一种水下设备运行监控系统及方法与流程

1.本发明主要涉及电流监测技术领域，具体涉及一种水下设备运行监控系统及方法。


背景技术：

2.剩余电流，是指低压配电线路中各相(含中性线)电流矢量和不为零的电流。通俗讲当用电侧发生了事故,电流从带电体通过人体流到大地,使主电路进出线中的电流i相和i中的大小不相等,此时电流的瞬时矢量合成有效值称为剩余电流，俗称漏电。
3.目前水下设备故障发现主要通过人工预检及故障后事后维修发现。其中人工预检一方面由厂区人员利用人体的感官(视、听、触、嗅、味)对设备的部位、内容进行的粗略巡视，发现设备缺陷及危及安全的隐患；另一方面是定期进行点检，借助工具、检测设备、仪器等，按照标准(定点、定标、定期、定法、定人“五定”)对设备进行检查或监测，发现设备故障苗头。但均存在检测频率固定，监测周期较大，人为水平影响较大、水下设备故障不易发现及检测等问题，造成设备故障后后果较大。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种水下设备运行监控系统及方法。
5.本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种水下设备运行监控系统，包括设置于现场的操作箱，水下设备通过动力线缆与安装在所述操作箱内的开关装置连接，还包括监控装置、剩余电流传感器、振动传感器和温度传感器；
6.所述剩余电流传感器和所述温度传感器设置于所述动力线缆上，所述振动传感器设置于所述水下设备上，所述剩余电流传感器、所述振动传感器和所述温度传感器分别与所述监控装置通讯连接，所述监控装置与所述开关装置通讯连接；
7.所述剩余电流传感器，用于实时检测所述动力线缆中三相线路的剩余电流，得到剩余电流信号，并将所述剩余电流信号发送给所述监控装置；
8.所述振动传感器，用于实时检测所述水下设备的振动状态，得到振动值，并将所述振动值发送给所述监控装置；
9.所述温度传感器，用于实时检测所述动力线缆的温度，得到温度值，并将所述温度值发送给所述监控装置；
10.所述监控装置，用于根据所述剩余电流信号进行漏电判定，得到漏电预警信息，分别根据所述振动值和所述温度值进行水下设备工作状态判定，得到水下设备的工作异常预警信息；
11.还用于根据所述漏电预警信息和/或所述工作异常预警信息，从所述操作箱内得到备用水下设备信息，根据所述漏电预警信息和/或所述工作异常预警信息以及所述备用水下设备信息确定生成断开指令或切换指令，将所述断开指令或所述切换指令发送至所述
开关装置中，并将所述漏电预警信息和/或所述工作异常预警信息发送至指定终端中。
12.本发明的有益效果是：将剩余电流传感器、温度传感器和振动传感器安装在水下设备上，通过剩余电流传感器、温度传感器和振动传感器采集水下设备的多种工作状态信息，监控装置对多种工作状态信息进行漏电判定和工作异常判定，还通过备用水下设备信息，得到断开指令或切换指令，实现自动断电和设备切换，并能够及时提醒相关人员，并且能够对水下设备进行管控，代替了人工检测，及时发现漏电情况，关注剩余电流与水下设备故障的关联，降低设备故障带来的后果。
13.在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
14.进一步，所述监控装置中，根据所述漏电预警信息和/或所述工作异常预警信息，从所述操作箱内得到备用水下设备信息，根据所述漏电预警信息和/或所述工作异常预警信息以及备用水下设备信息确定生成断开指令或切换指令的过程包括：
15.若所述备用水下设备信息为不存在备用水下设备，则生成断开指令，供所述开关装置断开所述水下设备，若所述备用水下设备信息为存在备用水下设备，则生成切换指令，并将所述切换指令发送至所述开关装置中，供所述开关装置断开所述水下设备并切换至所述备用水下设备。
