气体绝缘设备立体监测系统及方法与流程

1.本发明涉及gis设备监测技术领域，具体涉及气体绝缘设备立体监测系统及方法。


背景技术：

2.气体绝缘开关设备(gis)是电力系统的关键核心设备，我国已有大量在运gis，新建或改扩建输电工程也大都使用gis，其运行可靠性直接关系到电力系统的供电安全。提高gis运行可靠性根本上需从产品设计和安装验收两方面提高，但设备投运后对先进传感检测技术的应用也有很大作用。一是局部放电检测，它可以及早发现内部放电性缺陷，避免突发击穿故障。目前，特高频及超声局部放电检测、sf6湿度及分解物检测等技术是最为常用的gis内部绝缘缺陷检测方法，为保障gis可靠运行，需定期对gis开展上述带电检测，部分gis还安装了特高频局部放电在线监测装置，全天候监测设备运行状态。二是sf6压力和泄漏监测，它可以保证gis内部绝缘状态基本可知，对减少温室气体排放也有积极作用。当gis的sf6压力监测发现设备存在漏气异常后，一般会采用红外成像检漏法、卤素检漏仪等尽快排查泄漏部位，有针对性地开展消缺，恢复设备正常运行性能。
3.但近十年故障统计发现，由gis绝缘故障引起的内部击穿性放电时有发生，故障后造成巨大的停电和检修损失。反映出仅依靠现有的超声波、特高频、分解物等检测手段很难及时预警内部缺陷，另一方面，存在检测到疑似局放信号后设备解体所发现的内部缺陷情况与检测结果难以完全对应的现象。其原因是：(1)超声波局放法有效检测范围较小，现场需布置大量测点才能将监测范围覆盖gis全设备，且该方法对固体绝缘类局放缺陷灵敏度较低，只适宜于进行带电检测或配合特高频局放法进行放电源定位；(2)特高频局放检测受到现场的脉冲型干扰的影响明显，加之目前由于缺乏有效的全环节检测检验和有效性评估技术，现场gis特高频局放检测装置灵敏度和预警能力难以保障，导致gis内部缺陷预警存在困难；(3)特高频及超声局放信号特征与设备内部缺陷的对应关系未充分揭示，导致应用中对这类检测手段的有效性、可靠性受限；(4)sf6分解物检测受gis缺陷放电能量、设备内部吸附剂等影响，检测灵敏度不够，通常仅在设备故障后才能在故障气室检测到放电分解物，导致难以对设备缺陷有效预警。
4.总体而言，目前尚缺乏高灵敏度、高有效性、高抗干扰性的gis局放缺陷检测技术，导致gis故障预警能力较低。


技术实现要素：

5.为了解决上述现有技术存在的不足，本发明提供气体绝缘设备立体监测系统及方法。
6.本发明提出的技术方案为：
7.气体绝缘设备立体监测系统，包括：
8.传感器层，安装在gis设备上用于采集接收端的信号信息；
9.信息集成层，用于获取所有传感器的监测信息，并把监测信息传送的后台；
10.后台监测层，用于处理所有传感器的信号，并通过信号识别手段，识别传感器信号并进行数字化处理，实现自动监测与告警。
11.作为本发明的进一步技术方案为，所述传感器层包括：
12.紫外局放传感器，设置于gis设备内部用于检测gis设备的局部放电情况；
13.sf6气体泄漏监测模块，设置于gis设备外侧用于监测sf6气体泄漏情况；
14.特高频传感器，用于对gis设备的特高频信号进行监测；
15.变电站巡检机器人，用于对变电站进行巡检的移动装置。
16.作为本发明的进一步技术方案为，所述信息集成层包括：
17.服务器，通过电缆接收传感器层的模拟信号并转换器数字信号，
18.交换机，通过tcp/ip协议将服务器转换的数据信号传输至后台监控平台。
19.作为本发明的进一步技术方案为，所述后台监测层包括：
20.主控制模块，负责协调整个系统的运行，接收接受用户的登录和操作，协调信息的显示和存储，
