基于北斗导航系统的光热电站管道位移监测系统及方法与流程

本公开涉及光热电站建设，尤其涉及一种基于北斗导航系统的光热电站管道位移监测系统及方法。

背景技术：

1、数字化电站是以云计算、大数据、物联网、移动互联网、人工智能、区块链等新一代数字技术为核心驱动力，以数据为关键生产要素，以现代电力能源网络与新一代信息网络为基础，通过数字技术与企业业务、管理深度融合，不断提高数字化、网络化、智能化水平，而形成的新型能源生态系统，具有灵活性、开放性、交互性、经济性、共享性等特性，使电网更加安全、可靠、绿色、高效、智能。数字电网将成为承载新型电力系统的最佳形态。

2、光热电站是国民经济和社会发展的重要公共基础设施。槽式太阳能电站是最早的太阳能光热发电站，是一项经济有效、技术上成熟、运行可靠的先进技术。导热油作为槽式光热电站中关键的吸热、换热介质，超过一定温度运行时，化学键易发生断裂分解氧化，导致光热电站管道压力增加，致使光热电站管道产生局部形变、位移及附加应力。若产生的附加应力超过材料强度或形变区域存在裂纹、金属损失等缺陷，会严重危及光热电站管道本体安全，造成泄漏、破裂等重大事故。因此，光热电站管道的安全的保障就显得非常必要，如果一些关键的输油光热电站管道发生损坏或断裂，将会威胁到能源安全。

3、导热油光热电站管道的管径大、压力高，需要各种规格金属光热电站管道进行导热油循环传输，为了补偿温度变化对光热电站管道造成的应力变形，主光热电站管道均设计成n字形，50mw槽式光热电站主光热电站管道长度约为30km，n字形补偿约为200多段，光热电站管道支撑座约1000多个，光热电站管道靠重力放置在支撑座上，在长时间运行工况交替变化情况下，光热电站管道位移会发生变化，极端情况下偏移量会超项目内容及解出光热电站管道支撑座，造成光热电站管道变形损伤等不安全情况发生。

4、并且，槽式光热电站的储热物质一般采用熔融盐，单位体积内存储热量大，系统发电效率较高，可真正实现太阳能热发电的可调峰、可热量存储、可不间断发电等特性。大型储罐在使用过程中会发生一些沉降及变形，一般分为均匀沉降、整体平面倾斜沉降、不均匀沉降和底板沉降。其中不均匀沉降对储罐的影响最大，主要会引起储罐的径向变形和罐壁的超应力。储罐的径向变形通常称为椭圆化变形，过大的椭圆化变形将引起无顶盖储罐罐顶产生很大的径向位移，对浮顶罐则会影响到浮顶的自由升降，使顶盖活动失灵，因此槽式太阳能热发电技术研究的意义最大。

5、目前槽式光热电站管道和熔盐储热罐位移无法进行实时有效监测，缺乏一套高效经济的结构长期性能智能监测、评估与预警系统，主要问题表现在如下几个方面：

6、（1）按特种设备检验要求定期进行rbi（risk-based inspection，基于风险的检验）检测，且由专业检测机构进行检测，实时性差，没办法实时掌握光热电站管道偏移量等重要信息；人工测量存在人为主观因素，导致测量误差较大，检测结果粗放，数字化程度低。

7、（2）导油光热电站管道设备体量大、n字型设计部署密集，传统人工巡检模式检测效率低、强度大且人员安全风险高，导致运维成本高，无法满足光热电站运维需求。

8、（3）运行状态感知的手段较为缺乏，检测结果难以由点及面，展示结构物整体面貌，无法满足对光热电站管道设备状态全面监测的需要，无法做到状态全面分析，不能有效识别设备潜在风险隐患。

9、（4）导热油光热电站管道的监测及系统往往是独立运行，多主机并存，大部分电站监测系统仅在站内进行监控，缺乏统一管理和维护，数据无法共享，无法建立各系统间的联动机制。

10、（5）导热油光热电站管道监测数据分析能力不足，目前主要依靠第三方公司检测光热电站管道的运行状态，数据匮乏，只是简单阈值判断和人工判断的方式诊断缺陷，智能化水平低，缺乏智能诊断及主动预警能力。

技术实现思路

1、为克服相关技术中存在的问题，本公开提供一种基于北斗导航系统的光热电站管道位移监测系统及方法。

2、根据本公开实施例的第一方面，提供一种基于北斗导航系统的光热电站管道位移监测系统，包括：

3、设置在所述光热电站管道内的地面定标盒，设置在所述光热电站管道上的微电子传感器，放置在所述光热电站管道内的内检测器以及监控平台；

4、所述内检测器的惯性导航系统在所述地面定标盒提供的北斗坐标参考点的基础上，测绘出所述光热电站管道的中心线北斗坐标，并基于所述中心线北斗坐标绘制所述光热电站管道的中心线走向图；

5、所述内检测器搭载的惯性测绘单元以预设频率采集所述惯性测绘单元的三路陀螺仪、三路加速度计以及里程计数据，得到惯性测量数据；

6、所述微电子传感器以预设采样频率采集所述光热电站管道的加速度值；

7、所述监控平台根据所述中心线走向图、所述惯性测量数据以及所述加速度值，预测所述光热电站管道弯曲应变的位移监测结果。

8、根据本公开实施例的第二方面，提供一种基于北斗导航系统的光热电站管道位移监测方法，包括：

9、通过放置在所述光热电站管道内的内检测器的惯性导航系统在地面定标盒提供的北斗坐标参考点的基础上，测绘出所述光热电站管道的中心线北斗坐标，并基于所述中心线北斗坐标绘制所述光热电站管道的中心线走向图，所述地面定标盒设置在所述光热电站管道内；

