CN211905259U - Sf6气体监测装置及监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种SF6气体监测装置及监测系统，监测装置包括传感器单元、采集单元以及电源；传感器通过气体采样接头检测电气设备内的SF6气体的相关参数信息；电源包括储能模块、磁场感应发电机以及风力发电机，磁场感应发电机可旋转地固定在采集单元远离传感器单元的一端，风力发电机设置在磁场感应发电机远离传感器单元的一端，储能模块存储磁场感应发电机和风力发电机传输的电流并向与储能模块电连接的采集单元供电；采集单元固定在在传感器单元与磁场感应发电机之间。本实用新型能够实时监测SF6气体的相关参数信息，无需人工监测，降低了工作量，节省了人力、物力资源，而且能够对电气设备内部的SF6气体进行长期监测，避免了安全隐患。

Description

SF6气体监测装置及监测系统

技术领域

本实用新型涉及智能电网领域，尤其涉及一种SF6气体监测装置及监测系统。

背景技术

近年来，随着经济高速发展，我国电力系统容量急剧扩大，SF6电气设备用量越来越多。SF6气体在电气设备中的作用是灭弧和绝缘。但是，SF6气体的相关参数(密度、微水含量、温度)变化对其灭弧和绝缘性能具有重大影响。如：1) 在一些金属物的参与下，SF6气体在高温200℃以上温度可与水发生水解反应，生成活泼的HF和SOF2，腐蚀绝缘件和金属件，并产生大量热量，使气室压力升高。2)在温度降低时，过多的水份可能形成凝露水，使绝缘件表面绝缘强度显著降低，甚至闪络，造成严重危害。3)SF6气体密度降低至一定程度将导致绝缘和灭弧性能的丧失会影响许多电气设备的正常运行。因此，需要对SF6的相关参数进行实时监测以及时、准确地掌握电气设备中SF6气体的密度与湿度，从而保证电力设备的安全运行。

但是，现有电气设备中缺乏对SF6气体密度、微水含量进行在线监测的系统，只能人工定期检测SF6气体的相关参数，既浪费人力物力，又无法实时获取SF6气体的相关参数，从而不能及时掌握电气设备的内部情况，存在安全隐患。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型提出一种SF6气体监测装置及监测系统，能够实时监测SF6气体的相关参数信息，无需人工监测，降低了工作量，节省了人力、物力资源，而且能够对电气设备内部的SF6气体进行长期监测，避免了安全隐患。

为解决上述问题，本实用新型采用的一个技术方案为：一种SF6气体监测装置，所述监测装置包括传感器单元、采集单元以及电源，所述采集单元分别与所述传感器单元、电源电连接；所述传感器单元包括气体采样接头、传感器，所述气体采样接头两端分别与所述传感器和电气设备连接，所述传感器通过所述气体采样接头检测所述电气设备内的SF6气体的相关参数信息，所述相关参数信息包括气体压力信息、微水含量信息以及温度信息；所述电源包括储能模块、磁场感应发电机以及风力发电机，所述磁场感应发电机可旋转地固定在所述采集单元远离所述传感器单元的一端，内部设置有感应线圈，所述变压器的磁场穿过所述感应线圈，所述风力发电机设置在所述磁场感应发电机远离所述传感器单元的一端，所述储能模块存储所述磁场感应发电机和所述风力发电机传输的电流并向与所述储能模块电连接的所述采集单元供电；所述采集单元固定在所述传感器单元与所述磁场感应发电机之间，通过所述采集单元将所述传感器传输的的所述相关参数信息处理后发送给所述边缘计算服务装置，进而通过所述边缘计算服务装置将处理后的相关参数信息发送给远程监控平台。

进一步地，所述气体采样接头包括补气接头、补气接口以及三通阀，所述补气接口中空且两端分别与所述补气接头、所述三通阀连通，所述传感器固定在所述三通阀侧面，且与所述三通阀内部连通。

