一种高压套管油气远程监测系统的制作方法

1.本发明属于电力在线监测技术领域，具体涉及一种高压套管油气远程监测系统。


背景技术：

2.高压套管作为变压器箱外的主要绝缘装置，其绝缘状态对变压器安全运行至关重要。随着变压器电压等级的升高，套管故障或损坏引起的电力事故频繁发生。套管两端施加的是高压母线，在高压作用下，由于套管绝缘结构中如油纸绝缘是由高聚合碳氢化合物组成，碳氢键能较低，在分解过程中最先产生氢气，同时套管长期暴露在外界中容易受到环境影响，当套管内部受潮导致绝缘介质中含水量的增加，在电场作用下，也会电解产生氢气，氢气是套管油中气体的主要成分。
3.当套管发生局放、过热、受潮等故障时，伴随着内部产生的特征气体增加，套管内压强、油温也发生明显变化。因此通过对油的基本特性以及特征气体含量的综合监测，可以为少油设备的故障诊断提供更全面的监测数据。
4.同时，随着智能电网的发展，管理部门希望可以通过远程通信对设备运行状态进行实时监测，而目前仍然缺少针对高压套管油气状态的一套完整的远程监测系统。


技术实现要素：

5.本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种高压套管油气远程监测系统，实时远程监测套管油气状态，并对状态量进行及时预测，从而实现对设备隐患进行提前预警，对故障进行快速诊断。
6.本发明采用的技术方案是：一种高压套管油气远程监测系统，包括氢气-温度-压力集成传感器、数据接入装置、智能远传装置和远程监测平台；所述氢气-温度-压力集成传感器用于实时采集高压套管内溶解氢气、温度、压力的监测数据并将其发送至数据接入装置；数据接入装置用于将接收到的监测数据进行标准化处理后发送至智能远传装置；智能远传装置将接收到的监测数据发送至远程监测平台；远程监测平台根据监测数据对高压套管的状态进行识别，并根据识别结果生成控制指令发送至智能远传装置；智能远传装置通过数据接入装置将控制指令发送至氢气-温度-压力集成传感器；氢气-温度-压力集成传感器根据控制指令执行预警操作或者报警操作。
7.上述技术方案中，所述数据接入装置与多个氢气-温度-压力集成传感器电连接；所述远程监测平台与多个智能远传装置进行通信。本发明通过在多个现场分别布设数据接入装置和智能远传装置，通过在每个现场的各个高压套管取油口的三通管支管上布设氢气-温度-压力集成传感器，实现对大范围的高压套管的监测，并根据不同氢气-温度-压力集成传感器的地址信息分辨发生故障的高压套管具体位置。
8.上述技术方案中，还包括云数据平台和app/web客户端；所述远程监测平台通过云数据平台与app/web客户端进行通信，用户通过app/web客户端调阅远程监测平台数据。用户通过app/web客户端即可对现场的高压套管进行远程监控，用户通过对客户端观察到的
高压套管数据，生成故障诊断意见。
9.上述技术方案中，所述氢气-温度-压力集成传感器包括传感器本体、a/d转换器、通信模块、采样控制模块、警报控制模块和警报模块；所述传感器本体包括氢气传感器、温度传感器和压力传感器；传感器本体与a/d转换器电连接；a/d转换器将传感器本体采集到的监测数据由模拟信号转换成数字信号，传输至通信模块；通信模块将接收到的监测数据发送至数据接入装置；通信模块还用于接收数据接入装置发送的控制指令，并将控制指令发送至采样控制模块和警报控制模块；采样控制模块根据控制指令内容驱动传感器本体调整传感器本体的采样周期；警报控制模块根据控制指令内容驱动警报模块启动相应的工作模式。所述氢气-温度-压力集成传感器安装在套管取油口的三通管支管上，保证取油口后续的取样功能。本发明通过a/d转换器和通信模块保证信息的有效传递，通过采样控制模块和警报控制模块与通信模块的连接，保证控制指令的有效执行。
10.上述技术方案中，所述智能远传装置包括i1协议通讯模块、数据采集模块、信息管理模块和i2协议通讯模块；所述i1协议通讯模块与数据接入装置通信连接，还与数据采集模块、信息管理模块通信连接；所述i2协议通讯模块与远程监测平台通信连接，还与数据采集模块、信息管理模块通信连接；所述数据采集模块用于接收数据接入装置发送的监测数据；所述信息管理模用于接收远程监测平台下发的控制指令。本发明通过协议通讯模块和数据采集模块与信息管理模块的连接，保证信息的有效传递，以及传感器与远程监控平台的双向通信。