16.采用上述进一步方案的有益效果是：能够自动进行主用水下设备和备用水下设备的切换，提高设备运行的安全性。
17.进一步，所述监控装置中，对所述剩余电流信号进行漏电判定，得到漏电预警信息的过程包括：
18.将所述剩余电流信号中的三相电流转换为感应电压信号，将所述感应电压信号进行放大处理；
19.将电网电源的电压信号作为同步检测信号，并将所述同步检测信号和放大后的感应电压信号均转换为方波信号；
20.将感应电压信号的方波信号与同步检测信号的方波信号进行相位比较，根据相位比较的差值得到剩余电流的正半波信号和负半波信号，并根据所述剩余电流的正半波信号和负半波信号得到剩余电流信号数值；
21.根据所述剩余电流信号数值和预设值得到漏电预警信息。
22.采用上述进一步方案的有益效果是：能够通过对剩余电流信号进行处理分析，得到剩余电流信号数值，通过剩余电流信号数值来判断生成断开指令或合闸指令，能够实现对水下设备的自动控制。
23.进一步，所述监控装置中，根据所述剩余电流信号数值和预设值得到漏电预警信息的过程包括：
24.从所述正半波信号和所述负半波信号中获取信号数据，所述信号数据包括零值数据和非零值数据，计算零值数据的数量在所有信号数据中的占比，，若所述零值数据占比在预设占比范围内，则判定所述剩余电流信号有效，并根据所述零值数据占比确定所述剩余电流信号的类型和角度，根据所述剩余电流信号的类型和角度得到所述剩余电流信号的动作值；
25.若所述动作值大于预设动作值，则得到漏电预警信息。
26.采用上述进一步方案的有益效果是：通过对剩余电流信号数值得到动作值，通过
对动作值的判断是否存在漏电问题，提高判断的准确性。
27.进一步，所述监控装置中，根据所述振动值进行水下设备工作状态判定，得到工作异常预警信息的过程包括：
28.若所述振动值大于预设振动值，则得到工作异常预警信息，所述工作异常预警信息为水下设备振动异常。
29.采用上述进一步方案的有益效果是：通过对水下设备振动的检测，能够帮助后台管理人员判断水下设备是否存在工作异常情况。
30.进一步，所述监控装置中，根据所述温度值进行水下设备工作状态判定，得到工作异常预警信息的过程包括：
31.若所述温度值大于预设温度值，则得到工作异常预警信息，所述工作异常预警信息为动力线缆温度异常。
32.采用上述进一步方案的有益效果是：通过对动力线缆温度的检测，能够帮助后台管理人员判断水下设备是否工作异常情况。
33.本发明解决上述技术问题的另一技术方案如下：一种水下设备的剩余电流监控方法，水下设备通过动力线缆与设置于现场的操作箱内的开关装置连接，包括如下步骤：
34.实时检测动力线缆中三相线路的剩余电流，得到剩余电流信号；
35.实时检测水下设备的振动状态，得到振动值；
36.实时检测所述动力线缆的温度，得到温度值；
37.根据所述剩余电流信号进行漏电判定，得到漏电预警信息，分别根据所述振动值和所述温度值进行水下设备工作状态判定，得到水下设备的工作异常预警信息；
38.根据所述漏电预警信息和/或所述工作异常预警信息，从所述操作箱内得到备用水下设备信息，根据所述漏电预警信息和/或所述工作异常预警信息以及所述备用水下设备信息确定生成断开指令或切换指令，将所述断开指令或所述切换指令发送至所述开关装置中，并将所述漏电预警信息和/或所述工作异常预警信息发送至指定终端中。
附图说明
39.图1为本发明实施例提供的水下设备运行监控系统的连接示意图；
40.图2为本发明实施例提供的水下设备运行监控系统的功能模块框图；
41.图3为本发明实施例提供的水下设备运行监控方法的流程示意图。
42.附图中，各标记所代表的部件名称如下：
43.1、监控装置；2、剩余电流传感器；3、振动传感器；4、温度传感器。
具体实施方式
44.以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
