一种基于边缘计算的高精度气体密度继电器及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于边缘计算的高精度气体密度继电器及系统，气体密度继电器包括机械部分和电子部分，电子部分包括智能微处理器、压力传感器、温度传感器、通讯模块、存储器。压力传感器与机械部分的压力监测器的气路连通。智能微处理器分别与温度传感器、压力传感器、通讯模块相连接，以设定的采样频率获取压力传感器采集的压力信号和温度传感器采集的温度信号，计算得到相应的气体密度值P20。智能微处理器包括边缘计算单元，边缘计算单元把得到的P20进行深度计算处理，得到准确的密度值

A high precision gas density relay and system based on edge calculation

【技术实现步骤摘要】
一种基于边缘计算的高精度气体密度继电器及系统
本专利技术涉及电力
，具体涉及一种应用在高压、中压电气设备上，基于边缘计算的高精度气体密度继电器及系统。
技术介绍
目前，SF6(六氟化硫)电气设备已广泛应用在电力部门、工矿企业，促进了电力行业的快速发展。近年来，随着经济高速发展，我国电力系统容量急剧扩大，SF6电气设备用量越来越多。SF6气体在高压电气设备中的作用是灭弧和绝缘，高压电气设备内SF6气体的密度降低和微水含量如果超标将严重影响SF6高压电气设备的安全运行：SF6气体密度降低至一定程度将导致绝缘和灭弧性能的降低或丧失。随着无人值守变电站向网络化、数字化方向发展以及对遥控、遥测的要求不断加强，对SF6电气设备的气体密度和微水含量状态的在线监测具有重要的现实意义。随着中国智能电网的不断大力发展，智能高压电气设备作为智能变电站的重要组成部分和关键节点，对智能电网的安全起着举足轻重的作用。高压电气设备目前大多为SF6气体绝缘设备，如果气体密度降低(如泄漏等引起)将严重影响设备的电气性能，对安全运行造成严重隐患。目前在线监测SF6高压电气设备中的气体密度值已经非常普遍了，而现有的气体密度监测系统(气体密度继电器)基本上是：1)应用远传式SF6气体密度继电器实现密度、压力和温度的采集，上传，实现气体密度在线监测；2)应用气体密度变送器实现密度、压力和温度的采集，上传，实现气体密度在线监测。SF6气体密度继电器是核心和关键部件，目前的气体密度继电器还保留传统的机械式，如申请人之前的专利公布的气体密度继电器，包括压力检测器、温度补偿元件、信号发生器、信号调节机构。由于高压变电站现场运行的环境恶劣，环境温度变化大，现有的机械式密度继电器精密度较差、测量不准，无法在压力轻微变化时进行动作，反映不出电气设备的微漏状态，难以满足精准测量、精准管控的要求。边缘计算是指在靠近物或数据源头的一侧，采用网络、计算、存储、应用核心能力为一体的开放平台，就近提供最近端服务。其应用程序在边缘侧发起，产生更快的网络服务响应，满足行业在实时业务、应用智能、安全与隐私保护等方面的基本需求。边缘计算技术取得突破，意味着许多控制将通过本地设备实现而无需交由云端，处理过程将在本地边缘计算层完成，这无疑将大大提升处理效率，减轻云端的负荷。如何利用边缘计算，研制一种能实现精准测量的气体密度继电器是本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于边缘计算的高精度气体密度继电器及系统，以解决上述技术背景中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本申请第一个方面提供了一种基于边缘计算的高精度气体密度继电器。本申请第二个方面提供了一种基于边缘计算的高精度气体密度继电器系统，所述系统由第一个方面所述的一种基于边缘计算的高精度气体密度继电器构成，或者包括第一个方面所述的一种基于边缘计算的高精度气体密度继电器。本申请所述的一种基于边缘计算的高精度气体密度继电器，包括：机械部分、以及与机械部分相对独立的电子部分；其中，所述机械部分包括压力检测器、温度补偿元件、至少一个信号发生器、信号调节机构，所述机械部分通过信号发生器输出接点信号；所述电子部分包括智能微处理器、压力传感器、温度传感器、通讯模块、存储器；所述压力传感器在气路上与压力检测器相连通；所述智能微处理器分别与温度传感器、压力传感器、通讯模块相连接，以设定的采样频率获取压力传感器采集的压力信号和温度传感器采集的温度信号，根据气体压力-温度特性，计算得到相应的气体密度值P20；所述智能微处理器包括边缘计算单元，所述边缘计算单元将计算得到的气体密度值P20进行深度计算处理，得到准确的密度值P20优选地，所述气体密度值P20换算为20℃的压力值。优选地，所述信号发生器包括、但不限于微动开关或磁助式电接点；所述压力检测器包括、但不限于巴登管或波纹管；所述温度补偿元件包括、但不限于采用双金属片构成的补偿元件或者充有补偿气体的补偿元件。优选地，所述深度计算处理包括：所述边缘计算单元对所监测的气体密度值P20采用平均值法(均值法)计算得到气体密度值P20的平均值P20平均，该平均值P20平均就是准确的密度值P20准确。