11.上述技术方案中，所述远程监测平台包括数据处理模块、阈值设定模块、阈值比对模块、状态监测模块、监测预警模块、故障报警模块和故障检修模块；
12.数据处理模块用于对实时接收到的监测数据进行过滤、换算、组合，形成高压套管的实时运行状态量；
13.阈值设定模块用于设置判定高压套管处于不同状态的阈值；
14.阈值比对模块根据高压套管的实时运行状态量与设定阈值的比对结果，对应启动状态监测模块、监测预警模块或者故障报警模块故障诊断模块；
15.状态监测模块用于展示高压套管的的实时运行状态量；
16.监测预警模块用于预测高压套管的未来运行状态量，并与设定的预警值进行比较；针对超出预警值的未来运行状态量指标，生成用于预警操作的控制指令；
17.故障报警模块用于判断高压套管的故障类型，并针对不同故障类型生成对应的用于报警操作的控制指令。
18.本发明的远程监测平台有效真实高压套管的运行状态的同时，基于实时检测数据对高压套管状态进行预测和报警，并对故障状态进行分辨和诊断，并生成对应的提示信息，便于操作员及时应对高压套管的故障。
19.上述技术方案中，所述远程监测平台还包括故障检修模块；故障检修模块根据故障报警模块判定的故障类型生成相应的检修建议，帮助现场人员对设备进行维护检修。
20.上述技术方案中，阈值设定模块用于设置由小至大依次增加第一阈值、第二阈值以及第三阈值；
21.若阈值比对模块判定高压套管的实时运行状态量低于第一阈值，则判定高压套管并未运行；
22.若阈值比对模块判定高压套管的实时运行状态量高于第一阈值且低于第二阈值，则启动状态监测模块；
23.若阈值比对模块判定高压套管的实时运行状态量高于第二阈值且低于第三阈值，则启动监测预警模块；
24.若阈值比对模块判定高压套管的实时运行状态量高于第三阈值，则启动故障报警模块和故障检修模块。
25.本发明通过阈值划分，有效分辨高压套管的运行状态，并基于高压套管的运行状态启动对应的模型，提示操作员高压套管的状态，便于操作员直观的了解高压套管的状态。
26.上述技术方案中，所述预警操作包括驱动采样控制模块缩短本体传感器采样周期，驱动警报控制模块控制警报模块启动预警工作模式。本发明通过提高传感器采样数据频率，进一步精确预测状态变化。
27.上述技术方案中，所述报警操作包括驱动警报控制模块控制警报模块基于判定的故障类型启动对应的报警工作模式，便于操作员直观的了解高压套管的状态。
28.本发明的有益效果是：
29.(1)提供一套完整的远程监测系统，具备对高压套管状态量的智能监测、数据存储、状态预判、预警与故障报警检修的功能。
30.(2)通过氢气-温度-压力集成传感器，可根据多个状态量变化准确感知高压套管运行状态，并通过及时预警和报警。本发明远程监测平台可以同步监测不同现场的多个不同的高压套管，从而帮助现场人员快速便捷地定位故障设备并进行检修。
31.(3)远程监控平台可针对不同类型的高压套管的不同状态设定对应的阈值，实现对高压套管的运行状态的判定，并输出控制指令至对应的高压套管，实现高压套管的本地预警。
附图说明
32.图1为本发明实施例提供的一种高压套管油气远程监测系统框架图；
33.图2为本发明实施例提供的氢气-温度-压力集成传感器结构示意图；
34.图3为本发明实施例提供的智能远传装置的结构示意图；
35.图4为本发明实施例提供的远程监测平台的结构示意图；
36.图5为本发明实施例提供的远程监测平台的监测流程图。
37.其中，1-氢气-温度-压力集成传感器，2-数据接入装置，3-智能远传装置，4-远程监测平台，5-云数据平台，6-app/web客户端；11-传感器本体，111-氢气传感器，112-温度传感器，113-压力传感器，12-a/d转换器，13-通信模块，14-采样控制模块，15-警报控制模块，16-警报模块，17-电源模块；31-i1协议通讯模块，32-数据采集模块，33-信息管理模块，34-i2协议通讯模块，35-电源模块；41-数据处理模块，42-阈值设定模块，43-阈值比对模块，44-状态监测模块，45-监测预警模块，46-故障报警模块，47-故障检修模块。
