CN207488423U - 一种gis局放在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种GIS局放在线监测系统，该系统包含：超高频传感器模块，其接收GIS内部放电所产生的超高频信号，经处理后输出；超声波传感器阵列模块，其接收GIS内部放电所产生的超声波信号，经处理后输出；监控中心，通过双环自愈型网络接收超高频传感器模块与超声波传感器阵列模块的输出，信号处理得到GIS局部放电监测信息，并通过双环自愈型网络向超高频传感器模块和超声波传感器阵列模块供电。本实用新型采用双环自愈型网络，形成一个封闭的回路，实现传感器模块电源双重保障，避免失电风险，解决传统同轴电缆传输距离的限制、解决普通光缆需另外铺设电源电缆的缺点、解决传统同轴电缆断裂导致信号丢失的风险。

Description

一种GIS局放在线监测系统

技术领域

本实用新型涉及气体绝缘金属封闭开关设备特高频局部放电在线监测技术，具体涉及一种基于光电缆组网的GIS局放在线监测系统。

背景技术

随着社会的发展，对电力的需求不断增大，对电能质量的要求也越来越高，同时对设备安全运行的要求也相应提高。GIS（Gas Insulated Switchgear，气体绝缘封闭组合电器、或气体绝缘金属封闭开关设备）以其体积小、元件全部密封不受环境干扰、安装方便、运行可靠性高、检修周期长、维护工作量小等众多优点越来越多的应用于电力系统当中。随着电力系统向超高压、高可靠性和紧凑型发展，GIS 已成为今后的主要发展方向。由于设计制造水平的限制，目前GIS的绝缘问题时有发生，GIS 距离免维护的目标尚有一定差距。国内外GIS 变电站的安装、运行实践经验表明，大多数 GIS 事故是由绝缘缺陷引起的，这类缺陷主要包括 ：气室内存在超过一定尺寸的自由金属微粒、电极表面的突出物或悬浮电位等，这些缺陷在 GIS运行过程中可能会引发绝缘故障，甚至会造成严重的事故。由于GIS设备检修相对困难，一旦GIS发生故障，修复时间长、停电影响面积大、后果十分严重，因此，及早预警 GIS 内部的绝缘故障是非常重要的。

目前国内实施的GIS局部放电在线监测系统大多数均以同轴电缆为信号传输媒介，该方式受限于传输距离短，对设计及施工均造成非常大的影响。少部分系统采用光缆为传输媒介，该方式受限于传感器电源电缆、及通讯光缆的铺设数量多，难度大。且以上两种方式均不能保证信号传输的双重保障。

实用新型内容

本实用新型提供一种GIS局放在线监测系统，提高传感器模块电源的保障，传输距离加长，降低成本。

为实现上述目的，本实用新型提供一种GIS局放在线监测系统，其特点是，该系统包含：

超高频传感器模块，其接收GIS内部放电所产生的超高频信号，经处理后输出；

超声波传感器阵列模块，其接收GIS内部放电所产生的超声波信号，经处理后输出；

监控中心，通过双环自愈型网络接收超高频传感器模块与超声波传感器阵列模块的输出，信号处理得到GIS局部放电监测信息，并通过双环自愈型网络向超高频传感器模块和超声波传感器阵列模块供电。