更优选地，所述平均值法为：在设定的时间间隔内，设定采集频率，将全部采集得到的不同时间点的N个气体密度值进行平均值计算处理，得到气体密度值P20的平均值P20平均；或者，在设定的时间间隔里、设定温度间隔步长，把全部温度范围内采集得到的N个不同温度值的密度值进行平均值计算处理，得到其气体密度值P20的平均值P20平均；或者，在设定的时间间隔里、设定压力间隔步长，把全部压力变化范围内采集得到的N个不同压力值的密度值进行平均值计算处理，得到其气体密度值P20的平均值P20平均；其中，N为大于等于1的正整数。更优选地，所述均值法中，把明显异常的气体密度值先进行删除，具体可以通过设定合理的区间范围，把在设定的合理的区间范围以外的气体密度值进行删除处理；或者删除至少一个最大值、和/或删除至少一个最小值。优选地，所述深度计算处理包括：所述边缘计算单元对一定间隔时间的气体密度值P20进行傅里叶变换，转换成对应的频谱，把周期性成份滤掉，然后计算得到准确的密度值P20准确。优选地，所述深度计算处理包括：所述边缘计算单元对一定间隔时间的气体密度值P20按照时间序列分解为趋势性成份、周期性成份和随机成份，按照趋势性成份判断气体泄漏状况。更优选地，所述边缘计算单元判断气体发生泄漏了，智能微处理器发出报警信号或报警信息；所述报警信号通过信号线上传到目标设备，或者，所述报警信息通过通讯模块上传到目标设备或目标平台。优选地，所述准确的密度值P20准确通过通讯模块上传至目标设备或目标平台；和/或，所述准确的密度值P20准确对应的压力值、温度值通过通讯模块上传至目标设备或目标平台；和/或，所述气体密度值P20通过通讯模块上传至目标设备或目标平台。优选地，所述边缘计算单元完成对数据的分析、判定及数据存储，依据设定的告警策略给出相应的告警信号。优选地，所述边缘计算单元计算所监测的气体密度值P20的趋势变化值△P20，在设定的时间间隔，当趋势变化值△P20低于或高于设定的趋势变化值△P20设定时，所述气体密度继电器发出报警信号，或发出报警信号接点，或发出报警信息，或上传告示信息。更优选地，所述趋势变化值△P20为：在设定的时间间隔里、设定采集频率，把全部采集得到的不同时间点的N个气体密度值进行平均值计算处理，得到其气体密度值P20的平均值P20平均，然后设定趋势计算周期T周期，得到趋势变化值△P20＝P20平均(前一个T周期值)-P20平均(T周期)，即平均值P20平均前后周期T周期的差值；或者，在设定的时间间隔T间隔，所监测的电气设备的气体密度值P20的趋势变化值△P20＝P20(前一个T间隔)-P20(T间隔)，即密度值P20前后时间间隔T间隔的差值；或者，设定时间间隔T间隔，设定时间长度T长度，采用在设定的时间间隔T间隔、设定采集频率，把全部采集得到的不同时间点的N个气体密度值P20进行累计计算得到累计值∑P20，得到趋势变化值△P20＝∑P20(前一个T长度)-∑P20(当下T长度)，即前后时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于边缘计算的高精度气体密度继电器，其特征在于，包括：机械部分、以及与机械部分相对独立的电子部分；其中，所述机械部分包括压力检测器、温度补偿元件、至少一个信号发生器、信号调节机构，所述机械部分通过信号发生器输出接点信号；所述电子部分包括智能微处理器、压力传感器、温度传感器、通讯模块、存储器；所述压力传感器在气路上与压力检测器相连通；所述智能微处理器分别与温度传感器、压力传感器、通讯模块相连接，以设定的采样频率获取压力传感器采集的压力信号和温度传感器采集的温度信号，根据气体压力‑温度特性，计算得到相应的气体密度值P20；所述智能微处理器包括边缘计算单元，所述边缘计算单元将计算得到的气体密度值P20进行深度计算处理，得到准确的密度值P20准确。

【技术特征摘要】
1.一种基于边缘计算的高精度气体密度继电器，其特征在于，包括：机械部分、以及与机械部分相对独立的电子部分；其中，所述机械部分包括压力检测器、温度补偿元件、至少一个信号发生器、信号调节机构，所述机械部分通过信号发生器输出接点信号；所述电子部分包括智能微处理器、压力传感器、温度传感器、通讯模块、存储器；所述压力传感器在气路上与压力检测器相连通；所述智能微处理器分别与温度传感器、压力传感器、通讯模块相连接，以设定的采样频率获取压力传感器采集的压力信号和温度传感器采集的温度信号，根据气体压力-温度特性，计算得到相应的气体密度值P20；所述智能微处理器包括边缘计算单元，所述边缘计算单元将计算得到的气体密度值P20进行深度计算处理，得到准确的密度值P20准确。2.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算的高精度气体密度继电器，其特征在于：所述信号发生器包括、但不限于微动开关或磁助式电接点；所述压力检测器包括、但不限于巴登管或波纹管；所述温度补偿元件包括、但不限于采用双金属片构成的补偿元件或者充有补偿气体的补偿元件。3.