CN111404071B - 核电站用gis设备的刀闸监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及核电站输配电及保护技术领域，提供了一种核电站用GIS设备的刀闸监控系统，所述GIS设备包括壳体，该壳体包括用于容纳刀闸机构的气室，所述壳体上设有与气室连通的检修孔，该刀闸监控系统包括：监控装置，该监控装置的一端插设于检修孔处且设有摄像头，该摄像头的拍摄方向朝向刀闸机构，用于透过检修孔采集刀闸机构的图像信息；中央处理装置，与监控装置信号连接，用于选择及接收监控装置采集到的所需查看刀闸机构的图像信息；显示装置，与中央处理装置信号连接，用于显示监控装置采集到的刀闸机构的图像。该刀闸监控系统可实时且安全地对刀闸机构进行监控，从而提高故障判断准确度。

Description

核电站用GIS设备的刀闸监控系统

技术领域

本发明涉及核电站输配电及保护技术领域，具体涉及一种核电站用GIS设备的刀闸监控系统。

背景技术

GIS(GAS insulated SWITCHGEAR)是气体绝缘全封闭组合电器的英文简称。如图1所示，GIS由断路器、隔离开关、接地开关、互感器、避雷器、母线、连接件和出线终端等组成，这些设备或部件全部封闭在金属接地的外壳中，在其内部充有一定压力的SF6绝缘气体，故也称SF6全封闭组合电器。

GIS设备自20世纪60年代实用化以来，已广泛运行于世界各地。与常规敞开式变电站相比，GIS的优点在于结构紧凑、占地面积小、可靠性高、配置灵活、安装方便、安全性强且环境适应能力强，维护工作量很小。

GIS虽是运行可靠性高、维护工作量少、检修周期长的高压电气设备，其故障率只有常规设备的20％～40％，但GIS也有其固有的缺点，由于SF6气体的泄漏、外部水分的渗入、导电杂质的存在以及绝缘子老化等因素影响，都可能导致GIS内部闪络故障。GIS的全密封结构使故障的定位及检修比较困难，检修工作繁杂，事故后平均停电检修时间比常规设备长，其停电范围大，常涉及非故障元件。

目前国内的某核电站内采用的GIS设备采用模块化设计方案，主要特点是单相结构设计，其电气和机械应力小、铝制外壳重量轻、导电性好，且无涡流损耗。GIS设备的隔离/接地刀闸三相共用一个操作机构，并在操作机构箱上有一个分合闸位置指示器，三相之间通过中间齿轮及传动连杆进行传动，其中一相刀闸机构在动作时，推动另外两相刀闸机构动作。

实际生产作业中，曾出现接地刀闸分闸操作过程中传动不到位，导致两相地刀未动作，在执行隔离开关合闸操作时出现两相接地保护，跳开母相断路器的事件，尽管为了避免该事件的再次发生，该核电厂增加一个相位置指示器工作，初步改善刀闸位置指示缺陷，但针对刀闸传动连杆变形、气室内隔离刀闸传动绝缘撑杆故障及传动机构卡涩等故障无法进行有效指示，特别是针对气室内部的刀闸触头动作情况无法确认其有效信息。

另一方面，目前确认气室内的刀闸动作情况，还有种做法是在断路器的间隔之间安装脚手架，当GIS设备发生故障时，检修人员在脚手架上通过气室的检修孔并配合特制大小的强光源等工具才能进行内部情况检查，该方式有人员磕碰及坠落风险，一旦出现刀闸操作不到位的情况，如气室内产生电弧现象，将严重损伤现场查看刀闸状态人员视力，甚至导致人员直接失明，危及人身安全。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种可以直观且有效地对刀闸动作及刀闸的触头状态进行确认的核电站用GIS设备的刀闸监控系统。

根据第一方面，一种实施例中提供了一种核电站用GIS设备的刀闸监控系统，所述GIS设备包括壳体，该壳体包括用于容纳刀闸机构的气室，所述壳体上设有与气室连通的检修孔，该刀闸监控系统包括：

