CN114136373A - 一种输变电sf6微水传感器及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种输变电SF6微水传感器及其使用方法，包括传感器，其特征在于：传感器包括微处理器、采集单元和LoRa无线通信单元，还包括LoRa无线通信单元、输变电节点单元、物联网管理平台和数据终端，采集单元与微处理器电性连接，微处理器与LoRa无线通信单元连接，传感器通过LoRa无线通信单元与输变电节点单元连接，输变电节点单元通过信号耦合连接至物联网管理平台，物联网管理平台信号连接数据终端；其中采集单元包括SF6气体密度采集电路、SF6气体微水采集电路和SF6气体温度采集电路。本发明提供了输变电SF6微水传感器及其使用方法，通过远程监控，使设备状态掌握更加清晰，检修管理策略更为科学，及时发现缺陷和故障的征兆。

Description

一种输变电SF6微水传感器及其使用方法

技术领域

本发明涉及微水传感器技术领域，具体来说涉及一种输变电SF6微水传感器及其使用方法。

背景技术

SF6是一种无毒、无味、无色、无嗅、非可燃的合成气体，具有一般电介质不可比拟的绝缘特性和灭弧能力。充装SF6的电气设备占地面积小，运行噪声小，无火灾危险，这极大地提高了电气设备运行的安全可靠性；而气体绝缘全封闭组合电器(GIS)的应用，打破了传统变电站的概念，使紧凑型、高电压、大容量新式变电站的发展得以实现，成为城网变电站改造的重要途径；随着我国电力设备无油化、小型化的发展，在35-500kV高压断路器中采用SF6气体作为绝缘灭弧介质的断路器等逐年增加；对SF6气体的状态监测已成为保证SF6断路器等电器设备正常安全运行的主要技术措施之一。

SF6高压开关电器在制造和运行中因为：SF6新气中含有一定水分。在设备安装、解体检修和充气补气时，因工艺过程中的疏漏，在气室和管阀内留有水分。因密封不严，在SF6向外泄漏时，会反向渗入水分；变电站SF6断路器SF6气体的密度、湿度和温度三项物理指标是否处于额定范围之内，决定着该断路器的安全运行状态。电网运行规程强制规定，在设备投运前和运行中都必须定期对SF6气体的密度和含水量进行检测；SF6气体含水量的现场检测方法有电解法、冷凝法和阻容法。目前大多采用便携式露点仪进行现场检测。

物联网感知设备是智能电网的重要基础支撑，通过电力物联网实现设备感知，传感单元微型化，物联网络去中心化、数据传输无线化、应用分析智能化的互联体系，在未来电网中发挥不可替代的作用；目前电力物联网仍存在覆盖区域相对较小、设备覆盖率不足、数据碎片化程度高等多个问题，对电力物联网的易用性和数据可读性存在较大影响；同时现有电力物联网技术体制多，网络协议差异大，接口规范不统一；因为技术体制的不统一，导致现有的电力物联网感知层、通信层、业务层无法有效分割，这就导致目前的物联网感知设备***之间无法实现互联互通，呈现“烟囱林立”的局面，无法支撑电力物联网在整个国家电网范围内的规模化应用。

传统依赖人工巡视的运检模式工作量巨大、检测周期长、效率低下，无法有效、及时发现缺陷，且人力投入成本高，比如表计抄录、开箱检查等简单、重复的机械性工作占用运维人员大量时间；开展输变电在线监测***建设，采用远程监测手段了解设备状态，但限于技术、机制等原因，没有形成完整体系架构，传统在线监测装置结构庞杂、体积笨重、耗电巨大，受电磁环境影响大，组网方式不灵活，维护工作量大，传统在线监测***整体实用化水平不高，难以满足需求。

随着电网规模的扩大、设备种类的增加及监测复杂化，建设物联网感知设备的需求尤为迫切。构建变电设备物联网，搭建设备身份识别、电子标签感知、环境信息监测、远程监控等***，使设备状态掌握更加清晰，状态变化趋势更加明确，检修管理策略更为科学，从而及早发现缺陷和故障的征兆，减少问题处理的耗费时间，提高电力设备运行的安全性及稳定性，提高电力设备运维检修的工作效率，实现电网侧设备运检从事后检修到事前诊断及主动预警的转化。

