CN113175953A - 一种基于物联网的集成sf6气体在线感知装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于物联网的集成SF6气体在线感知装置，属于SF6气体监测技术领域，其包括物联网监测系统，所述物联网监测系统包括感知层、传输层和应用层，所述感知层与所述传输层通过LORA无线传输数据，所述传输层与所述应用层通过云数据平台信息互联；所述感知层包括RFID模块、SF6/微水/温度传感器、风机、语音报警模块和红外高光谱成像相机，所述SF6/微水/温度传感器包括SF6相对压力继电器、微水检测器、温度检测器、LORA发信器和太阳能电源模块。本发明满足无电源线供电需求，而且稳定性强，能够解决现有变电站SF6感知设备采用有线通讯、有线供电造成的布线麻烦，不够美观、安全的问题。

Description

一种基于物联网的集成SF6气体在线感知装置

技术领域

本发明涉及SF6气体监测技术领域，具体是一种基于物联网的集成SF6气体在线感知装置。

背景技术

目前分布六氟化硫的监测装置主要由监控主机与多个监控模块进行连接，电力系统中不同厂家提供的检测仪表之间易形成孤岛，相互之间无法实现无缝通信、信息共享和互操作性，不利于相关部门对SF6泄露数据的收集，影响专家系统的建立，阻滞智能工业的建设缺乏有效的数据管理平台，设备在现场应用的数据得不到聚合，相关人员在对 SF6设备故障预测研究中缺乏实时、准确、大量的数据，给数据分析造成了很大的困难；且当前各点的监控模块都需要连接通讯线与电源线，在变电站里布线非常麻烦且布置好后不易挪动，灵活性很差，同时也不美观，在安全性方面也有隐患。虽然有一些地方开始使用固定电池与无线通讯模块代替原有设备，但是续航性很差，需要经常更换电池。

公布号为CN 112003180 A的专利文献公开了一种配电站房SF6气体监测系统及方法，包括环境气体监测单元、显示单元、MCU主控单元、报警单元、门禁控制单元、通风控制单元、空调/除湿联动单元、有线通信单元、无线LoRa通信单元。通过与现场的环境气体监测传感器相连接，能准确无误的接收监测器传送过来的实时数据，通过运算分析，判断是否超标，超标则进行声光报警、语音提醒、启动风机通风、空调/除湿联动等输出动作，进行通信上报。优点：基于LoRa470M物联网节点设备无线组网通信技术，简化工程布线。实时监测有效联动，确保配电站房运行环境符合安全指标标准。转变运维模式，提高运维水平，打造“可自愈免维护”智能配电站房。该发明虽然通过无线LoRa通信单元简化了布线，但是其未能实现SF6密度继电器的无电源线供电需求，而且其仍具有有线通信单元，无法解决上述技术问题。

公布号为CN 111064779 A的专利文献公开了一种变电站SF6在线监测装置、方法及系统，包括：SF6监测传感器，用于采集变电站SF6在线监测数据；物联网模组，包括窄带物联网模组和加密芯片，所述加密芯片用于加密SF6监测传感器采集的变电站SF6在线监测数据，所述窄带物联网模组用于发送所述加密芯片加密后的变电站SF6在线监测数据；云平台，用于接收加密后的变电站SF6在线监测数据，对加密后的变电站SF6在线监测数据进行解密，对解密后的变电站SF6在线监测数据进行处理。该发明可实现对变电站SF6在线监测数据的统一处理，减少了监测数据的传输环节，有利于降低监测网络结构的复杂程度，提升了运维效率，保障了系统的安全运行。但是，该发明同样不能满足监测设备无电源线供电需求，未能解决上述技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明针对现有技术的不足，提供的一种稳定且无电源线供电需求的基于物联网的集成SF6气体在线感知装置。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种基于物联网的集成SF6气体在线感知装置，包括物联网监测系统，所述物联网监测系统包括感知层、传输层和应用层，所述感知层与所述传输层通过LORA无线传输数据，所述传输层与所述应用层通过云数据平台信息互联；所述感知层包括RFID模块、SF6/微水/温度传感器、风机、语音报警模块和红外高光谱成像相机，所述SF6/微水/温度传感器包括SF6相对压力继电器、微水检测器、温度检测器、LORA发信器和太阳能电源模块。

