CN114674360A - 一种gis设备壳体伸缩节几何姿态监测装置及其方法 - Google Patents

一种gis设备壳体伸缩节几何姿态监测装置及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种GIS设备壳体伸缩节几何姿态监测装置及其方法，该装置包括分别连接有容栅位移传感器、温度传感器、角度传感器、无线通讯模块、供电模块的主控板，无线通讯模块与服务端连接，主控板从服务端接收控制指令，发送相应控制信号给容栅位移传感器、温度传感器和角度传感器，并从上述传感器分别获取相应测量数据、从供电模块获取当前电量数据，再通过无线通讯模块传输至服务端；服务端根据测量数据，分析得到伸缩节的几何姿态信息；根据当前电量数据，调整生成对应的控制指令、并通过无线通讯模块传输至主控板。与现有技术相比，本发明能够自动准确地监测伸缩节位移量、倾斜角度、环境温度，能够对应分析出伸缩节的几何姿态信息。

Description

一种GIS设备壳体伸缩节几何姿态监测装置及其方法
技术领域
本发明涉及气体绝缘开关GIS设备状态诊断技术领域，尤其是涉及一种一种GIS设备壳体伸缩节几何姿态监测装置及其方法。
背景技术
GIS(GAS insulated SWITCHGEAR，气体绝缘金属封闭开关设备)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。GIS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，GIS不仅在高压、超高压领域被广泛应用，而且在特高压领域也被使用。
在厂站GIS设备的运行过程中，由于运行温度是变化的，而随着温度的变化，GIS设备壳体势必会产生热胀冷缩，造成水平筒体轴线水平位移，波纹管作为相邻两个母线筒间的弹性连接部分，具有调节现场安装尺寸、补偿水平温度位移量及不均匀沉降等作用，但是在实际工程中，由于施工质量不高、波纹管与壳体支撑腿不合理配置或产品设计问题，容易造成波纹管位移补偿作用性能下降或丧失，当波纹管无法补偿该位移时，应力会在设备母线筒法兰连接处、母线筒与开关设备连接处以及母线筒支腿处等结构薄弱处释放，存在引发设备漏气、支腿断裂、筒体偏移等严重后果的风险。
目前，绝大部分伸缩节处于无监测使用状态，存在不少安全隐患，只有少量场合在伸缩节的两侧安装机械刻度尺，并采用人工观测记录的方式实现母线筒伸缩节的形变(位移)量监测，这种方式存在人工工作量大、人工成本高、实时性差和数据准确度不高的弱点。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种GIS设备壳体伸缩节几何姿态监测装置及其方法，以能够自动准确地监测伸缩节位移量。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种GIS设备壳体伸缩节几何姿态监测装置，包括主控板，所述主控板分别连接有容栅位移传感器、温度传感器、角度传感器、无线通讯模块和供电模块，所述无线通讯模块与服务端连接，所述容栅位移传感器用于测量GIS设备壳体伸缩节的位移量；
所述温度传感器用于测量环境温度；
所述角度传感器用于测量GIS设备壳体伸缩节的倾斜角度；
所述主控板用于从服务端接收控制指令，以发送相应控制信号给容栅位移传感器、温度传感器和角度传感器，并从容栅位移传感器、温度传感器和角度传感器分别获取相应测量数据、从供电模块获取当前电量数据，再通过无线通讯模块传输至服务端；
所述服务端根据接收的测量数据，分析得到GIS设备壳体伸缩节的几何姿态信息；根据接收的当前电量数据，调整生成对应的控制指令、并通过无线通讯模块传输至主控板。
进一步地，所述无线通讯模块具体为LoRa通讯模块。
进一步地，所述供电模块包括依次连接的锂电池和光伏板，所述锂电池与主控板连接。
进一步地，所述主控板还连接有LED指示灯，所述LED指示灯用于指示当前监测装置的工作状态。
