一种基于物联网技术的SF6气体密度在线监测系统的制作方法

一种基于物联网技术的sf6气体密度在线监测系统
技术领域
1.本实用新型属于sf6气体密度监测技术领域，具体涉及一种基于物联网技术的sf6气体密度在线监测系统。


背景技术：

2.目前，运行的绝大部分高压gis设备的sf6气体密度主要是采用传统的机械式密度继电器，当sf6电气产品发生漏气时能够发出报警及闭锁接点信号，是一种被动保护，无法提前反映设备隐患和事先预防，如气体发生泄漏，直接会污染环境，如设备在相对密封的环境中，还可能造成人身伤害。sf6设备内运行中的sf6气体有毒分解物对操作人员身体健康有很大威胁，气体的回收、排放都需要较大的设备、人力和物力的投入。设备状态检修是需要安排专职人员定期巡检，占用大量人力成本，且定期巡检往往不能及时的发现设备异常状况。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是为解决设备状态检修是需要安排专职人员定期巡检的问题，提出一种基于智能化电网的sf6气体密度在线监测设备。
4.本实用新型的具体技术方案是一种基于物联网技术的sf6气体密度在线监测系统，其特征在于，所述sf6气体密度在线监测系统包括气体监测ied和至少一个sf6气体监测设备；
5.所述sf6气体监测设备包括采集模块、处理模块和转换模块；
6.所述采集模块设置充有在sf6气体的腔室内，包括温度采集单元和压力采集单元；所述温度采集单元采用热敏电阻，用于采集所述腔室内的温度；所述压力采集单元采用压力传感器，用于获取所述腔室内sf6气体压力；
7.所述处理模块包括微控制单元，所述微控制单元分别与所述温度采集单元和压力采集单元，用于获取所述腔室20℃下的压力值；
8.所述转换模块采用rs485电平转换器，所述rs485电平转换器与微控制单元连接，用于将压力值信号转换为串行接口；
9.所述气体监测ied连接至少一个所述sf6气体监测设备的转换模块，所述气体监测ied通过iec61850协议与智能变电站自动化网络连接。
10.更进一步地，所述sf6气体密度在线监测系统包括电源模块；所述电源模块包括dc/dc转换器、恒流源接口和基准电压接口；所述dc/dc转换器输入端与24v直流电源连接，输出端分别连接所述恒流源接口和基准电压接口，所述恒流源接口输出1ma恒定电流，所述基准电压接口输出3.3v基准电压。
11.更进一步地，所述sf6气体密度在线监测系统包括隔离模块；所述隔离模块包括隔离电源和光电隔离；所述隔离电源输入端与dc/dc转换器连接，输出端分别连接处理模块和转换模块；所述光电隔离采用光电耦合器，所述光电隔离分别连接所述微控制单元和转换
模块。
12.更进一步地，所述热敏电阻一端接地，另一端通过分压电阻连接所述基准电压接口，所述热敏电阻输出信号通过低通滤波电路后输入所述微控制单元。
13.更进一步地，所述压力传感器输入端与所述恒流源连接，所述压力传感器输出端与集成运算放大器连接，并经过低通滤波电路连接所述微控制单元。
14.更进一步地，所述微控制单元包括看门狗芯片，所述看门狗芯片与所述微控制单元连接，用于监视所述微控制单元工作状态。
15.更进一步地，所述微控制单元包括eeprom芯片，所述eeprom芯片与所述微控制单元连接，用于存储计算和校正使用的比例参数。
16.更进一步地，所述集成运算放大器采用ad8221ar芯片。
17.本实用新型的有益效果是：
18.本实用新型基于物联网技术的sf6气体密度在线监测设备，既具有传统sf6气体密度继电器的表盘指针与开关量接点信号输出功能，又具有数字信号通过rs485总线远程传输功能，且集成了sf6气体压力、密度传感器。具有对sf6气体所需监测的所有参数的采集，并有较强的抗电磁干扰能力。经过现场总线对全部采集点进行数据统一集成，可实现变电站设备状态信息实时在线监测，实现设备信息互联，使设备更加信息化、智能化和远程感知。解决传统设备的不实时，需要人工定期巡检的不方便，及人工巡检读数时现场环境可能对人造成的不安全因素等问题。具有良好的推广前景，可广泛应用于高压组合电器gis、柱上开关、断路器、充气开关柜等高压设备上。
19.本实用新型中压力传感器采集的信号通常仅有0～90mv电压，不容易进行采集和分析，本实用新型通过运算放大器将其放大至0～3v，并通过微处理单元将放大的电压信号与传感器重新进行一对一匹配标定，提高了压力传感器的采集精度，也进一步提高了温度信号在20℃下的压力值准确性。
20.本实用新型中为了克服rs485转换器端、电源端和传感器端任一一侧发生干扰而影响整个系统，监测设备采用了隔离电源和光电隔离的双重隔离保护，能极大的提高监测设备的稳定性。