21.用户管理模块，用于对用户的登录和操作管理；
22.信息交互模块，通过人机交互界面对监测处理信息和用户信息进行显示，
23.数据管理模块，用于对监测信息和用户信息进行建模管理；
24.信号解码处理模块，对监测信号进行分类、解码和信号识别；
25.信息采集模块，接收服务器上传的监测信息；
26.数据库；用于对监测信息进行存储。
27.作为本发明的进一步技术方案为，所述sf6气体泄漏监测模块通过遥视方式进行监测，其中红外摄像头对gis设备的局部放电信号进行获取，通过遥感信号发送至服务器，服务器通过遥感信号再上传至后台监控平台。
28.作为本发明的进一步技术方案为，所述数据管理模块还包括：物理机理+感知过程模型，所述物理机理+感知过程模型包括：
29.gis设备三维模型，构建设备的三维几何模型，结合实景数据实现展示，
30.监测分析定位模块，对模型进行降阶，通过外部参数进行分析定位。
31.本发明还提供气体绝缘设备立体监测方法，包括：
32.安装在gis设备上的传感器层采集gis设备的监测信息；
33.将gis设备的监测信息汇集至信息集成层；
34.对信息集成层的监测信息进行识别、处理，并进行自动监测控制和告警。
35.作为本发明的进一步技术方案为，所述安装在gis设备上的传感器层采集gis设备的监测信息；具体包括：
36.设置于gis设备内部的紫外局放传感器检测gis设备的局部放电情况；
37.设置于gis设备外侧的sf6气体泄漏监测模块监测sf6气体泄漏情况；
38.通过特高频传感器对gis设备的特高频信号进行监测；
39.通过变电站巡检机器人对变电站进行巡检。
40.作为本发明的进一步技术方案为，所述将gis设备的监测信息汇集至信息集成层；具体包括：对传感器层采集的gis设备的监测信息通过电缆上传至服务器，服务器进行模拟信号转换为数字信号，并通过交换机传输。
41.作为本发明的进一步技术方案为，所述对信息集成层的监测信息进行识别、处理，并进行自动监测控制和告警，具体包括：
42.信息采集模块接收服务器上传的监测信息；
43.用户管理模块对用户的登录和操作管理；
44.数据管理模块对监测信息和用户信息进行建模管理；
45.信号解码处理模块对监测信号进行分类、解码和信号识别；
46.数据库对监测信息进行存储；
47.主控制模块负责协调整个系统的运行，接收接受用户的登录和操作，协调信息的显示和存储，
48.信息交互模块，通过人机交互界面对监测处理信息和用户信息进行显示。
49.本发明的有益效果为：
50.本发明可以高灵敏度检测sf6气体微量泄漏并进行精确定位，保障运行人员人身安全，减少设备故障造成的经济损失，提高供电可靠性，可大幅降低离线带电检测劳动强度，节省人力成本，节约电网跳闸事故检修恢复方面的成本，并且预防强温室效应气体的排放，具有良好的经济和社会效益。
附图说明
51.图1为本发明提出的气体绝缘设备立体监测系统结构图；
52.图2为本发明提出的一具体实施例结构图；
53.图4为本发明提出的气体泄漏遥视结构图；
54.图3为本发明提出的气体绝缘设备立体监测方法流程图。
具体实施方式
55.以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
56.如图1和图2所示，其示出了本发明的具体实施方式，
57.本发明通过内置紫外局放传感器与外置sf6气体泄漏监测装置可与现有的特高频传感器、巡检机器人等gis设备监测装置接入统一平台，形成的气体绝缘设备立体监测系统按照输变电设备物联网的架构和标准进行设计。
58.气体绝缘设备立体监测系统，包括：
59.传感器层101，安装在gis设备上用于采集接收端的信号信息；