进一步地，所述光伏板给锂电池进行充电时，所述LED指示灯为常亮；
所述主控板通过无线通迅模块与服务端进行通讯时，所述LED指示灯为闪烁。
进一步地，所述容栅位移传感器安装于滑竿上，所述滑竿与GIS设备的母线筒伸缩节联动。
一种GIS设备壳体伸缩节几何姿态监测方法，包括以下步骤：
S1、根据接收的控制指令，主控板控制容栅位移传感器、温度传感器和角度传感器分别测量位移量、环境温度和倾斜角度数据，完成一次测量后便待机以降低功耗；
S2、主控板通过无线通讯模块测量数据以及供电模块的当前电量数据传输至服务端；
S3、根据当前电量数据，由服务端相应调整位移量、环境温度、倾斜角度的测量间隔，并将调整后的测量间隔信息通过无线通讯模块传输至主控板；
S4、服务端根据接收的位移量、环境温度以及倾斜角度数据，通过分析计算，得到伸缩节对应的几何姿态信息。
进一步地，所述步骤S3中服务端调整测量间隔的具体过程为：若当前电量数据小于或等于设定的低电量阈值，则相应延长测量间隔；
若当前电量大于或等于设定的充足电量阈值，则相应缩短测量间隔；
若当前电量大于设定的低电量阈值、且小于设定的充足电量阈值，则维持当前的测量间隔。
进一步地，所述步骤S4具体包括以下步骤：
S41、服务端根据接收的位移量、环境温度以及倾斜角度数据，分别计算得到伸缩节调节范围、伸缩节母线轴向伸长量以及伸缩节母线轴向收缩量；
S42、判断伸缩节母线轴向伸长量以及伸缩节母线轴向收缩量是否均位于伸缩节调节范围以内，若判断为是，则表明当前伸缩节的几何姿态为正常状态，否则表明当前伸缩节的几何姿态发生异常。
进一步地，所述伸缩节调节范围为：
L±ΔL
ΔL＝L×tanB×A
所述伸缩节母线轴向伸长量的计算式为：
ΔLe＝L×a1×(Th+Te+Ts)-L×a2×Th
所述伸缩节母线轴向收缩量的计算式为：
ΔLs＝L×a1×T1-L×a2×T1
其中，ΔL为伸缩量补偿量，L为波纹管长度，B为倾斜角度，A为安全系数，ΔLe为母线轴向伸长量，ΔLs为母线轴向收缩量，a1、a2为壳体与基础的线膨胀系数，Te为母线通电温度变化，Ts为日照引起的母线温度变化，Th为周围环境温度。
与现有技术相比，本发明通过设置主控板，将主控板分别连接容栅位移传感器、温度传感器、角度传感器、无线通讯模块、供电模块，能够自动进行位移量测量、环境温度测量、角度倾斜测量等多项功能，并且测量数据通过无线通迅模块上传至服务端进行分析计算，一方面能够直接查看任一时段的测量数据，另一方面能够准确可靠得出当前GIS设备壳体伸缩节的几何姿态信息。
本发明中主控板将供电模块的当前电量数据同步传输至服务端，由服务端根据当前电量数据自适应调整测量间隔，此外，当完成一次测量后便待机，能够充分保证装置的低功耗运行，使得整个装置长期可靠运行。
附图说明
图1为本发明的装置结构示意图；
图2为本发明的方法流程示意图；
图3为实施例的应用过程示意图；
图中标记说明：1、主控板，2、容栅位移传感器，3、温度传感器，4、角度传感器，5、无线通讯模块，6、供电模块，7、服务端，8、LED指示灯。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图1所示，一种GIS设备壳体伸缩节几何姿态监测装置，包括主控板1，主控板1分别连接有容栅位移传感器2、温度传感器3、角度传感器4、无线通讯模块5和供电模块6，无线通讯模块5与服务端7连接，其中，容栅位移传感器2用于测量GIS设备壳体伸缩节的位移量；
温度传感器3用于测量环境温度；
角度传感器4用于测量GIS设备壳体伸缩节的倾斜角度；
主控板1用于从服务端7接收控制指令，以发送相应控制信号给容栅位移传感器2、温度传感器3和角度传感器4，并从容栅位移传感器2、温度传感器3和角度传感器4分别获取相应测量数据、从供电模块6获取当前电量数据，再通过无线通讯模块5传输至服务端7；
服务端7根据接收的测量数据，分析得到GIS设备壳体伸缩节的几何姿态信息；根据接收的当前电量数据，调整生成对应的控制指令、并通过无线通讯模块5传输至主控板1。
