动部件的驱动下伸缩；或者，
所述压力调节机构为一放气阀，所述放气阀设置在一个密闭的气室中，或所述放气阀与一个密闭的气室连接；或者，
所述压力调节机构为一压缩机；或者，
所述压力调节机构为一泵，所述泵包括造压泵、增压泵、电动气泵、电磁气泵中的一种；
其中，所述驱动部件包括磁力、电机、往复运动机构、卡诺循环机构、气动元件中的一种。
20.根据权利要求1所述的一种在线监测气体微水含量的装置，其特征在于：还包括隔热件，所述隔热件设置在压力调节机构和多通接头之间。
21.根据权利要求1所述的一种在线监测气体微水含量的装置，其特征在于：所述装置还包括用于供电的电源，所述电源包括供电电源电路，或者电池，或者互感器取电得到的电源；
所述电池包括太阳能电池。
22.根据权利要求1所述的一种在线监测气体微水含量的装置，其特征在于：所述装置还包括用于在线监测气体分解物的分解物传感器，所述分解物传感器与所述智控单元相连接。
23.根据权利要求1所述的一种在线监测气体微水含量的装置，其特征在于：所述装置还包括用于监控的摄像头。
24.根据权利要求1所述的一种在线监测气体微水含量的装置，其特征在于：所述装置还包括能够对电场、和/或磁场起到屏蔽作用的屏蔽件。
25.根据权利要求1所述的一种在线监测气体微水含量的装置，其特征在于：所述装置设有异常及时告示，所述异常及时告示包括断线告示、短路报警告示、传感器损坏告示、气体压力有升高趋势告示中的一种或几种。
26.根据权利要求1所述的一种在线监测气体微水含量的装置，其特征在于：所述装置还设有对电子元器件的温度保护装置，用于保证电子元器件在低温或高温的环境温度下可靠工作；
所述温度保护装置包括加热器和/或散热器，在温度低于设定值时开启加热器，在温度高于设定值时开启散热器。
27.一种监测系统，其特征在于：所述监测系统由权利要求1至26任一项所述的一种在线监测气体微水含量的装置构成；或者，所述监测系统包括权利要求1至26任一项所述的一种在线监测气体微水含量的装置。
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