60.信息集成层102，用于获取所有传感器的监测信息，并把监测信息传送的后台；
61.后台监测层103，用于处理所有传感器的信号，并通过信号识别手段，识别传感器信号并进行数字化处理，实现自动监测与告警。
62.传感器层由安装在gis外壳上面，正对接收端位置的传感器组成，负责采集接收器的信号信息，信息通过电缆传输到服务器上。其中，所述传感器层包括：
63.紫外局放传感器，设置于gis设备内部用于检测gis设备的局部放电情况；
64.sf6气体泄漏监测模块，设置于gis设备外侧用于监测sf6气体泄漏情况；
65.特高频传感器，用于对gis设备的特高频信号进行监测；
66.变电站巡检机器人，用于对变电站进行巡检的移动装置。
67.进一步的，所述信息集成层包括：
68.服务器，通过电缆接收传感器层的模拟信号并转换器数字信号，
69.交换机，通过tcp/ip协议将服务器转换的数据信号传输至后台监控平台。
70.信息集成层由服务器和交换机组成，传感器数量为一个或者一个以上，传感器与服务器采用电缆相连接，服务器与交换机连接，交换机与后台系统连接。然后通过电缆把模拟信号送入服务器，服务器把模拟数据转换为数字信号，并通过交换机使用tcp/ip(网络通信协议)把数据送入监测后台系统，后台系统通过解码和分析把监测及分析结果展现出来，并提供信号异常报警。
71.进一步的，所述后台监控平台包括：数据服务层，用于处理、分析和管理数据并通过人机交互界面展示。
72.后台监测层由数据服务器组成，负责处理、分析和管理数据，数据服务器通过网口与服务器相连接，如果有多个服务器，就需要使用网络交换机进行组网。监测后台系统可以接收多个服务器的信号，并对信号进行分析和处理，然后展现在以主接线为表现形式的人机交互界面上。其中，后台监测层包括：
73.主控制模块，负责协调整个系统的运行，接收接受用户的登录和操作，协调信息的显示和存储，
74.用户管理模块，用于对用户的登录和操作管理；
75.信息交互模块，通过人机交互界面对监测处理信息和用户信息进行显示，
76.数据管理模块，用于对监测信息和用户信息进行管理；
77.信号解码处理模块，对监测信号进行分类、解码和信号识别；
78.信息采集模块，接收服务器上传的监测信息；
79.数据库；用于对监测信息进行存储。
80.本发明服务器的监测信号通过tcp/ip协议传入，经过信号解码处理单元分析后的数据传入主控制模块；主控制模块负责协调整个系统的运行，gis中开关传感器位置监测系统采用主接线的形式实现对数据的管理。
81.参见图3，本发明实施例中，sf6气体泄漏监测模块通过遥视方式进行监测，其中红外摄像头对gis设备的局部放电信号进行获取，通过遥感信号发送至服务器，服务器通过遥感信号再上传至后台监控平台。
82.通过sf6气体泄漏监测模块可对泄漏状态进行显示、历史曲线进行显示以及提供数据库的监测数据信息。
83.本发明采用红外相机，用红外线照射气体泄漏现场，sf6气体会吸收部分入射光。在光亮的背景下，不可见的sf6泄漏气体会如黑烟状显现，红外线探测器随之在屏幕上形成影像。利用cmos摄像头采集这个影像，并将采集到的信号进行处理与分析，捕捉气体泄漏的动态运动轨迹，确定气体泄漏源，完成气体泄漏量的判定。
84.本发明实施例中，后台监测平台用于对服务器上传的数据接收、处理、显示阶段，系统正常运行状态时，上位机实时显示sf6气体设备状态。当上位机触发“调取”指令时，可
手动调取由保存至寄存器时所存文件夹中任何一组按时间排列捕捉的无损，发生时间可以精确到μs，为站内运维人员后期探究提供了理论依据。当上位机触发“定位”指令时，后台将来自多方探头所回传数据进行分类汇总，经后台统一分编判断出符合阈值设定的数据，反复对比后得出判定结果，同时配合激光位移传感器和陀螺仪角度传感器，准确定位泄漏源位置。
