CN104850047A - 电力设备安全监控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明为了降低对野外电力设备安全监控所需的成本，提供了一种电力设备安全监控系统，包括一级监控单元、二级监控单元、存储单元、处理单元和报警单元，处理单元包括检测外部环境温度的温度检测单元，一级监控单元将采集到的信息发送给处理单元，所述报警单元根据处理单元的输出信息发出报警信号，所述二级监控单元的监控等级高于一级监控单元且其根据一级监控单元的监控信息在处理单元的控制下启动对电力设备的安全监控。本发明通常情况下仅依靠视频采集单元采集的视频信息即可识别出包括电气、环境，和/或外界人为因素造成的多种故障，发现问题并发出警报，解决了需要长期开启多种传感器而带来的安全监控系统成本居高不下的难题。
Description
技术领域
本发明涉及一种电力安全检测技术，具体地说是一种电力设备安全监控系统。
背景技术
野外电力设备，如油浸变压器、油开关、电容器、电缆、蓄电池、低压线路、配电装置、控制设备、电子设备、控制室等含有大量的可燃物，如变压器油、开关油、聚氯乙烯等有机聚合物的电线电缆护套、绝缘纸板、蓄电池释放的氢气等。随着电力设备和实施的利用率增加，有的运行寿命较长，有的受到人为或自然原因破坏而出现运行故障甚至影响电力设备的正常运转，严重的还能引起火灾，给电力设备所处的环境带来更大的伤害。例如，高危潮湿运行环境下造成室外电力设备的绝缘事故在全国从南到北许多地方都有记录，它一直是电力运行检修人员和设备厂商非常棘手的问题。其中，如何能够及早的发现电力设备内部的潮湿或凝露的情况，并及时地向运行检修人员报警以安排处理尤为关键。随着国内智能电网战略以及配网自动化的日益推进，对电力设备，特别是运行于室外恶劣环境条件下的设备进行实施有效的运行状态监控和快速的故障报警将成为未来发展的趋势。
因此，电力的发展对野外电力设备的安全性提出了更高的要求。
目前电力设备监控装置以普通的感烟感温型复合式探测器和电气参数监控为主，该复合式探测器只针对单一参数温度或烟雾进行探测。然而，这种监控方式需要在野外为电力设备一直开启各种传感器，而这些传感器在长期恶劣环境下工作时也存在耗损，造成了野外电力设备的监控成本居高不下，使得传统的监控系统无法得到推广应用。
发明内容
本发明为了降低对野外电力设备安全监控所需的成本，提供了一种电力设备安全监控系统，包括一级监控单元、二级监控单元、存储单元、处理单元和报警单元，处理单元包括检测外部环境温度的温度检测单元，一级监控单元将采集到的信息发送给处理单元，所述报警单元根据处理单元的输出信息发出报警信号，所述二级监控单元的监控等级高于一级监控单元且其根据一级监控单元的监控信息在处理单元的控制下启动对电力设备的安全监控，且当二级监控单元未被开启时，所述处理单元控制一级监控单元处于常开状态且二级监控单元处于常闭状态，当二级监控单元开启且未采集到预定参数时，所述处理单元控制一级监控单元处于常闭状态且二级监控单元处于常开状态；当二级监控单元采集到预定参数后，所述处理单元控制一级监控单元处于常开状态且二级监控单元处于常闭状态。
进一步地，所述一级监控单元为视频采集单元。
进一步地，所述视频采集单元为红外成像采集单元。
进一步地，所述二级监控单元包括火警监控单元、电磁异常监控单元和振动监控单元。
进一步地，所述火警监控单元包括：信号处理A/D模块、CPU模块、电源模块、通讯单元及内置的多个传感器；所述传感器采集电力场所火灾特征信号；所述火警监控单元的CPU模块负责接收与处理传感器采集到的信号，所述信号处理A/D模块用于将现场探测到的不同类型火灾特征信号的模拟量转换成便于CPU模块处理的数字信号。
进一步地，所述处理单元包括：输入模块、输出模块、显示模块、CPU模块及电源模块；所述监测主控机的CPU模块根据火警监控单元的CPU模块传输过来的多维参数，做出有无火灾及火灾危险性的判断，并结合输入模块的手动设置，将显示的信息及动作内容分别传递给显示模块和输出模块。
进一步地，所述传感器选自下述传感器中的两种或两种以上，以形成多种包含多维参数和实施多元参数的同步探测，用于采集电力场所火灾特征信号的特征参数的传感器，所述特征参数包括温度、湿度，以及烟雾、SO2、HCl、NOx、CO、CO2的有无或浓度，还包括用于对电力场所现场可见光进行视频监控的视频传感器。