进一步的，所述传输层包括LORA收信器和4G/5G信号传输模块，所述LORA收信器接收所述LORA发信器发出的信息，通过所述4G/5G信号传输模块上传至所述云数据平台。

进一步的，所述应用层包括设置于监控中心的计算机和装载于所述计算机的六氟化硫在线监测系统，所述计算机与所述云数据平台信息互联。

进一步的，所述RFID模块作为进入变电站各部分的门卡识别装置，授予维修检测人员可否进入变电站各部分的权限，并在监测中心平台记录，在维修处SF6浓度未被风机处理到威胁人员安全以下程度时暂不予授权。

进一步的，所述SF6/微水/温度传感器用于监测各气室相应数据的变化，综合算法得到SF6在气室的精确变化，将其数据记录在数据库并在监控中心显示可视化图表，方便监控人员查看。

进一步的，所述风机在室内的SF6达到威胁检测维修人员的安全浓度时启动，起快速换气的作用。

进一步的，所述语音报警用于当SF6泄露速率和气室中微水浓度高于预警值或SF6浓度低于预警值时在监控中心进行报警，维修人员进入变电站时自动语音播报问题气室情况；所述红外高光谱成像相机对气室外部进行拍摄，检查SF6设备是否产生不良震动以及SF6泄露过程，自动存储，并在监控中心中呈现视频。

进一步的，所述SF6相对压力继电器、微水检测器、温度检测器组成一体式SF6密度继电器，所述一体式SF6密度继电器一侧设置所述太阳能电源模块，另一侧设置所述LORA发信器。

进一步的，所述太阳能电源模块包括光伏电池板、太阳能芯片、主电池和备用电池，所述光伏电池板通过所述太阳能芯片将太阳能转换为电能，所述太阳能芯片采集的电能一部分存储到主电池，另一部分对所述一体式SF6密度继电器与LORA发信器直接供电，所述主电池与所述备用电池之间连接有备用切换电路，所述备用电池用于对所述一体式SF6密度继电器与LORA发信器备用供电，所述主电池为可充电电池，所述备用电池为一次性电池。

进一步的，在白天或者阳光充足时，使用太阳能芯片对所述一体式SF6密度继电器与LORA发信器直接供电；在夜间或者阳光不足时，由原本的直接供电转换为主电池供电；在长时间阴雨天，主电池充电不足无法供电时，电压低于一定程度时负载切换为备用电池供电，LORA发信器并向监控中心通知此情况；当主电池充满时，电路切换为原本的供电方式；监控中心记录备用电池的供电时间，适时进行备用电池更换。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明基于物联网的集成SF6气体在线感知装置，通过在变电站设计可以无线传输无线供电的传感器装置，通讯方式上选择LORA无线网线连接，在供电方式上选择锂电池（太阳能充电方式），从而形成一整套拥有稳定且无电源线供电需求的集成在线感知装置，解决了现有采用变电站SF6感知设备有线通讯、有线供电造成的布线麻烦，不够美观、安全的问题。