上述超高频传感器模块包含：

超高频感应天线，其接收GIS内部放电所产生的超高频信号；

第一信号处理模块，其连接超高频感应天线输出端，接收超高频信号进行检波、放大和模数转换的信号处理，信号处理后经过光电转换，输出至双环自愈型网络。

上述超声波传感器阵列模块包含：

超声波传感器，其接收GIS内部放电所产生的超声波信号；

第二信号处理模块，其连接超声波传感器输出端，接收超声波信号进行滤波、放大和模数转换的信号处理，信号处理后经过光电转换，输出至双环自愈型网络。

上述监控中心包含：

工控计算机，其连接双环自愈型网络，经过光电转换后采集超声波信号和超高频信号进行初步分析；

服务器，其连接工控计算机，分析得到GIS局部放电监测信息并储存；

人机交互模块，其连接服务器，接收GIS局部放电监测信息进行显示；

电源模块，其连接双环自愈型网络，通过双环自愈型网络向超高频传感器模块和超声波传感器阵列模块供电。

上述双环自愈型网络包含形成环形网络的光电缆以及连接在光电缆上的若干光电转换模块，通过各光电转换模块分别连接超高频传感器模块、超声波传感器阵列模块和监控中心。

上述光电缆包含电流通道、光信号通道、包覆在电流通道与光信号通道外的外层保护套，和连接电流通道与光信号通道的连接适配器。

上述光电转换模块设有网络管理电路，进行双环自愈型网络中若干个子网络的无缝切换。

上述子网络的物理媒介为同一组光电缆。

上述光电缆采用多模、4芯的光电缆，传输距离小于等于2000米。

上述光电转换模块的光信号接口参数包含：多模；传输速率为百兆级；波长为1310纳米。

本实用新型一种GIS局放在线监测系统和现有技术的GIS局部放电检测技术相比，其优点在于，本实用新型采用光电缆及光电转换模块组成双环自愈型网络，电流在该环形网络中形成一个封闭的回路，实现了传感器模块电源的双重保障，避免了现地传感器模块单一来源供电所带来的传感器模块失电风险，解决了传统同轴电缆传输距离的限制、解决了普通光缆需另外铺设电源电缆的缺点、解决了传统同轴电缆断裂导致信号丢失的风险、解决了现场复杂繁琐的布线格局；

本发明超高频传感器模块和超声波传感器阵列模块仅通过光电缆首尾相连，连接成环形，提高传感器模块电源的保障，传输距离加长，降低成本。

附图说明

图1为本实用新型一种GIS局放在线监测系统的系统框图；

图2为本实用新型一种GIS局放在线监测系统的信号回路图；

图3为本实用新型一种GIS局放在线监测系统的电流回路图；

图4为本实用新型一种GIS局放在线监测系统的光电缆的截面图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，为一种GIS局放在线监测系统，该系统包含：第一超高频传感器模块101、第二超高频传感器模块102、第三超高频传感器模块103、第四超高频传感器模块104、超声波传感器阵列模块105、第一光电缆106、第二光电缆107、第三光电缆108、第四光电缆109、第五光电缆110、第六光电缆111、监控中心112、人机交互模块113、服务器114、工控计算机115、电源模块116和监控中心光电转换模块117。

本实施例中，系统通讯组网为双环自愈型网络。具体的，第一超高频传感器模块101通过第一光电缆106连接监控中心112，第一超高频传感器模块101通过第二光电缆107连接第二超高频传感器模块102，第二超高频传感器模块102通过第三光电缆108连接超声波传感器阵列模块105，超声波传感器阵列模块105通过第四光电缆109连接第三超高频传感器模块103，第三超高频传感器模块103通过第五光电缆110连接第四超高频传感器模块104，第四超高频传感器模块104通过第六光电缆111连接监控中心112；上述第一光电缆106、第二光电缆107、第三光电缆108、第四光电缆109、第五光电缆110、第六光电缆111形成环形网络，连通其上连接的用于分别连接超高频传感器模块、超声波传感器阵列模块和监控中心的若干光电转换模块，组成双环自愈型网络。每个光电转换模块都带有电源接口和光信号接口。光信号接口用于传输第一超高频传感器模块101、第二超高频传感器模块102、第三超高频传感器模块103、第四超高频传感器模块104、超声波传感器阵列模块105和监控中心112之间传输的信号；电源接口用于监控中心112向第一超高频传感器模块101、第二超高频传感器模块102、第三超高频传感器模块103、第四超高频传感器模块104和超声波传感器阵列模块105供电。