进一步地，所述输入模块用于手动输入设置参数，设置报警阀值、所述显示模块显示与否及其显示信息、所述输出模块工作与否及其输出内容。
进一步地，所述显示模块显示电力场所火灾特征信号、特征参数值和报警阀值、出现火灾危险或火情时间。
进一步地，所述输出模块进行声光报警及消防联动动作，当探测到的火灾信号超过设置的报警阀值时，输出报警信号，控制消防联动装置在需要时随时启动消防联动工作。
本发明与现有技术相比，技术优点在于：
1.通常情况下仅依靠视频采集单元采集的视频信息即可识别出包括电气、环境，和/或外界人为因素造成的多种故障，发现问题并发出警报，解决了需要长期开启多种传感器而带来的安全监控系统成本居高不下的难题。
2.将基于红外视频采集的信息与预先保存的各种外部温度条件下的参考信息进行比较，并根据比较结果给出是否开启复合传感器的信号，能够降低远程监控服务器的稳定性要求，从而有利于监控系统在更广阔的区域上应用。
3.火警监控单元中CPU模块扩展功能强，可以将多个特征参数的传感器包括视频传感器可以任意组合后复合在一个复合式探测器中，实现了火灾多元参数的同步探测和视频探测，从而对电力场所包含温度、湿度、SO2、HCl、NOx、CO、CO2等在内的火灾发展各阶段的特征信号进行全面检测，避免了漏报、误报。
附图说明
图1示出了本发明的电力设备安全监控系统的整体结构框图；
图2是本发明的火灾探测数据融合算法过程；
图3示出了本发明的火警监控单元的工作流程图。
具体实施方式
下面将结合附图说明本发明的具体实施方式。
电力设备安全监控系统的整体结构框图如图1所示，包括一级监控单元、二级监控单元、存储单元、处理单元和报警单元，处理单元包括检测外部环境温度的温度检测单元，一级监控单元将采集到的信息发送给处理单元，所述报警单元根据处理单元的输出信息发出报警信号。所述一级监控单元为视频采集单元，且优选地，所述一级监控单元为红外成像采集单元。所述二级监控单元包括火警监控单元、电磁异常监控单元和振动监控单元。
所述二级监控单元的监控等级高于一级监控单元且其根据一级监控单元的监控信息在处理单元的控制下启动对电力设备的安全监控。当二级监控单元未被开启时，所述处理单元控制一级监控单元处于常开状态且二级监控单元处于常闭状态。
在本发明的电力设备安全监控系统没有正式运转前，先通过红外成像采集单元(例如是红外摄像头)采集该电力设备在不同环境温度下正常工作的图像并保存在存储单元中。在实际工作时，红外成像采集单元(例如是红外摄像头)采集到的实际工况下的红外图像，处理单元根据其自身带有的温度检测单元(例如，温度计)测量环境温度，并根据该环境温度将实际工况下的红外图像与存储单元中预先存储的红外图像进行匹配，将匹配出的差异区域进行比对，当满足以下两个条件之一时就使上述处理单元启动二级监控单元：
条件1：匹配得到的差异区域的位置靠近电力设备的距离不超过预设阈值且体积大于等于预设体积阈值；
条件2：匹配得到的差异区域为色温且色温差异超出预设的高温阈值或低于预设的低温阈值。
二级监控单元开启且未采集到预定参数时，所述处理单元控制一级监控单元处于常闭状态且二级监控单元处于常开状态；这里所说的预定参数是包括二级监控单元所包括的多种传感器采集到的参数。当二级监控单元采集到预定参数后，所述处理单元控制一级监控单元处于常开状态且二级监控单元处于常闭状态。
为避免电力火灾复合探测装置的漏报、误报，电力火灾复合探测装置对电力火灾不同发展阶段的特征信号进行全面探测，同时对现场可见光进行视频监控，因此设置温度、烟雾、湿度、SO2、HCl、NOx、CO、CO2及视频等多种类型的传感器，每个火警监控单元中至少内置2种类型的传感器。对烟雾而言，传感器采集的特征参数是烟雾是否存在。对气体而言，传感器采集的特征参数是气体的浓度。
根据本发明的优选实施例，火警监控单元包括内置的多个传感器、信号处理A/D模块、CPU模块、无线通信模块及电源模块，传感器个数取决于火灾特征信号的个数。火警监控单元中各传感器采集到的模拟信号，通过信号处理A/D模块转换成火警监控单元的CPU模块方便处理的数字信号后，传输给火警监控单元的CPU模块，再传输给电力设备安全监控系统的处理单元。在一个优选的实施例中，信号处理A/D模块选用ADS1110，火警监控单元的CPU模块采用S08D260。