另外，本发明设置RFID模块作为进入变电站各部分的门卡识别装置，授予维修检测人员可否进入变电站各部分的权限，并在监测中心平台记录，在维修处SF6浓度未被风机处理到威胁人员安全以下程度时暂不予授权，保证人身安全；设置SF6/微水/温度传感器，用于监测各气室相应数据的变化，综合一些算法的得到SF6在气室的精确变化，将其数据记录在数据库并在监控中心显示可视化图表，方便监控人员查看，统计；设置风机，用于在室内的SF6达到威胁检测维修人员的安全浓度时启动，快速换气；设置语音报警装置，当SF6泄露速率和气室中微水浓度高于预警值或SF6浓度低于预警值时在监控中心进行报警，维修人员进入变电站时自动语音播报问题气室情况，提高泄露处理效率；设置红外高光谱成像相机，能够对气室外进行拍照，采用机械视觉分析手段检查SF6设备是否产生不良震动以及SF6泄露过程，自动存储并在监控中心中呈现视频，有利于检修人员进一步确定SF6是否泄露，可以查看视频在人员维修之前提前确定泄露位置情况，从而可以提前预知危险，并减少了维修人员维修所用的时间，大大提高了安全性。

另外，本发明SF6相对压力继电器、微水检测器、温度检测器组成一体式SF6密度继电器，一体式SF6密度继电器一侧设置太阳能电源模块，无论在白天、夜晚或者连续阴雨天气下，太阳能电源模块均能进行供电，可靠性强，从而保证SF6在线监测的准确性。

附图说明

图1是本发明实施例一的结构示意图；

图2是本发明实施例二中一体式SF6密度继电器的正视图；

图3是本发明实施例二中一体式SF6密度继电器的左视图；

图4是本发明实施例二中一体式SF6密度继电器的供电结构图；

图5是本发明实施例三中自动调节组件的正视图；

图6是本发明实施例三中自动调节组件的左视图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步清楚阐述本发明的内容，但本发明的保护内容不仅仅局限于下面的实施例。在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。

实施例一

如图1所示，一种基于物联网的集成SF6气体在线感知装置，包括物联网监测系统，所述物联网监测系统包括感知层、传输层和应用层，所述感知层与所述传输层通过LORA无线传输数据，所述传输层与所述应用层通过云数据平台信息互联；所述感知层包括RFID模块、SF6/微水/温度传感器、风机、语音报警模块和红外高光谱成像相机，所述SF6/微水/温度传感器包括SF6相对压力继电器、微水检测器、温度检测器、LORA发信器和太阳能电源模块。

所述传输层包括LORA收信器和4G/5G信号传输模块，所述LORA收信器接收所述LORA发信器发出的信息，通过所述4G/5G信号传输模块上传至所述云数据平台。

所述应用层包括设置于监控中心的计算机和装载于所述计算机的六氟化硫在线监测系统，所述计算机与所述云数据平台信息互联。

所述RFID模块作为进入变电站各部分的门卡识别装置，授予维修检测人员可否进入变电站各部分的权限，并在监测中心平台记录，在维修处SF6浓度未被风机处理到威胁人员安全以下程度时暂不予授权。

所述SF6/微水/温度传感器用于监测各气室相应数据的变化，综合算法得到SF6在气室的精确变化，将其数据记录在数据库并在监控中心显示可视化图表，方便监控人员查看。

所述风机在室内的SF6达到威胁检测维修人员的安全浓度时启动，起快速换气的作用。

所述语音报警用于当SF6泄露速率和气室中微水浓度高于预警值或SF6浓度低于预警值时在监控中心进行报警，维修人员进入变电站时自动语音播报问题气室情况；所述红外高光谱成像相机对气室外部进行拍摄，检查SF6设备是否产生不良震动以及SF6泄露过程，自动存储，并在监控中心中呈现视频。

本发明实施例基于物联网的集成SF6气体在线感知装置，通过在变电站设计可以无线传输无线供电的传感器装置，通讯方式上选择LORA无线网线连接，在供电方式上选择锂电池（太阳能充电方式），从而形成一整套拥有稳定且无电源线供电需求的集成在线感知装置，解决了现有采用变电站SF6感知设备有线通讯、有线供电造成的布线麻烦，不够美观、安全的问题。

