CN113218586A - 一种阀塔漏水监测系统及方法 - Google Patents

一种阀塔漏水监测系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种阀塔漏水监测系统及方法，包括：探测感知单元包括至少一组激光雷达阵列，每组激光雷达阵列包括若干激光雷达，实时监测阀厅中各个阀塔数据信息；分析计算单元设置若干个，其数量和激光雷达数量相对应，根据激光雷达的数据信息生成对应阀厅的图像信息，基于预判断算法模型判断当前时刻对应阀厅的图像信息是否存在异常；数据存储单元存储所有分析计算单元对应阀厅的图像信息；判断单元，当某一分析计算单元判断阀厅的图像信息存在异常时，调取数据存储单元中所存储的，与异常区域存在重叠监测的其他分析计算单元的图像信息，预设算法模型交叉对比判断阀厅是否存在渗漏。本发明的系统对阀厅内部渗漏检测方便，可检测小容量渗漏。

Description

一种阀塔漏水监测系统及方法
技术领域
本发明涉及电力系统监测技术领域，具体涉及一种阀塔漏水监测系统及方法。
背景技术
换流阀是直流输电系统中的核心设备，±800kV的特高压直流输电工程设计容量通常在8GW以上，额定工作状态下，特高压换流阀中由晶闸管半导体器件所产生的热损耗高达20MW，必须通过有效的水冷却系统带出换流阀，因此，换流阀水冷系统是特高压直流输电系统中极为重要的组成部分。特高压换流阀中，用于流通去离子冷却水的管路长达数百米，采用熔融工艺及螺纹紧固密封的接口达上千个。在电动力及水流冲击力的长期作用下，以及橡胶密封材料老化劣化情形下，极易造成冷却水的渗漏，甚至是泄漏。冷却水的渗漏(泄漏)将会对高压电气设备的绝缘产生极强的削弱作用，将导致局部放电、沿面放电短路等严重后果。
目前，各直流换流站阀冷系统均配备了各种类型的液位计，对阀冷系统膨胀水箱、喷淋水池等液位进行测量，测量信号上送至阀冷保护系统及控制系统的补水控制模块。由于液位计检定技术普遍采用连通原理，体积庞大，仅能在实验室进行检定。同时由于水冷系统的储水量大，通常可达2m3以上，对于毫升级别的渗漏，无法通过对储水罐中水位、水压、流量等参数的监测来判断。存在阀厅内部渗漏检测困难，无法检测小容量渗漏的问题。
发明内容
基于此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术阀塔中阀厅内部渗漏检测困难，无法检测小容量渗漏的缺陷，从而提供一种阀塔漏水监测系统及方法。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
第一方面本发明实施例提供一种阀塔漏水监测系统，包括：
探测感知单元，所述探测感知单元，包括：至少一组激光雷达阵列，其中，每组所述激光雷达阵列包括：若干激光雷达，用于实时监测阀厅中各个阀塔的数据信息；
分析计算单元，其设置有若干个，所述分析计算单元所设置的数量和所述探测感知单元中的激光雷达的数量相对应，用于根据对应激光雷达数据信息，生成对应阀厅的图像信息，并基于预判断算法模型，对雷达所覆盖的阀厅区域范围进行判断，判断当前时刻对应阀厅的图像信息是否存在异常情况，所述异常情况包括：阀厅渗漏的预判断；
数据存储单元，用于存储所有所述激光雷达对应阀厅的图像信息；
判断单元，当所述若干分析计算单元中的某一单元判断阀厅的图像信息存在异常情况时，则从数据存储单元中调取其它激光雷达所形成的图像信息，其中，调取的图像信息所覆盖的监测空间区域包含预判为异常的区域，根据所调取的多组的图像信息，基于预设算法模型进行交叉对比判断所述阀厅区域是否存在渗漏。
可选地，还包括：报警显示单元，用于展示异常阀厅位置点的报警信息，并以预定报警形式进行报警。
可选地，探测感知单元中每组所述激光雷达阵列中的激光雷达布置在同一水平线上。
可选地，还包括：无线通信模块，用于与监控人员建立连接，将所述报警信息发送到监控人员的终端设备。
可选地，还包括：光纤传输单元，用于根据光纤传输的方式，完成传输探测感知单元、分析计算单元、数据存储单元、判断单元、报警显示单元、无线通信模块之间信息的传输。