进一步地，所述传感器包括并排设置的压力传感器、温度传感器，所述温度传感器与所述压力传感器的一端固定在所述三通阀侧面。

进一步地，所述传感器还包括微水传感器，通过所述微水传感器监测所述 SF6气体的微水含量参数。

进一步地，所述采集单元包括壳体、第一天线、采集电路以及至少一个防水接头，所述采集电路与所述储能模块设置在所述壳体内部，所述第一天线与所述防水接头设置在所述壳体两侧且彼此相对。

进一步地，所述防水接头、第一天线分别与所述采集电路连接，通过所述防水接头和所述第一天线发送所述采集电路处理后的SF6气体相关参数。

进一步地，所述磁场感应发电机包括矩形方框，所述矩形方框一端向靠近采集单元的方向凸出形成凸出端，所述凸出端可旋转地固定在所述采集单元上。

进一步地，所述感应线圈并排设置在所述矩形方框内部。

基于相同的发明构思，本实用新型还提出一种SF6气体监测系统，所述SF6 气体监测系统包括边缘计算服务装置、远程监控平台以及如上所述的SF6气体监测装置；所述边缘计算服务装置接收所述SF6气体监测装置发送电气设备内的SF6气体的相关参数信息，对所述相关参数信息加密处理后发送给所述远程监控平台；所述远程监控平台接收加密处理后的所述相关参数信息，监测电气设备的状态，并记录报警事件。

相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：通过传感器单元采集变压器的铁芯夹件接地线的电流，实现了接地电流的实时监测，无需人工监测，降低了工作量，保证了信息的实时获取，而且通过设置在传感器单元上的发电机和储能模块实现了电能的自动获取，从而能够对接地电流进行长期监测，避免了用电隐患。

附图说明

图1为本实用新型SF6气体监测装置一实施例的结构图；

图2为图1中SF6气体监测装置一实施例的主视图；

图3为图1中SF6气体监测装置一实施例的左视图；

图4为本实用新型SF6气体监测系统一实施例的结构图；

图5为本实用新型SF6气体监测系统一实施例的工作流程图。

图中：1、传感器单元；2、采集单元；3、电源；11、补气接头；12、补气接口；13、三通阀；141、压力传感器；142、温度传感器；21、壳体；22、第一天线；23、防水接头；31、磁场感应发电机；311、感应线圈；32、风力发电机。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

请参阅图1、2、3，其中，图1为本实用新型SF6气体监测装置一实施例的结构图；图2为图1中SF6气体监测装置一实施例的主视图；图3为图1中SF6 气体监测装置一实施例的左视图。结合图1、图2、图3对本实用新型的SF6气体监测装置做详细说明。

在本实施例中，SF6气体监测装置应用于电气设备的SF6气体的相关参数监测。SF6气体监测装置包括传感器单元1、采集单元2以及电源3，采集单元 2分别与传感器单元1、电源3电连接；传感器单元1包括气体采样接头、传感器，气体采样接头两端分别与传感器和电气设备连接，传感器通过气体采样接头检测电气设备内的SF6气体。

电源3包括储能模块、磁场感应发电机31以及风力发电机32，磁场感应发电机31可旋转地固定在采集单元2远离所述传感器单元1的一端，内部设置有感应线圈311，电气设备产生的磁场穿过感应线圈311，从而使感应线圈311产生电流，风力发电机32设置在磁场感应发电机31远离传感器单元1的一端，储能模块存储磁场感应发电机31和风力发电机32传输的电流并向与储能模块电连接的采集单元2供电。

采集单元2固定在在传感器单元1与磁场感应发电机31之间，通过采集单元2将传感器传输的SF6气体信号处理后发送给边缘计算服务装置，进而通过边缘计算服务装置将电流信号发送给远程监控平台。