供电模块6包括依次连接的锂电池和光伏板，锂电池与主控板1连接，主控板1还连接有LED指示灯8，LED指示灯8用于指示当前监测装置的工作状态：
光伏板给锂电池进行充电时，LED指示灯8为常亮；
主控板1通过无线通迅模块5与服务端7进行通讯时，LED指示灯8为闪烁。
本实施例中，无线通讯模块5具体为LoRa通讯模块，LoRa用于实现无线通讯功能，监测数据实时上传，用户可直接在服务端7查看装置运行工况或历史数据；
供电模块6由一个大容量和低放电的锂电池和一块12V-7A的光伏板组成，锂电池对装置进行供电，光伏板对锂电池进行充电。
在实际应用时，可将容栅位移传感器2安装于滑竿上，滑竿与GIS设备的母线筒伸缩节联动，滑竿发生位移时会输出电压信号，将电压信号转化为数字信号，经过运算处理后可得到位移量，从而实现母线筒伸缩节位移量的测量。
将上述装置应用于实际，以实现一种GIS设备壳体伸缩节几何姿态监测方法，如图2所示，包括以下步骤：
S1、根据接收的控制指令，主控板控制容栅位移传感器、温度传感器和角度传感器分别测量位移量、环境温度和倾斜角度数据，完成一次测量后便待机以降低功耗；
S2、主控板通过无线通讯模块测量数据以及供电模块的当前电量数据传输至服务端；
S3、根据当前电量数据，由服务端相应调整位移量、环境温度、倾斜角度的测量间隔，并将调整后的测量间隔信息通过无线通讯模块传输至主控板，具体的：
若当前电量数据小于或等于设定的低电量阈值，则相应延长测量间隔；
若当前电量大于或等于设定的充足电量阈值，则相应缩短测量间隔；
若当前电量大于设定的低电量阈值、且小于设定的充足电量阈值，则维持当前的测量间隔；
S4、服务端根据接收的位移量、环境温度以及倾斜角度数据，通过分析计算，得到伸缩节对应的几何姿态信息，具体的：
S41、服务端根据接收的位移量、环境温度以及倾斜角度数据，分别计算得到伸缩节调节范围、伸缩节母线轴向伸长量以及伸缩节母线轴向收缩量，其中，伸缩节调节范围为：
L±ΔL
ΔL＝L×tanB×A
伸缩节母线轴向伸长量的计算式为：
ΔLe＝L×a1×(Th+Te+Ts)-L×a2×Th
伸缩节母线轴向收缩量的计算式为：
ΔLs＝L×a1×T1-L×a2×T1
式中，ΔL为伸缩量补偿量，L为波纹管长度，B为倾斜角度，A为安全系数，ΔLe为母线轴向伸长量，ΔLs为母线轴向收缩量，a1、a2为壳体与基础的线膨胀系数，Te为母线通电温度变化，Ts为日照引起的母线温度变化，Th为周围环境温度；
S42、判断伸缩节母线轴向伸长量以及伸缩节母线轴向收缩量是否均位于伸缩节调节范围以内，若判断为是，则表明当前伸缩节的几何姿态为正常状态，否则表明当前伸缩节的几何姿态发生异常。
本实施例应用上述技术方案，将装置安装在母线筒伸缩节处，在计算机上运行终端配置软件，设置测量终端的控制参数，如上传频率、终端ID等。装置参数配置完成后，在上位机上运行服务端程序，主控板通过容栅传感器相位变化量，实现伸缩节位移的测量；通过温度传感器，实现环境温度的测量；通过角度传感器，实现角度倾斜的测量，最终实现位移的实时采集和数据无线上传以及姿态评估预警，具体应用过程如图3所示。
综上可知，本技术方案集成位移量监测、环境温度监测、角度倾斜等多项功能，监测数据通过LoRa上传到服务端，用户可通过服务端程序查看设备运行工况和任意时段的监测数据。采用外部光伏板供电和低功耗设计，可保证装置长期运行。本技术方案解决了现有监测手段需要人工观测的缺陷，并实现了伸缩节位移量、环境温度等参数的自动监测及上传功能。

Claims (10)

1.一种GIS设备壳体伸缩节几何姿态监测装置，其特征在于，包括主控板(1)，所述主控板(1)分别连接有容栅位移传感器(2)、温度传感器(3)、角度传感器(4)、无线通讯模块(5)和供电模块(6)，所述无线通讯模块(5)与服务端(7)连接，所述容栅位移传感器(2)用于测量GIS设备壳体伸缩节的位移量；
所述温度传感器(3)用于测量环境温度；
所述角度传感器(4)用于测量GIS设备壳体伸缩节的倾斜角度；