监控装置，该监控装置的一端插设于检修孔处且设有摄像头，该摄像头的拍摄方向朝向刀闸机构，用于透过检修孔采集刀闸机构的图像信息；

中央处理装置，与监控装置信号连接，用于选择及接收监控装置采集到的所需查看刀闸机构的图像信息；

显示装置，与中央处理装置信号连接，用于显示监控装置采集到的刀闸机构的图像信息。

依据上述实施例的核电站用GIS设备的刀闸监控系统，通过采集的视频可有效且直观地对气室内部刀闸机构的状态进行检查，避免刀闸传动机构及刀闸零部件故障后导致的刀闸误操作事故发生，有效避免人员及设备损失风险；同时，减少了操作人员攀爬导致的高空作业风险并大量减少刀闸确认时间，节省脚手架搭制成本和避免脚手架搭制导致的设备损伤风险；在对刀闸机构进行实施监控后，可有效避免因刀闸误合问题导致的电网考核事件发生，大大降低了安全成本。

附图说明

图1为现有的一种GIS设备的结构示意图；

图2为一种实施例的核电站用GIS设备的刀闸监控系统的结构原理图；

图3为一种实施例的核电站用GIS设备的刀闸监控系统的监控装置的正面结构示意图；

图4为一种实施例的核电站用GIS设备的刀闸监控系统的监控装置安装于气室上的结构示意图；

图5为一种实施例的核电站用GIS设备的刀闸监控系统的第一连接件的正面结构示意图；

图6为一种实施例的核电站用GIS设备的刀闸监控系统的第二连接件的正面结构示意图；

图7为一种实施例的核电站用GIS设备的刀闸监控系统的固定件的正面结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。

在本发明实施例中，加装监控装置后，可通过视频对气室内部刀闸机构的状态进行检查。

请参考图2-7，本实施例提供了一种核电站用GIS设备的刀闸监控系统，所述GIS设备包括壳体100，该壳体100包括用于容纳刀闸机构的气室110。

所述壳体100上设有与气室110连通的检修孔，所述检修孔的数目一般为至少两个，且可以分别分布在气室110的一个侧面的上下左右不同位置，某些GIS设备的壳体100在生产制作时，就已经将检修孔制作完毕。

尽管某些GIS设备中容纳刀闸机构的气室在生成时已经设有检修孔，但是该检修孔与本申请中检修孔的使用有所区别。现有的GIS设备正常情况下，在刀闸动作后，操作人员可以通过设置在刀闸驱动机构上的位置指示器来检查刀闸状态。而位于气室的检修孔虽具备观察的功能，更多应用于设备故障检修时使用，且需要配合临时搭制脚手架及相应劳保安全用品，用于供操作人员达到相应检修孔位置。

另外现有的检修孔上设有两个透镜，操作人员直接通过目视无法对气室的内部进行检查核实，还需要特制大小的强光源等工具才能进行内部情况检查。此种检查方式在正常照明条件下受光照干扰情况也较为严重，特别是针对气室上只有一个检修孔的气室，即使通过专用工具检查，受干扰情况更为明显。

本实施例中的检修孔可以直接使用目前在生产GIS设备的壳体100时制作的检修孔，也可以在生产GIS设备时再增加专用的检修孔。

所述刀闸监控系统包括监控装置200、中央处理装置400和显示装置500。

如图3所示，监控装置200插设于检修孔处，且插设于检修孔的一端分别设有摄像头210和光源220。不同刀闸机构所在的气室110，可以设置一个或多个的监控装置200，例如隔离开关和接地开关所在的气室110，分别设置多个监控装置200。

所述摄像头210的拍摄方向朝向刀闸机构，也就是气室110的内部，用于透过检修孔采集刀闸机构的图像信息，该图像信息可以是彩色图片或黑白图片，也可以是彩色视频或是黑白视频。当需要在某个时间点(例如定期检修)确认刀闸触头的状态时，可以只拍摄刀闸触头的彩色照片，例如，当工作人员控制刀闸合上时，摄像头210拍摄刀闸触头的彩色或黑白照片。当需要长期对刀闸机构中的传动杆等传动组件进行监控时，可以采集刀闸机构的视频。