在本实施例中，气体采样接头包括补气接头11、补气接口12以及三通阀 13，补气接口12中空且两端分别与补气接头11、三通阀13连通，传感器固定在三通阀13侧面，且与三通阀13内部连通。

补气接头11与电气设备上预留的SF6补气口连接，从而与电气设备内部容置SF6气体的空间连通。通过这种方式实现了在无泄露的情况下对SF6气体的在线采样，同时不破坏电气设备本体结构。还可在电气设备内部SF6气体不足时，通过补气接头11对电气设备直接补充SF6气体。

在本实施例中，补气接口12与三通阀13的连接处设有用于限制气体流向的逆止阀，且补气接口12朝向补气接头11的一端凸出形成凸出端，补气接头 11朝向补气接口12的一端设置有与该凸出端相对应的凹口，补气接口12的凸出端直插入该凹口实现补气接头11与补气接口12之间的连接，补气接头11内设有与电气设备的补气口相对应的控制阀芯和橡胶密封层。需要对电气设备内部进行补气时，可直接将补气接头11插在补气接口12上，通过补气接口12向电气设备内部冲入SF6气体，从而实现快速充气，提高使用便捷性。

在本实施例中，补气接口12两端与补气接头11、三通阀13的连接方式可以是卡接、螺接以及焊接方式中的任一种，在此不做限定。

在本实施例中，传感器包括并排设置的压力传感器141、温度传感器142，温度传感器142与压力传感器141的一端固定在三通阀13的侧面。通过温度传感器142和压力传感器141分别检测SF6气体的温度参数和压力参数。

传感器还包括微水传感器，通过微水传感器监测SF6气体的微水含量参数。

在本实施例中，传感器中的温度传感器142、压力传感器141以及微水传感器的数量均为一个，在其他实施例中，温度传感器142、压力传感器141以及微水传感器也可以为两个或多个，三者的数量也可以不同，用户可根据自身需求设置，在此不做限定。

在本实施例中，微水传感器采用芬兰维萨拉微水传感器，在其他实施例中，也可以使用其他微水传感器，只需其能够获取SF6中的微水含量参数即可，在此不做限定。

同样的，温度传感器142与压力传感器141的类型也可自由选择，只需其能够获取SF6气体的温度和压力参数即可，在此不做限定。

传感器包括自动加热单元，自动加热单元与传感器中的微水传感器连接。当自动加热单元监测到环境中的露点过高，启动自动加热功能，对传感器所在空间进行加热除湿，保障传感器的正常工作。自动加热单元的加热部分可选用电热丝。

采集单元2包括壳体21、第一天线22、采集电路以及至少一个防水接头23，采集电路与储能模块设置在壳体21内部，第一天线22与防水接头23设置在壳体21两侧且彼此相对。

防水接头23、第一天线22分别与采集电路连接，通过防水接头23和第一天线22发送采集电路处理后的SF6气体相关参数。

传感器单元1的三通阀13未与补气接口12连接的一端固定在壳体21一侧，磁场感应发电机31固定在壳体21远离传感器单元1的一侧，与传感器单元1 的三通阀13相对。电源3的储能模块固定在壳体21内部。