在实际应用中，第一超高频传感器模块101、第二超高频传感器模块102、第三超高频传感器模块103、第四超高频传感器模块104、超声波传感器阵列模块105和监控中心112仅通过光电缆首尾相连，极大程度降低了施工成本，降低施工难度。

第一超高频传感器模块101、第二超高频传感器模块102、第三超高频传感器模块103和第四超高频传感器模块104分别通过对应的光电转换模块连接在双环自愈型网络中，用于接收GIS内部放电所产生的超高频信号，经处理后上传至监控中心112。

具体的，每一个超高频传感器模块包含：超高频感应天线和第一信号处理模块。

超高频感应天线用于接收GIS内部放电所产生的超高频信号。

第一信号处理模块包含信号处理电路、检波电路、放大电路、模数（A/D）转换模块，用于连接超高频感应天线输出端，接收超高频信号，进行检波、放大和模数转换的信号处理。

第一信号处理模块通过光电转换模块及相应的光信号接口连接双环自愈型网络，经过第一信号处理模块信号处理后的超高频信号经过光电转换输出至双环自愈型网络，通过双环自愈型网络输出至监控中心112。

超声波传感器阵列模块105通过对应的光电转换模块连接在双环自愈型网络中，用于接收GIS内部放电所产生的超声波信号，经处理后上传至监控中心112。

具体的，超声波传感器阵列模块105包含：超声波传感器和第二信号处理模块。

超声波传感器用于接收GIS内部放电所产生的超声波信号。

第二信号处理模块包含信号处理电路、滤波电路、放大电路、模数（A/D）转换模块，用于连接超声波传感器输出端，接收超声波信号，进行滤波、放大和模数转换的信号处理。

第二信号处理模块通过光电转换模块及相应的光信号接口连接双环自愈型网络，经过第二信号处理模块信号处理后的超声波信号经过光电转换输出至双环自愈型网络，通过双环自愈型网络输出至监控中心112。

监控中心112用于通过双环自愈型网络接收第一超高频传感器模块101、第二超高频传感器模块102、第三超高频传感器模块103和第四超高频传感器模块104输出的超高频信号与超声波传感器阵列模块105输出的超声波信号，进行初步分析的信号处理得到GIS局部放电监测信息。另外，监控中心112还通过双环自愈型网络向第一超高频传感器模块101、第二超高频传感器模块102、第三超高频传感器模块103、第四超高频传感器模块104和超声波传感器阵列模块105供电。

具体的，监控中心112包含：工控计算机115、服务器114、人机交互模块113、电源模块116和监控中心光电转换模块117。

工控计算机115通过监控中心光电转换模块117和相应的光电接口连接双环自愈型网络，用于接收经过光电转换后的信号采集超声波信号和超高频信号进行初步分析。

服务器114连接工控计算机115，用于接收工控计算机115的输出，进一步分析得到GIS局部放电监测信息并储存。

人机交互模块113连接服务器114分析得到GIS局部放电监测信息反馈至人机交互模块113进行显示。优选的，人机交互模块113采用触摸屏，可以显示信息，也可以接收操作人员输出的触控指令，从而向系统发送控制指令。

电源模块116连接双环自愈型网络和工控计算机115，通过双环自愈型网络向第一超高频传感器模块101、第二超高频传感器模块102、第三超高频传感器模块103、第四超高频传感器模块104和超声波传感器阵列模块105供电，也为监控中心112自身供电。

如图2所示，双环自愈型网络也为供电电网。具体的，第一超高频传感器模块101通过第一光电缆106连接监控中心112，第一超高频传感器模块101通过第二光电缆107连接第二超高频传感器模块102，第二超高频传感器模块102通过第三光电缆108连接超声波传感器阵列模块105，超声波传感器阵列模块105通过第四光电缆109连接第三超高频传感器模块103，第三超高频传感器模块103通过第五光电缆110连接第四超高频传感器模块104，第四超高频传感器模块104通过第六光电缆111连接监控中心112；上述第一光电缆106、第二光电缆107、第三光电缆108、第四光电缆109、第五光电缆110、第六光电缆111形成环形网络，连通其上连接的用于分别连接超高频传感器模块、超声波传感器阵列模块和监控中心的若干光电转换模块，组成双环自愈型网络。每个光电转换模块都带有电源接口和光信号接口。光信号接口用于传输第一超高频传感器模块101、第二超高频传感器模块102、第三超高频传感器模块103、第四超高频传感器模块104、超声波传感器阵列模块105和监控中心112之间传输的信号。