火警监控单元的CPU模块外接保护数据的看门狗，防止原始数据被篡改，且根据需要用于扩展火警监控单元中的传感器个数。在某些情况下，所述火警监控单元中不仅包括一个或几个传感器，而是一次集成更多个(例如十几个)传感器，用来同时测多种火灾信号，这时候往往CPU模块自带的RAM无法满足储存大量的数据。因此，CPU模块必须具备外部扩展RAM功能。
需要注意的是，上述扩展不能没有限制：考虑到成火警监控单元的CPU模块接收信号能力及数据传输速度，本发明的优选的实施例中，每个火警监控单元中传感器个数不超过20个，即能对不多于20种的火灾信号特征参数进行同步探测。
在一个优选的实施例中，火警监控单元的CPU模块采用具有中断引脚和复位引脚的单片机或微处理器。看门狗采用MAX708芯片。MAX708是一种微处理器电源监控和看门狗芯片，可同时输出高电平有效和低电平有效的复位信号。复位信号可由VCC电压、手动复位输入，或由独立的比较器触发。域值为1.25V、用于电源失效或低电源警告的独立比较器可用于监视第2个电源信号并提供电压跌落的预警功能。这一功能是为器件发出复位信号前的正常关机、向操作者发送警报或电源切换及数据保护而考虑的。
电力设备安全监控系统的处理单元包括输入模块、输出模块、显示模块、CPU模块(为避免与其它CPU模块的混淆，在下面称为信息处理模块)、无线通信模块及电源模块。电力设备安全监控系统的处理单元的信息处理模块是采用ARM9内核的信息处理模块，信息处理模块接收火警监控单元传输过来的探测信号，进行融合并按现有技术中广泛采用的各种智能融合算法，根据实际复杂程度和判断时效要求等，优选某种智能融合算法来判断火灾情况和火灾危险性。在一个优选的实施例中，电力设备安全监控系统的处理单元选用MK60DN512ZVLQ。在另一实施例中，电力设备安全监控系统的处理单元的输入模块为键盘或若干按键，输出模块采用液晶显示器。
通过输入模块的手动设置多种电力场所火灾的特征参数的报警阀值、显示模块(通常为显示屏)显示与否及其显示信息、输出模块工作与否及其输出内容等。相关火灾信息(包括火灾特征信号、特征参数值、报警阈值、出现火灾危险或火情时间等)通过显示模块明确显示出来，使工作人员明确火灾情况，并且由输出模块进行报警。另外信息处理模块预留与消防联动装置进行通讯的RS485接口，控制消防联动装置在需要时随时启动消防联动工作。所述消防联动装置包括自动喷头(喷水和/或泡沫)、卷帘门、消防泵、喷淋泵、排烟风机、送风机、风口、排烟阀、电梯控制装置、强电切换装置等。在一个优选的实施例中，电力设备安全监控系统的处理单元的RS485接口连接的是继电器，通过该继电器控制消防联动装置的动作。
本发明中的智能融合算法采用的是现有技术中公知的多源信息融合算法。具体应用到本发明中，火灾探测数据信息融合计算过程如图2所述。融合计算过程包括信息层、特征层及决策层。各层的设计思路为：信息层负责现场原始数据的采集，现场信息数据为温度、烟雾、CO、HCl、SO2、NOx、CO2、湿度，其中火灾发生前及火灾刚发生时的现场主要信号为温度、烟雾、CO、HCl，火灾已发生及发生后现场主要信号为SO2、NOx、CO2、湿度。由于现场信号为模拟量，容易受到周围环境的干扰不稳定，需要进行一系列的处理如滤波、放大等，分别处理成特征层接收的x1、x2、x3、x4、x5、x6、x7、x8。特征层对信息层的输出信号利用神经网络算法进行融合：对于火灾发生前或火灾刚发生时，将火灾辨识成明火概率y1、阴燃火概率y2及无火概率y3；对于火灾已发生或发生后，由于火灾会对现场设备及人员产生危险，因此将火灾辨识成设备危险概率y4、人员危险概率y5。特征层输出的火情及危险概率具有一定模糊型，尤其是三种火情概率或火灾危险性概率值均在50％附近时，很难判断当前的火情及危险性，因此需要将这些可能带有模糊性的信息送入决策层进行模糊化推理，输出火灾发生最终概率p1和火灾危险危系数p2。信息层、特征层及决策层这三层的具体设计和实施是本领域技术人员根据多源信息融合算法能够在不付出创造性劳动的前提下容易实现的，在此不作冗陈。
本发明的电力火灾复合探测装置的工作流程图如图3所示。首先通过火警监控单元内的传感器采集电力场所火灾信号特征参数，信号特征参数传输到电力设备安全监控系统的处理单元的信息处理模块后经处理并判断火情。如果判断出起火立即进行报警。因火灾初期主要以温度升高或释放出大量烟雾为明显信号特征，所以如果没有起火但检测出的温度或烟雾浓度升高且超过报警阀值，也立即进行报警。根据现场情况如有必要，启动消防联动装置。如果无火情或检测出的温度或烟雾浓度没有超过报警阀值，不进行报警，继续监测。
