阅读说明：本技术 一种用于组合电器的sf6气体在线监测系统 (SF6 gas online monitoring system for combined electrical apparatus ) 是由 陆旭锋 王伟 樊全胜 袁思远 彭思伟 于 2020-07-06 设计创作，主要内容包括：一种用于组合电器的SF6气体在线监测系统,属监测领域。由SF6组合电器传感器－PLC数据处理－数据传输至云平台的数据监测显示模块或移动终端构成；在现场采集SF6气体压力数据采集后,经PLC数据采样后将结果传输至GSM远程测控终端,使用GSM作为通讯手段,再经过Internet云监控服务,数据传输至云终端或移动终端；以最低毫秒的时间记录,数据以曲线形式显示出来；同时数据记录在WEB端,以便日后维护查询。其将PLC和网络传输整合一体,只要能连接Internet,就可以监控设备,实现远程监控。是一套基于物联网的在线监测系统,实现了SF6气体在线、移动端实时显示数据和在线监测功能。(An SF6 gas online monitoring system for a combined electrical apparatus belongs to the monitoring field. The system is composed of a data monitoring display module or a mobile terminal, wherein the data monitoring display module or the mobile terminal is used for transmitting SF6 combined electrical appliance sensor-PLC data processing-data to a cloud platform; after SF6 gas pressure data are collected on site, the results are transmitted to a GSM remote measurement and control terminal after PLC data sampling, the GSM is used as a communication means, and the data are transmitted to a cloud terminal or a mobile terminal through Internet cloud monitoring service; recording at the time of the lowest millisecond, and displaying data in a curve form; meanwhile, data are recorded at the WEB end so as to be convenient for later maintenance and query. The PLC and network transmission are integrated, so that equipment can be monitored as long as the equipment can be connected with the Internet, and remote monitoring is realized. The system is an online monitoring system based on the Internet of things, and realizes the functions of SF6 gas online, mobile terminal real-time data display and online monitoring.)

一种用于组合电器的SF6气体在线监测系统

技术领域

本发明属于监测领域，尤其涉及一种用于组合电器的SF6气体压力的在线监测系统。

背景技术

六氟化硫封闭式组合电器，称为“气体绝缘开关设备”(Gas InsulatedSwitchgear)简称GIS。它是将一座变电站中除变压器以外的一次设备，包括断路器、隔离开关、接地开关、电压互感器、电流互感器等，经优化设计有机地组合成一个整体。

由于带电部分被金属壳体封闭全部密封于惰性SF6气体中，不与外部接触，不受外部环境的影响，大大提高了封闭式组合电器的运行可靠性。

SF6组合电器由于绝缘和灭弧介质是用SF6气体，而SF6气体容易受水分影响，微水升高后SF6气体绝缘灭弧性能迅速下降，对设备的安全运行影响极大，因此对SF6密封的管理非常重要，气体管理得好，设备运行就可靠。

正因为组合电器SF6气体是整个组合电器内非常重要的灭弧介质，保证SF6气密性也是电力系统正常运行的保证。

申请人辖某供电公司目前110千伏变电站20座，其中110千伏高压电器部分是全封闭SF6组合电器133台。近几年皇X站、裕X站、朱X站、启X站都发生过组合电器SF6泄露故障，尤其是裕X站1P032电缆桶间隔漏气故障更是持续前后1年有余，朱X站间隔桶更是发生了漏气短路故障。所以SF6气体泄露是影响设备运行的主要缺陷，也是保证设备正常运行的重要指标。

在实际工作中，目前当巡视或发生SF6组合电器漏气后，巡视监测步骤为：运行人员到达现场、现场记录压力表值、记录压力表值是否达到闭锁(有无发出闭锁信号)、用仪器测量，待隔天或隔段时间后再进行记录测量。

