CN110411893A - 一种具有接点信号输出的气体密度监视器及系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种具有接点信号输出的气体密度监视器及系统，包括：压力传感器、温度传感器、智能微处理器及设备连接接头，通过压力传感器、温度传感器采集压力和温度信号，经过智能微处理器处理得到相应的气体密度值，进而实现对电气设备的气体密度值的监测。同时还包括第一电子信号接点，当所监测的电气设备的气体密度值低于或高于所设定的密度值时，第一电子信号接点输出第一告示接点信号，将漏气的准确信息及时告知运维人员。本申请能精准监控电气设备的气体密度值，及时发现气体泄漏，保障电网的安全运行，减少了泄漏到大气中的SF6气体，且现场施工、安装方便，投资成本低。
Description
技术领域
本发明涉及电力技术领域，具体涉及一种应用在高压、中压电气设备上，具有接点信号输出的气体密度监视器及系统。
背景技术
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超标将严重影响SF6高压电气设备的安全运行：SF6气体密度降低至一定程度将导致绝缘和灭弧性能的降低或丧失。
检测SF6电气产品发生漏气采用的设备一般为气体密度继电器，其内部设有接点及接点对应的控制回路，当气体压力下降到报警值时，气体密度继电器的接点动作，生成接点信号，控制回路根据接点信号发出报警信号。目前，普遍采用的气体密度继电器为机械式，如申请人之前的专利CN108231475B等公布的气体密度继电器，包括基座、压力检测器、温度补偿元件、信号发生器以及设备连接接头，机械式气体密度继电器精密度较差，无法在压力轻微变化时进行动作，因此，当发出报警信号时，SF6气体已经泄漏了很多。例如额定压力为0.6MPa的SF6电气设备，普遍采用报警压力为0.52Mpa、闭锁压力0.50Mpa的气体密度继电器。当气体泄漏，压力降至0.6MPa和0.52MPa之间的时候，机械式气体密度继电器无法动作，即无法发出漏气警报。
现在很多变电站都是无人值守变电站，对于这种SF6电气设备而言，如果发生漏气，只有气体从额定压力0.6Mpa下降到报警压力0.52Mpa时，值班人员才会发现，并通知检修人员去现场处理泄漏事故，而此时SF6气体已经泄漏了很多，既不利于环保，也不利于经济效益。
另外，目前利用远传密度继电器进行在线监测SF6高压电气设备中的气体密度值也已经应用很多了，特别是在新的变电站中。但在已经运行的老的变电站中，应用远传密度继电器在线监测SF6高压电气设备中的气体密度值，需要进行电源线、通讯线的施工布置，成本高、安全隐患大、困难多，同时涉及停电问题。
基于上述问题，亟需开发一种能够精准监控电气设备的SF6气体密度，现场施工、安装方便，投资成本低的气体密度监视器，既能克服机械式SF6气体密度继电器测量不准的问题，又能克服投资大、现场施工不便的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有接点信号输出的气体密度监视器及系统，安装于现有的机械式气体密度继电器上，或用于对现有的机械式气体密度继电器进行改造，以解决上述技术背景中提出的问题。
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具有接点信号输出的气体密度监视器。
本申请第二个方面提供了一种具有接点信号输出的气体密度监视系统，所述系统由第一个方面所述的具有接点信号输出的气体密度监视器构成，或者包括第一个方面所述的具有接点信号输出的气体密度监视器。
本申请所述的一种具有接点信号输出的气体密度监视器，包括：压力传感器、温度传感器、智能微处理器、第一电子信号接点以及设备连接接头；
所述第一电子信号接点的两端分别设有连接点，用于并联或串联到监测电气设备的气体密度继电器的接点上；或者，所述第一电子信号接点的两端分别设有连接点，用于并联或串联到监测电气设备的气体密度继电器的接点所对应的控制回路上；
所述智能微处理器分别与压力传感器和温度传感器相连接，用于获取压力传感器采集的压力值和温度传感器采集的温度值，并处理得到相应的气体密度值P20；
所述智能微处理器直接或间接控制所述第一电子信号接点，当所监测的气体密度值P20低于或高于设定的密度值P20设定时，所述第一电子信号接点输出第一告示接点信号；或者，
在设定的时间间隔，当所监测的气体密度值P20的趋势变化值△P20低于或高于设定的趋势密度值△P20设定时，所述第一电子信号接点输出第一告示接点信号；或者，