在本实施例中，壳体21为矩形壳体，在其他实施例中，壳体21还可以为菱形、圆柱形、棱柱型以及其他形状，在此不做限定。

在本实施例中，为了防干扰，壳体21为金属外壳。

在本实施例中，采集电路包括采样电路、放大电路、模数转换器和控制CPU，采样电路包含多组不同的取样电阻，放大电路包括多组不同的放大倍数，控制 CPU用于判定输出信号是否满量程并选择适当的取样电阻和放大倍数。在接收到传感器发出的SF6气体相关参数信息后，采样电路选用初始电阻进行采样并将电信号传送给放大电路，放大电路滤出干扰，放大电信号并传送给模数转换器，将电信号转换成数字信号，数字信号被传送给控制CPU，控制CPU判定数字信号是否满量程或数值过小，如满量程或数值过小，则控制采样电路更换适合的取样电阻，新的电信号经过上述流程后又一次进入控制CPU，控制CPU再次判定新的数字信号是否满量程或数值过小，如满量程或数值过小，则控制放大电路改变放大倍数；最终的数字信号数值适中，则将数字信号在显示单元实时显示，并发送给主控设备。采集电路实现多量程自匹配的系统设计，针对不同的电信号值，自动匹配切换相对应的采样电路，以确保采样精度、检测出微小信号。模数转换器为16位、100kSPS逐次逼近型模数转换器(ADC)系统，放大电路包括差分输入集成驱动放大器，能滤出干扰，针对最高1kHz输入信号和 100k SPS采样速率、功耗低至7.35mW的系统而优化。该采集电路的设计保证了的高精度、抗干扰、低功耗、可靠性。测量电路将传感器获取的相关参数信息数据通过傅里叶算法进行分析，将处理结果发送给边缘计算装置，进而通过边缘计算装置发送给远程监控平台。

在本实施例中，模数转换器为16位高精度模数转换芯片，其型号可以为 AD7705、AD77006、AD7707、AD976A以及其他型号，用户可根据自身需要进行设置，在此不做限定。

在一个优选的实施例中，控制CPU可以为STM32系列的单片机，在其他实施例中，控制CPU也可以为STM8系列以及其他型号的单片机，只需该单片机能够对模数转换器输出的电信号进行处理即可，在此不做限定。

并且，在SF6气体监测装置内部还设置有散热系统与除湿系统，采集电路根据获取的温湿度控制散热系统与除湿系统工作，从而使SF6气体监测装置内部处于良好的工作环境，从而提高其工作稳定性。

在本实施例中，防水接头23与采集电路的控制CPU电连接，控制CPU将处理后的相关参数信息发送给与防水接头23连接的其他装置。

在本实施例中，防水接头23的数量为2个，一个为光纤通信接口，另一个为充电接口，且这两个接口可以互换。

为了实现通信方式多样化，采集电路的控制CPU支持485、CAN、以太网、无线网络等通信方式，并支持IEC61850、IEC104等多种通信协议。

在本实施例中，为了节省资源，采集单元2与边缘计算装置之间通过无线通信的方式连接，其中，通信的频率为433M。

磁场感应发电机31包括矩形方框和至少一个感应线圈311，矩形方框的一端向靠近采集单元220的方向凸出形成凸出端，该凸出端可旋转地固定在采集单元220的壳体21上。通过该凸出端，矩形方框可相对于凸出端旋转，从而调整矩形方框内的感应线圈311切割电力设备的磁场的角度，从而提高磁感应发电机的发电效率。

在本实施例中，感应线圈311平置在矩形方框内，且在感应线圈311具有多个时，多个感应线圈311并排设置在矩形方框内部。

在本实施例中，储能模块为电池，其中电池为纽扣电池，其类型可以为锂电池、镍氢电池、镍镉电池以及其他类型的可充电电池，在此不做赘述。

在本实施例中，考虑到磁场感应发电机31与风力发电机32供电的能力弱，以及电力设备的SF6气体泄漏是一个缓慢的过程。因此，SF6气体监测装置采用低功耗策略，即采集单元220的采集电路采用间隔工作模式，采集一次后就进入睡眠模式，通过控制CPU中的计时器唤醒进入下一次采集。同时在采集传感器单元110获取的电流信号时检测储能模块的电压，通过电压的高低来调整计时器的间隔时间。

在本实施例中，可以将储能模块的电压按高低分为几个不同的等级，并根据等级的不同设置不同的采集频率。其中，电压等级越高，采集频率越高，电压等级越低采集频率越低。

有益效果：通过与气体采样接头连接的传感器单元采集SF6气体的相关参数信息，实现了SF6气体温度、压力以及微水含量的实时获取，无需人工监测，降低了工作量，保证了电气设备状态的实时获取，而且通过设置在传感器单元上的发电机和储能模块实现了电能的自动获取，从而能够对接地电流进行长期监测，避免了安全隐患。