发明内容

本发明的目的是提供一种输变电SF6微水传感器及使用方法，提高了电力设备运维检修的工作效率，实现电网侧设备运检从事后检修到事前诊断及主动预警的转化。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种输变电SF6微水传感器及其使用方法包括传感器，其特征在于：所述传感器包括微处理器、采集单元和LoRa无线通信单元，还包括LoRa无线通信单元、输变电节点单元、物联网管理平台和数据终端，所述采集单元与所述微处理器电性连接，所述微处理器与所述LoRa无线通信单元连接，所述传感器通过所述LoRa无线通信单元与输变电节点单元连接，所述输变电节点单元通过信号耦合连接至所述物联网管理平台，所述物联网管理平台信号连接所述数据终端；其中所述采集单元包括SF6气体密度采集电路、SF6气体微水采集电路和SF6气体温度采集电路；所述SF6气体密度采集电路的气体压力采集范围为：0.01～1.0MPa,监测灵敏度：≤±0.75％。所述SF6气体微水采集电路的气体微水采集范围为：20～1000uL/L，监测灵敏度：≤±4％；所述SF6气体温度采集电路的气体温度采集范围为：-40～85℃，监测灵敏度：≤±1℃。

作为优选，采集单元为高精度、高稳定性扩散硅，一体化不锈钢封装。

作为优选，微处理器的运行范围为：-40～85℃，型号为：ARM-Cortex-M4。

作为优选，每个所述传感器均有唯一ID号。

作为优选，所述传感器采用微型化集成封装铸铝外壳，自封螺纹气体接口，经三通连接SF6断路器补气口或测气口。

作为优选，所述传感器包括信号修正和补偿电路，所述信号修正和补偿电路设置在采集单元的电信号输出端；所述传感器还包括电源电路，所述电源电路采用HX4002型号升压开关电源芯片。

作为优选，所述电源电路采用工业级锂亚电池供电，并电性连接有电量检测电路和AD采样处理装置。

作为优选，步骤一，信号的采集，传感器中的采集单元中的SF6气体密度采集电路、SF6气体微水采集电路和SF6气体温度采集电路采集气体中的气体密度信号、气体微水信号和气体温度信号，并通过信号修正和补偿电路的修正与补偿，将采集的电信号传输至微处理器中；

步骤二，信号的传输，基于上述采集的电信号，微处理器将电信号进行转换至模拟信号，再通过所述LoRa无线通信单元，将传感器中的模拟信号传输至输变电节点单元，输变电节点单元接入输变电节点设备，设置有电力APN安全加密通道，通过电力APN安全加密通道连接至物联网管理平台，物联网管理平台采用边缘计算框架，算法APP搭载，物联网管理平台可呈现出传感器的数据；

步骤三，信号的显示，数据终端通过与物联网管理平台的信号连接，物联网管理平台的信号通过数据终端显示，数据终端通过登录可在线控制物联网管理平台，对传感器进行监测。

在上述技术方案中，本发明提供的，具备以下有益效果：构建变电设备物联网，搭建设备身份识别、电子标签感知、环境信息监测、远程监控等***，使设备状态掌握更加清晰，状态变化趋势更加明确，检修管理策略更为科学，从而及早发现缺陷和故障的征兆；减少问题处理的耗费时间，提高电力设备运行的安全性及稳定性，提高电力设备运维检修的工作效率；实现电网侧设备运检从事后检修到事前诊断及主动预警的转化。

应当理解，前面的一般描述和以下详细描述都仅是示例性和说明性的，而不是用于限制本公开。

本申请文件提供本公开中描述的技术的各种实现或示例的概述，并不是所公开技术的全部范围或所有特征的全面公开。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的传感器模块化结构示意图；

图2为本发明实施例提供的传感器整体结构示意图；

图3为本发明实施例提供的传感器安装结构示意图；

图4为本发明实施例提供的传感器***框图结构示意图。

附图标记说明：

100、传感器；

10、变送器；11、保护盖；12、C型接头；13、D型接头；

1、微处理器；2、采集单元；20、SF6气体密度采集电路；21、SF6气体微水采集电路；22、SF6气体温度采集电路；3、LoRa无线通信单元；4、输变电节点单元；5、物联网管理平台；6、数据终端。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。