85.本发明实施例中，数据管理模块还包括：物理机理+感知过程模型，其中，物理机理+感知过程模型包括：
86.gis设备三维模型，构建设备的三维几何模型，结合实景数据实现展示，
87.监测分析定位模块，对模型进行降阶，通过外部参数进行分析定位。
88.为了实现气体绝缘设备内外部的监测和事件定位，需要建立物理机理和感知过程的模型。目前常用的方法是，首先构建设备的三维几何模型，结合实景数据实现展示和定位，主要涉及三维可视化技术。为了在可视化模型基础上实现多物理场仿真、事件定位，以及基于边缘计算的落地应用等，目前开展了模型降阶等技术研究，由于可测信号从内部传到外部发生显著衰减，仅通过外部特高频、温度、超声等参量进行分析，定位的有效性、准确性都受到制约。
89.本发明基于“感知数据+模型”的思路，在数据方面，应用超敏光学探测技术，克服设备内部状态监测数据不够全面的问题，而且基于红外技术进行主动式非接触探测，采集的数据更具有实效性和准确性，并合理选择监测点构建出设备内外部的传感网络，且以标准化的协议与数据格式进行处理。在模型方面，在紫外局放、气体泄漏，以及现有的特高频局放、红外图像等监测数据中提取特征值，弥补现有多物理场分析中，仅将放电量、气体密度、温度等作为单一信号注入，在模型方面过度简化的问题，也可以避免仅基于几何模型引入的设备结构、状态与实际工况有所差异的问题。
90.参见图4，本发明还提供气体绝缘设备立体监测方法，包括：
91.步骤201，安装在gis设备上的传感器层采集gis设备的监测信息；
92.步骤202，将gis设备的监测信息汇集至信息集成层；
93.步骤203，对信息集成层的监测信息进行识别、处理，并进行自动监测控制和告警。
94.作为本发明的进一步技术方案为，所述安装在gis设备上的传感器层采集gis设备的监测信息；具体包括：
95.设置于gis设备内部的紫外局放传感器检测gis设备的局部放电情况；
96.设置于gis设备外侧的sf6气体泄漏监测模块监测sf6气体泄漏情况；
97.通过特高频传感器对gis设备的特高频信号进行监测；
98.通过变电站巡检机器人对变电站进行巡检。
99.作为本发明的进一步技术方案为，所述将gis设备的监测信息汇集至信息集成层；具体包括：对传感器层采集的gis设备的监测信息通过电缆上传至服务器，服务器进行模拟信号转换为数字信号，并通过交换机传输。
100.作为本发明的进一步技术方案为，所述对信息集成层的监测信息进行识别、处理，并进行自动监测控制和告警，具体包括：
101.信息采集模块接收服务器上传的监测信息；
102.用户管理模块对用户的登录和操作管理；
103.数据管理模块对监测信息和用户信息进行建模管理；
104.信号解码处理模块对监测信号进行分类、解码和信号识别；
105.数据库对监测信息进行存储；
106.主控制模块负责协调整个系统的运行，接收接受用户的登录和操作，协调信息的显示和存储，
107.信息交互模块，通过人机交互界面对监测处理信息和用户信息进行显示。
108.本发明可以高灵敏度检测sf6气体微量泄漏并进行精确定位，保障运行人员人身安全，减少设备故障造成的经济损失，提高供电可靠性，可大幅降低离线带电检测劳动强度，节省人力成本，节约电网跳闸事故检修恢复方面的成本，并且预防强温室效应气体的排放，具有良好的经济和社会效益。
109.以上对本发明进行了详细介绍，但是本发明不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。