实施例二

如图2~4所示，本发明实施例基于物联网的集成SF6气体在线感知装置，作为实施例一的进一步改进：

所述SF6相对压力继电器、微水检测器、温度检测器组成一体式SF6密度继电器，所述一体式SF6密度继电器一侧设置所述太阳能电源模块，另一侧设置所述LORA发信器。

所述太阳能电源模块包括光伏电池板1、太阳能芯片、主电池2和备用电池3，所述光伏电池板1通过所述太阳能芯片将太阳能转换为电能，所述太阳能芯片采集的电能一部分存储到主电池2，另一部分对所述一体式SF6密度继电器与LORA发信器4直接供电，所述主电池2与所述备用电池3之间连接有备用切换电路5，所述备用电池3用于对所述一体式SF6密度继电器与LORA发信器4备用供电，所述主电池2为可充电电池，所述备用电池3为一次性电池。

在白天或者阳光充足时，使用太阳能芯片对所述一体式SF6密度继电器与LORA发信器4直接供电；在夜间或者阳光不足时，由原本的直接供电转换为主电池2供电；在长时间阴雨天，主电池2充电不足无法供电时，电压低于一定程度时负载切换为备用电池3供电，LORA发信器4并向监控中心通知此情况；当主电池2充满时，电路切换为原本的供电方式；监控中心记录备用电池3的供电时间，适时进行备用电池3更换。

本发明实施例中，所述光伏电池板1采用P型PERC单晶光伏电池，其转化率较高，更易满足续航要求，所述一体式SF6密度继电器上设置防雨盖7，所述主电池2、备用电池3和备用切换电路5设置在壳体8内部，所述光伏电池板1与所述壳体8通过金属软管6连接，能够随意调整光伏电池板的倾斜度，使其接受较大光照，所述金属软管6内为空心，便于排线。

实施例三

如图5~6所示，本发明实施例基于物联网的集成SF6气体在线感知装置，作为实施例二的进一步改进：将金属软管替换成支撑杆9，所述支撑杆9下部固定于所述壳体8，上部与所述光伏电池板1铰接，所述支撑杆9内部中空，用于排线；

所述壳体8上还设有自动调节组件，用于根据太阳光的位置自动调整光伏电池板1的倾斜角度，使得光伏电池板1朝向阳光，保证电能转换率；

所述自动调节组件包括双面齿板10、驱动电机11、齿轮、皮带轮12、控制器、光敏传感器13和U型支架14，所述双面齿板10通过两个立杆15固定于所述壳体8上，所述U型支架14一端固定所述驱动电机11，所述驱动电机11的输出轴上设置第一齿轮16，所述U型支架14另一端设置轴承，所述轴承上设置转轴，所述转轴上设置第二齿轮17，所述第一齿轮16和第二齿轮17位置对应，且所述第一齿轮16、第二齿轮17分别与所述双面齿板10的上齿、下齿相互啮合；

所述转轴的前端设置所述皮带轮12，所述皮带轮12上设有皮带19，所述皮带19的两端分别固定于所述光伏电池板1的两侧；

所述光敏传感器13设置于所述支撑杆9一侧，所述光敏传感器13与所述控制器的输入端连接，所述控制器的输出端连接所述驱动电机。

本发明实施例中，光伏电池板初始位置为向东倾斜，此时，由于光敏传感器在光伏电池板的遮挡下，不会触发高电平，当太阳由东方移动至西方时，光敏传感器暴露在太阳光下，触发高电平，控制器接收信号，控制驱动电机启动，使第二齿轮在双面齿板向另一侧转动平移，并带动皮带轮向另一侧转动平移，光伏电池板在皮带的作用下，向西倾斜，继续接受光照，当光伏电池板再次将光敏传感器遮挡时，控制器控制驱动电机停止；第二天太阳从东方升起时，光敏传感器将信号发送至控制器，控制驱动电机反方向转动，从而使光伏电池板向东倾斜，直至遮挡住光敏传感器时，驱动电机停止，循环往复，使得光伏电池板能够接受较多光照，提高电能转化量，而且自动化程度高，省时省力。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种基于物联网的集成SF6气体在线感知装置，其特征在于：包括物联网监测系统，所述物联网监测系统包括感知层、传输层和应用层，所述感知层与所述传输层通过LORA无线传输数据，所述传输层与所述应用层通过云数据平台信息互联；所述感知层包括RFID模块、SF6/微水/温度传感器、风机、语音报警模块和红外高光谱成像相机，所述SF6/微水/温度传感器包括SF6相对压力继电器、微水检测器、温度检测器、LORA发信器和太阳能电源模块。