10、通过所述内检测器搭载的惯性测绘单元以预设频率采集所述惯性测绘单元的三路陀螺仪、三路加速度计以及里程计数据，得到惯性测量数据；

11、通过设置在所述光热电站管道上的所述微电子传感器以预设采样频率采集所述光热电站管道的加速度值；

12、根据所述中心线走向图、所述惯性测量数据以及所述加速度值，预测所述光热电站管道弯曲应变的位移监测结果。

13、在一种可能的实现方式中，所述通过放置在所述光热电站管道内的内检测器的惯性导航系统在地面定标盒提供的北斗坐标参考点的基础上，测绘出所述光热电站管道的中心线北斗坐标，包括：

14、通过驱动所述内检测器的惯性导航系统沿所述光热电站管道行进，并在所述惯性导航系统的行进过程中采集所述光热电站管道的初始坐标；

15、当所述惯性导航系统途径地面gps定标点时，建立所述惯性导航系统与所述地面gps定标点对应的地面定标盒的通信连接；

16、通过所述惯性导航系统基于所述地面gps定标点对应的地面定标盒内预存的地面定标坐标，对上一所述地面gps定标点到当前与所述惯性导航系统通信连接的所述地面gps定标点之间的所述光热电站管道的所有所述初始坐标进行修正，得到上一所述地面gps定标点到当前与所述惯性导航系统通信连接的所述地面gps定标点之间的所述光热电站管道的中心线北斗坐标；

17、在修正所述初始坐标完成后，立即断开所述惯性导航系统与所述地面gps定标点对应的地面定标盒的通信连接。

18、在一种可能的实现方式中，所述通过所述惯性导航系统基于所述地面gps定标点对应的地面定标盒内预存的地面定标坐标，对上一所述地面gps定标点到当前与所述惯性导航系统通信连接的所述地面gps定标点之间的所述光热电站管道的所有所述初始坐标进行修正，得到上一所述地面gps定标点到当前与所述惯性导航系统通信连接的所述地面gps定标点之间的所述光热电站管道的中心线北斗坐标，包括：

19、通过所述惯性导航系统将上一所述地面gps定标点到当前与所述惯性导航系统通信连接的所述地面gps定标点之间的所述光热电站管道的各个采集周期对应的采集时刻的所述初始坐标作为待修正坐标；

20、根据所述上一所述地面gps定标点对应的所述地面定标盒内预存的地面定标坐标以及当前与所述惯性导航系统通信连接的所述地面gps定标点对应的所述地面定标盒内预存的地面定标坐标，确定坐标差量；

21、根据所述坐标差量以及在上一所述地面gps定标点到当前与所述惯性导航系统通信连接的所述地面gps定标点之间的所述光热电站管道内所述惯性导航系统的采集周期，执行从上一所述地面gps定标点到当前与所述惯性导航系统通信连接的所述地面gps定标点的位移积分；

22、根据所述位移积分，对上一所述地面gps定标点到当前与所述惯性导航系统通信连接的所述地面gps定标点之间的所述光热电站管道进行坐标匹配，得到各个采集周期对应的采集时刻的修正参考坐标；

23、根据各个采集周期对应的采集时刻的修正参考坐标，对相应采集周期对应的采集时刻的待修正坐标执行修正，得到上一所述地面gps定标点到当前与所述惯性导航系统通信连接的所述地面gps定标点之间的所述光热电站管道的中心线北斗坐标。

24、本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

25、地面定标盒提供的北斗坐标参考点确保了内检测器在管道内部测绘时的高精度定位。基于这些坐标参考点，内检测器能够准确测绘出光热电站管道的中心线北斗坐标，并绘制出管道的中心线走向图。这不仅提高了管道检测的精度，还增强了管道维护和管理的科学性。内检测器通过惯性测绘单元的三路陀螺仪、三路加速度计以及里程计，以预设频率采集惯性测量数据。这些数据涵盖了管道在不同工况下的姿态、速度和位置变化，为后续的位移监测结果预测提供了丰富的数据支持。

26、同时，微电子传感器以预设采样频率采集管道的加速度值，进一步丰富了数据维度，提高了预测的准确性。监控平台接收来自内检测器和微电子传感器的数据后，能够实时分析并预测光热电站管道弯曲应变的位移监测结果。这种实时预测能力使得工作人员能够及时发现管道可能存在的安全隐患，并采取相应的维护措施，从而避免了潜在的安全事故。光热电站管道的维护和检测工作能够更加科学、高效地进行。高精度的测绘和全面的数据采集使得工作人员能够更准确地了解管道的运行状态，从而制定更加合理的维护计划。

27、为提高槽式光热电站导热油管道监测的质量，设计基于北斗卫星精确定位的imu传感器系统进行导热油管道位移检测方法。该方法可以高效快速地发现管道发生位移的位置以及距离，根据管道特征点的位置通过信息测绘判断出管道是否发生了形变。这不仅提高了电站的运营效率，还降低了维护成本，提升了整个电站的经济效益，提高运营效率与维护成本降低。通过集成地面定标盒、微电子传感器、内检测器及监控平台，实现了一种高精度、全面的光热电站管道弯曲应变位移监测与预测系统。在提高电站运营效率、降低维护成本以及确保电站安全运营等方面展现出了显著的技术效果。

28、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。