在一些实施例中，可以采用镜头焦距可变的摄像头210，其作用是根据需求进行变焦，从而对刀闸机构的各细微动作做出更为精密的监控，相比现有的工作人员通过检修孔对设备的动作情况进行核实，以及通过位置指示器检查刀闸状态的方式，可以更准确地发现刀闸机构的故障之处，从而做出更为准确和及时的反应。

在一些实施例中，还可以采用镜头角度可以微调的摄像头210，其作用是可以略微的调整摄像头210的拍摄方向，使得摄像头210对准刀闸机构的不同位置。

所述光源220的发光方向与摄像头210的拍摄方向相同，用于透过检修孔为刀闸机构提供照明。这是由于检修孔本身结构，要求监控装置200内不能有复杂的结构，同时需要给气室110内部补充足够的光源220，用于摄像检查。光源220的类型优选为气体放电光源、电致发光光源或LED灯。

气体放电光源指的是电流流经气体或金属蒸气，使之产生气体放电而发光的光源。气体放电有弧光放电和辉光放电两种，放电电压有低气压、高气压和超高气压3种。弧光放电光源包括：荧光灯、低压钠灯等低气压气体放电灯，高压汞灯、高压钠灯、金属卤化物灯等高强度气体放电灯，超高压汞灯等超高压气体放电灯，以及碳弧灯、氙灯、某些光谱光源等放电气压跨度较大的气体放电灯。辉光放电光源包括利用负辉区辉光放电的辉光指示光源和利用正柱区辉光放电的霓虹灯，二者均为低气压放电灯；此外还包括某些光谱光源。

电致发光光源指的是在电场作用下，使固体物质发光的光源。它将电能直接转变为光能。包括场致发光光源和发光二极管两种。

本申请中，在满足气室110内部所需光源220的情况下，同时要考虑光源220发热问题，以避免温度过高将影响气室110检修孔处的密封性能，故本申请的光源220不采用热辐射光源。

本实施例中，光源220和摄像头210分别为柱状结构，光源220的发光处位于柱状结构的端面上，摄像头210的镜头也位于柱状结构的端面上，光源220与摄像头210之间具有一定的间隙，防止相互干涉。

为了进一步增强监控装置200的散热功能，该监控装置200的另一端具有散热结构230，该散热结构230可与监控装置200可拆卸连接。本实施例中，所述散热结构230为中空的筒状结构且一端具有开口，散热结构230具有开口的一端盖设于监控装置200的另一端上，散热结构230的内腔可以容纳监控装置200另一端所具有的零部件或是线材等。所述散热结构230为中空的筒状结构，散热结构230的外壁设有散热螺纹，用于监控装置200的散热，经过实际测量，通过设置了散热结构230，可有效降低监控装置200的温度上升速度，可见可以有效地进行散热。在一些实施例中，也可以设计其他形状的散热片进行散热。

GIS设备的壳体100内除了刀闸机构外，还包括断路器和互感器等装置，其中，断路器操作过程中震动较大，需要考虑监控装置200要具有良好的稳固性，同时在断路器进行操作后不会因震动导致监控装置200错位情况出现，故在一些实施例中，如图4所示，还包括连接组件，用以提高监控装置200的稳定性，同时，还提供了气室110的密封性。

连接组件包括第一连接件310和第二连接件320；所述第一连接件310插设于检修孔内，使得检修孔被密封，所述第一连接件310远离壳体100的一侧设有凹槽，所述凹槽上的底壁设有第一通孔310a和第二通孔310b；所述第一通孔310a内设有第一透镜，所述第二通孔310b内设有第二透镜。例如，如图5所示，第一连接件310的形状为非中空的六角螺母状，通过螺纹连接与检修孔相连，其内部设有挡板，使得六角螺母状的第一连接件310远离GIS设备的壳体100的一侧形成凹槽。

第二连接件320为环状结构，第二连接件320的一端罩设于第一连接件310上且该端的端面形状与第一连接件310的端面形状匹配且贴合设置，所述第二连接件320的另一端与监控装置200设有摄像头210的一端可拆卸设置。