所述主控板(1)用于从服务端(7)接收控制指令，以发送相应控制信号给容栅位移传感器(2)、温度传感器(3)和角度传感器(4)，并从容栅位移传感器(2)、温度传感器(3)和角度传感器(4)分别获取相应测量数据、从供电模块(6)获取当前电量数据，再通过无线通讯模块(5)传输至服务端(7)；
所述服务端(7)根据接收的测量数据，分析得到GIS设备壳体伸缩节的几何姿态信息；根据接收的当前电量数据，调整生成对应的控制指令、并通过无线通讯模块(5)传输至主控板(1)。
2.根据权利要求1所述的一种GIS设备壳体伸缩节几何姿态监测装置，其特征在于，所述无线通讯模块(5)具体为LoRa通讯模块。
3.根据权利要求1所述的一种GIS设备壳体伸缩节几何姿态监测装置，其特征在于，所述供电模块(6)包括依次连接的锂电池和光伏板，所述锂电池与主控板(1)连接。
4.根据权利要求3所述的一种GIS设备壳体伸缩节几何姿态监测装置，其特征在于，所述主控板(1)还连接有LED指示灯(8)，所述LED指示灯(8)用于指示当前监测装置的工作状态。
5.根据权利要求4所述的一种GIS设备壳体伸缩节几何姿态监测装置，其特征在于，所述光伏板给锂电池进行充电时，所述LED指示灯(8)为常亮；
所述主控板(1)通过无线通迅模块与服务端(7)进行通讯时，所述LED指示灯(8)为闪烁。
6.根据权利要求1所述的一种GIS设备壳体伸缩节几何姿态监测装置，其特征在于，所述容栅位移传感器(2)安装于滑竿上，所述滑竿与GIS设备的母线筒伸缩节联动。
7.一种GIS设备壳体伸缩节几何姿态监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、根据接收的控制指令，主控板控制容栅位移传感器、温度传感器和角度传感器分别测量位移量、环境温度和倾斜角度数据，完成一次测量后便待机以降低功耗；
S2、主控板通过无线通讯模块测量数据以及供电模块的当前电量数据传输至服务端；
S3、根据当前电量数据，由服务端相应调整位移量、环境温度、倾斜角度的测量间隔，并将调整后的测量间隔信息通过无线通讯模块传输至主控板；
S4、服务端根据接收的位移量、环境温度以及倾斜角度数据，通过分析计算，得到伸缩节对应的几何姿态信息。
8.根据权利要求7所述的一种GIS设备壳体伸缩节几何姿态监测方法，其特征在于，所述步骤S3中服务端调整测量间隔的具体过程为：若当前电量数据小于或等于设定的低电量阈值，则相应延长测量间隔；
若当前电量大于或等于设定的充足电量阈值，则相应缩短测量间隔；
若当前电量大于设定的低电量阈值、且小于设定的充足电量阈值，则维持当前的测量间隔。
9.根据权利要求7所述的一种GIS设备壳体伸缩节几何姿态监测方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括以下步骤：
S41、服务端根据接收的位移量、环境温度以及倾斜角度数据，分别计算得到伸缩节调节范围、伸缩节母线轴向伸长量以及伸缩节母线轴向收缩量；
S42、判断伸缩节母线轴向伸长量以及伸缩节母线轴向收缩量是否均位于伸缩节调节范围以内，若判断为是，则表明当前伸缩节的几何姿态为正常状态，否则表明当前伸缩节的几何姿态发生异常。
10.根据权利要求9所述的一种GIS设备壳体伸缩节几何姿态监测方法，其特征在于，所述伸缩节调节范围为：
L±ΔL
ΔL＝L×tanB×A
所述伸缩节母线轴向伸长量的计算式为：
ΔLe＝L×a1×(Th+Te+Ts)-L×a2×Th
所述伸缩节母线轴向收缩量的计算式为：
ΔLs＝L×a1×T1-L×a2×T1
其中，ΔL为伸缩量补偿量，L为波纹管长度，B为倾斜角度，A为安全系数，ΔLe为母线轴向伸长量，ΔLs为母线轴向收缩量，a1、a2为壳体与基础的线膨胀系数，Te为母线通电温度变化，Ts为日照引起的母线温度变化，Th为周围环境温度。
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