在设定的时间间隔，当所监测的气体密度值P20的平均值P20平均低于或高于设定的密度平均值P20平均设定时，所述第一电子信号接点输出第一告示接点信号。
优选地，所述第一告示接点信号包括报警、或/和闭锁。
优选地，所述智能微处理器按照气体压力-温度特性将气体密度值P20换算成为对应20℃的压力值。
优选地，所述第一电子信号接点包括至少一个第一常开型开关，所述第一常开型开关的两端分别设有连接点，用于并联在监测电气设备的气体密度继电器的接点上，或用于并联在监测电气设备的气体密度继电器的接点所对应的控制回路上，所述接点为常开型密度继电器；或者，
所述第一电子信号接点包括至少一个第一常闭型开关，所述第一常闭型开关的两端分别设有连接点，用于串联在监测电气设备的气体密度继电器的接点上，或用于串联在监测电气设备的气体密度继电器的接点所对应的控制回路上，所述接点为常闭型密度继电器。
优选地，所述第一电子信号接点包括电磁继电器、固态继电器、时间继电器、功率继电器、可控硅、电子开关、电接点、光耦、DI、MOS场效应管、三极管、二极管、MOS FET继电器中的一种或几种。
优选地，所述设定的密度值P20设定是根据要求设定的密度值，或者是根据以往一设定时间段内检测得到的密度值。
优选地，所述设定的密度值P20设定可以在线修改和存储。
优选地，所述监视器还包括第二电子信号接点，所述第二电子信号接点的两端分别设有连接点，用于并联或串联到监测电气设备的气体密度继电器的接点上；或者，所述第二电子信号接点的两端分别设有连接点，用于并联或串联到监测电气设备的气体密度继电器的接点所对应的控制回路上；
当所监测的电气设备的气体压力值低于或高于设定的压力值P设定时，所述第二电子信号接点输出第二告示接点信号；或者，
当所监测的电气设备的气体温度值低于或高于设定的温度值T设定时，所述第二电子信号接点输出第二告示接点信号；或者，
当气体温度值达到所设定的温度阈值T设定阈值，且所监测的电气设备的气体压力值低于或高于设定的压力值P设定时，所述第二电子信号接点输出第二告示接点信号。
更优选地，所述第二电子信号接点包括至少一个第二常开型开关，所述第二常开型开关的两端分别设有连接点，用于并联在监测电气设备的气体密度继电器的接点上，或用于并联在监测电气设备的气体密度继电器的接点所对应的控制回路上，所述接点为常开型密度继电器；或者，
所述第二电子信号接点包括至少一个第二常闭型开关，所述第二常闭型开关的两端分别设有连接点，用于串联在监测电气设备的气体密度继电器的接点上，或用于串联在监测电气设备的气体密度继电器的接点所对应的控制回路上，所述接点为常闭型密度继电器。
更优选地，所述设定的压力值P设定是根据要求设定的压力值，或者是根据以往一设定时间段内检测到的压力值；所述设定的温度值T设定是根据要求设定的温度值，或者是根据以往一设定时间段内检测到的温度值
进一步地，所述设定的压力值P设定、温度值T设定可以在线修改和存储。
更优选地，所述第二告示接点信号包括报警、和/或闭锁。
更优选地，所述第二电子信号接点包括电磁继电器、固态继电器、时间继电器、功率继电器、可控硅、电子开关、电接点、光耦、DI、MOS场效应管、三极管、二极管、MOS FET继电器中的一种或几种。
优选地，所述监视器通过所述设备连接接头与电气设备相连通。
优选地，所述压力传感器、温度传感器为一体化结构。
优选地，所述智能微处理器对气体密度值采用平均值法(均值法)计算得到，所述平均值法为：在设定的时间间隔内，设定采集频率，将全部采集得到的不同时间点的N个气体密度值进行平均值计算处理，得到气体密度值P20的平均值P20平均；或者，在设定的时间间隔里、设定温度间隔步长，把全部温度范围内采集得到的N个不同温度值的密度值进行平均值计算处理，得到其气体密度值P20的平均值P20平均；或者，在设定的时间间隔里、设定压力间隔步长，把全部压力变化范围内采集得到的N个不同压力值的密度值进行平均值计算处理，得到其气体密度值P20的平均值P20平均；其中，N为大于等于1的正整数。
更优选地，所述均值法中，把明显异常的气体密度值先进行删除，具体可以通过设定合理的区间范围，把在设定的合理的区间范围以外的气体密度值进行删除处理；或者删除至少一个最大值、和/或删除至少一个最小值。
优选地，所述趋势变化值△P20为：在设定的时间间隔里、设定采集频率，把全部采集得到的不同时间点的N个气体密度值进行平均值计算处理，得到其气体密度值P20的平均值P20平均，然后设定趋势计算周期T周期，得到趋势变化值△P20＝P20平均(前一个T周期值)-P20平均(T周期)，即平均值P20平均前后周期T周期的差值；或者，