上述第二连接件320的一端的端面形状与第一连接件310的端面形状要匹配且贴合的作用有两点，其一是可以使得第一连接件310与第二连接件320之间的连接更为紧固，其二是进一步增强了密闭性。例如，如图5所示，第一连接件310的形状为非中空的六角螺母状，首先，六角螺母状的远离壳体100的端面的形状为正六边形，其次，通常在生产六角螺母时，为避免六角螺母的端面的边缘刮伤，在六角螺母的端面的边缘处会倒圆角，而第二连接件320在第一连接件310的倒角处对应设有凸起，使第一连接件310和第二连接件320连接时更加贴合，从而减少了第一连接件310和第二连接件320之间的缝隙，增强了密封性。

当第二连接件320与第一连接件310连接时，所述摄像头210与光源220分别位于环状的第二连接件320内，且摄像头210伸入第一通孔310a内，光源220伸入第二通孔310b内，这样也可以减少摄像头210以及光源220的晃动。

为了进一步提高连接组件的稳固性，在一些实施例中，连接组件还可以包括固定件330，所述固定件330为管状结构且具有外螺纹，所述第一连接件310的凹槽的内壁上具有与固定件330的外螺纹匹配的内螺纹；所述固定件330的一端具有固定部330a，该固定件330旋入第一连接件310时，第二连接件320被所述固定部330a和第一连接件310夹持，固定部330a的作用是沿第二连接件320中心轴线的方向对第二连接件320施加夹紧力，摄像头210伸入第一通孔310a内，光源220伸入第二通孔310b内时，摄像头210和光源220也都位于固定件330内。

在一些实施例中，为了让操作人员更加在旋转固定件330时更加方便，固定部330a的形状可以是环状结构，固定部330a远离自身中心轴线的外侧边缘具有一对对称的缺口，该缺口可以供操作人员持握。例如如图7所示的固定部330a，操作人员可以双手夹持住缺口以转动固定件330，以避免转动固定件330时手部发生打滑现象。

基于上述连接组件和监控装置200，下面对监控装置200的安装过程进行说明：

首先，将第一连接件310插设于检修孔，使得检修孔被封闭，接着，将第二连接件320罩设于第一连接件310远离壳体100的一端上，完成第一连接件310和第二连接件320之间的连接，然后再用管状的固定件330穿过第二连接件320并与第一连接件310的凹槽螺纹连接，不断转动固定件330，直到第二连接件320被夹紧在固定部330a与第一连接件310之间。最后，将监控装置200的摄像头210对准第一通孔310a，或者将光源220对准第二通孔310b，将监控装置200安装在第二连接件320的另一端上，这样就可以完成监控装置200的安装。

通过上述设置的连接组件，使得检修孔的位置具有良好的密封性，同时，监控装置200也不容易错位。

在一些实施例中，如图6-7所示，第二连接件320其用于与监控装置200相连的一面具有环形槽，该环形槽内设有一卡槽320a，监控装置200设有摄像头210的端面具有与该凹槽对应设置的卡扣240，其作用为监控装置200进行定位，在第二连接件320安装时，就设定好角度，使得当监控装置200上的卡扣240与第二连接件320上的卡槽320a对应时，摄像头210正好对准第一通孔310a，光源220正好对准第二通孔310b，这样可以减少监控装置200的安装时间，进一步提高了维修效率。

中央处理装置400与监控装置200信号连接，用于选择及接收监控装置200采集到的所需查看刀闸机构的图像信息，即采集到的照片或视频。在一些实施例中，可以直接使用通常GIS设备自带的中控柜作为中央处理装置400。

显示装置500与中央处理装置400信号连接，用于显示监控装置200采集到的刀闸机构的图像。监控装置200采集到的图像信息，经中央处理装置400进行信号转换后在显示装置500上显示。

在一些实施例中，中央处理装置400包括存储单元，用于存储刀闸机构的图像信息，存储单元的作用为存储监控装置200发送的图像信息，这样，操作人员在显示装置500所在的一端除了可以监控刀闸机构的实时画面，还可以对历史的照片或视频进行回溯，从而及时对故障进行及时的排查。