可选地，所述激光雷达的分辨率根据待监测水滴的信息选取。
第二方面，本发明实施例提供一种阀塔漏水监测方法，基于实施例第一方面所述的阀塔漏水监测系统，所述方法包括：
通过激光雷达实时获取监测阀厅中各个阀塔区域的空间状态图像信息；
基于预判断算法模型判断当前时刻对应阀厅的图像信息是否存在情况，所述情况包括：阀厅渗漏的预判断；
当所述若干分析计算单元中的某一单元判断阀厅的图像信息存在异常情况时，则从数据存储单元中调取其它激光雷达所形成的图像信息，其中，调取的图像信息所覆盖的监测空间区域包含预判为异常的区域，根据所调取的多组的图像信息，基于预设算法模型进行交叉对比判断所述阀厅区域是否存在渗漏。
可选地，还包括：根据存在渗漏阀厅图像信息的水滴信息，生成存在渗漏阀厅的异常结果，所述异常结果包括：阀厅的渗漏量、异常阀厅的位置点。
可选地，还包括：监控人员根据预定报警形式接收存在渗漏阀厅的异常结果。
可选地，所述激光雷达对阀厅的采样频率根据水滴经过预设监测空间距离花费的最短时间确定。
本发明技术方案，具有如下优点：
1、本发明提供的阀塔漏水检测系统，可有效提高漏水监测的精度，可实现毫升级冷却液体渗漏故障，提高系统运行响应效率。
2、本发明提供的阀塔漏水监测系统，系统采用高分辨率激光雷达作为空间探测感知单元，对所监测的空间点云图像具备人工智能识别分析能力，并通过对同一监测目标的多个分析计算单元进行交叉比对，实现冷却系统液体渗漏状态的监测及渗漏故障的提前预警。
3、本发明提供的阀塔漏水监测系统，监测区域由多个激光雷达共同交叉探测，避免了结构遮蔽而导致的监测盲点。
4、本发明提供的阀塔漏水监测系统及方法，各激光雷达所产生的监测数据经过断面处理后，分别进行独立的图像识别，仅在判断出现异常时进行数据的向上传递，具有边缘计算能力的模块化配置，更利于该系统根据不同的监测环境进行灵活的配置及升级。
5、本发明提供的阀塔漏水监测系统及方法，异常数据需进行交叉综合比对评估，同时需要对历史信息及未来信息进行对比评估，通过“空间”维度信息对比及“时间”维度信息对比，来对异常进行确认，通过不同维度状态信息的交叉比对，可避免因遮蔽、光线、异物反射等原因造成的误判
6、本发明提供的阀塔漏水监测系统，判断单元可根据不同雷达监测及分析计算单元的分析结果，以及历史数据中异常间隔时间，对渗漏量、渗漏位置进行估计，有助于检修工作的快速响应。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种阀塔漏水监测系统的一个具体示例的原理框图；
图2为本发明实施例提供的一种阀塔漏水监测系统的一个换流阀塔具体示例的漏水检测俯视图；
图3为本发明实施例提供的一种阀塔漏水监测系统的一个换流阀塔具体示例的侧视图；
图4为本发明实施例提供的一种阀塔漏水监测系统方法的一个具体示例的流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本发明实施例提供一种阀塔漏水监测系统，可应用于但不限于高压、特高压直流换流阀厅漏水监测的场景，可适用于任何采用液体冷却的高压大容量电力电子换流器阀厅，还可应用于其他封闭式高压大容量电力电子换流器阀塔漏水监测场景。
本发明实施例提供的一种阀塔漏水监测系统，如图1所示，监测系统包括：探测感知单元中激光雷达阵列实时监测阀厅中各个阀塔的数据信息。分析计算单元根据对应激光雷达的数据信息，生成对应阀厅的图像信息，同时，对对应的阀厅是否渗漏作出初步的预判，其中，分析计算单元所设置的数量和探测感知单元中的激光雷达的数量相对应。与此同时，还将生成的阀厅的图像信息存储至数据存储单元。当分析计算单元初步判断阀厅存在渗漏时，判断单元需要对初步存在渗漏阀厅预设范围内阀厅的图像信息进行交叉比对分析，综合考虑得出阀厅是否存在渗漏。仅以此举例，不以此为限，在实际应用中根据实际情况选取相应的预设范围。避免监测区域结构遮蔽而导致的监测盲点，提高了监测的准确率。