信号在该环形网络中顺时针传输为双环自愈型网络A网，信号在该环形网络中逆时针传输为双环自愈网络B网。光电转换模块设有网络管理电路，通过网络管理电路统一管理，实现双环自愈型网络中A网、B网的无缝切换，实现以A网为主网络、B网为备用网络的通讯系统，极大的避免了系统数据丢失的可能。其中，A网、B网的物理媒介为同一组光电缆。

在实际应用中，当第一光电缆106、或第二光电缆107、或第三光电缆108、或第四光电缆109、或第五光电缆110、或第六光电缆111中任意一个或多个因外部因数导致断裂，第一超高频传感器模块101、第二超高频传感器模块102的监测数据可通过第一光电缆106和第二光电缆107上传至监控中心112；第三超高频传感器模块103、第四超高频传感器模块104和超声波传感器阵列模块105的监测数据可通过第四光电缆109、第五光电缆110和第六光电缆111上传至监控中心112。双环自愈型网络保障了数据传输的双重可靠性。

如图3所示，双环自愈型网络也为供电电网。具体的，第一超高频传感器模块101通过第一光电缆106连接监控中心112，第一超高频传感器模块101通过第二光电缆107连接第二超高频传感器模块102，第二超高频传感器模块102通过第三光电缆108连接超声波传感器阵列模块105，超声波传感器阵列模块105通过第四光电缆109连接第三超高频传感器模块103，第三超高频传感器模块103通过第五光电缆110连接第四超高频传感器模块104，第四超高频传感器模块104通过第六光电缆111连接监控中心112；上述第一光电缆106、第二光电缆107、第三光电缆108、第四光电缆109、第五光电缆110、第六光电缆111形成环形网络，连通其上连接的用于分别连接超高频传感器模块、超声波传感器阵列模块和监控中心的若干光电转换模块，组成双环自愈型网络。每个光电转换模块都带有电源接口和光信号接口。电源接口用于监控中心112向第一超高频传感器模块101、第二超高频传感器模块102、第三超高频传感器模块103、第四超高频传感器模块104和超声波传感器阵列模块105供电。

在实际应用中，由监控中心光电转换模块117的电源接口、第一光电缆106、第一超高频传感器模块101的光电转换模块电源接口、第二光电缆107、第二超高频传感器模块102的光电转换模块电源接口、第三光电缆108、超声波传感器阵列模块105的光电转换模块电源接口、第四光电缆109、第三超高频传感器模块103光电转换模块电源接口、第五光电缆110、第四超高频传感器模块104的光电转换模块光电源接口、第六光电缆111，所组成的环形网络，电流在该环形网络中形成一个封闭的回路，实现了传感器模块电源的双重保障，避免了现地传感器模块单一来源供电所带来的传感器模块失电风险。

在实际应用中，若第三光电缆108因外部因数导致断裂，第一超高频传感器模块101、第二超高频传感器模块102可通过第一光电缆106、第二光电缆107实现供电，第四超高频传感器模块104、第三超高频传感器模块103和超声波传感器阵列模块105可通过第六光电缆111、第五光电缆110、第四光电缆109实现供电。

如图4所示，为第一光电缆106、第二光电缆107、第三光电缆108、第四光电缆109、第五光电缆110和第六光电缆111的一种实施例的截面图。通常，光电缆包含电流通道、光信号通道、包覆在电流通道与光信号通道外的外层保护套，和连接电流通道与光信号通道的连接适配器，用于超高频传感器模块、超声波传感器阵列模块、监控中心之间电流回路、信号回路的双向传输。