本发明的电磁异常监控单元和振动监控单元的结构与工作原理同火警监控单元类似，只是传感器的类型被改变为：电磁异常监控单元只包括电压传感器、电流传感器、磁场传感器；振动监控单元只包括振动传感器。因此，在此不再赘述。
上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解及应用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易对这些实施例做出各种修改，并把此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例。本领域技术人员根据发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围内。上述实施例中给出的是针对本发明请求保护的技术方案的一种实施方式中采用的器件型号，实际上本发明请求保护的装置并不局限于以上型号的器件。用户可以选择其他具有类似功能的产品来代替。
Claims (10)
1.一种电力设备安全监控系统，其特征在于，包括一级监控单元、二级监控单元、存储单元、处理单元和报警单元，处理单元包括检测外部环境温度的温度检测单元，一级监控单元将采集到的信息发送给处理单元，所述报警单元根据处理单元的输出信息发出报警信号，所述二级监控单元的监控等级高于一级监控单元且其根据一级监控单元的监控信息在处理单元的控制下启动对电力设备的安全监控，且当二级监控单元未被开启时，所述处理单元控制一级监控单元处于常开状态且二级监控单元处于常闭状态，当二级监控单元开启且未采集到预定参数时，所述处理单元控制一级监控单元处于常闭状态且二级监控单元处于常开状态；当二级监控单元采集到预定参数后，所述处理单元控制一级监控单元处于常开状态且二级监控单元处于常闭状态。
2.根据权利要求1所述的电力设备安全监控系统，其特征在于，所述一级监控单元为视频采集单元。
3.根据权利要求2所述的电力设备安全监控系统，其特征在于，所述视频采集单元为红外成像采集单元。
4.根据权利要求2或3所述的电力设备安全监控系统，其特征在于，所述二级监控单元包括火警监控单元、电磁异常监控单元和振动监控单元。
5.根据权利要求4所述的电力设备安全监控系统，其特征在于，所述火警监控单元包括：信号处理A/D模块、CPU模块、电源模块、通讯单元及内置的多个传感器；所述传感器采集电力场所火灾特征信号；所述火警监控单元的CPU模块负责接收与处理传感器采集到的信号，所述信号处理A/D模块用于将现场探测到的不同类型火灾特征信号的模拟量转换成便于CPU模块处理的数字信号。
6.根据权利要求2或3所述的电力设备安全监控系统，其特征在于，所述处理单元包括：输入模块、输出模块、显示模块、CPU模块及电源模块；所述监测主控机的CPU模块根据火警监控单元的CPU模块传输过来的多维参数，做出有无火灾及火灾危险性的判断，并结合输入模块的手动设置，将显示的信息及动作内容分别传递给显示模块和输出模块。
7.根据权利要求5所述的电力设备安全监控系统，其特征在于，所述传感器选自下述传感器中的两种或两种以上，以形成多种包含多维参数和实施多元参数的同步探测，用于采集电力场所火灾特征信号的特征参数的传感器，所述特征参数包括温度、湿度，以及烟雾、SO2、HCl、NOx、CO、CO2的有无或浓度，还包括用于对电力场所现场可见光进行视频监控的视频传感器。
8.根据权利要求1-3之一所述的电力设备安全监控系统，其特征在于，所述输入模块用于手动输入设置参数，设置报警阀值、所述显示模块显示与否及其显示信息、所述输出模块工作与否及其输出内容。
9.根据权利要求1-3之一所述的电力设备安全监控系统，其特征在于，所述显示模块显示电力场所火灾特征信号、特征参数值和报警阀值、出现火灾危险或火情时间。
10.根据权利要求1-3之一所述的电力设备安全监控系统，其特征在于，所述输出模块进行声光报警及消防联动动作，当探测到的火灾信号超过设置的报警阀值时，输出报警信号，控制消防联动装置在需要时随时启动消防联动工作。
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