如图1和2所示，一种输变电SF6微水传感器及其使用方法，包括传感器100，传感器100包括微处理器1、采集单元2、LoRa无线通信单元3、输变电节点单元4、物联网管理平台5和数据终端6；

其中所述采集单元2包括SF6气体密度采集电路20、SF6气体微水采集电路21和SF6气体温度采集电路22；

所述SF6气体密度采集电路20的气体压力采集范围为：0.01～1.0MPa,监测灵敏度：≤±0.75％。

所述SF6气体微水采集电路21的气体微水采集范围为：20～1000uL/L，监测灵敏度：≤±4％。

所述SF6气体温度采集电路22的气体温度采集范围为：-40～85℃，监测灵敏度：≤±1℃。

所述采集单元2为高精度、高稳定性扩散硅，一体化不锈钢封装。

所述微处理器1的运行范围为：-40～85℃，型号为：ARM-Cortex-M4；

所述输变电节点单元4采用物联网微功率无线网通信协议，每个所述传感器100均有唯一ID号。

所述传感器100采用微型化集成封装铸铝外壳，自封螺纹气体接口，经三通连接SF6断路器补气口或测气口。

所述传感器100连接有高性能工业级锂亚电池供电及电量检测AD采样处理装置。

所述传感器100通过信号修正、补偿电路，采用HX4002低噪声升压开关电源芯片。

使用时，传感器100通过采集单元2中的SF6气体密度采集电路20、SF6气体微水采集电路21和SF6气体温度采集电路22采集气体中的气体密度信号、气体微水信号和气体温度信号，并通过信号修正和补偿电路的修正与补偿，将采集的电信号传输至微处理器1中；信号的传输，基于上述采集的电信号，微处理器1将电信号进行转换至模拟信号，再通过所述LoRa无线通信单元3，将传感器100中的模拟信号传输至输变电节点单元4，输变电节点单元4接入输变电节点设备，设置有电力APN安全加密通道，通过电力APN安全加密通道连接至物联网管理平台5，物联网管理平台5采用边缘计算框架，算法APP搭载，物联网管理平台5可呈现出传感器100的数据；信号的显示，数据终端6通过与物联网管理平台5的信号连接，物联网管理平台5的信号通过数据终端6显示，数据终端6通过登录可在线控制物联网管理平台5，对传感器100进行监测；保障电力设备安全运行，实现设备的智能检修，提升设备状态管控力和运检管理穿透力，物联网感知设备以智能电网作为电力物联网技术的全面应用领域，构建创新驱动、应用引领、协同发展的格局，实现电力生产现场、运行、控制数据的全面在线采集，通过网络传输满足各类智能应用，使得各种电力设备构成一个巨大的相互连接的电力广域网络，最终形成覆盖输电、变电、配电各环节的信息模型统一、通信规约统一、数据服务统一和应用服务统一的全景全息电力物联网，实现电网各环节设备状态的可测、可视、可控，实现电网侧设备运检从事后检修到事前诊断及主动预警，并利用物联网技术，最终实现供电网络自动投切，达到自愈的目的。

如图3所示，物联网管理平台5分为：感知层、网络层和平台层；感知层接入层传感器***、节点***和网络层边缘计算***连接、平台层后台接入***；感知层由传感器100和输变电节点单元4连接的(含边缘代理)设备组成，是物联网管理平台5的核心层级，实现设备状态采集的关键；涵盖无线通信、数据传输、传感器等面，是物联网管理平台5实现“互联互通”的基础；输变电节点单元1连接的设备将数据转给边缘代理，由边缘框架或边侧APP将传感器数据格式转化为符合物管平台要求的JSON格式数据，然后采用MQTT协议或UDP协议，实现边缘物联代理与后台接入***的数据交互。

如图4所示，根据设备接口螺纹大小的不同，可将在传感器100具体分为三类：

一：SF6微水传感器M26×1.5设备接口，M26×1.5螺纹或自定义。

二：SF6微水传感器M27×1.5设备接口，M27×1.5螺纹或自定义。

三：SF6微水传感器M45×2设备接口，M45×2螺纹或自定义，可与平高D型，C型接头相连。

具体的应用于以下场景：

场景一：变电主设备的状态感知；上传站内电流、电压等设备运行信息及设备异常告警信号，在线监测传感器，如SF6微水传感器、高频电流传感器、超声波局放传感器、避雷器泄漏电流传感器、SF6微水传感器、温度传感器，实现变电设备状态全方位实时感知。