基于相同的构思，本实用新型还提出了一种SF6气体监测系统，请参阅图4、图5，图4为本实用新型SF6气体监测系统一实施例的结构示意图，图5是本实用新型SF6气体监测系统一实施例的工作流程图。结合图4、图5对本实用新型的SF6气体监测系统作详细说明。

本实用新型的SF6气体监测系统包括边缘计算服务装置、远程监控平台以及上述实施例所述的SF6气体监测装置。

其中，边缘计算服务装置接收SF6气体监测装置发送的SF6气体相关参数信息，对该参数信息加密处理后发送给远程监控平台。

在本实施例中，边缘计算服务装置为边缘计算服务器，其应用边缘代理IPK 认证，解决了SF6气体监测装置的安全接入控制问题，确保了物联组网应用时内外网的通讯安全。其支持现场同步采集、多采集点汇集、协同控制、局域组网与无线专网同时接入、SCADA数据安全接入，边缘计算服务装置解决实现了物联网数据优化、本地间与后台多地联动的区块存储，可有效应用实现边缘计算。边缘计算服务装置在本系统中提供代理转发、安全接入技术，在SF6气体监测装置与远程监控平台之间互通的时候通过加密芯片及协议分析，只提取对远程监控平台有用的接地线的电流信息，多余的信息一律过滤掉，保证远程监控平台网络的安全、并且边缘计算服务装置还提供大数据分析及计算，其分析所有SF6气体监测装置发送的数据，并对不同时间、不同温湿度等环境下接地线的电流信号数据的变化进行分析。

在本实施例中，为了实现大规模监测，与边缘计算服务装置连接的SF6气体监测装置可以多达224个，从而能够通过单个远程监控平台实现对多个电气设备的监控。

在本实施例中，SF6气体监测装置与边缘计算服务器之间通过无线通信连接，二者之间的通信频率为433MHZ，在其他实施例中，通信频率也可以为其他频率，也可以根据用户需求使二者之间有线连接或蓝牙、WiFi连接。

在本实施例中，远程监控平台与边缘计算服务装置之间可以通过有线或无线的方式传输信息。

远程监控平台接收加密处理后的电流信号，监测接地线的电流值，并记录报警事件。远程监控平台，采用有线传输的模式，支持IEC61850/104协议，监测边缘计算服务器提供的趋势图和实时数据或根据边缘计算服务器提供的接地线的实时电流信号数据生成电流变化趋势图，同时可远程设置系统的告警值，在电流信号达到报警值时进行报警，并且远程监控平台记录该报警事件。

在本实施例中，远程监控平台可以为电脑、平板电脑、手机等能够显示获取的电流信号数据、生成相关趋势图以及报警的智能终端，在此不做限定。

本实用新型的SF6气体监测系统具有以下特点：

(1)现场各传感器、采集单元可以采用感应及风力取电的方式。

(2)SF6气体监测装置与边缘计算装置之间通过433M无线通信。

(3)此系统最高可接入224个监测点(每个测试点包含1个微水传感器和 1个密度传感器)，实现大规模监测，高性能运行的现代化监控系统。

(4)新型的SF6气体采样机械接头，解决在无泄露的情况下对SF6气体的在线采样，同时不破坏本体结构，还可对本体直接补气。

(5)边缘计算服务装置采用DL/T 860(IEC61850)或IEC104协议对上通信。

(6)远程监控平台与边缘计算服务装置之间可采用多种通讯方式包括：光纤，网线，485，CAN,无线等。

(7)远程监控平台提供在线监测的趋势图和实时监测数据，记录报警事件。

(8)实时监测电气设备的SF6气体状态，及时发现潜在故障，故障消除后自动恢复，具备免维护特点。

(9)具有数据采集、分析、监视和报警、自检、自启动功能等。

(10)系统提供对历史数据的查询、统计功能，并打印、输出报表。

(11)远端后台监控功能

有益效果：本实用新型的在线监测系统采用远程监控平台和SF6气体监测装置结合，实时采集电气设备的SF6气体的相关参数，使监控人员可以随时掌握电气设备的当前灭弧、绝缘能力，避免电气设备的停机检测，节省了人力、物力，极大的提高了电气设备运行的可靠性和经济性，同时避免了安全隐患。