具体实施方式
38.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
39.如图1所示，本发明提供的一种高压套管油气远程监测系统，包括：氢气-温度-压力集成传感器1、数据接入装置2、智能远传装置3、远程监测平台4、云数据平台5、app/web客户端6。
40.所述氢气-温度-压力集成传感器1与数据接入装置2通讯连接，可采用有线数据通信和无线数据通信。有线数据通信可采用光纤通信、rs485等，无线数据通信可采用射频、zigbee、wifi、蓝牙等，实现通信多元化。
41.所述数据接入装置2可以将不满足iec61850通信协议的监测数据转换成满足iec61850通信协议的监测数据，从而保证不同接口的监测数据的标准化接入，兼容不同通信方式的传感器监测信息的接入。
42.所述数据接入装置2与所述智能远传装置3通信连接。通信协议采用i1协议。通讯方式可采用wifi、zigbee、rfid射频等方式。
43.所述智能远传装置3与远程监测平台4通信连接，通信协议采用i2协议，通讯方式可采用5g、gprs或cdma等方式。所述智能远传装置与远程监测平台进行双向通信。一方面将监测数据上传至远程监测平台，一方面接收远程监测平台的控制指令下发至氢气-温度-压力集成传感器。
44.所述数据接入装置2可与多个氢气-温度-压力集成传感器1连接。所述远程监测平台4可与多个智能远传装置3连接。每个需要监测的现场可不止一个数据接入装置2和智能远传装置3。单个现场中的多个高压套管上可分别设置氢气-温度-压力集成传感器1。所述远程监测平台4用于收集来自各个的氢气-温度-压力集成传感器1的采集信息，从而对各个高压套管的状态进行判定，进而生成对应的控制指令并将其发送至对应的高压套管，从而启动对应高压套管的警报模块，实现高压套管的本地报警预警提示。
45.所述远程监测平台4通过所述云数据平台5与所述app/web客户端6连接，用户通过app/web客户端6可直接调阅远程监测平台4各功能模块数据，对现场设备进行远程监控与远程指导。
46.如图2所示，所述氢气-温度-压力集成传感器1由传感器本体11、a/d转换器12、通信模块13、采样控制模块14、警报控制模块15、警报模块16以及电源模块17组成。
47.其中，传感器本体11采用氢气、温度、压力传感器封装组成。氢气传感器111采用钯合金纳米薄膜氢气传感器，将氢气浓度转化成金属电阻值，温度传感器112采用半导体传感器，利用温度引起半导体阻值变化，压力传感器113采用压敏电阻传感器，通过压阻效应将压力信号转化为电信号输出。
48.其中，氢气传感器111上集成有温度补偿芯片，用于提高氢气传感器的灵敏度。
49.所述传感器本体11与所述a/d转换器12通信连接。所述a/d转换器12将传感器本体11感知到监测数据从模拟信号转换成数字信号，并传输至通信模块13，通信模块13与数据接入装置通信并向其发送监测数据。
50.所述通信模块13还与采样控制模块14、警报控制模块15连接，将接收到的来自数据接入装置的控制指令发送至采样控制模块14、警报控制模块15。
51.所述采样控制模块14与所述传感器本体11通信连接，基于接收到的控制指令控制传感器本体11的采样周期。
52.所述警报控制模块15与所述警报模块16通信连接，基于接收到的控制指令控制警
报模块16的启动模式。
53.所述警报模块16采用声光警报器，当高压套管、传感器本体发生故障时，根据不同的故障，通过驱动led灯与蜂鸣器以不同的组合方式进行报警，提醒现场人员及时定位并进行维修。
54.所述电源模块17用于向所述传感器本体11、所述a/d转换器12、所述通信模块13、所述采样控制模块14、所述警报控制模块15与所述警报模块16供电。