目前巡视人员都是通过发生漏气情况(闭锁信号)后才到达现场，这样的巡检监测有以下几个弊端：

1、压力数据不准确：巡视人员到达现场后，因目前所有组合电器气体表都是指针式，且没有数值，所以漏气的趋势、漏气值只能记录个大概，不能精确的读出多少数值

2、气体压力需要人工记录：组合电器SF6气体表都是指针式，所以漏气程度只能在表上划跟刻度黑线作为记录，每天漏了多少(每月漏了多少)只能是个大概的数值。

3、气体压力记录耗时耗力：当发生组合电器SF6漏气后，巡视人员需要通过所乘车辆、行驶时间才能到达现场，如漏气严重每天还要到现场巡检记录，造成时间、车辆、人员劳动力的消耗。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于组合电器的SF6气体在线监测系统。其根据六氟化硫(SF6)封闭式组合电器实际运行的故障问题，现有运行维护的弊端，研究SF6组合电器构造、组成部件，从实际出发，提出一套基于物联网的在线监测系统方案。其在线装置系统运行可靠、数据传输精准迅速，实现了SF6气体在线、移动端实时显示数据的结果，实现了SF6气体的在线监测功能。

本发明的技术方案是：提供一种用于组合电器的SF6气体在线监测系统，其特征是：

所述的SF6气体在线监测系统由SF6组合电器传感器－PLC数据处理－数据传输至云平台的数据监测显示模块或移动终端构成；

1)在现场SF6组合电器气室上安装压力传感器，将压力传感器上采集到的压力数据转换成电压数据，输出串口数据；

2)现场压力传感器与PLC之间的通讯采用有线通讯方式；

3)PLC接收压力传感器的检测数据后，对电压数据进行分析、处理，传送至通讯模块；

4)通过设置应用层对监控中心IP地址建立连接，数据通过网络传输给云端监控中心，实现网络通讯功能；

5)在数据传输到云端服务器或接收端设备之后，开通讯模块将采集数据传输网络监控服务端，该网络监控服务端网关固定配置，用户端DTU能够访问服务器数据；

6)数据监测显示模块至少包括：实时显示模块、数据报表统计查询、手机APP模块显示。

具体的，所述的SF6气体在线监测系统，在现场采集SF6气体压力数据采集后，经PLC数据采样后将结果传输至GSM远程测控终端，使用GSM作为通讯手段，数据再经过Internet云监控服务，传输至云终端或移动终端。

进一步的，所述的SF6气体在线监测系统将PLC和网络传输整合一体，可除去传统的网络系统要求专用的监控服务器和固定的IP地址的限制，只要能连接Internet，就可以监控设备，实现远程监控。

进一步的，所述的SF6气体在线监测系统，增加有环境气体温度采集，在PLC中建立函数模型，用梯形图程序直观地将压力数据随温度变化的数据显示出来。

具体的，所述的SF6气体在线监测系统，现场PLC的输入端接收到传感器的变量数据后，对接收到的变量进行定义配置，将气体压力数据与温度数值建立函数关系；将画面与定义的变量用动画连接关联起来；对于特定的事件编写命令语言，在满足要求事件的情况下执行：提醒用户信息、短信提醒信息，并将无线通讯模块软件中建立的变量下载到OPC服务器中，通过GRM OPC服务器与PLC中的变量建立互为映像的关系；采用Internet 4G网络作为传输媒介，即可实时显示系统运行参数和对系统进行过程控制。

进一步的，所述的特定的事件至少包括压力低于值、压力高于值或传输时间间隔。

具体的，所述的SF6气体在线监测系统包括感知层、网络层和应用层；

其中，感知层由压力传感器和设备监察/控制模块构成；

所述的网络层包括GPRS、EVDO模块，Wifi、局域网模块，专用网络模块，和4G网络模块；

所述的应用层包括远程控制模块、智能识别模块、信息平台和工业监控。

进一步的，所述的现场PLC将变量通过内置Internet 4G网络传输至WEB页面。

具体的，使用手机网页浏览器或者电脑网页浏览器打开云监控的网址，通过设置用户权限可以修改云监控上的变量名称或者变量信息；

SF6在线检测系统控制的变量至少包括：系统参数、控制变量、状态显示、实时数据表或温度曲线图。。

进一步的，所述的SF6气体在线监测系统，实时采集组合电器内SF6气体压力数据，将气体压力转变为数据，并通过移动终端显示，以最低毫秒的时间记录，数据以曲线形式显示出来；同时数据记录在WEB端，以便日后维护查询。