上述实施方式仅为本实用新型的优选实施方式，不能以此来限定本实用新型保护的范围，本领域的技术人员在本实用新型的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本实用新型所要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种SF6气体监测装置，其特征在于，所述监测装置包括传感器单元、采集单元以及电源，所述采集单元分别与所述传感器单元、电源电连接；

所述传感器单元包括气体采样接头、传感器，所述气体采样接头两端分别与所述传感器和电气设备连接，所述传感器通过所述气体采样接头检测所述电气设备内的SF6气体的相关参数信息，所述相关参数信息包括气体压力信息、微水含量信息以及温度信息；

所述电源包括储能模块、磁场感应发电机以及风力发电机，所述磁场感应发电机可旋转地固定在所述采集单元远离所述传感器单元的一端，内部设置有感应线圈，电气设备的磁场穿过所述感应线圈，所述风力发电机设置在所述磁场感应发电机远离所述传感器单元的一端，所述储能模块存储所述磁场感应发电机和所述风力发电机传输的电流并向与所述储能模块电连接的所述采集单元供电；

所述采集单元固定在所述传感器单元与所述磁场感应发电机之间，通过所述采集单元将所述传感器传输的所述相关参数信息处理后发送给边缘计算服务装置，进而通过所述边缘计算服务装置将处理后的相关参数信息发送给远程监控平台。

2.如权利要求1所述的SF6气体监测装置，其特征在于，所述气体采样接头包括补气接头、补气接口以及三通阀，所述补气接口中空且两端分别与所述补气接头、所述三通阀连通，所述传感器固定在所述三通阀侧面，且与所述三通阀内部连通。

3.如权利要求2所述的SF6气体监测装置，其特征在于，所述传感器包括并排设置的压力传感器、温度传感器，所述温度传感器与所述压力传感器的一端固定在所述三通阀侧面。

4.如权利要求3所述的SF6气体监测装置，其特征在于，所述传感器还包括微水传感器，通过所述微水传感器监测所述SF6气体的微水含量参数。

5.如权利要求1所述的SF6气体监测装置，其特征在于，所述采集单元包括壳体、第一天线、采集电路以及至少一个防水接头，所述采集电路与所述储能模块设置在所述壳体内部，所述第一天线与所述防水接头设置在所述壳体两侧且彼此相对。

6.如权利要求5所述的SF6气体监测装置，其特征在于，所述防水接头、第一天线分别与所述采集电路连接，通过所述防水接头和所述第一天线发送所述采集电路处理后的SF6气体相关参数。

7.如权利要求1所述的SF6气体监测装置，其特征在于，所述磁场感应发电机包括矩形方框，所述矩形方框一端向靠近采集单元的方向凸出形成凸出端，所述凸出端可旋转地固定在所述采集单元上。

8.如权利要求7所述的SF6气体监测装置，其特征在于，所述感应线圈并排设置在所述矩形方框内部。

9.一种SF6气体监测系统，其特征在于，所述SF6气体监测系统包括边缘计算服务装置、远程监控平台以及权利要求1-8任一项所述的SF6气体监测装置；

所述边缘计算服务装置接收所述SF6气体监测装置发送电气设备内的SF6气体的相关参数信息，对所述相关参数信息加密处理后发送给所述远程监控平台；

所述远程监控平台接收加密处理后的所述相关参数信息，监测电气设备的状态，并记录报警事件。

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