一种光纤式SF₆密度监测装置的制作方法

专利名称：一种光纤式SF₆密度监测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于高压开关设备状态监测技术领域，具体涉及ー种光纤式SF6密度监测装置，用于在线监测SF6高压电器设备气室内的SF6气体密度、压力、温度參数。
背景技术：
目前，用于监测高压开关气室内SF6,体密度的主要仪表为机械式的SF6密度控制器，无法同时监测高压开关气室内SF6气体的压カ和温度，也无法实现数据的远传，需要变电站派专人每天巡视，给现代化变电站的管理带来了诸多不便。同时，机械式的SF6密度控制器无法实现监测数据的实时传送，只有巡视时才能发现，存在潜在的安全隐患。也无法实现组网的智能化站的建设。2009年5月国家电网公司提出建设“具有信息化、自动化、互动化的智能电网”，针对智能变电站的具体要求智能变电站是指采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成采集、測量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节，在线分析决策、协同互动等高级功能，实现与相邻变电站，电网调度等互动的变电站。基于以上要求及IEC62063，国家电网公司提出了实现智能电网的三种基本模式I) 一次设备机构+智能単元+监测单元2) 一次设备机构+集成智能组件(智能単元兼监测单元)3) 一次设备机构本体内嵌集成智能组件(智能単元和监测单元)由于目前是智能电网的起步阶段，技术上仅能实现第一种方式，因此，基干“一次设备机构+智能単元+监测单元”模式，新立项产品的方向是正确的、可行的、符合国家标准和要求的。一方面光纤式SF6密度在线监测装置具有在线监测SF6气体压力、密度、温度的功能，可以完全替代传统的机械式SF6密度控制器，同时，更重要的是具有在线检测SF6密度的功能，并且采用光电子技术以后在性能指标上也有大的提高。另ー方面，在2009年5月国家电网公司提出建设“具有信息化、自动化、互动化的智能电网”，数字化的SF6检测设备具有了广阔的应用前景，使得SF6密度在线监测产品的研发必不可少，开发出同时输出压力、密度和温度的光纤式SF6密度在线监测设备，才能在将来数字化电站改造中占得先机。光纤传感技术是70年代以来随着光纤通信技术的发展而迅速发展起来的ー种以光为载体，光纤为媒介，感知和传输外界信号的新型传感技木。经过几十年的发展，该技术已经有了长足的进展，各种新型的光纤传感器不断的涌现出来，其中以光纤光栅为核心传感器件，光纤为导光媒质的光纤传感器作为光纤传感器的一种新产品得到了越来越广泛的应用。被广泛应用于医疗、交通、电力、机械、石油化工、民用建筑以及航空航天等各个领域。这些优异的特性成为其他类型传感器无法超越的屏障。传统的电类传感器是以物理量-电变量为基础，以电信号为转换和传输的载体，用导线传输电信号，因而使用时易受特定环境的限制。发明内容为了克服上述现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种光纤式SF6密度监测装置，具有电カ工程布线简单，一条光纤便可处理和传输所有监测网点的数据，易于组网，具有測量灵敏度高、精度高、响应速度快的特点。为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是一种光纤式SF6密度监测装置，包括有PC机、数据采集終端和S⑶控制単元，PC机通过以太网交换系统分别与数据采集終端、负责控制电カ系统SF6气室的SCD控制单元相连。所述的采集終端为光调制解调单元。所述的光调制解调单元包括有光纤光栅传感器和光调制解调器，光纤光栅传感器一端通过光波探測器与光电转换器相连，光电转换器再与光波检测器相连，光纤光栅传感器的另一端通过光源器与扫描器相连，扫描器再与光波检测器相连，光波检测器的数据输出端与以太网交换系统相连。