2.如权利要求1所述的基于物联网的集成SF6气体在线感知装置，其特征在于：所述传输层包括LORA收信器和4G/5G信号传输模块，所述LORA收信器接收所述LORA发信器发出的信息，通过所述4G/5G信号传输模块上传至所述云数据平台。

3.如权利要求2所述的基于物联网的集成SF6气体在线感知装置，其特征在于：所述应用层包括设置于监控中心的计算机和装载于所述计算机的六氟化硫在线监测系统，所述计算机与所述云数据平台信息互联。

4.如权利要求3所述的基于物联网的集成SF6气体在线感知装置，其特征在于：所述RFID模块作为进入变电站各部分的门卡识别装置，授予维修检测人员可否进入变电站各部分的权限，并在监测中心平台记录，在维修处SF6浓度未被风机处理到威胁人员安全以下程度时暂不予授权。

5.如权利要求4所述的基于物联网的集成SF6气体在线感知装置，其特征在于：所述SF6/微水/温度传感器用于监测各气室相应数据的变化，综合算法得到SF6在气室的精确变化，将其数据记录在数据库并在监控中心显示可视化图表，方便监控人员查看。

6.如权利要求5所述的基于物联网的集成SF6气体在线感知装置，其特征在于：所述风机在室内的SF6达到威胁检测维修人员的安全浓度时启动，起快速换气的作用。

7.如权利要求6所述的基于物联网的集成SF6气体在线感知装置，其特征在于：所述语音报警用于当SF6泄露速率和气室中微水浓度高于预警值或SF6浓度低于预警值时在监控中心进行报警，维修人员进入变电站时自动语音播报问题气室情况；所述红外高光谱成像相机对气室外部进行拍摄，检查SF6设备是否产生不良震动以及SF6泄露过程，自动存储，并在监控中心中呈现视频。

8.如权利要求7所述的基于物联网的集成SF6气体在线感知装置，其特征在于：所述SF6相对压力继电器、微水检测器、温度检测器组成一体式SF6密度继电器，所述一体式SF6密度继电器一侧设置所述太阳能电源模块，另一侧设置所述LORA发信器。

9.如权利要求8所述的基于物联网的集成SF6气体在线感知装置，其特征在于：所述太阳能电源模块包括光伏电池板、太阳能芯片、主电池和备用电池，所述光伏电池板通过所述太阳能芯片将太阳能转换为电能，所述太阳能芯片采集的电能一部分存储到主电池，另一部分对所述一体式SF6密度继电器与LORA发信器直接供电，所述主电池与所述备用电池之间连接有备用切换电路，所述备用电池用于对所述一体式SF6密度继电器与LORA发信器备用供电，所述主电池为可充电电池，所述备用电池为一次性电池。

10.如权利要求9所述的基于物联网的集成SF6气体在线感知装置，其特征在于：在白天或者阳光充足时，使用太阳能芯片对所述一体式SF6密度继电器与LORA发信器直接供电；在夜间或者阳光不足时，由原本的直接供电转换为主电池供电；在长时间阴雨天，主电池充电不足无法供电时，电压低于一定程度时负载切换为备用电池供电，LORA发信器并向监控中心通知此情况；当主电池充满时，电路切换为原本的供电方式；监控中心记录备用电池的供电时间，适时进行备用电池更换。

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