在本发明实施例中，探测感知单元包括：至少一组激光雷达阵列，激光雷达阵列的组数在此不作限制，根据实际情况进行相应选取。实际中，阀塔包括多个阀层(阀模块层)，如图2所示，为一个阀塔对应3个雷达的俯视图。例如：每个阀塔对应一组激光雷达阵列，或多个阀塔对应一组激光雷达阵列，或每个阀层对应设置一组激光雷达阵列，在此不作限制。
在本发明实施例中，每组激光雷达阵列包括：若干激光雷达，用于实时监测阀厅中各个阀塔的数据信息。激光雷达的分辨率根据待监测水滴的信息选取。激光雷达的数目及分辨率在此不作限制，根据实际情况进行相应的选取。激光雷达采样频率由水滴经过监测空间距离所花费的最短时间Twater所决定，采样频率至少应为1/(n*Twater)，其中n应不小于2。监测空间距离根据实际情况进行选取，在此不作限制。激光雷达的分辨率需满足至少小于典型渗漏水滴直径的1/2。典型渗漏水滴直径可根据实际工程换流阀水冷管路连接形式、管路尺寸以及设备对渗漏的容忍度等因素决定，在此不做限制。激光雷达阵列通常由但不限于三个或三个以上雷达组成。
在实际应用中，激光雷达阵列布置于换流阀阀厅四周墙壁。激光雷达的布置位置位于阀厅墙壁，可远距离实现探测，避免了监测手段对处于高电压、大电流、高频率工作状态下的换流器的影响。激光雷达阵列可根据实际阀厅中一次电气设备及母线的走向进行选择布置位置，雷达可在同一侧进行布置，也可在不同侧进行布置，或者双侧布置。但承担同一监测区域的雷达需布置在同一水平线。如图3所示，为换流阀塔布置雷达的侧视图。
同时，雷达在布置过程中还需考虑阀厅金属墙壁对激光光源的反射现象，如有必要，需在雷达所面对的墙壁上粘贴布置光波吸收材料。本发明实施例在每个阀模块层之间的空间区域配置一组激光雷达，也可仅在最后一个阀模块层间空间，也可根据需要有针对性的配置。有效探测覆盖范围大于换流阀投影面积，为保证探测数据的准确性，以及避免因阀塔设备结构原因而导致的视线遮蔽，通常设置的雷达数大于等于3个。
在本发明实施例中，分析计算单元设置有若干个。分析计算单元所设置的数量和探测感知单元中的激光雷达的数量相对应，用于根据对应激光雷达的数据信息，生成对应阀厅的图像信息。并基于预判断算法模型，对雷达所覆盖的阀厅区域范围进行判断。判断当前时刻对应阀厅的图像信息是否存在情况，异常情况包括：阀厅渗漏的预判断。预判断算法模型为现有技术常见模型，在此不作限制，根据实际情况进行选取具有相应功能的模型。同时，将所有所述激光雷达对应阀厅的图像信息存储至数据存储单元。
激光雷达实时监测阀厅中各个阀塔的数据信息为点云数据，通过对点云数据进行分析生成当前时刻对应的图像信息。采用经过系统训练的基于改进的卷积神经网络模型，对每个阀塔断面图像的快速识别处理，判断当前时刻对应阀厅的图像信息是否存在阀厅渗漏作出预判断。根据水滴经过监测高度范围所需的时间，对点云数据进行断面切片处理。分析计算单元通过对不同雷达所产生的点云数据切片进行图像识别分析，采用经过训练的基于改进卷积神经网络算法，实现图像中像素级异常的准确识别。
在本发明实施例中，判断单元用于当所述若干分析计算单元中的某一单元判断阀厅的图像信息存在异常情况时，则从数据存储单元中调取其它激光雷达所形成的图像信息。其它激光雷达指的是：与存在异常情况的分析计算单元，相对应的探测感知单元中其它的激光雷达。其中，调取的图像信息所覆盖的监测空间区域包含预判为异常的区域，根据所调取的多组的图像信息，基于预设算法模型进行交叉对比判断所述阀厅区域是否存在渗漏。异常的区域在此不作限制，根据实际情况进行相应的选取。预设算法模型为现有技术常见模型，在此不作限制，可以采用经过训练的深度学习算法，结合实际雷达的监测角度，对异常点进行交叉比对，剔除结构遮挡、其他异物所导致的误判。
在实际应用中，如果分析计算单元中图像处理分析及识别结果没有情况，此时则继续对下一断面进行分析处理。如分析计算单元中图像处理分析结果发现情况，则将有情况处进行标记，同时将有情况的图像信息发送至判断单元。此时，判断单元调取当前时刻有情况的分析计算单元的第一预设范围内的分析计算单元的图像信息(此时的图像信息仍是针对同一阀厅的不同分析计算单元所采集的图像信息)，基于预设算法模型判断所述阀厅是否存在渗漏。