所述的SCD信号控制单元包括有液晶显示器和控制信号输出单元，液晶显示器、PC机的信号输出端与数据分析器相连，数据分析器通过FPGA可编程器件与网络通信装置相连。本实用新型的有益效果是本实用新型将压カ和光波的变化，设计在反向变换段，并使压力測量光纤光栅和温度測量光纤光栅形成有效温度补偿，这样的光纤光栅传感器可以防止高的气压对光纤光栅的伤害，不至于引起光纤光栅的断裂，有效实现温度补偿来改善測量结果。利用光纤光纤光栅传感原理实现气体压カ和温度的測量，精度高、响应快；以太网的设计使得和智能电网的其他设备更容易兼容，更容易形成数据共享。光纤式SF6密度在线监测设备，以机械密度表为依托，在光纤耦合模理论的基础上，根据光纤光栅传感的基本原理是被测物理量引起光纤光栅反射光谱或透射光谱的中心波长漂移，通过检测波长漂移量就可实现对物理量測量。光纤光栅作为智能化结构的传感、測量器件，具有体积小、重量轻、耐腐蚀、抗电磁干扰、易集成、结构简单等优点，可以埋覆在被测物体和材料内部对压强、温度、应力、管道变形应变、流速、流量、粘度等物理量进行检測。传感器包括与气体管道内相连的接ロ，光纤光栅剂传感元件双金属片及光纤光栅与双金属的连接所用的粘接剂。光传感领域，是ー种高灵敏、响应时间短、大范围的传感器，在光纤光栅传感检测领域对于实时的检测温度变化的有很重要的作用。通过安装在管道上，结合光纤传感网络，可实现多个传感器的多点实时测量。传统的电类传感器是以物理量一电变量为基础，以电信号为转换和传输的载体，用导线传输电信号，因而使用时易受特定环境的限制；而光纤光栅传感器是以物理量一光变量为基础，以光变量为转换和传输的载体，利用光纤来传输信号，因此具有以下优点I)抗电磁干扰(EMI)、抗射频干扰(RFI)，绝缘性能好，适于对易燃易爆有特殊要求的环境中使用；2)耐腐蚀性好，具有抵抗包括高温在内的恶劣环境及化学侵蚀的能力；3)质量轻、体积小、对结构影响小，易于布置；4)既可以实现点測量，也可以实现分布式測量；[0023]5)动态范围大、测量范围广,便于复用成网；6)检出量是波长信号，因此不受接头损失等因素的影响，对环境干扰不敏感，可以方便的实现绝对测量；7)測量灵敏度高、精度高、响应速度快。8)电カ工程布线简单，一条光纤便可处理和传输所有监测网点的数据，易于组网。在电カ系统恶劣自然环境及电磁环境下的‘智能电网’，更加需要高精度，安全可靠的光纤式SF6密度监测设备。

图1是本实用新型的结构示意图。图2是本实用新型的光调制解调单元结构示意图。图3为本实用新型S⑶控制单元结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型进行详细说明。一种光纤式SF6密度监测装置，包括有PC机1、数据采集终端3和S⑶控制单元4，PC机I通过以太网交换系统2分别与数据采集终端3、负责控制电カ系统SF6气室5的SCD控制单元4相连，数据采集終端3获取的数据进入PC机I，数据处理软件对数据进行处理分析，并将分析结果通过TCP/IP网络传输协议输入S⑶控制单元4，S⑶控制单元4根据接收到的数据结果输出命令，实现对SF6气室5现场控制。所述的采集終端3为光调制解调单元。所述的PC机用于设置參数、气室编号、显示界面，安装数据终端(数据库)，包括气室编号、气室名称、温度、压カ和密度。所述的数据采集終端3用于统计各台路由传感器相关參数。所述的光调制解调单元包括有光纤光栅传感器6和光调制解调器，光调制解调器由光波探測器7、光电转换器8、光波检测器9、光源器10、扫描器11组成；光源器10端ロ与光纤光栅相连接，光源器10输出的光信号经光纤光栅传感器6进入光波探測器7，光波探测器7与光电转换器8连接，由光波探測器7探測到的光信号经光电转换器8转换成电信号，该信号与光源器10连接的扫描器11输出的电信号共同输入与扫描器11和光电转换器8连接的光波检测器9完成信号解调，光波检测器9的数据输出端实现测试信号数据输出。