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算的高精度气体密度继电器，其特征在于，所述深度计算处理包括：所述边缘计算单元对所监测的气体密度值P20采用平均值法计算得到气体密度值P20的平均值该平均值就是准确的密度值其中，所述平均值法为：在设定的时间间隔内，设定采集频率，将全部采集得到的不同时间点的N个气体密度值进行平均值计算处理，得到气体密度值P20的平均值或者，在设定的时间间隔里、设定温度间隔步长，把全部温度范围内采集得到的N个不同温度值的密度值进行平均值计算处理，得到其气体密度值P20的平均值或者，在设定的时间间隔里、设定压力间隔步长，把全部压力变化范围内采集得到的N个不同压力值的密度值进行平均值计算处理，得到其气体密度值P20的平均值其中，N为大于等于1的正整数。4.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算的高精度气体密度继电器，其特征在于，所述深度计算处理包括：所述边缘计算单元对一定间隔时间的气体密度值P20进行傅里叶变换，转换成对应的频谱，把周期性成份滤掉，然后计算得到准确的密度值5.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算的高精度气体密度继电器，其特征在于，所述深度计算处理包括：所述边缘计算单元对一定间隔时间的气体密度值P20按照时间序列分解为趋势性成份、周期性成份和随机成份，按照趋势性成份判断气体泄漏状况，即当所监测的趋势性成份值等于或大于设定的趋势性成份值时，所述气体密度继电器发出漏气报警信号，或发出漏气报警信号接点，或发出漏气告示信息，或上传漏气告示信息。6.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算的高精度气体密度继电器，其特征在于：所述准确的密度值通过通讯模块上传至目标设备或目标平台；和/或，所述准确的密度值对应的压力值、温度值通过通讯模块上传至目标设备或目标平台；和/或，所述气体密度值P20通过通讯模块上传至目标设备或目标平台。7.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算的高精度气体密度继电器，其特征在于：所述边缘计算单元计算所监测的气体密度值P20的趋势变化值△P20，在设定的时间间隔，当趋势变化值△P20低于或高于设定的趋势变化值时，所述气体密度继电器发出报警信号，或发出报警信号接点，或发出报警信息，或上传告示信息。8.根据权利要求7所述的一种基于边缘计算的高精度气体密度继电器，其特征在于，所述趋势变化值△P20为：在设定的时间间隔里、设定采集频率，把全部采集得到的不同时间点的N个气体密度值进行平均值计算处理，得到其气体密度值P20的平均值然后设定趋势计算周期T周期，得到趋势变化值即平均值前后周期T周期的差值；或者，在设定的时间间隔T间隔，所监测的电气设备的气体密度值P20的趋势变化值即密度值P20前后时间间隔T间隔的差值；或者，设定时间间隔T间隔，设定时间长度T长度，采用在设定的时间间隔T间隔、设定采集频率，把全部采集得到的不同时间点的N个气体密度值P20进行累计计算得到累计值∑P20，得到趋势变化值即前后时间长度T长度累计值∑P20之间的差值；其中，N为大于等于1的正整数。9.根据权利要求7所述的一种基于边缘计算的高精度气体密度继电器，其特征在于：当气体密度值P20的趋势变化是变小的，其变小的趋势变化值大于或等于设定的趋势变化值时，智能微处理器通过气体密度继电器的报警接点信号线上传异常信息，或者，智能微处理器通过通讯模块上传异常信号。10.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算的高精度气体密度继电器，其特征在于：所述边缘计算单元计算所监测的电气设备的漏气率L，所述漏气率式中：t为设定的时间间隔，△P20t为时间间隔t内的密度值变化量，为时间间隔t前一时刻的密度值，为过了时间间隔t时刻的密度值；所述气体继电器及时更新发出漏气率L告示信息；或者，所述气体密度继电器及时更新上传漏气率L告示信息。11.根据权利要求10所述的一种基于边缘计算的高精度气体密度继电器，其特征在于：所述边缘计算单元将所述准确的密度值与设定需要补气的密度值进行比对，当所述准确的密度值等于或小于需要补气的密度值时，所述气体密度继电器发出补气报警信号，或发出补气报警信号接点，或发出补气告示信息，或上传补气告示信息；和/或，所述边缘计算单元计算所监测的电气设备的补气时间T补气时间，所述补气时间式中，为设定需要补气的密度值；所述气体密度继电器及时更新发出补气时间告示信息，或及时更新上传补气时间信息；和/或，所述边缘计算单元计算所监测的电气设备的气室需要的气体总质量Q总＝ρ需要×V，式中，ρ需要为需要补气的质量密度，根据需要补气的密度值及其气体特性得到，V为电气设备的气室体积；计算所监测的电气设备的气室目前的气体质量Q目前＝ρ目前×V，式中，ρ目前为目前气体的质量密度，根据目前监测的气体密度值P20及其气体特性得到；...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭正操，黄小泵，曾伟，郝彩侠，王乐乐，金海勇，
申请(专利权)人：上海乐研电气有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31