55.所述氢气-温度-压力集成传感器1安装在高压套管取油口的三通管支管上，保证取油口后续的取样功能。
56.本发明通过在多个现场分别布设数据接入装置和智能远传装置，通过在每个现场的各个高压套管取油口的三通管支管上布设氢气-温度-压力集成传感器，实现对大范围的高压套管的监测，并根据不同氢气-温度-压力集成传感器的地址信息分辨发生故障的高压套管具体位置。氢气-温度-压力集成传感器1将对应的高压套管的类型信息、地址信息和实时状态量经由数据接入装置2和智能远传装置3发送至远程监测平台4。
57.如图3所示，所述智能远传装置3包括i1协议通讯模块31、数据采集模块32、信息管理模块33、i2协议通讯模块34以及电源模块35。
58.所述i1协议通讯模块31与数据接入装置通信2连接，还与数据采集模块32、信息管理模块通信33连接。
59.所述i2协议通讯模块34与远程监测平台4通信连接，还与数据采集模块32、信息管理模块33通信连接。
60.所述数据采集模块32用于接收传感器本体采集的监测数据。
61.所述信息管理模块33用于接收所述远程监测平台4下发的控制指令。
62.所述智能远传装置3与远程监测平台4进行双向通信。一方面将监测数据上传至远程监测平台，一方面接收远程监测平台的控制指令并分析其中的地址信息，将控制指令下发至指定的氢气-温度-压力集成传感器。
63.如图4所示，所述远程监测平台4包括：数据处理模块41、阈值设定模块42、阈值比对模块43、状态监测模块44、监测预警模块45、故障报警模块46和故障检修模块47。
64.数据处理模块41用于对接收到的各个高压套管的原始监测数据进行过滤、换算、组合。去除坏数据和干扰信号，建立数据库，形成各个高压套管的实时运行状态量。将各个高压套管的实时运行状态量按照高压套管的类型进行分类，使各个高压套管的实时运行状态量的历史数据作为历史状态指标数据。
65.阈值设定模块42用于设定各类型高压套管不同运行状态的阈值。
66.具体地，阈值设定模块42基于高压套管类型，将历史状态指标数据与同类高压套管经验数据进行比较，分别针对每个类型的高压套管的状态量的每个指标设置由小至大依次增加的第一阈值、第二阈值以及第三阈值。所述状态量指标包括温度指标、压力指标和氢气浓度指标。
67.阈值设定模块42的阈值设定方法包括以下步骤：
68.根据不同厂家、型号、工况对高压套管进行分类。针对同类高压套管，对其历史状态指标数据与同类高压套管经验数据进行统计分析，从而得到每一类高压套管在不同运行状态下的每个状态量指标的历史数据分布模型，例如weibull分布模型、ar分布模型等。所
述历史状态指标数据与同类高压套管经验数据可通过人工导出或者系统自动收集获取。阈值设定模块42基于历史数据的统计分布模型计算出各类高压套管的每个状态量指标不同运行状态下的阈值，并基于计算得到的阈值设置第一阈值、第二阈值以及第三阈值。第一阈值用于表征高压套管并未运行或远程监测系统尚未采集数据的临界值。第二阈值用于表征高压套管出现故障趋势的临界值。第三阈值用于表征高压套管出现故障的临界值。
69.阈值比对模块43基于每个高压套管的类型查询到其每个状态量指标对应的的第一阈值、第二阈值以及第三阈值。根据某个高压套管的实时运行状态量中每个状态量指标分别所处的阈值区间，分别针对该高压套管启动状态监测模块44、监测预警模块45、故障报警模块46以及故障诊断模块47，并针对该高压套管执行启动的模块的相应功能。
70.若阈值比对模块判定某个高压套管的实时运行状态量中三个指标均低于对应的第一阈值，则判定该高压套管并未运行；
71.若阈值比对模块判定某个高压套管的实时运行状态量中任一个指标高于对应的第一阈值且低于第二阈值，则针对该高压套管启动状态监测模块；
72.若阈值比对模块判定某个高压套管的实时运行状态量中任一个指标高于对应的第二阈值且低于第三阈值，则针对该高压套管启动监测预警模块；
73.若阈值比对模块判定高压套管的实时运行状态量中任一个指标高于对应的第三阈值，则针对该高压套管启动故障报警模块和故障检修模块。
74.状态监测模块44利用曲线、图形、表格等多种方式直观展示所有高压套管的实时运行状态。