光波检测器9输出端与以太网交换系统2相连，把数据送入S⑶控制单元4。所述的S⑶控制单元包括液晶显示器12和控制信号输出单元，液晶显示器12、PC机I的信号输出端与数据分析器13相连，数据分析器13通过FPGA可编程器件14与网络通信装置15相连。FPGA可编程器件14对接收到的信号进行处理，并把处理结果输入与FPGA可编程器件14相连接的数据分析器13，经数据分析器13判断后，把结果分别输入到与数据分析器13相连接的液晶显示器12和S⑶控制单元4。本实用新型的工作原理是光纤光栅是利用光纤材料的光敏性，在纤芯内形成空间相位光栅，其作用实质上是在纤芯内形成一个窄带的滤波或反射波。其工作原理是外界物理量(压力、温度、位移、重力等)引起光纤光栅的中心波长发生位移，其波长位移量与外界物理量成比例关系，因此探知光纤光栅波长位移量即可测量出外界物理量的变化情況。通过采集终端采集的数据进入PC机，通过软件进行分析，PC机通过向S⑶控制单元输出命令来控制进行现场控制。具体为PC机主要以安装的软件搭建控制系统-⑶控制单元和SM125光调制解调单元。实现光电转换、信号传输、信号控制等功能。完成电站智能控制。光纤光栅(FBG)作为核心传感器件，根据实际情况进行增敏或减敏后，置于被测环境中。被测环境经过某种变化后，使得传导结构或光纤光栅自身产生相应的微小变化，根据光纤光栅反射特征波长公式入=2* A * A n可知环境变化转变为光纤光栅的周期变化，最終使得光纤光栅的反射中心波长产生漂移。通过对光纤光栅反射波长的解调以及波长和待测变量标定，即可快速准确的测量出待测变量，同时应用光纤的抗干扰、易于组网等特点可以轻松的实现测量数据的传送和显示等功能。
权利要求1.一种光纤式SF6密度监测装置，包括有PC机(1)，PC机⑴通过以太网交换系统(2) 分别与数据采集终端(3)、负责控制电力系统SF6气室(5)的SCD控制单元(4)相连。
2.根据权利要求1所述的一种光纤式SF6密度监测装置，其特征在于，所述的采集终端(3)为光调制解调单元。
3.根据权利要求2所述的一种光纤式SF6密度监测装置，其特征在于，所述的光调制解调单元包括有光纤光栅传感器(6)和光调制解调器，光纤光栅传感器(6) —端通过光波探测器(7)与光电转换器(8)相连，光电转换器(8)再与光波检测器(9)相连，光纤光栅传感器(6)的另一端通过光源器(10)与扫描器(11)相连，扫描器(11)再与光波检测器(9)相连，光波检测器(9)的数据输出端与以太网交换系统(2)相连。
4.根据权利要求1所述的一种光纤式SF6密度监测装置，其特征在于，所述的S⑶控制单元包括液晶显示器(12)和控制信号输出单元，液晶显示器(12)、PC机(I)的信号输出端与数据分析器(13)相连，数据分析器(13)通过FPGA可编程器件(14)与网络通信装置 (15)相连。
专利摘要一种光纤式SF6密度监测装置，包括有PC机，PC机通过交换机与数据采集终端相连，PC机还通过SCD信号控制单元与电力系统SF6气室相连，数据采集终端获取的数据进入PC机，PC机内的数据处理软件对数据进行处理分析，并将分析结果通过TCP/IP网络传输协议输入SCD控制单元，SCD控制单元根据接收到的数据结果输出命令，实现对SF6气室现场控制，由于光纤波分复用特性，一条光纤便可处理和传输所有监测网点的数据，使得电力工程布线简单，易于网络化，具有测量灵敏度高、精度高、响应速度快的特点。
文档编号G01D21/02GK202854002SQ20122039364
公开日2013年4月3日 申请日期2012年8月9日 优先权日2012年8月9日
发明者王永军, 张安社, 单浩轩, 马少平, 杨扬, 程欢妮 申请人:西安华伟自控设备有限公司