在设定的时间间隔T间隔，所监测的气体密度值P20的趋势变化值△P20＝P20(前一个T间隔)-P20(T间隔)，即密度值P20前后时间间隔T间隔的差值；或者，
设定时间间隔T间隔，设定时间长度T长度，采用在设定的时间间隔T间隔、设定采集频率，把全部采集得到的不同时间点的N个气体密度值P20进行累计计算得到累计值∑P20，得到趋势变化值△P20＝∑P20(前一个T长度)-∑P20(当下T长度)，即前后时间长度T长度累计值∑P20之间的差值；
其中，N为大于等于1的正整数。
优选地，所述智能微处理器对一定间隔时间的气体密度值P20进行傅里叶变换，转换成对应的频谱，把周期性成份滤掉；或者，
按照时间序列分解为趋势性成份、周期性成份和随机成份，按照趋势性成份判断气体泄漏。
优选地，所述智能微处理器基于微处理器的嵌入式系统内嵌算法及控制程序，自动控制第一电子信号接点的状态(动作、非动作)监测、以及信号远传过程，包含所有外设、逻辑及输入输出。
优选地，所述智能微处理器基于通用计算机、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，自动控制整个过程，包含所有外设、逻辑及输入输出。
更优选地，所述智能微处理器核心元件为集成电路组成的处理器，或为可编程控制器，或为工控机，或为工业计算机，或为单片机，或为ARM芯片，或为AI芯片，或为量子芯片，或为光子芯片。
优选地，所述智能微处理器具有电气接口，所述电气接口完成测试数据存储，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，所述气体密度监视器支持监视器的基本信息输入，所述基本信息包括、但不限于出厂编号、精度要求、额定参数、制造厂、运行位置中的一种或几种。
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，所述智能微处理器还包括通讯模块，用于实现远距离传输测试数据和/或状态监测结果。
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RS232总线、RS485总线、CAN-BUS总线、光纤以太网、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，所述智能微处理器的控制通过现场控制，和/或通过所述后台监控终端控制。
优选地，所述监视器能够输入补气事件、和/或放气测试事件，并能根据对应的补气事件、和/或放气测试事件对气体密度值P20进行新的计算或调整。
更优选地，所述监视器在一定的短时间内，监测到气体密度值P20逐渐增大，就判断为补气事件，当气体密度值P20为最大值时，判断为补气事件结束，并对气体密度值P20进行新的计算或调整。
更优选地，所述监视器在一定的短时间内，监测到气体密度值P20逐渐下降，就判断为放气测试(微水或分解物)事件，当气体密度值P20为最小值时，判断为放气测试事件结束，并对气体密度值P20进行新的计算或调整。
更优选地，所述监视器记录补气事件、和/或放气测试事件。如记录补气时间、和/或补气次数、和/或气体质量。
优选地，所述监视器还包括监测气体微水值的微水传感器；和/或所述监视器还包括在线监测气体分解物的分解物传感器。
优选地，所述监视器还包括具有示值显示的数码器件或液晶器件。
优选地，所述监视器还包括机械部分，所述机械部分包括：压力检测器、温度补偿元件、至少一个信号发生器、信号调节机构。
更优选地，所述第一电子信号接点并联或串联在所述机械部分的信号发生器上。
更优选地，所述机械部分还包括机芯、指针和刻度盘。
更优选地，至少有一个温度传感器设置在所述机械部分的温度补偿元件附近、或设置在温度补偿元件上，或集成于所述温度补偿元件中。优选地，至少有一个所述温度传感器设置在所述机械部分的压力检测器靠近温度补偿元件的一端。
优选地，所述监视器具有自诊断功能，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。
优选地，所述监视器还包括分析系统(例如，专家管理分析系统)，对气体密度值监测、气体密度继电器性能、监测元件进行检测分析、判定。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：
