基于声表面波的GIS开关柜在线检测系统.pdf

本发明公开了一种基于声表面波的GIS开关柜在线检测系统，包括多个SAW传感器、射频信号发射接收装置、SAW传感器采集器、后台监控系统和传感器固定机构；所述多个SAW传感器通过传感器固定机构固定于GIS开关柜内；SAW传感器采集器通过射频信号发射接收装置给各SAW传感器发送对应的频率信号，并采集SAW传感器的返回频率的信号；并通过通讯将数据传输给后台监控系统；所述SAW传感器包括多个SAW温度传感器。本发明利用SAW传感器测量GIS开关柜内的各种物理量(如温度、压力、微水)，通过这些物理量的变化也能够反映整个设备的运行状态，并通过SAW传感器采集器统一采集后，将数据统一通过扩展通讯的方式传送给监控系统和后台，从而实现在线监控。

权利要求书
1.  基于声表面波的GIS开关柜在线检测系统，其特征在于：包括多个SAW传感器 (1)、射频信号发射接收装置(2)、SAW传感器采集器(3)、后台监控系统(4) 和传感器固定机构(5)；所述多个SAW传感器通过传感器固定机构(5)固定于GIS 开关柜(6)内；SAW传感器采集器(3)通过射频信号发射接收装置(2)给各SAW传感 器(1)发送对应的频率信号，并采集SAW传感器(1)的返回频率的信号；SAW传感 器采集器(3)与后台监控系统(4)通讯；所述SAW传感器(1)包括多个SAW温度 传感器(11)。

2.  根据权利要求1所述的基于声表面波的GIS开关柜在线检测系统，其特征在于： 所述多个SAW温度传感器(11)通过传感器固定机构(5)固定在GIS开关柜(6)的 断路器触点(61)上。

3.  根据权利要求2所述的基于声表面波的GIS开关柜在线检测系统，其特征在于： 所述多个SAW温度传感器(11)还通过传感器固定机构(5)固定在GIS开关柜(6) 的母排上；所述母排包括连线母排61和出线母排62。

4.  根据权利要求3所述的基于声表面波的GIS开关柜在线检测系统，其特征在于： 所述多个SAW温度传感器(11)还通过传感器固定机构(5)固定在GIS开关柜(6) 的刀闸触头上。

5.  根据权利要求4所述的基于声表面波的GIS开关柜在线检测系统，其特征在于： 所述SAW传感器(1)还包括至少一个SAW微水传感器(12)。

6.  根据权利要求5所述的基于声表面波的GIS开关柜在线检测系统，其特征在于： 所述SAW传感器(1)还包括至少一个通过传感器固定机构(5)固定在GIS开关柜(6) 的充气阀门处的SAW压力传感器(13)。

7.  根据权利要求6所述的基于声表面波的GIS开关柜在线检测系统，其特征在于： 所述SAW温度传感器(11)、SAW微水传感器(12)和SAW压力传感器(13)中分 别加设一块延迟线型芯片；同种类的各个SAW传感器(1)加设的延迟线型芯片延迟时 间相同，不同种类的各个SAW传感器(1)加设的延迟线型芯片延迟时间不同；同种类 的各个SAW传感器(1)采用不同频率段的SAW传感器(1)。

8.  根据权利要求7所述的基于声表面波的GIS开关柜在线检测系统，其特征在于： 所述射频信号发射接收装置(2)包括天线(21)、射频连接线(22)和气密性射频连 接器(23)；所述天线(21)通过射频连接线(22)以及气密性射频连接器(23)与 SAW传感器采集器(3)连接；所述天线(21)为PIFA天线。

9.  根据权利要求8所述的基于声表面波的GIS开关柜在线检测系统，其特征在于： 所述传感器固定机构(5)包括金属绑带(51)和/或螺栓和/或螺丝孔(52)。

10.  根据权利要求9所述的基于声表面波的GIS开关柜在线检测系统，其特征在于： 所述后台监控系统(4)包括本地显示屏(41)和/或本地SCADA系统(42)和/或远程 调度中心(43)。