本实施例中，光电缆包含第一电流导体410和第二电流导体411，第一电流导体410外包覆有第一绝缘层406，第二电流导体411外包覆有第二绝缘层407，第一绝缘层406和第二绝缘层407外包覆有聚氯乙烯保护层405，聚氯乙烯保护层405外包覆有固定填充保护层404，在固定填充保护层404中设有光纤，光纤包含芯光纤409和包覆在芯光纤409外的光纤填充保护层408，在固定填充保护层404外包覆有编织屏蔽层403，在编织屏蔽层403外包覆有钢铠保护层402，在钢铠保护层402外包覆有外层聚氯乙烯保护层401。

在实际应用中，第一光电缆106、第二光电缆107、第三光电缆108、第四光电缆109、第五光电缆110和第六光电缆111选用多模、4芯的光电缆，传输距离可增加到2000m（即传输距离小于等于2000米）。

在实际应用中，光电转换模块的光信号接口参数包含：多模；传输速率为百兆级；波长为1310纳米。

尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种GIS局放在线监测系统，其特征在于，该系统包含：

超高频传感器模块，其接收GIS内部放电所产生的超高频信号，经处理后输出；

超声波传感器阵列模块，其接收GIS内部放电所产生的超声波信号，经处理后输出；

监控中心，通过双环自愈型网络接收超高频传感器模块与超声波传感器阵列模块的输出，信号处理得到GIS局部放电监测信息，并通过双环自愈型网络向超高频传感器模块和超声波传感器阵列模块供电。

2.如权利要求1所述的GIS局放在线监测系统，其特征在于，所述超高频传感器模块包含：

超高频感应天线，其接收GIS内部放电所产生的超高频信号；

第一信号处理模块，其连接超高频感应天线输出端，接收超高频信号进行检波、放大和模数转换的信号处理，信号处理后经过光电转换，输出至双环自愈型网络。

3.如权利要求1所述的GIS局放在线监测系统，其特征在于，所述超声波传感器阵列模块包含：

超声波传感器，其接收GIS内部放电所产生的超声波信号；

第二信号处理模块，其连接超声波传感器输出端，接收超声波信号进行滤波、放大和模数转换的信号处理，信号处理后经过光电转换，输出至双环自愈型网络。

4.如权利要求1所述的GIS局放在线监测系统，其特征在于，所述监控中心包含：

工控计算机，其连接双环自愈型网络，经过光电转换后采集超声波信号和超高频信号进行初步分析；

服务器，其连接工控计算机，分析得到GIS局部放电监测信息并储存；

人机交互模块，其连接服务器，接收GIS局部放电监测信息进行显示；

电源模块，其连接双环自愈型网络，通过双环自愈型网络向超高频传感器模块和超声波传感器阵列模块供电。

5.如权利要求1所述的GIS局放在线监测系统，其特征在于，所述双环自愈型网络包含形成环形网络的光电缆以及连接在光电缆上的若干光电转换模块，通过各光电转换模块分别连接超高频传感器模块、超声波传感器阵列模块和监控中心。

6.如权利要求5所述的GIS局放在线监测系统，其特征在于，所述光电缆包含电流通道、光信号通道、包覆在电流通道与光信号通道外的外层保护套，和连接电流通道与光信号通道的连接适配器。

7.如权利要求5所述的GIS局放在线监测系统，其特征在于，所述光电转换模块设有网络管理电路，进行双环自愈型网络中若干个子网络的无缝切换。

8.如权利要求7所述的GIS局放在线监测系统，其特征在于，所述子网络的物理媒介为同一组光电缆。

9.如权利要求5所述的GIS局放在线监测系统，其特征在于，所述光电缆采用多模、4芯的光电缆，传输距离小于等于2000米。

10.如权利要求5所述的GIS局放在线监测系统，其特征在于，所述光电转换模块的光信号接口参数包含：多模；传输速率为百兆级；波长为1310纳米。