提供一种具有接点信号输出的气体密度监视器及系统，可用于对现有机械式气体密度继电器进行改造，所述监视器包括压力传感器、温度传感器、智能微处理器、第一电子信号接点以及设备连接接头，智能微处理器将采集的压力值和温度值处理得到相应的气体密度值，实现对电气设备的气体密度值的监测；第一电子信号接点的两端分别设有连接点，用于并联或串联到监测电气设备的气体密度继电器的接点上，将漏气的准确信息及时告知运维人员，能对气体绝缘电气设备做出电子精确在线监测与故障诊断，当气体绝缘电气设备发生漏气时能够及时发现、及时处理，保障了电网的安全运行，减少了泄漏到大气中的SF6气体，且现场施工、安装方便，投资成本低。
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是实施例一的具有接点信号输出的气体密度监视器的结构示意图；
图2是实施例一的具有接点信号输出的气体密度监视器的原理框图；
图3是实施例二的具有接点信号输出的气体密度监视器的侧面结构示意图；
图4是实施例二的具有接点信号输出的气体密度监视器的正面结构示意图；
图5是实施例三的具有接点信号输出的气体密度监视系统的结构示意图；
图6是实施例四的具有接点信号输出的气体密度监视系统的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供一种具有接点信号输出的气体密度监视器及系统，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。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序，应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换。此外，术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
实施例一：
图1为本发明实施例一的高中压电气设备用的，具有接点信号输出的气体密度监视器的结构示意图。如图1所示，一种具有接点信号输出的气体密度监视器，包括压力传感器201、温度传感器3、智能微处理器202、设备连接接头1010、电源模块203、绝缘件204、205、206、压力传感器固定座209、屏蔽件208、2011、变送器外壳2010、信号线接线座2012以及第一电子信号接点2013、第二电子信号接点2014。气体密度监视器根据实际需要，将所述第一电子信号接点2013，和/第或二电子信号接点2014并联或串联到气体密度继电器的接点上；或将所述第一电子信号接点2013，和/或第二电子信号接点2014并联或串联到气体密度继电器的接点所对应的控制回路上。
其中，压力传感器201通过绝缘件204、205、206密封固定在压力传感器固定座209上；屏蔽件208设置在传感器外壳207的外部，用于提高气体密度监视器的抗干扰能力，同时屏蔽件2011设置在气体密度监视器的壳体2010的内侧(或外部)，进一步提高气体密度监视器的抗干扰能力；所述第一电子信号接点2013、第二电子信号接点2014可以由电磁继电器、固态继电器、时间继电器、功率继电器、可控硅、电子开关、电接点、光耦、DI、MOS场效应管、三极管、二极管、MOS FET继电器等元器件实现；所述智能微处理器202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，自动控制整个过程，包含所有外设、逻辑及输入输出。
如图2所示，所述智能微处理器202分别与压力传感器201和温度传感器3相连接。通过压力传感器201、温度传感器3采集压力P信号和温度T信号，根据气体压力-温度特性，经过智能微处理器202处理得到相应的气体密度值P20(即20℃的的压力值P20)，进而实现监测电气设备的气体密度值P20(或密度值、压力值、温度值，或压力值、温度值)。
所述气体密度值P20可以是实时监测的气体密度值；或者可以是经过平均值法后得到的气体密度值；或者还可以是通过趋势值修正后得到的气体密度值。
具体地，所述智能微处理器202对电气设备的气体密度值采用平均值法(均值法)计算处理得到气体密度值P20的平均值P20平均。所述平均值法为：在设定的时间间隔里、设定采集频率，把全部采集得到的不同时间点的密度值(N个)进行平均值计算处理，得到其气体密度值P20的平均值P20平均。这样使测量更加准确，克服温度的影响。