说明书基于声表面波的GIS开关柜在线检测系统
技术领域
本发明涉及一种基于声表面波的GIS开关柜在线检测系统。
背景技术
GIS开关柜全称为SF6气体绝缘金属封闭开关柜，SF6气体即六氟化硫气体，是无色、无味、无毒、不易燃的惰性气体，具有优良的绝缘性能，且不会老化变质。GIS开关柜对气密性有很高的要求，维护检修都比较复杂，同时，由于GIS开关柜内的绝缘气体一般采用SF6，当SF6气体中含有一定的微水时，内部的断路器分合时产生的电弧能量可以让气体中生成剧毒的气体，该剧毒气体在发生泄漏时，人体吸入少量气体就可以让人致命。GIS开关柜由于特殊的结构及全金属密封要求导致其内部母排及断路器触点异常发热的状态无法通过人工或者红外测温的方式测到，因此在SF6气体绝缘金属封闭开关设备的人工巡检方面能做的工作较少。这些开关柜因为缺少必要的监测手段，从而导致SF6气体绝缘金属封闭开关设备在运行过程中存在很大的隐患，且具有不可预知性，一旦故障将会给重要负荷，如铁路、医院等带来不可估量的损失。
另外GIS开关柜属于高压设备，且柜子比较紧凑，导致通过普通的传感技术无法获得SF6气体绝缘金属封闭开关柜内的设备实时状态信息；基于电池的在线监测传感器，由于运行一段时间后需要更换电池，且电池长期运行具有不稳定性，提高了SF6气体绝缘金属封闭开关设备的维护频率，导致整个柜子的使用寿命和使用风险增加。另外，全封闭的金属柜子也让内部的无线信号无法传出来，给传感器的运行提出了很大的挑战。理论上来说，我们可以通过监测SF6气体绝缘金属封闭开关柜内的一些物理量如SF6微水含量，SF6气体压力，隔离开关、断路器触头电接点温度等来反应整个开关柜的运行状态。但是目前还没有很合适的传感器可以用于SF6气体绝缘金属封闭开关设备的在线状态监测，导致此种类型的开关柜在线监测比较难以实现。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于声表面波的GIS开关柜在线检测系统，解决GIS开关柜在线监测的问题，能够降低开关设备的维护频率，减少人工巡检，预防开关柜故障的发生。
实现本发明目的的技术方案是基于声表面波的GIS开关柜在线检测系统，包括多个SAW传感器、射频信号发射接收装置、SAW传感器采集器、后台监控系统和传感器固定 机构；所述多个SAW传感器通过传感器固定机构固定于GIS开关柜内；SAW传感器采集器通过射频信号发射接收装置给各SAW传感器发送对应的频率信号，并采集SAW传感器的返回频率的信号；SAW传感器采集器与后台监控系统通讯；所述SAW传感器包括多个SAW温度传感器。GIS开关柜的内外射频信号的传输采用射频信号发射接收装置中的气密性射频连接器进行连接。SAW传感器采集器通过射频信号发射接收装置给各SAW传感器发送特定的频率信号，各SAW传感器会根据所测的物理量返回特定的频率信号，SAW传感器采集器通过解析这些频率信号就可以获得对应SAW传感器的测量数据。
所述多个SAW温度传感器通过传感器固定机构固定在GIS开关柜的断路器触点上。
所述多个SAW温度传感器还通过传感器固定机构固定在GIS开关柜的母排上；所述母排包括连线母排61和出线母排62。
所述多个SAW温度传感器还通过传感器固定机构固定在GIS开关柜的刀闸触头上。
所述SAW传感器还包括至少一个SAW微水传感器。 
所述SAW传感器还包括至少一个通过传感器固定机构固定在GIS开关柜的充气阀门处的SAW压力传感器。
所述SAW温度传感器、SAW微水传感器和SAW压力传感器中分别加设一块延迟线型芯片；同种类的各个SAW传感器加设的延迟线型芯片延迟时间相同，不同种类的各个SAW传感器加设的延迟线型芯片延迟时间不同；同种类的各个SAW传感器采用不同频率段的SAW传感器。
所述射频信号发射接收装置包括天线、射频连接线和气密性射频连接器；所述天线通过射频连接线以及气密性射频连接器与SAW传感器采集器连接；所述天线为PIFA天线。
所述传感器固定机构包括金属绑带和/或螺栓和/或螺丝孔。 
所述后台监控系统包括本地显示屏和/或本地SCADA系统和/或远程调度中心。
采用了上述技术方案后，本发明具有以下的积极的效果：(1)本发明利用SAW传感器测量GIS开关柜内的各种物理量(如温度、压力、微水)，通过这些物理量的变化也能够反映整个设备的运行状态，并通过SAW传感器采集器统一采集后，将数据统一通过扩展通讯的方式传送给监控系统和后台，从而实现在线监控。
(2)本发明可以根据监控需求组合SAW传感器的种类和数量，从而达到既灵活又全面准确监控的目的。
(3)由于开关柜内空间比较紧凑，采用普通天线容易引起内部电场的变化，诱发尖端放电，增大绝缘的风险，本发明采用PIFA天线可以最大可能避免风险。