45.实施例1：
46.如图1
‑
2所示，一种水下设备的剩余电流监控系统，包括设置于现场的操作箱，水下设备通过动力线缆与安装在所述操作箱内的开关装置连接，还包括监控装置1、剩余电流传感器2、振动传感器3和温度传感器4；
47.所述剩余电流传感器2和所述温度传感器4设置于所述动力线缆上，所述振动传感器3设置于所述水下设备上，所述剩余电流传感器2、所述振动传感器3和所述温度传感器4分别与所述监控装置1通讯连接，所述监控装置1与所述开关装置通讯连接；
48.所述剩余电流传感器2，用于实时检测所述动力线缆中三相线路的剩余电流，得到剩余电流信号，并将所述剩余电流信号发送给所述监控装置1；
49.所述振动传感器3，用于实时检测所述水下设备的振动状态，得到振动值，并将所述振动值发送给所述监控装置1；
50.所述温度传感器4，用于实时检测所述动力线缆的温度，得到温度值，并将所述温度值发送给所述监控装置1；
51.所述监控装置1，用于根据所述剩余电流信号进行漏电判定，得到漏电预警信息，分别根据所述振动值和所述温度值进行水下设备工作状态判定，得到水下设备的工作异常预警信息；
52.还用于根据所述漏电预警信息和/或所述工作异常预警信息，从所述操作箱内得到备用水下设备信息，根据所述漏电预警信息和/或所述工作异常预警信息以及所述备用水下设备信息确定生成断开指令或切换指令，将所述断开指令或所述切换指令发送至所述开关装置中，并将所述漏电预警信息和/或所述工作异常预警信息发送至指定终端中。
53.具体地，监控装置1、剩余电流传感器2和温度传感器4均可设置在操作箱内，或者，监控装置1、剩余电流传感器2和温度传感器4也可以根据需要设置在操作箱外部。
54.具体地，剩余电流传感器2、振动传感器3和温度传感器4可通过无线或有线的方式与监控装置1通讯连接。
55.如，通过有线连接方式：
56.可采用一条双绞线电缆作总线电缆，将监控装置1、剩余电流传感器2、振动传感器3、温度传感器4作为各个节点串接起来，将各个接口的“a”、“b”端连接起来，并在总线电缆的开始和末端都并接120ω终端电阻，并通过modbus 485标准通讯协议进行数据传输，从而达精准无误传输数据，降低外界信号干扰。
57.所述监控装置1与所述开关装置可通过无线或有线的方式通讯连接。
58.监控装置1将漏电预警信息即异常数据分析上传至指定终端，如值班室上位机界面、手机app或值班室报警系统中。
59.上述实施例中，设备的剩余电流发生变化，表明带电导体对地绝缘被破坏，设备就存在故障的可能，提供了一种新的及时检测设备是否故障的系统与方法。
60.本发明将剩余电流传感器、温度传感器和振动传感器安装在水下设备上，通过剩余电流传感器、温度传感器和振动传感器采集水下设备的多种工作状态信息，监控装置对多种工作状态信息进行漏电判定和工作异常判定，还通过备用水下设备信息，得到断开指令或切换指令，实现自动断电和设备切换，并能够及时提醒相关人员，并且能够对水下设备进行管控，代替了人工检测，及时发现漏电情况，关注剩余电流与水下设备故障的关联，降低设备故障带来的后果。
61.具体地，所述监控装置1中，根据所述漏电预警信息和/或所述工作异常预警信息，从所述操作箱内得到备用水下设备信息，根据所述漏电预警信息和/或所述工作异常预警信息以及备用水下设备信息确定生成断开指令或切换指令的过程包括：
62.若所述备用水下设备信息为不存在备用水下设备，则生成断开指令，供所述开关装置断开所述水下设备，若所述备用水下设备信息为存在备用水下设备，则生成切换指令，并将所述切换指令发送至所述开关装置中，供所述开关装置断开所述水下设备并切换至所述备用水下设备。
63.操作箱内还设有用于控制备用水下设备的开关装置，监控装置1将正在工作的水下设备关闭，并将切换信号发送至备用水下设备的开关装置中，进行备用水下设备的开启控制。
