CN112583116A - 一种特高压gis舱体位移智能监测预警装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种特高压GIS舱体位移智能监测预警装置。主要解决现有的GIS设备检测时费时费力、检查误差大、无形变预报警功能的技术问题。本发明采用的技术方案是：一种特高压GIS舱体位移智能监测预警装置，其包括数据采集单元、数据处理单元、组网单元、数据无线发送模块、数据中心和供电系统；所述数据采集单元包括位移传感器、温湿度传感器、倾角传感器和光照传感器；用于收集特高压GIS舱体的位移、温湿、倾角、光照的数据信息，并将上述数据信息通过组网单元传输给数据处理单元；所述数据处理单元负责接受数据中心控制指令、接收数据采集单元上传的数据信息及协调设备正常运行；所述数据处理单元采用数字信号处理器作为数据处理单元的核心。

Description

一种特高压GIS舱体位移智能监测预警装置
技术领域
本发明属于监测装置技术领域，具体涉及一种特高压GIS舱体位移智能监测预警装置。
背景技术
自2010年以来，GIS设备广泛应用于不同电压等级的电力变电站中，其中，GIS设备在500kV变电站的使用率为80％，在特高压站的使用率达到100％，GIS设备通常由分段舱体通过拼接方式组装而成，在运行过程中，由于制造及安装过程中产生的误差，环境温度变化等因素会造成舱体的水平位移和垂直位移，故在各段舱体连接处加装有波纹补偿器，波纹补偿器(伸缩节)处于经常性运动中，在运动过程中会导致GIS受力状况的改变，伸缩节的运行工况异常，往往会导致GIS局部顶死、顶部突出、漏气，直接关系到设备的安全稳定运行。
对GIS管母位移检查时，需逐个观察伸缩节游标卡尺示数，对于高处的管母伸缩节往往需借助望远镜或站在较高的平台上，观察的清晰度及角度受到很大限制，造成读数误差较大，加之站内GIS设备伸缩节位点较多，布置分散，数据抄录过程占用人员大量有效工作时间，工作效率低，工作成果差。
传统的检查方法存在以下问题：
一、费时费力：目前的设备对全站抄录时间最少需要3个多小时；
二、检查误差大：由于GIS设备运行环境的影响，伸缩节的游标卡尺表面常常积聚灰尘、脏污，造成刻度模糊，甚至无法读取，另外，需要借助望远镜观察的，也会因为观察角度，个体差异等因素，造成读数偏差；
三、无形变预报警功能：传统的GIS舱体伸缩节位移变化只能通过游标卡尺显示，不具备位移形变的实时在线监测和异常情况的预警功能。
发明内容
本发明的目的是解决现有的GIS设备检测时费时费力、检查误差大、无形变预报警功能的技术问题，提供一种特高压GIS舱体位移智能监测预警装置。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种特高压GIS舱体位移智能监测预警装置，其包括数据采集单元、数据处理单元、组网单元、数据无线发送模块、数据中心和供电系统；
所述数据采集单元包括位移传感器、温湿度传感器、倾角传感器和光照传感器；用于收集特高压GIS舱体的位移、温湿、倾角、光照的数据信息，并将上述数据信息通过组网单元传输给数据处理单元；
所述数据处理单元负责接受数据中心控制指令、接收数据采集单元上传的数据信息及协调设备正常运行；所述数据处理单元采用数字信号处理器作为数据处理单元的核心；
所述组网单元用于数据采集单元的分散传感器之间与数据处理单元的组网及通信，采用无线方式进行组网；
数据无线发送模块采用GPRS网络，用于数据处理单元与数据中心之间传输控制指令及信息；
所述数据中心通过数据无线发送模块接收数据处理单元上传的数据信息，并对上传的数据信息进行处理和存储，依据处理结果作出控制指令；
所述供电系统采用锂电池为整个系统供电。
进一步地，所述位移传感器采用弹簧压杆式位移传感器，所述温湿度传感器采用电容式温湿度传感器，所述倾角传感器采用静态型倾角传感器，所述光照传感器基于MAX44009芯片集成。
进一步地，所述组网单元采用Zig-Bee组网。
进一步地，所述数据处理单元包括处理器、存储器、RS232收发器模块、指示灯模块和NB无线模块，所述处理器与存储器、RS232收发器模块、指示灯模块和NB无线模块连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明可以在监测GIS位移数据的同时，将影响位移的关键环境因素量同步采集，为后期趋势分析提供更丰富的参考数据；