与现有技术比较，本发明的优点是：

1.本发明的技术方案，将PLC和网络传输整合一体，可除去传统的网络系统要求专用的监控服务器和固定的IP地址的限制，只要能连接Internet，就可以监控设备，实现远程监控；

2.实时采集组合电器内SF6气体压力数据，将气体压力转变为数据，并通过移动终端显示，数据可以设置采集时间，以最低毫秒的时间记录，并数据以曲线出来；同时数据记录在WEB端，以便日后维护查询；

3.增加了气体温度采集，在PLC中建立函数模型，用梯形图程序可以很直观的将压力数据随温度变化的数据显示出来。

附图说明

图1是本发明的系统构架示意图；

图2是本发明系统工作原理示意图；

图3是本发明系统工作框架示意图；

图4是本发明电气接线方式示意图；

图5a、图5b和图5c是本发明移动端显示云监控平台信息示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

如题1至图3中所示，本发明的技术方案基于物联网原理，由SF6组合电器传感器－PLC数据处理－数据传输至云平台或移动终端构成。

(1)SF6组合电器传感：在现场SF6组合电器气室上安装压力传感器，将压力传感器上采集到的压力数据转换成电数据，输出串口数据(RS485)数据。现场与上位机通讯采用有线通讯方式。

(2)PLC数据处理：PLC将压力传感器数据接收传送至通讯模块，RS485串口数据是主要的数据通讯协议，MODBUS是应用通讯协议，基于主从式或应答式模式结构，从机(压力传感器)，向主机发送20MA的压力数据，PLC采集后对电压数据进行分析、处理，通过RS485串口向MODBUS发出网络通讯连接数据。通讯连接是通过设置应用层对监控中心IP地址建立连接，数据通过网络传输给云端监控中心。实现网络通讯功能。

(3)数据传输至云平台或移动终端：在数据传输到云端服务器或接收端设备之后，开通讯模块将采集数据传输网络监控服务端，该网络监控服务端网关固定配置，用户端DTU能够访问服务器数据。网络监控服务中心采用网络编程(System.Net.Sockets类)来实现。

监控服务端实现：1、监控端与多个用户端DTU能够通讯(一对多通讯方式)2、区别超级用户和普通用户身份。最后数据监测显示模块包括：实时显示模块、数据报表统计查询、手机APP模块显示等。

本系统具体实施工作原理：现场数据采集后经PLC编程，因只采样数据不输出控制，所以PLC编程中不涉及开管类模块程序，PLC数据采样后将结果传输至GSM远程测控终端，使用GSM(控制器需***手机SIM卡)作为通讯手段，GSM双频900/1800MHz，工业级设计标准；数据再经过Internet云监控服务，传输至云终端或移动终端。

因本系统为监测SF6气体压力，所以采用将PLC和网络传输整合一体，即PLC控制器，这样可除去传统的网络系统要求专用的监控服务器和固定的IP地址的限制，只要能连接Internet，就可以监控设备，实现远程监控。

与现有技术比较，本发明的优点是：

1、目前组合电器SF6气体压力值通过Internet网络传输系统没有案例可以借鉴。

2、采用网络连接，数据记录：实时采集组合电器内SF6气体压力数据，将气体压力转变为数据，并通过移动终端显示，数据延迟可以忽略；数据可以设置采集时间，以最低毫秒的时间记录，数据以曲线形式显示出来；同时数据记录在WEB端，以便日后维护查询。