64.上述实施例中，能够自动进行主用水下设备和备用水下设备的切换，提高设备运行的安全性，自动切换至备用水下设备，防止生产停摆带来的损失。
65.具体地，所述监控装置1中，对所述剩余电流信号进行漏电判定的过程包括：
66.将所述剩余电流信号中的三相电流转换为感应电压信号，将所述感应电压信号进行放大处理；
67.将电网电源的电压信号作为同步检测信号，并将所述同步检测信号和放大后的感应电压信号均转换为方波信号；
68.将感应电压信号的方波信号与同步检测信号的方波信号进行相位比较，根据相位比较的差值得到剩余电流的正半波信号和负半波信号，并根据所述剩余电流的正半波信号和负半波信号得到剩余电流信号数值；
69.根据所述剩余电流信号数值和预设值得到漏电预警信息。
70.具体地，本实施例中是通过数字/模拟转换设备来进行感应电压信号和同步检测信号的相位比较：
71.将放大后的感应电压信号和同步检测信号输入数字/模拟转换设备中，分别输出剩余电流信号的方波信号和同步检测信号的方波信号，感应电压信号的方波信号滞后于同步检测信号的方波信号，两者进行相位比较，通过相位之差来得到剩余电流的相位。其中，相位之差通过公式φ＝2π*tl/tl来得到，tl为工频周期，tl为感应电压信号滞后于同步检测信号的时间。
72.上述实施例中，能够通过对剩余电流信号进行处理分析，得到剩余电流信号数值，通过剩余电流信号数值来判断生成断开指令或合闸指令，能够实现对水下设备的自动控制。
73.具体地，所述监控装置1中，根据所述剩余电流信号数值和预设值得到漏电预警信息的过程包括：
74.从所述正半波信号和所述负半波信号中获取信号数据，所述信号数据包括零值数据和非零值数据，计算零值数据的数量在所有信号数据中的占比，得到零值数据占比，若所述零值数据占比在预设占比范围内，则判定所述剩余电流信号有效，并根据所述零值数据占比确定所述剩余电流信号的类型和角度，根据所述剩余电流信号的类型和角度得到所述剩余电流信号的动作值；
75.若所述动作值大于预设动作值，则得到漏电预警信息。
76.根据零值数据的占比所处的预设阈值范围区间，确定剩余电流信号的类型和角度。
77.具体地，根据理论分析，例如，ac型的剩余电流的零值占比约为50％，当采集64个
离散点时，零值数量理论上为32个，实际测试数据为29
‑
34个，则将29/64
‑
34/64作为第一预设阈值范围区间；a型漏电为直流脉动剩余电流，经过零序电流互感器后存在波形畸变，a型0
°
的零值占比理论上与ac型一致，约为50％，当采集64个离散点时，零值数量为32个，但由于波形变形，实际测试数据为37
‑
42个，则将37/64
‑
42/64作为第二预设阈值范围区间；a型90
°
的零值占比理论上约为75％，当采集64个离散点时，零值数量为48个，实际测试数据为48
‑
53个，则将48/64
‑
53/64作为第三预设阈值范围区间；a型135
°
的零值占比理论上约为87.5％，当采集64个离散点时，零值数量为56个，实际测试数据为57个，则将57/64作为第四预设阈值。
78.当零值数据的占比在上述第一预设阈值范围区间时，判定剩余电流信号为ac型；当零值数据的占比在上述第二预设阈值范围区间时，判定剩余电流信号为a型0
°
；当零值数据的占比在上述第三预设阈值范围区间时，判定剩余电流信号为a型90
°
；当零值数据的占比为上述第四预设阈值时，判定剩余电流信号为a型135
°
。以此来判定所述剩余电流信号的有效性。
79.剩余电流信号的动作值可以是由用户或者厂家根据现场情况预先设定，ac型、a型0
°
、a型90
°
和a型135
°