所述趋势变化值△P20为：采用在设定的时间间隔里、设定采集频率，把全部采集得到的不同时间点的密度值(N个)进行平均值计算处理，得到其气体密度值P20的平均值P20平均，然后设定趋势计算周期T周期，得到趋势变化值△P20＝P20平均(前一个T周期值)-P20平均(T周期)，即平均值P20平均前后周期T周期的差值；或者，在设定的时间间隔T间隔，当所监测的电气设备的气体密度值P20的趋势变化值△P20＝P20(前一个T间隔)-P20(T间隔)，即密度值P20前后时间间隔T间隔的差值；或者，在设定的时间间隔T间隔，设定的时间长度T长度。采用在设定的时间间隔T间隔、设定采集频率，把全部采集得到的不同时间点的密度值P20(N个)进行累计计算得到累计值∑P20，得到趋势变化值△P20＝∑P20(前一个T长度)-∑P20(当下T长度)，即前后时间长度T长度累计值∑P20之间的差值。其中，N为大于等于1的整数。
当所监测的电气设备的气体密度值P20低于或高于所设定的密度值P20设定时，第一电子信号接点2013输出告示接点信号A；或者，在设定的时间间隔，当所监测的电气设备的气体密度值P20的趋势变化值△P20低于或高于所设定的趋势变化值△P20设定时，第一电子信号接点2013输出告示接点信号A；或者，在设定的时间间隔，当所监测的电气设备的气体密度值P20的平均值P20平均低于或高于所设定的密度平均值P20平均设定时，第一电子信号接点2013输出告示接点信号A。
当所监测的电气设备的气体压力值或温度值低于或高于所设定的压力值P设定或温度值T设定时，第二电子信号接点2014输出告示接点信号B；或者，在温度值达到所设定的温度阈值T设定阈值时，当所监测的电气设备的气体压力值低于或高于所设定的压力值P设定时，第二电子信号接点2014输出告示接点信号B。
所述监视器，其设定的密度值P20设定可以是根据要求设定的密度值，或者是根据需要以往一设定时间段内检测到的密度值。设定值可以在线修改和存储。
所述智控单元202对一定间隔时间的气体密度值P20进行傅里叶变换，转换成对应的频谱，把周期性成份滤掉，或者，按照时间序列将成份分解为趋势性成份、周期性成份和随机成份，按照趋势性成份判断气体泄漏。
另外，所述监视器能够输入补气事件、和/或放气测试事件，并能够根据对应的补气事件、和/或放气测试事件进行气体密度值P20新的计算或调整。所述监视器在一定的短时间内，监测到气体密度值P20逐渐增大，就可以判断为补气事件，当监测到的气体密度值P20为最大时，判断为补气事件结束，并进行气体密度值P20新的计算或调整。所述监视器在一定的短时间内，监测到气体密度值P20逐渐微微下降，就可以判断为放气测试(微水或分解物)事件，当监测到的气体密度值P20为最小时，判断为放气测试事件结束，并进行气体密度值P20新的计算或调整。所述监视器能够记录补气事件、和/或放气测试事件，如补气时间、和/或补气次数、和/或气体质量。
在一种优选实施例中，所述监视器还包括具有示值显示的数码器件或液晶器件。
实施例二：
图3、图4为本发明实施例二的高中压电气设备用的，具有接点信号输出的气体密度监视器的结构示意图。如图3、图4所示，一种具有接点信号输出的气体密度监视器，包括机械部分1和与机械部分相对独立的电子部分2，其机械部分1和电子部分2为一体化设计。其中，机械部分1包括：机械部分壳体101，以及设于所述机械部分壳体内的基座102、压力检测器103、温度补偿元件104、机芯105、指针106、刻度盘1012、端座108、信号调节机构107、若干信号发生器109、设备连接接头1010、以及温度传感器3。所述电子部分2包括电子部分壳体2010，以及设于所述电子部分2壳体内的智能处理器202、电源(电源模块)203。所述压力传感器201固定在压力传感器固定座209上，所述压力传感器201在气路上与压力检测器103相连通。所述机械部分壳体101和电子部分壳体2010是相互独立或隔开的，所述智能处理器202分别与温度传感器3、压力传感器201、通讯模块4相连接。压力传感器201通过绝缘件204、205、206密封固定在传感器外壳207上，然后再安装固定在压力传感器固定座209上。
在传感器外壳207内部设置有屏蔽件208，以提高监视器的抗干扰能力。同时在电子部分壳体2010的内侧(或外部)设置有屏蔽件2011，进一步提高监视器的抗干扰能力。所述屏蔽件2011可以对电场，或磁场起到屏蔽作用，就是利用屏蔽件材料的反射和/或吸收作用，以减少EMI辐射。屏蔽材料的有效添置可减少或清除不必要的缝隙，抑制电磁耦合辐射，降低电磁泄漏和干扰，可采用较高导电、导磁性能的材料作为电磁屏蔽材料(如铁)，一般要求屏蔽性能达40～60dB。具体就是把电子部分2密封在一个带有屏蔽材料制成的壳体内。良好的密封，很好地克服由于缝隙的导电不连续性，产生电磁泄漏而引起的干扰问题。