2.本发明的数据抄录时间少，快速方便，且数据准确率大大提升；
3.本发明的数据中心增加趋势分析功能，通过建立关联数据库，综合分析位移数据，实现不同环境条件和运行状态下的综合报警功能；
4.本发明的各传感器接口通用且彼此独立，可根据实际需求，选择不同型号或不同功能的传感器，系统适应性好，可移植性强；
5.本发明开发了基于Zig-Bee不同组网响应模式(轮询，异常位点召唤)；
6.本发明的GPRS网络心跳链路维护可实现固定时间无数据交互，自动发送链路维护数据包，保持链路稳定。
为了验证本装置的有益效果，对实施效果进行检查，监测某站500kV GIS舱体的位移数据，初期设置的数据监测间隔为4小时，连续观察3天，对数据中心数据接收率及准确率进行统计，检测数据如表一所示：
表一数据中心接收数据情况统计表
Figure BDA0002772408470000031
针对工作现场可能突发的需要临时召唤数据的情况，数据中心可以下发AT控制指令至GPRS模块，由主控制模块负责响应。
通过试验，测试主控制模块响应情况。测试分3天进行，每测试周期发送十次指令，以正确接收全部数据为指标，进行系统反馈延迟时间测试，模块响应情况统计如表二所示。
应急测试可以反应出系统整体工作的稳定性及双向响应能力，是整个系统性能的客观反应，可以从侧面反应出主控制模块单次召唤数据的成功率。
表二：指令下发响应时间统计表
下发次数 响应时间(s) 下发次数 响应时间(s) 下发次数 响应时间(s)
1 2.5 1 2 1 -
2 - 2 1.5 2 -
3 3 3 4 3 2.5
4 2 4 - 4 4
5 - 5 3 5 3
6 4 6 4 6 5
7 3.5 7 2 7 4
8 3 8 2 8 2.5
9 2 9 2.5 9 3
10 3 10 3 10 2
平均响应时间 2.875 2.67 3.25
成功率 80％ 成功率 90％ 成功率 80％
注：“-”代表模块响应失败。
由以上测试可以看到，装置单向数据传输稳定可靠，数据上送率及准确率达到100％，双向测试响应率大于80％，表明主控制模块单次召唤数据成功率较高，系统整体架构稳定可靠。
对500kV所有监测位点进行30组模拟数据抄录工作，记录所需时间并计算平均值。得到的统计结果如表三所示。
表三数据抄录时间统计表
Figure BDA0002772408470000041
Figure BDA0002772408470000051
如统计结果结果可以看到，30组模拟试验，数据抄录的平均总用时240秒，小于5分钟。1000kV侧监测位点总计150个，小于本次试验位点数。结合本次试验结果，可以认为，1000kV侧位点抄录用时将小于240s。
故由此推出，全站GIS舱体位移数据抄录时间小于500s，达到全站GIS位移数据抄录小于10分钟的目标要求。
附图说明
图1为本发明的组成方框示意图；
图2为本发明数据处理单元架构图；
图3为本发明数据采集单元数据采集发送流程图；
图4为本发明数据处理单元的数据处理流程图；
图5为本发明数据处理单元的数据发送流程图；
图6为本发明角度、位移传感器采集部件的电路图；
图7为本发明温湿度、光照传感器采集部件+NB模块的电路图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种特高压GIS舱体位移智能监测预警装置，其包括数据采集单元、数据处理单元、组网单元、数据无线发送模块、数据中心和供电系统；
所述数据采集单元包括位移传感器、温湿度传感器、倾角传感器和光照传感器；用于收集特高压GIS舱体的位移、温湿、倾角、光照的数据信息，并将上述数据信息通过组网单元传输给数据处理单元；
所述数据处理单元负责接受数据中心控制指令、接收数据采集单元上传特高压GIS舱体的位移、温湿、倾角、光照的数据信息并对上述数据信息进行处理、存储及协调设备正常运行；所述数据处理单元采用数字信号处理器作为数据处理单元的核心；
所述组网单元用于数据采集单元的分散传感器之间与数据处理单元的组网及通信，采用Zig-Bee组网；
数据无线发送模块采用GPRS网络，用于数据处理单元与数据中心之间传输控制指令及数据信息；
