一种基于GIS设备故障泄漏源定位的移动式SF6自动回收系统的制作方法

本发明属于电力系统高压设备在线监测领域，尤其涉及一种基于gis设备故障泄漏源定位的sf6自动回收系统。

背景技术：

以sf6气体作为绝缘介质的全封闭组合电器(gis)，因具有绝缘性能好、占地面积与空间体积小、运行安全可靠等优点而得到广泛应用，但其在运行过程中可能因为多种原因出现小孔泄漏或管道泄漏，而导致sf6气体外泄。需要指出，sf6是一种窒息剂，且比重比空气大，如有泄漏将汇聚在地面低洼处，若gis设备运维人员暴露于氧气含量<19.5％的环境，会出现头晕、呕吐、昏迷等症状，甚至失去意识和死亡。国家标准gb/t8905-2012中明确规定“工作环境中的sf6气体含量应低于1000ppm”。此外，高压放电和高温等因素可能导致sf6分解，其分解产物具有严重的腐蚀性和毒性；不容忽视的是，sf6也是六种主要的温室气体之一，其全球变暖潜能值(gwp)高达23900；sf6作为一种造价昂贵的气体，由于泄漏而经常性的为设备补气也会增加运行成本。总而言之，sf6气体泄漏不仅会对设备维护人员的人身安全构成极大威胁，而且会对环境造成负面影响。因此，gis站室内需要安装泄漏sf6气体自动回收装置。

考虑到gis室空间较大且发生sf6泄漏故障的位置随机性较强，在发生泄漏故障后需要对泄漏源进行快速定位，并实时调整sf6回收装置布置方式，以实现泄漏sf6的快速回收，从而保障工作人员的人身安全以及环境安全。

针对以上问题，本发明的目的在于提供一种基于gis设备故障泄漏源定位的sf6自动回收系统，该系统可实现gis室sf6浓度实时监测、故障泄漏源定位及泄漏sf6的快速回收。

技术实现要素：

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：基于gis设备故障泄漏源定位的移动式sf6自动回收系统，其特征在于：包括gis室内sf6气体监测子系统、数据传输子系统、智能管理平台和移动式sf6回收子系统；

所述gis室内sf6气体监测子系统包括红外光传感器和量子级联激光传感器；所述红外光传感器和量子级联激光传感器用于实时采集gis室内各处sf6气体浓度，并将测量信息经由所述数据传输子系统传输到所述智能管理平台；

所述数据传输子系统用于实现所述gis室内sf6气体监测子系统、移动式sf6回收子系统和智能管理平台之间的信息沟通，其包括数据传输控制器和输入/输出接口；所述数据传输控制器负责对数据的传输方向和方式(有线、无线)进行分配和管理；所述输入/输出接口兼容有线传输和无线传输双模式；

所述智能管理平台包括存储单元、智能分析单元和系统管理平台；所述存储单元用于存储所述红外光传感器和量子级联激光传感器采集到的sf6气体浓度历史数据；所述智能分析单元用于处理和分析sf6气体浓度数据；所述系统管理平台根据所述智能分析单元分析结果控制所述回收系统各部分协调工作。

所述移动式sf6回收子系统用于实现泄漏sf6的高效快速回收，其包括固定式sf6净化回收装置、可移动式集气口、运动机构和运动控制单元；所述净化回收装置用于实现泄漏sf6的净化、回收和暂时存储；所述可移动集气口、运动机构和运动控制单元用于提高泄漏sf6回收的速度和灵活性，增强回收效果。

所述gis室内sf6气体监测子系统包含21台红外光传感器和4台量子级联激光传感器；所述红外光传感器距离地面高度0.1m，布置于gis管道两侧及底部，形成3×7的传感器阵列；所述量子级联激光传感器距离地面高度0.3m，布置于gis管道两侧，每台量子级联激光传感器的激光发射器和激光接收器间隔20m。

所述数据传输子系统支持有线和无线双传输模式，并支持5g传输模式，以5g传输模式为常规模式，以有线传输模式为应急备用传输模式。

所述智能分析单元实时分析所述gis室内sf6气体监测子系统采集的sf6浓度数据；当某个量子级联激光传感器检测到sf6浓度超过前1-5分钟检测平均值的200％即判定为发生sf6气体大量泄漏，否则判定为未发生sf6气体大量泄漏。

所述系统管理平台根据sf6泄漏判定结果控制基于gis设备故障泄漏源定位的移动式sf6自动回收系统工作于不同模式，当判定未发生sf6气体大量泄漏时，启动sf6微量泄漏检测定位模式和gis室运行状态分析模式，然后根据微量sf6泄漏源定位或泄漏源预测结果智能调整所述集气口布置方式；当判定发生sf6大量泄漏时，立即启动泄漏源快速定位模式，并在智能分析单元完成泄漏源定位或判定发生泄漏后30s启动sf6净化回收装置；

所述sf6微量泄漏检测模式定期利用采样间隔为24h，样本区间为近2个月的sf6浓度数据分析是否存在sf6微量泄漏，若存在微量泄漏则启动sf6微量泄漏源定位功能；所述gis室运行状态分析模式定期利用历史数据进行大数据分析，识别系统运行异常状态，预测可能出现的泄漏源位置；所述泄漏源快速定位模式利用采样间隔为1s，样本区间为30s的sf6浓度数据进行快速定位。

所述可移动集气口通过柔性管道与所述固定式sf6净化回收装置连接；所述集气口与所述运动机构固定；所述运动机构水平移动范围为10m(双向各5m)，垂直移动距离2m；所述运动控制单元接收所述智能管理平台经由所述数据传输子系统传来的控制信息，并控制所述运动机构动作，带动所述集气口运动；