另外，压力检测器103的一端和温度补偿元件104的一端均固定于端座108上，压力检测器103的另一端密封连接在基座102上，温度补偿元件104的另一端通过显示连杆与机芯105连接或者温度补偿元件104的另一端直接与机芯105连接，指针106安装于机芯105上且设于刻度盘1012之前。所述信号发生器109可以采用微动开关或磁助式电接点，通过信号发生器109输出气体密度继电器的接点信号。所述压力检测器103可以采用巴登管或波纹管。温度补偿元件104可以采用补偿片或机械部分壳体101内封闭的气体。本发明监视器的机械部分1还可以包括：充油型密度继电器、无油型密度继电器、气体密度表、气体密度开关或者气体压力表。在本实施例的监视器内，基于压力检测器103并利用温度补偿元件104对变化的压力和温度进行修正，以反映(六氟化硫)气体密度的变化。即在被测介质(六氟化硫)气体的压力作用下，由于有了温度补偿元件104的作用，(六氟化硫)气体密度值变化时，(六氟化硫)气体的压力值也相应地变化，迫使压力检测器103的末端产生相应的弹性变形位移，借助于温度补偿元件104，传递给机芯105，机芯105又传递给指针106，遂将被测的六氟化硫气体密度值在刻度盘1012上指示出来。信号发生器109作为输出报警闭锁接点信号。这样监视器就能把(六氟化硫)气体密度值显示出来了。如果漏气了，六氟化硫气体密度值下降了，压力检测器103产生相应的反向位移，通过温度补偿元件104，传递给机芯105，机芯105又传递给指针106，指针106就往示值小的方向走，在刻度盘1012上具体显示漏气程度，并且通过信号发生器109输出(报警闭锁)接点信号，通过机械原理监视和控制电气开关等设备中的六氟化硫气体密度，使电气设备安全工作。
本实施例中，将所述温度传感器3和温度补偿元件104设置在一起；或所述温度传感器3直接设置在温度补偿元件104上；或所述温度传感器3设置在温度补偿元件104附近。经过这样新的设计处理，其性能大大提高。
另外，所述监视器还包括隔热件5，所述隔热件5设置在机械部分壳体101和电子部分壳体2010之间；或所述隔热件设置在电源(电源模块)203处。所述电源(电源模块)203在位置上远离温度传感器3和温度补偿元件104。
所述气体密度监视器的智能微处理器202具有电气接口：可以完成测试数据存储；和/或测试数据导出；和/或测试数据可打印；和/或可与上位机进行数据通讯；和/或可输入模拟量、数字量信息。所述气体密度监视器的电气接口带有保护功能，误接不会造成接口损坏；或/和不会受到电磁场的干扰。所述智能微处理器202还包括通讯模块，通过通讯模块实现远距离传输测试数据和/或状态监测结果等信息。所述的通讯模块的通讯方式可以是有线或无线方式。所述智能微处理器202核心元件为集成电路组成的处理器，或为可编程控制器，或为工控机，或为工业计算机，或为单片机，或为ARM芯片，或为AI芯片，或为量子芯片，或为光子芯片。所述气体密度监视器还具有自诊断功能，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。气体密度监视器还含有分析系统(专家管理分析系统)，对气体密度监测、气体密度继电器性能、监测元件进行检测分析，判定，知道问题点在哪里。是电气设备、还是气体密度继电器自身有问题。
实施例三：
图5为本发明实施例三的具有接点信号输出的气体密度监视系统的结构示意图。如图5所示，多个设有六氟化硫气室的高压电气设备、多个气体密度监视器均依次通过集线器、IEC61850协议转换器与后台监控终端连接。其中，每个气体密度监视器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连接一组气体密度监视器，如集线器HUB1连接气体密度监视器Z11、Z12、……Z1n，集线器HUB2连接气体密度监视器Z21、Z22、……Z2n，……，集线器HUBm连接气体密度监视器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。
实施例四：
图6是本发明实施例四的具有接点信号输出的气体密度监视系统的结构示意图。本实施例较实施例三增加了网络交换机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连接一组气体密度监视器，如集线器HUB1连接气体密度监视器Z11、Z12、……Z1n，集线器HUB2连接气体密度监视器Z21、Z22、……Z2n，……，集线器HUBm连接气体密度监视器Zm1、Zm2、……Zmn，其中，m、n均为自然数。