场景二：变电站运行环境的状态感知；采集分析变电站微气象、噪声、烟雾、温湿度、电缆沟水位水浸、SF6气体等传感器数据，实现变电站运行环境状态感知，并及时推送站内安全运行风险预警。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (9)

1.一种输变电SF6微水传感器，包括传感器（100），其特征在于：所述传感器（100）包括微处理器（1）、采集单元（2）和LoRa无线通信单元（3），还包括输变电节点单元（4）、物联网管理平台（5）和数据终端（6），所述采集单元（2）与所述微处理器（1）电性连接，所述微处理器（1）与所述LoRa无线通信单元（3）连接，所述传感器（100）通过所述LoRa无线通信单元（3）与输变电节点单元（4）连接，所述输变电节点单元（4）通过信号耦合连接至所述物联网管理平台（5），所述物联网管理平台（5）信号连接所述数据终端（6）；

其中所述采集单元（2）包括SF6气体密度采集电路（20）、SF6气体微水采集电路（21）和SF6气体温度采集电路（22）；

所述SF6气体密度采集电路（20）的气体压力采集范围为：0.01～1.0MPa,监测灵敏度：≤±0.75%；

所述SF6气体微水采集电路（21）的气体微水采集范围为：20～1000uL/L，监测灵敏度：≤±4%；

所述SF6气体温度采集电路（22）的气体温度采集范围为：-40～85℃，监测灵敏度：≤±1℃。

2.根据权利要求1所述的一种输变电SF6微水传感器，其特征在于，所述采集单元（2）为扩散硅设置，采用一体化不锈钢封装。

3.根据权利要求1所述的一种输变电SF6微水传感器，其特征在于，所述微处理器（1）的运行范围为：-40～85℃，型号为：ARM-Cortex-M4。

4.根据权利要求1所述的一种输变电SF6微水传感器，其特征在于，所述输变电节点单元（4）采用物联网微功率无线网通信协议，每个所述传感器（100）均有唯一ID号。

5.根据权利要求1所述的一种输变电SF6微水传感器，其特征在于，所述传感器（100）采用微型化集成封装铸铝外壳，自封螺纹气体接口，经三通连接SF6断路器补气口或测气口。

6.根据权利要求1所述的一种输变电SF6微水传感器，其特征在于，所述传感器（100）包括信号修正和补偿电路，所述信号修正和补偿电路设置在采集单元（2）的电信号输出端；所述传感器（100）还包括电源电路，所述电源电路采用HX4002型号升压开关电源芯片。

7.根据权利要求1所述的一种输变电SF6微水传感器，其特征在于，所述电源电路采用工业级锂亚电池供电，并电性连接有电量检测电路和AD采样处理装置。

8.根据权利要求1所述的一种输变电SF6微水传感器，其特征在于，所述传感器（100）上活动连接有变送器（10），所述变送器（10）的一端设置有保护盖（11），所述保护盖（11）的一侧分别设置有C型接口（12）和D性接口（13）。

9.据权利要求1-8任意一项所述的一种输变电SF6微水传感器的使用方法，其特征在于：

步骤一，信号的采集，传感器（100）中的采集单元（2）中的SF6气体密度采集电路（20）、SF6气体微水采集电路（21）和SF6气体温度采集电路（22）采集气体中的气体密度信号、气体微水信号和气体温度信号，并通过信号修正和补偿电路的修正与补偿，将采集的电信号传输至微处理器（1）中；

步骤二，信号的传输，基于上述采集的电信号，微处理器（1）将电信号进行转换至模拟信号，再通过所述LoRa无线通信单元（3），将传感器（100）中的模拟信号传输至输变电节点单元（4），输变电节点单元（4）接入输变电节点设备，设置有电力APN安全加密通道，通过电力APN安全加密通道连接至物联网管理平台（5），物联网管理平台（5）采用边缘计算框架，算法APP搭载，物联网管理平台（5）可呈现出传感器（100）的数据；

步骤三，信号的显示，数据终端（6）通过与物联网管理平台（5）的信号连接，物联网管理平台（5）的信号通过数据终端（6）显示，数据终端（6）通过登录可在线控制物联网管理平台（5），对传感器（100）进行监测。

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