3、数据补偿SF6压力随温度变化的特性；

SF6气体液化温度:它在一个大气压下(即0.1MPa)，液化温度为-62℃；在1.2MPa压力下，液化温度为0℃；一般充入断路器的SF6气体压力为0.35～0.65MPa范围(由充气时的环境温度具体确定)，其液化温度为-40℃。

SF6气体一旦开始液化，随温度继续下降，SF6气体不断凝结成液体，气体的密度不再保持常数而是不断减小，而且气体的压力下降得更快。温度降到液化点并不表示全部气体立刻被凝结成液体，只是凝结的开始。但当温度继续降低，气体的压力、密度下降更快时，SF6气体的绝缘、灭弧性能都迅速下降

如，在20℃时，上述充气工作压力为0.45MPa，绝对压力为0.55MPa的SF6气体断路器。在环境温度升至30℃，若保持密度＝35kg/m3不变，沿此斜线在《六氟化硫饱和蒸汽图》的S点右侧查得30℃时，绝对压力为0.58MPa，工作压力则为0.48MPa。而在温度降至－10℃时，沿密度＝35kg/m3斜线可以在S点左侧查出-10℃时，绝对压力为0.49Mpa，工作压力为0.39MPa。结果表明，外界温度在－10℃到30℃之间变化时，六氟化硫断路器的工作压力可以在0.39MPa到0.48MPa之间变化。(20℃时充气压力0.45MPa)

综合上述，简单来说SF6气体压力随温度变化而变化，所以增加气体温度采集，在PLC中建立函数模型，用梯形图程序可以很直观的将压力数据随温度变化的数据显示出来。

4、气体采集口方便检修：本体SF6组合电器气体采集口设置多个扩容接口，方便组合电器运行时可以采集SF6气体微水含量，保证设备安全运行。

具体实施方式：

A、硬件接线：

见图4中所示，系统电气原理：AC220V经交直流转换后，输出DC24V，接入PLC控制器电源，PLC变量输入为DC24V，正电源串接给压力传感器采样负电源接回PLC变量输入。现场PLC将变量通过内置Internet 4G网络传输至WEB页面。

压力传感器接头按照SF6组合电器气体检测接口，非标定制，另一头接压力传感器，输出接线为两线制，直流12～24V输出为4～20MA的数据信息，压力精度0.5。

B、软件配置：

现场PLC内置8路自定义变量输入，通过西门子SMART200可以扩容至200个输入点，编程软件兼容西门子梯形图，输入端接收到传感器的变量数据后，对接收到的变量进行定义配置，因SF6气体随温度曲线变化，将气体压力数据与温度数值建立函数关系；将画面与定义的变量用动画连接关联起来。对于特定的事件编写命令语言(压力低于值、压力高于值、传输时间间隔)，在满足要求事件的情况下执行：提醒用户信息、短信提醒信息，并将无线通讯模块开发软件中建立的变量下载到OPC服务器中，通过GRM OPC服务器与PLC中的变量建立互为映像的关系。采用Internet 4G网络作为传输媒介，即可实时显示系统运行参数和对系统进行过程控制。

参见图5a、图5b和图5c中所示，使用手机网页浏览器或者电脑网页浏览器打开云监控的网址，通过设置用户权限可以修改云监控上的变量名称或者变量信息，SF6在线检测系统控制的变量分为：系统参数、控制变量、状态显示、实时数据表、温度曲线图。

本发明的技术方案，根据六氟化硫(SF6)封闭式组合电器实际运行的故障问题，运行维护的弊端，研究SF6组合电器构造、组成部件，从实际出发，提出一套基于物联网的在线监测系统方案。最后在汇善站实地使用，在线装置系统运行可靠、数据传输精准迅速，实现了SF6气体在线、移动端实时显示数据的结果，达到了系统设定目标。

本发明可广泛用于电力系统SF6气体组合电器的运行监测领域。