综上所述，本发明提供一种高压电气设备用的具有接点信号输出的气体密度监视器、或由其组成的监测系统，既能克服机械式SF6气体密度继电器不能很好精准监控电气设备的SF6气体密度问题，又能克服投资大、现场施工不便的问题。能够把漏气的准确信息及时告知运维人员，提高安全性能，降低运行维护成本，保障电网安全运行。同时可以大大减少SF6气体排放，保护了环境。
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 (19)
1.一种具有接点信号输出的气体密度监视器，其特征在于，包括：压力传感器、温度传感器、智能微处理器、第一电子信号接点以及用于连通电气设备的设备连接接头；
所述第一电子信号接点的两端分别设有连接点，用于并联或串联到监测电气设备的气体密度继电器的接点上；或者，所述第一电子信号接点的两端分别设有连接点，用于并联或串联到监测电气设备的气体密度继电器的接点所对应的控制回路上；
所述智能微处理器分别与压力传感器和温度传感器相连接，用于获取压力传感器采集的压力值和温度传感器采集的温度值，并处理得到相应的气体密度值P20；
所述智能微处理器直接或间接控制所述第一电子信号接点，当所监测的气体密度值P20低于或高于设定的密度值时，所述第一电子信号接点输出第一告示接点信号；或者，
在设定的时间间隔，当所监测的气体密度值P20的趋势变化值△P20低于或高于设定的趋势密度值时，所述第一电子信号接点输出第一告示接点信号；或者，
在设定的时间间隔，当所监测的气体密度值P20的平均值低于或高于设定的密度平均值时，所述第一电子信号接点输出第一告示接点信号；
其中，所述第一告示接点信号包括报警、或/和闭锁。
2.根据权利要求1所述的一种具有接点信号输出的气体密度监视器，其特征在于：所述第一电子信号接点包括至少一个第一常开型开关，所述第一常开型开关的两端分别设有连接点，用于并联在监测电气设备的气体密度继电器的接点上，或用于并联在监测电气设备的气体密度继电器的接点所对应的控制回路上，所述接点为常开型密度继电器；或者，
所述第一电子信号接点包括至少一个第一常闭型开关，所述第一常闭型开关的两端分别设有连接点，用于串联在监测电气设备的气体密度继电器的接点上，或用于串联在监测电气设备的气体密度继电器的接点所对应的控制回路上，所述接点为常闭型密度继电器。
3.根据权利要求1所述的一种具有接点信号输出的气体密度监视器，其特征在于：所述监视器还包括第二电子信号接点，所述第二电子信号接点的两端分别设有连接点，用于并联或串联到监测电气设备的气体密度继电器的接点上；或者，所述第二电子信号接点的两端分别设有连接点，用于并联或串联到监测电气设备的气体密度继电器的接点所对应的控制回路上；
当所监测的电气设备的气体压力值低于或高于设定的压力值P设定时，所述第二电子信号接点输出第二告示接点信号；或者，
当所监测的电气设备的气体温度值低于或高于设定的温度值T设定时，所述第二电子信号接点输出第二告示接点信号；或者，
当气体温度值达到所设定的温度阈值T设定阈值，且所监测的电气设备的气体压力值低于或高于设定的压力值P设定时，所述第二电子信号接点输出第二告示接点信号；
其中，所述第二告示接点信号包括报警、和/或闭锁。
4.根据权利要求3所述的一种具有接点信号输出的气体密度监视器，其特征在于：所述第二电子信号接点包括至少一个第二常开型开关，所述第二常开型开关的两端分别设有连接点，用于并联在监测电气设备的气体密度继电器的接点上，或用于并联在监测电气设备的气体密度继电器的接点所对应的控制回路上，所述接点为常开型密度继电器；或者，
所述第二电子信号接点包括至少一个第二常闭型开关，所述第二常闭型开关的两端分别设有连接点，用于串联在监测电气设备的气体密度继电器的接点上，或用于串联在监测电气设备的气体密度继电器的接点所对应的控制回路上，所述接点为常闭型密度继电器。
5.根据权利要求1或3所述的一种具有接点信号输出的气体密度监视器，其特征在于：所述第一电子信号接点、或所述第二电子信号接点均包括电磁继电器、固态继电器、时间继电器、功率继电器、可控硅、电子开关、电接点、光耦、DI、MOS场效应管、三极管、二极管、MOSFET继电器中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的一种具有接点信号输出的气体密度监视器，其特征在于：所述压力传感器、温度传感器为一体化结构。
7.根据权利要求1所述的一种具有接点信号输出的气体密度监视器，其特征在于：所述智能微处理器对气体密度值采用平均值法计算得到，所述平均值法为：在设定的时间间隔内，设定采集频率，将全部采集得到的不同时间点的N个气体密度值进行平均值计算处理，得到气体密度值P20的平均值或者，