(4)本发明对多种类的SAW传感器采用加延迟芯片的方式来区分，对同种类不同 位置的测试SAW传感器则采用不同的频率段进行区分，因此可以高效、准确的进行检测数据的识别。
(5)由于GIS开关柜内处于完全封闭状态，无线信号也无法传送出来，对于发射天线而言，无法解决天线需和传感器在统一密闭空间的问题，因此本发明采用气密型射频连接器，从而达到气密性的要求。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1为本发明的结构示意图。
图2为不同类型SAW传感器采用延迟时间的编码识别示意图。
图3为同一类型的SAW传感器通过频率范围进行区分的示意图。
附图中标号为：
SAW传感器1、SAW温度传感器11、SAW微水传感器12、SAW压力传感器13、射频信号发射接收装置2、天线21、射频连接线22、气密性射频连接器23、SAW传感器采集器3、后台监控系统4、本地显示屏41、本地SCADA系统42、远程调度中心43、传感器固定机构5、金属绑带51、螺丝孔52、GIS开关柜6、断路器触点61、连线母排61、出线母排62。
具体实施方式
(实施例1)
见图1，本发明的系统用于GIS开关柜6，它是完全密封的结构，其中除了几个充气的阀门外，内部不允许进行额外开孔，内部采用全金属封闭，无线信号也无法传递到外部来，导致内部的情况很难通过常规手段进行监测。本发明的基于声表面波的GIS开关柜在线检测系统，包括多个SAW传感器1、射频信号发射接收装置2、SAW传感器采集器3、后台监控系统4和传感器固定机构5；多个SAW传感器通过传感器固定机构5固定于GIS开关柜6内；SAW传感器采集器3通过射频信号发射接收装置2给各SAW传感器1发送对应的频率信号，并采集SAW传感器1的返回频率的信号；SAW传感器采集器3与后台监控系统4通讯。GIS开关柜6的内外射频信号的传输采用射频信号发射接收装置2中的气密性射频连接器23进行连接。SAW传感器采集器通3过射频信号发射接收装置2给各SAW传感器1发送特定的频率信号，各SAW传感器1会根据所测的物理量返回特定的频率信号，SAW传感器采集器3通过解析这些频率信号就可以获得对 应SAW传感器的测量数据。
在本实施例中，SAW传感器1包括多个SAW温度传感器11、一个SAW微水传感器12和一个压力传感器13。SAW传感器1是基于声表面波原理的传感器，主要由SAW芯片和SAW传感器天线组成。本实施例中针对不同的物理量采用不同的SAW芯片。
开关柜的三相断路器的触点1是内部开关柜的发热点，通过监测开关柜断路器触电温度的上升情况，可以了解整个开关设备的老化情况或者故障情况；在这三个触点上，采用了金属绑扎带51绑扎的方式将三个SAW温度传感器11安装在断路器触点61上；断路器的连接母排62和断路器的出线母排63也属于开关设备的重要发热点，考虑到母排的扁平结构，本实施例采用螺丝安装的方式将SAW温度传感器11通过螺丝孔52安装到出线母排63上。GIS开关柜6的刀闸触头也是设备的发热点，在该处也固定一个SAW温度传感器11。
检测微水含量的SAW微水传感器12，可以通过螺栓安装安装到GIS开关柜6的任意位置，也可以安装多个传感器至多个位置，通过多个位置的监测来反正内部整体的微水含量，安装方式主要考虑螺栓安装方式。
SAW压力传感器13固定在GIS开关柜6的充气阀门处可以用于监测内部的SF6漏气情况，能够在气压低了产生告警，预防因为SF6气体漏气产生的故障，当然也可以是对多个点安装SAW压力传感器13，以实现对多个点的测量。
对不同类型的SAW传感器，采用SAW传感器内部加一块延迟线型的芯片，对SAW传感器进行编码，来区分不同的传感器，如图2所示。
对于同一类型的传感器，比如不同的测温点的SAW温度传感器11，使用不同的频率段来区分不同位置的传感器，如图3所示。
射频信号发射接收装置2包括天线21、射频连接线22和气密性射频连接器23；天线21通过射频连接线22以及气密性射频连接器23与SAW传感器采集器3连接；天线21为PIFA天线。PIFA天线进行所有SAW传感器11信号的接收工作，同时也担任发射天线的工作。气密性射频连接器23采用两头都是N型射频接头的结构。
SAW传感器采集器3采集温度、湿度(SF6含水量)、气体压力等物理量，并统一通过射频信号发射接收装置2上传给后台监控系统4。后台监控系统4包括本地显示屏41和/或本地SCADA系统42和/或远程调度中心43。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。