剩余电流信号的动作值范围分别为0.5iδn～iδn、0.35iδn～1.4iδn(或2iδn)、0.25iδn～1.4iδn(或2iδn)和0.11iδn～1.4iδn(或2iδn)，其中，iδn为额定剩余电流动作值。根据得到的剩余电流信号的类型和角度，可以确定剩余电流信号的动作值。
80.设定预设动作值，可以是大于2iδn，若大于则生成断开指令。
81.上述实施例中，通过对剩余电流信号数值得到动作值，通过对动作值的判断得到断开指令和合闸指令，提高判断的准确性。
82.具体地，所述监控装置1中，根据所述振动值进行水下设备工作状态判定，得到水下设备的工作异常预警信息的过程包括：
83.若所述振动值大于预设振动值，则得到工作异常预警信息，所述工作异常预警信息为水下设备振动异常。
84.具体地，预设振动值可由水下设备的正常振动值来确定，例如，正常振动值为600
‑
1000hz，那么，预设振动值可设置为1200hz，大于1200hz则判定为漏电，生成所述断开指令。
85.上述实施例中，通过对水下设备振动的检测，能够判断水下设备是否存在漏电情况。
86.线路中有电流经过时，线路会发热，当线路中剩余电流过大时，线路的温度会不断地升高，甚至是烧毁线路，引起电气火灾事故，严重威胁着生命及财产安全，目前人们并没有过多关注设备剩余电流与设备故障之间的关系。
87.具体地，所述监控装置1中，根据所述温度值进行水下设备工作状态判定，得到工作异常预警信息的过程包括：
88.若所述温度值大于预设温度值，则得到工作异常预警信息，所述工作异常预警信息为动力线缆温度异常。
89.具体地，预设温度值可由动力线缆的正常温度值来确定，例如，正常温度值为50度，那么，预设温度值可设置为60度，大于60度则判定为漏电，生成所述断开指令。
90.上述实施例中，通过对动力线缆温度的检测，能够判断水下设备是否存在漏电情
况。
91.实施例2：
92.如图3所示，一种水下设备的剩余电流监控方法，水下设备通过动力线缆与设置于现场的操作箱内的开关装置连接，包括如下步骤：
93.实时检测动力线缆中三相线路的剩余电流，得到剩余电流信号；
94.实时检测水下设备的振动状态，得到振动值；
95.实时检测所述动力线缆的温度，得到温度值；
96.根据所述剩余电流信号进行漏电判定，得到漏电预警信息和断开指令，并将所述漏电预警信息发送至指定终端中，将所述断开指令发送至开关装置中，供所述开关装置对水下设备进行关闭控制；
97.分别根据所述振动值和所述温度值进行水下设备工作状态判定，得到工作异常预警信息，将所述工作异常预警信息发送至指定终端中。
98.具体地，对所述剩余电流信号进行漏电判定的过程包括：
99.将所述剩余电流信号中的三相电流转换为感应电压信号，将所述感应电压信号进行放大处理；
100.将电网电源的电压信号作为同步检测信号，并将所述同步检测信号和放大后的感应电压信号均转换为方波信号；
101.将感应电压信号的方波信号与同步检测信号的方波信号进行相位比较根据相位比较的差值得到剩余电流的正半波信号和负半波信号，并根据所述剩余电流的正半波信号和负半波信号得到剩余电流信号数值；
102.根据所述剩余电流信号数值和预设值确定生成所述断开指令，将所述断开指令发送至所述开关装置中。
103.具体地，根据所述振动值进行水下设备工作状态判定，得到工作异常预警信息的过程包括：
104.若所述振动值大于预设振动值，则得到工作异常预警信息，所述工作异常预警信息为水下设备振动异常。
105.具体地，根据所述温度值进行水下设备工作状态判定，得到工作异常预警信息的过程包括：
106.若所述温度值大于预设温度值，则得到工作异常预警信息，所述工作异常预警信息为动力线缆温度异常。
107.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
108.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。