分析计算单元及判断单元在识别出异常后，还需要对历史图像进行追溯比对，以及对未来一段时间的图像进行追踪，如发现规律性异物滴落，则判别有冷却水渗漏现象发生。
本发明实施例提供的阀塔漏水监测系统，还包括：报警显示单元，用于展示异常阀厅位置点的报警信息，并以预定报警形式进行报警。当发生渗漏时，会将渗漏的位置点以预定报警形式进行报警，例如：可以通过短信发送至监控人员的手机中或采用其他的报警形式，将报警信息发送至监控人员，在此不作限制。报警信息包括：阀厅漏水量、漏水间隔时间等信息，以便运行人员掌握检修时机。仅以此举例，不以此为限，在实际中根据实际情况选取相应的报警信息。
本发明实施例提供的阀塔漏水监测系统，还包括：无线通信模块，用于与监控人员建立连接，将报警信息发送到监控人员的终端设备。以便运行人员调用检查，同时上报报警信息，警示运行人员滴水风险。
本发明实施例提供的阀塔漏水监测系统，还包括：光纤传输单元，用于根据光纤传输的方式，完成传输探测感知单元、分析计算单元、数据存储单元、判断单元、报警显示单元、无线通信模块之间信息的传输。保证了数据传输的准确性，以及监测预警系统在高压直流输电阀厅强电磁环境下的可靠性。
在一具体实施例中，针对同一区域进行监测的若干个雷达对应的分析计算单元，如果有一组发现异常，则这个区域编组的其他雷达及分析计算单元也一同将同一时间断面的数据发送至判断单元。
在判断单元内，对同一监测区域的多个断面数据进行交叉比对，同时通过算法自动剔除因空间遮蔽等原因导致的异常识别结果差异。判断单元中如果对多个断面数据进行比对识别后认定可能存在渗漏现象，则调取异常时刻前的断面数据进行进一步比对，并监控跟踪对比后续时间段内的异常现象。如发现存在规律性的渗漏滴落现象发生，则可判断该阀塔投影区域存在水路渗漏问题。判断单元还可根据水滴的大小、滴落时间间隔等数据，判断渗漏量，同时根据不同角度图像中异常位置，进行水滴滴落位置的空间定位，有助于帮主检修人员快速定位。判断单元如判别确实存在异常，则将异常结果传递给结果生成单元，由判断单元依照统一的告警通知格式进行告警信息的生成。如所述交叉综合评估单元判别并无异常存在，则表示图像处理单元的神经网络需要进一步的优化，则交叉综合评估单元将“误判”的断面信息反馈至对应的分析计算单元，以便于处理单元进行神经网络的自学习和升级。
需要说明的是，本发明各个单元提供的算法及模型均为现有技术中成熟的算法，及通过现有技术进行组合得到的模型。
本发明实施例提供的一种阀塔漏水监测系统，通过在阀厅内安装的激光雷达，对大气环境条件较为平稳的阀厅内部进行水滴低落检测，通过对雷达反馈信号的清洗和识别，以及对历史信号规律的挖掘，实现对阀厅内漏水水滴滴落现象的灵敏监测，从而对阀塔漏水现象进行实时监测，可对阀厅内部冷却水渗漏的早期检测，在可视条件较差的环境下，对微小目标的识别和检测。
实施例2
本发明实施例提供一种阀塔漏水监测方法，基于实施例1的阀塔漏水监测系统，如图4所示，控制方法包括如下步骤：
步骤S1：通过激光雷达实时获取监测阀厅中各个阀塔区域的空间状态图像信息；
步骤S2：基于预判断算法模型判断当前时刻对应阀厅的图像信息是否存在情况，所述情况包括：阀厅渗漏的预判断；
步骤S3：当所述若干分析计算单元中的某一单元判断阀厅的图像信息存在异常情况时，则从数据存储单元中调取其它激光雷达所形成的图像信息，其中，调取的图像信息所覆盖的监测空间区域包含预判为异常的区域，根据所调取的多组的图像信息，基于预设算法模型进行交叉对比判断所述阀厅区域是否存在渗漏。
本发明实施例提供的阀塔漏水监测方法，还包括：根据存在渗漏阀厅图像信息的水滴信息，生成存在渗漏阀厅的异常结果，所述异常结果包括：阀厅的渗漏量、异常阀厅的位置点。仅以此举例，不以此为限，在实际应用中根据实际情况生成相应的异常结果。