在一些实施例中，监控装置200与中央处理装置400之间通过电缆线信号传输，该电缆线具有双层屏蔽结构，从而使监控装置200不受其他信号干扰的影响。

依据上述实施例的核电站用GIS设备的刀闸监控系统，通过采集的视频可有效且直观地对气室110内部刀闸机构的状态进行检查，避免刀闸传动机构及刀闸零部件故障后导致的刀闸误操作事故发生，有效避免人员及设备损失风险；同时，减少了操作人员攀爬导致的高空作业风险并大量减少刀闸确认时间，节省脚手架搭制成本和避免脚手架搭制导致的设备损伤风险；在对刀闸机构进行实施监控后，可有效避免因刀闸误合问题导致的电网考核事件发生，大大降低了安全成本；且本申请中的监控装置200，具有发热小、拍摄光照足且固定牢固的特点，可靠性也十分地高。

在实践中，已经证明了加装监控装置200后，可通过视频对气室110内部刀闸机构的状态进行检查，避免刀闸传动机构及刀闸零部件故障后导致的刀闸误操作事故发生，有效避免人员及设备损失风险；减少操作人员攀爬导致的高空作业风险并大量减少刀闸确认时间，节省脚手架搭制成本和避免脚手架搭制导致的设备损伤风险；加装监控装置200后，可有效避免因刀闸误合问题导致的电网考核事件发生。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (6)

1.一种核电站用GIS设备的刀闸监控系统，所述GIS设备包括壳体，该壳体包括用于容纳刀闸机构的气室，所述壳体上设有与气室连通的检修孔，其特征在于刀闸监控系统包括：

监控装置，该监控装置的一端插设于检修孔处且设有摄像头，该摄像头的拍摄方向朝向刀闸机构，用于透过检修孔采集刀闸机构的图像信息，所述监控装置具有摄像头的一端还设有光源，该光源的发光方向与摄像头的拍摄方向相同，用于透过检修孔为刀闸机构提供照明；

中央处理装置，与监控装置信号连接，用于选择及接收监控装置采集到的所需查看刀闸机构的图像信息；

显示装置，与中央处理装置信号连接，用于显示监控装置采集到的刀闸机构的图像信息；

连接组件，所述连接组件包括第一连接件、第二连接件和固定件；

所述第一连接件插设于检修孔内，使得检修孔被密封，所述第一连接件远离壳体的一侧设有凹槽，所述凹槽上的底壁设有第一通孔和第二通孔；

所述第一通孔内设有第一透镜，所述第二通孔内设有第二透镜；

所述监控装置的一端插设于凹槽内，且摄像头伸入第一通孔内，光源伸入第二通孔内；

所述第二连接件为环状结构，所述第二连接件的一端罩设于第一连接件上且该端的端面形状与第一连接件的端面形状匹配且贴合设置，所述第二连接件的另一端与监控装置设有摄像头的一端可拆卸设置，所述摄像头与光源分别位于第二连接件内；

所述固定件为管状结构且具有外螺纹，所述第一连接件的凹槽的内壁上具有与固定件的外螺纹匹配的内螺纹；

所述固定件的一端具有固定部，该固定件旋入第一连接件时，第二连接件被所述固定部与第一连接件夹持；

所述摄像头与光源分别位于固定件的内部。

2.如权利要求1所述的核电站用GIS设备的刀闸监控系统，其特征在于，所述固定部的形状为环状结构，所述固定部远离自身中心轴线的外侧边缘具有一对对称的缺口。

3.如权利要求1所述的核电站用GIS设备的刀闸监控系统，其特征在于，所述监控装置的另一端具有散热结构。

4.如权利要求3所述的核电站用GIS设备的刀闸监控系统，其特征在于，所述散热结构为中空的筒状结构，散热结构的外壁设有散热螺纹。

5.如权利要求1所述的核电站用GIS设备的刀闸监控系统，其特征在于，所述中央处理装置包括存储单元，用于存储刀闸机构的图像信息。

6.如权利要求1所述的核电站用GIS设备的刀闸监控系统，其特征在于，所述监控装置与中央处理装置之间通过电缆线信号传输，该电缆线具有双层屏蔽结构。

Images