所述可移动集气口布置方式如下：

(1)gis室4个角落各设置一个可移动集气口；

(2)gis室沿gis管道纵向每侧间隔20m设置一个可移动集气口。

发明的有益效果：

采用上述技术方案，本发明具有以下技术效果：

本系统可实现gis室内sf6浓度的实时监测；

本系统可实现5g常规传输和有线应急传输双模式，在保证系统可靠性的前提下，积极支持泛在电力物联网建设；

本系统可实现潜在sf6泄漏位置预测、微量sf6泄漏检测与定位和大量sf6泄漏故障点的快速定位；

本系统可实现泄漏sf6的自动灵活快速回收，强化回收速度和效果，降低工作人员进入故障gis室操作的危险性。

附图说明

本发明附图信息说明如下：

图1为本发明基于gis设备故障泄漏源定位的sf6自动回收系统结构示意图；

图2为本发明gis室内sf6气体监测子系统气体传感器布置方式示意图；

图3为本发明移动式sf6回收子系统集气口布置方式示意图；

图4为本发明智能管理平台工作策略流程图；

具体实施方式：

如图1所示，本发明基于gis设备故障泄漏源定位的移动式sf6自动回收系统，包括gis室内sf6气体监测子系统、数据传输子系统、智能管理平台和移动式sf6回收子系统；

所述gis室内sf6气体监测子系统包括红外光传感器和量子级联激光传感器；所述红外光传感器和量子级联激光传感器用于实时采集gis室内各处sf6气体浓度，并将测量信息经由所述数据传输子系统传输到所述智能管理平台；

所述数据传输子系统用于实现所述gis室内sf6气体监测子系统、移动式sf6回收子系统和智能管理平台之间的信息沟通，其包括数据传输控制器和输入/输出接口；所述数据传输控制器负责对数据的传输方向和方式(有线、无线)进行分配和管理；所述输入/输出接口兼容有线传输和无线传输双模式；

所述智能管理平台包括存储单元、智能分析单元和系统管理平台；所述存储单元用于存储所述红外光传感器和量子级联激光传感器采集到的sf6气体浓度历史数据；所述智能分析单元用于处理和分析sf6气体浓度数据；所述系统管理平台根据所述智能分析单元分析结果控制所述回收系统各部分协调工作。

所述移动式sf6回收子系统用于实现泄漏sf6的高效快速回收，其包括固定式sf6净化回收装置、可移动式集气口、运动机构和运动控制单元；所述净化回收装置用于实现泄漏sf6的净化、回收和暂时存储；所述可移动集气口、运动机构和运动控制单元用于提高泄漏sf6回收的速度和灵活性，增强回收效果。

如图2所示，gis室内sf6气体监测子系统包含21台红外光传感器和4台量子级联激光传感器；所述红外光传感器距离地面高度0.1m，布置于gis管道两侧及底部，形成3×7的传感器阵列；所述量子级联激光传感器距离地面高度0.3m，布置于gis管道两侧，每台量子级联激光传感器的激光发射器和激光接收器间隔20m。

所述数据传输子系统支持有线和无线双传输模式，并支持5g传输模式，以5g传输模式为常规模式，以有线传输模式为应急备用传输模式。

如图3所示，所述智能分析单元实时分析所述gis室内sf6气体监测子系统采集的sf6浓度数据；当某个量子级联激光传感器检测到sf6浓度超过前1-5分钟检测平均值的200％即判定为发生sf6气体大量泄漏，否则判定为未发生sf6气体大量泄漏；

所述系统管理平台根据sf6泄漏判定结果控制基于gis设备故障泄漏源定位的移动式sf6自动回收系统工作于不同模式，(1)判定未发生sf6气体大量泄漏，启动sf6微量泄漏检测定位模式和gis室运行状态分析模式，然后根据微量sf6泄漏源定位或泄漏源预测结果智能调整所述集气口布置方式；(2)判定发生sf6大量泄漏，立即启动泄漏源快速定位模式，并在智能分析单元完成泄漏源定位或判定发生泄漏后30s启动sf6净化回收装置；

所述sf6微量泄漏检测模式定期利用采样间隔为24h，样本区间为近2个月的sf6浓度数据分析是否存在sf6微量泄漏，若存在微量泄漏则启动sf6微量泄漏源定位功能；所述gis室运行状态分析模式定期利用历史数据进行大数据分析，识别系统运行异常状态，预测可能出现的泄漏源位置；所述泄漏源快速定位模式利用采样间隔为1s，样本区间为30s的sf6浓度数据进行快速定位。

所述智能分析单元实现泄漏源定位的方法如下：

(1)从存储单元读取各检测点sf6浓度历史数据yi(t)，i为检测点编号，t为检测时间；

(2)设定采样周期dt，计算ki(t)，

式中yi(t)是监测点i处t时刻的sf6浓度，dt是采样周期；

(3)对k(t)进行指数拟合，即求解最优化问题：

其中，t＝0,dt,2dt…t；t是分析区间长度；是2范数；p是浓度特征量；

(4)利用各监测点p值大小综合分析，确定单点泄漏源位置或多点泄漏源范围。

如图4所示，所述可移动集气口通过柔性管道与所述固定式sf6净化回收装置连接；所述集气口与所述运动机构固定；所述运动机构水平移动范围为10m(双向各5m)，垂直移动距离2m；所述运动控制单元接收所述智能管理平台经由所述数据传输子系统传来的控制信息，并控制所述运动机构动作，带动所述集气口运动；

所述可移动集气口布置方式如下：

(1)gis室4个角落各设置一个可移动集气口；

(2)gis室沿gis管道纵向每侧间隔20m设置一个可移动集气口。