附图说明
21.图1为本实用新型中一种基于物联网技术的sf6气体密度在线监测系统的结构示意图；
22.图2为本实用新型中一种基于物联网技术的sf6气体密度在线监测系统中温度采集单元的电路原理示意图；
23.图3为本实用新型中一种基于物联网技术的sf6气体密度在线监测系统中压力采集单元的电路原理示意图；
24.图4为本实用新型中一种基于物联网技术的sf6气体密度在线监测系统中转换模块的电路原理示意图；
25.图5为本实用新型实施例中包括sf6气体密度在线监测系统的智能变电站自动化网络的结构示意图。
具体实施方式
26.下面结合说明书附图1-5对本实用新型的具体技术方案作进一步地描述。
27.如附图1所示，本实用新型的一种基于物联网技术的sf6气体密度在线监测系统，该sf6气体密度在线监测系统与变电站的智能变电站自动化网络连接，包括气体监测ied和至少一个sf6气体监测设备。
28.其中，sf6气体监测设备包括采集模块、处理模块、隔离模块、转换模块和电源模块。
29.如附图2-3所示，采集模块设置充有在sf6气体的腔室内，包括温度采集单元和压力采集单元。温度采集单元是热敏电阻，采集所述腔室内的温度；用于热敏电阻一端接地，另一端通过分压电阻连接电源模块的基准电压；热敏电阻输出信号通过低通滤波电路后输入处理模块。压力采集单元是压力传感器，用于获取腔室内sf6气体压力；压力传感器信号输入端与电源模块的恒流源连接，信号输出端与集成运算放大器连接，再经低通滤波电路连接处理模块；集成运算放大器为ad8221ar芯片，用于将压力传感器输出的0～90mv电压，放大至0～3v。
30.处理模块包括微控制单元(mcu)、eeprom芯片和看门狗芯片。微控制单元(mcu)采用lpc1114fbd48/302微控制器，用于将压力传感器输出后放大的电压信号与传感器重新进行一对一匹配标定；并将采集到的压力信号实时值根据温度信号转换为20℃下的压力值(p20)代替气体密度值。eeprom芯片与微控制单元(mcu)连接，采用at24c02d存储器，用于存储计算和校正使用的比例参数。看门狗芯片与微控制单元(mcu)连接，采用sp706r芯片，用于监视mcu是否正常工作，如果mcu未定时提供心跳信号，则该芯片会重新复位mcu。
31.如附图4所示，转换模块是rs485电平转换器，转换模块与光电隔离模块连接，用于将压力值信号转换为串行接口，以应对变电站环境中电磁干扰，增强通讯网络稳定性。在本实施例中，rs485电平转换器采用sp3485en收发器。
32.电源模块包括dc/dc转换器、恒流源接口和基准电压接口。其中，dc/dc转换器与24v直流电源连接，并将输入的24v直流电转换为3.3v基准电压和1ma恒定电流，dc/dc转换器输出端分别与隔离电源、恒流源接口和基准电压接口连接；恒流源接口与压力传感器连接，为压力传感器提供1ma输入电流；基准电压接口与温度传感器连接，为温度传感器提供输入电压。
33.隔离模块包括隔离电源和光电隔离；隔离电源输入端与电源模块的dc/dc转换器连接，输出端分别连接处理模块和转换模块，隔离电源用于对处理模块和转换模块分别进行供电，避免一侧模块收到干扰后进而干扰其他模块；光电隔离采用光电耦合器，光电隔离分别连接处理模块的微控制单元(mcu)和转换模块，用于隔离处理模块和转换模块，防止干扰。
34.气体监测ied与多个sf6气体监测设备的转换模块连接，用于通过rs485总线汇总各sf6气体监测设备发出的信号；气体监测ied通过iec61850协议与智能变电站自动化网络连接。
35.如附图5所示，在一种实施例中，变电站采用基于物联网的智能变电站自动化网络，其中，站控层网络连接监测主ied，监测主ied连接过程层网络，过程层网络分别连接气体监测ied、局放监测ied和机械特性监测ied，气体监测ied通过rs485总线连接多个sf6气
体监测设备，并将各sf6气体监测设备获取的sf6气体信息转换为串行接口后与各ied获取的信息进行汇总，并逐级反馈至站控层网络，并由站控层网络的cac后台对集中监测得到的数据进行显示、存储、分析等处理。
36.虽然本实用新型已经以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定本实用新型的。在不脱离本实用新型之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本实用新型之保护范围。因此本实用新型的保护范围应当以本技术的权利要求所界定的内容为标准。