在设定的时间间隔里、设定温度间隔步长，把全部温度范围内采集得到的N个不同温度值的密度值进行平均值计算处理，得到其气体密度值P20的平均值或者，
在设定的时间间隔里、设定压力间隔步长，把全部压力变化范围内采集得到的N个不同压力值的密度值进行平均值计算处理，得到其气体密度值P20的平均值
其中，N为大于等于1的正整数。
8.根据权利要求1所述的一种具有接点信号输出的气体密度监视器，其特征在于：所述趋势变化值△P20为：在设定的时间间隔里、设定采集频率，把全部采集得到的不同时间点的N个气体密度值进行平均值计算处理，得到其气体密度值P20的平均值然后设定趋势计算周期T周期，得到趋势变化值即平均值前后周期T周期的差值；或者，
在设定的时间间隔T间隔，所监测的气体密度值P20的趋势变化值 即密度值P20前后时间间隔T间隔的差值；或者，
设定时间间隔T间隔，设定时间长度T长度，采用在设定的时间间隔T间隔、设定采集频率，把全部采集得到的不同时间点的N个气体密度值P20进行累计计算得到累计值∑P20，得到趋势变化值即前后时间长度T长度累计值∑P20之间的差值；
其中，N为大于等于1的正整数。
9.根据权利要求1所述的一种具有接点信号输出的气体密度监视器，其特征在于：所述设定的密度值是根据要求设定的密度值，或者是根据以往一设定时间段内检测得到的密度值。
10.根据权利要求1所述的一种具有接点信号输出的气体密度监视器，其特征在于：所述智能微处理器基于微处理器的嵌入式系统内嵌算法及控制程序，自动控制第一电子信号接点的状态监测、以及信号远传过程，包含所有外设、逻辑及输入输出。
11.根据权利要求1所述的一种具有接点信号输出的气体密度监视器，其特征在于：所述智能微处理器具有电气接口，所述电气接口完成测试数据存储，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所述的一种具有接点信号输出的气体密度监视器，其特征在于：所述智能微处理器还包括通讯模块，用于实现远距离传输测试数据和/或状态监测结果。
13.根据权利要求12所述的一种具有接点信号输出的气体密度监视器，其特征在于：所述通讯模块的通讯方式为有线通讯或无线通讯方式；其中，
所述有线通讯方式包括RS232总线、RS485总线、CAN-BUS总线、光纤以太网、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；
所述无线通讯方式包括传感器内置5G/NB-IOT通讯模块、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。
14.根据权利要求1所述的一种具有接点信号输出的气体密度监视器，其特征在于：所述智能微处理器的控制通过现场控制，和/或通过所述后台监控终端控制。
15.根据权利要求1所述的一种具有接点信号输出的气体密度监视器，其特征在于：所述监视器能够输入补气事件、和/或放气测试事件，并能根据对应的补气事件、和/或放气测试事件对气体密度值P20进行新的计算或调整。
16.根据权利要求15所述的一种具有接点信号输出的气体密度监视器，其特征在于：所述监视器在一定的短时间内，监测到气体密度值P20逐渐增大，就判断为补气事件，当气体密度值P20为最大值时，判断为补气事件结束，并对气体密度值P20进行新的计算或调整；或者，
所述监视器在一定的短时间内，监测到气体密度值P20逐渐下降，就判断为放气测试事件，当气体密度值P20为最小值时，判断为放气测试事件结束，并对气体密度值P20进行新的计算或调整。
17.根据权利要求1所述的一种具有接点信号输出的气体密度监视器，其特征在于：所述监视器还包括监测气体微水值的微水传感器；和/或，
所述监视器还包括在线监测气体分解物的分解物传感器。
18.根据权利要求1所述的一种具有接点信号输出的气体密度监视器，其特征在于：所述监视器还包括具有示值显示的数码器件或液晶器件。
19.一种具有接点信号输出的气体密度监视系统，其特征在于：所述系统由权利要求1至18任一项所述的具有接点信号输出的气体密度监视器构成；或者，所述系统包括权利要求1至18任一项所述的具有接点信号输出的气体密度监视器。
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|---|---|
| CN (1) | CN110411893A (zh) |
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