本发明实施例提供的阀塔漏水监测方法，还包括：监控人员根据预定报警形式接收存在渗漏阀厅的异常结果。仅以此举例，不以此为限，在实际应用中根据实际情况选择相应的预定报警。
本发明实施例提供的阀塔漏水监测方法，通过激光雷达实时获取监测阀厅中各个阀塔区域的空间状态图像信息。基于预判断算法模型判断当前时刻对应阀厅的图像信息是否存在情况，所述情况包括：阀厅渗漏的预判断。当所述若干分析计算单元中的某一单元判断阀厅的图像信息存在异常情况时，则从数据存储单元中调取其它激光雷达所形成的图像信息，其中，调取的图像信息所覆盖的监测空间区域包含预判为异常的区域，根据所调取的多组的图像信息，基于预设算法模型进行交叉对比判断所述阀厅区域是否存在渗漏。本发明实施例提供的方法辅助运行人员对漏水程度进行评估，使换流阀中的漏水现象在早期得到及时的发现，以便合理安排检修工作，提升特高压直流输电的设备运行可靠性及系统可用率。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种阀塔漏水监测系统，其特征在于，包括：
探测感知单元，所述探测感知单元，包括：至少一组激光雷达阵列，其中，每组所述激光雷达阵列包括：若干激光雷达，用于实时监测阀厅中各个阀塔的数据信息；
分析计算单元，其设置有若干个，所述分析计算单元所设置的数量和所述探测感知单元中的激光雷达的数量相对应，用于根据对应激光雷达数据信息，生成对应阀厅的图像信息，并基于预判断算法模型，对雷达所覆盖的阀厅区域范围进行判断，判断当前时刻对应阀厅的图像信息是否存在异常情况，所述异常情况包括：阀厅渗漏的预判断；
数据存储单元，用于存储所有所述激光雷达对应阀厅的图像信息；
判断单元，当所述若干分析计算单元中的某一单元判断阀厅的图像信息存在异常情况时，则从数据存储单元中调取其它激光雷达所形成的图像信息，其中，调取的图像信息所覆盖的监测空间区域包含预判为异常的区域，根据所调取的多组的图像信息，基于预设算法模型进行交叉对比判断所述阀厅区域是否存在渗漏。
2.根据权利要求1所述的阀塔漏水监测系统，其特征在于，还包括：报警显示单元，用于展示异常阀厅位置点的报警信息，并以预定报警形式进行报警。
3.根据权利要求2所述的阀塔漏水监测系统，其特征在于，探测感知单元中每组所述激光雷达阵列中的激光雷达布置在同一水平线上。
4.根据权利要求3所述的阀塔漏水监测系统，其特征在于，还包括：无线通信模块，用于与监控人员建立连接，将所述报警信息发送到监控人员的终端设备。
5.根据权利要求4所述的阀塔漏水监测系统，其特征在于，还包括：光纤传输单元，用于根据光纤传输的方式，完成传输探测感知单元、分析计算单元、数据存储单元、判断单元、报警显示单元、无线通信模块之间信息的传输。
6.根据权利要求5所述的阀塔漏水监测系统，其特征在于，所述激光雷达的分辨率根据待监测水滴的信息选取。
7.一种阀塔漏水监测方法，其特征在于，基于权利要求1-6任一项所述的阀塔漏水监测系统，所述方法包括：
通过激光雷达实时获取监测阀厅中各个阀塔区域的空间状态图像信息；
基于预判断算法模型判断当前时刻对应阀厅的图像信息是否存在情况，所述情况包括：阀厅渗漏的预判断；
当所述若干分析计算单元中的某一单元判断阀厅的图像信息存在异常情况时，则从数据存储单元中调取其它激光雷达所形成的图像信息，其中，调取的图像信息所覆盖的监测空间区域包含预判为异常的区域，根据所调取的多组的图像信息，基于预设算法模型进行交叉对比判断所述阀厅区域是否存在渗漏。
8.根据权利要求7所述的阀塔漏水监测方法，其特征在于，还包括：根据存在渗漏阀厅图像信息的水滴信息，生成存在渗漏阀厅的异常结果，所述异常结果包括：阀厅的渗漏量、异常阀厅的位置点。
9.根据权利要求8所述的阀塔漏水监测方法，其特征在于，还包括：监控人员根据预定报警形式接收存在渗漏阀厅的异常结果。
10.根据权利要求9所述的阀塔漏水监测方法，其特征在于，所述激光雷达对阀厅的采样频率根据水滴经过预设监测空间距离花费的最短时间确定。
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