75.监测预警模块45采用适当的预测算法，评估高压套管未来健康状态发展趋势，并根据评估结果设置对应的高压套管状态监测量的预警值，对超出预警值的实时运行状态量的某个指标，发出预警信息。所述监测预警模块基于地址信息将预警信息发送至对应的高压套管。高压套管的警报控制模块基于预警信息启动警报模块。
76.评估设备未来健康状态发展趋势是根据某个高压套管的实时运行状态量以及历史数据对该高压套管进行状态推理，预测方法有：曲线拟合方法、基于短时时间序列(arima)方法、基于神经网络方法等。根据某个高压套管的状态预测结果，对该高压套管的未来劣化状态提前预警。
77.故障报警模块46对某个高压套管异常的实时运行状态量进行故障识别，判断故障类型，并针对不同故障类型下发不同报警信息。故障报警模块46基于地址信息将报警信息发送至对应的高压套管。高压套管的警报控制模块基于报警信息启动警报模块。
78.故障检修模块47根据不同故障类型以及可能故障原因，提出相应的检修建议，帮助现场人员对设备进行维护检修。
79.故障报警模块46根据获取到某个高压套管的异常实时运行状态量，可运用故障树方法、神经网络方法等故障识别方法对设备进行故障原因分析、故障处理建议等。
80.其中高压套管的故障类型主要有渗漏油、瓷套闪络、绝缘受潮、套管发热等。
81.故障报警模块46根据某个高压套管实时运行状态量中异常的指标判断对应的故障问题，如氢气浓度超标可以判断为套管内部绝缘受潮等；压力超标可以判断内部发生绝缘故障等；温度超标可以判断发生过热绝缘缺陷等；氢气和压力同时变大可以判断内部因为受潮而产生突发绝缘故障等，氢气和温度同时增大可以判断是局部放电等绝缘故障，温
度增大压力减小可以判断是渗油漏油等故障。
82.故障检修模块47根据故障报警模块4输出的故障类型得到对应的可能的故障原因。如发生绝缘受潮可能是由于套管绝缘纸干燥不充分或老化等原因造成，根绝套管使用年限可采取对应的干燥处理或者更换等操作，即对应的检修建议。故障类型与故障原因和检修建议为一一对应的关系。故障检修模块47根据故障类型即可输出对应的故障原因和检修建议。
83.图5所示，本发明提供的一种高压套管油气远程监测系统的针对某一个高压套管的监测过程为：
84.(1)完成高压套管油气远程监测系统各装置正常启动。
85.(2)氢气-温度-压力集成传感器感知高压套管内溶解氢气、温度、压力实时监测数据，数据接入装置将监测数据发送至智能远传装置。
86.(3)智能远传装置将监测数据上传至远程监测平台。
87.(4)远程监测平台对接收到的监测数据经过数据处理后进行分析判定：
88.若溶解氢气、温度、压力实时监测数据均低于第一阈值，则判定高压套管设备并未运行；
89.若溶解氢气、温度、压力实时监测数据任一种数据指标高于第一阈值且低于第二阈值，启动状态监测模块；
90.若溶解氢气、温度、压力实时监测数据任一种数据指标高于第二阈值且低于第三阈值，则启动监测预警模块，发出缩短传感器采样周期的控制指令，通过智能远传装置下发至氢气-温度-压力集成传感器，提高传感器采样数据频率，进一步精确预测状态变化，并对超出预警值的监测数据指标发出预警信息并下发至智能远传装置，智能远传装置将下发的预警信息发送至氢气-温度-压力集成传感器，控制警报模块发出对应的预警信息；
91.若溶解氢气、温度、压力实时监测数据任一种数据指标高于第三阈值，则启动故障报警模块和故障检修模块，根据不同基于实时检测数据检测出的故障类型下发不同的控制指令，通过智能远传模块和数据接入装置发送不同的控制指令至氢气-温度-压力集成传感器控制警报模块以不同的形式发出报警。同时，故障检修模块针对诊断出的故障类型提出相应的检修建议，用户可通过app/web客户端查阅检修建议，辅助现场检修过程。
92.本发明同样适用于高压套管的油色谱、局部放电、振动等在线监测量，通过设置不同的集成传感器并调整各模块中对应的预测程序和故障诊断程序，即可实现相应的功能。
93.本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。