所述数据中心通过数据无线发送模块接收数据处理单元上传的数据信息，并对上传的数据信息进行处理和存储，依据处理结果作出控制指令；
所述供电系统采用锂电池为整个系统供电。
所述位移传感器采用弹簧压杆式位移传感器，所述温湿度传感器采用电容式温湿度传感器，所述倾角传感器采用静态型倾角传感器，所述光照传感器基于MAX44009芯片集成。
如图2所示，所述数据处理单元包括处理器(TMS320F28335)、存储器(SRAM&FLASH模块)、RS232收发器模块、指示灯模块和NB无线模块，所述处理器与存储器、RS232收发器模块、指示灯模块和NB无线模块连接，所述RS232收发器模块通过无线模块串口与数据采集单元中的传感器连接，所述NB无线模块与天线及接口和NB卡接口连接。
如图3所示，所述数据采集单元数据采集发送流程为：数据采集单元打开无线模块串口对各传感器进行数据巡查，判断有无数据更新，若有更新，则进行数据筛选并按规定协议组帧，将组帧的数据发送至Zig-Bee无线模块，Zig-Bee无线模块再将组帧的数据发送至数据处理单元。
如图4所示，所述数据处理单元的数据处理流程为：数据处理单元通过端口接收Zig-Bee无线模块接入请求指令后，做出是否同意接入的判断，若同意接入，则进行ID注册，接收数据，接收数据后对数据包进行是否有效的判断，若数据包有效，对其进行解析并显示及存储。
如图5所示，所述数据处理单元的数据发送流程为：先进行网络注册，登陆数据中心服务器，登陆成功后通过串口侦听有无远程配置请求，若有，则进入远程配置模式，配置完毕后退出远程配置模式，再次进行串口侦听，并将数据发送到缓存区，最后将数据发送给数据中心服务器。
如图6所示，所述角度、位移传感器采集部件由第一芯片U1、两个电阻R1和R2、两个电容C1和C2、两个发光二极管D1和D2及四个接口J1、J2、J3和J4组成，所述第一芯片U1为STC15L2K16S2-35-SOP28，第三接口J3与位移传感器连接，第四接口J3与角度传感器连接。其余连接关系详见图6。
如图7所示，所述温湿度、光照传感器采集部件+NB模块由第二芯片U2、两个电阻R3和R4、两个电容C3和C4、两个发光二极管D3和D4及四个接口J5、J6、J7和J8组成，所述第二芯片U2为STC15L2K16S2-35-SOP28，第七接口J7与NB模块连接，第八接口J8与温湿度、光照传感器连接。其余连接关系详见图7。

Claims (4)

1.一种特高压GIS舱体位移智能监测预警装置，其特征在于：包括数据采集单元、数据处理单元、组网单元、数据无线发送模块、数据中心和供电系统；
所述数据采集单元包括位移传感器、温湿度传感器、倾角传感器和光照传感器；用于收集特高压GIS舱体的位移、温湿、倾角、光照的数据信息，并将上述数据信息通过组网单元传输给数据处理单元；
所述数据处理单元负责接受数据中心控制指令、接收数据采集单元上传的数据信息及协调设备正常运行；所述数据处理单元采用数字信号处理器作为数据处理单元的核心；
所述组网单元用于数据采集单元的分散传感器之间与数据处理单元的组网及通信，采用无线方式进行组网；
数据无线发送模块采用GPRS网络，用于数据处理单元与数据中心之间传输控制指令及信息；
所述数据中心通过数据无线发送模块接收数据处理单元上传的数据信息，并对上传的数据信息进行处理和存储，依据处理结果作出控制指令；
所述供电系统采用锂电池为整个系统供电。
2.根据权利要求1所述的一种特高压GIS舱体位移智能监测预警装置，其特征在于：所述位移传感器采用弹簧压杆式位移传感器，所述温湿度传感器采用电容式温湿度传感器，所述倾角传感器采用静态型倾角传感器，所述光照传感器基于MAX44009芯片集成。
3.根据权利要求1所述的一种特高压GIS舱体位移智能监测预警装置，其特征在于：所述组网单元采用Zig-Bee组网。
4.根据权利要求1所述的一种特高压GIS舱体位移智能监测预警装置，其特征在于：所述数据处理单元包括处理器、存储器、RS232收发器模块、指示灯模块和NB无线模块，所述处理器与存储器、RS232收发器模块、指示灯模块和NB无线模块连接。
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