一种GIL管道的形态监测方法、系统及设备

摘要

本发明本发明涉及高压电器检修技术领域，提供一种GIL管道的形态监测方法、系统及设备，包括：监测各支座处GIL管道的应变；以预设的沉降模型通过所述应变计算待测支座的实际沉降量；所述沉降模型根据各个支座处的实际沉降量与所有支座处的GIL管道应变的关系建立；所述实际沉降量为累积所有支座处GIL管道的应变对应的支座沉降量。摒弃了本领域惯用的以廊道的沉降计算GIL管道沉降的方法，能得到更准确的GIL管道支座的沉降量，且降低了布置传感器的成本。

权利要求

1.一种GIL管道的形态监测方法，其特征在于，包括：

监测各支座处GIL管道的应变；

通过有限元建模仿真，获取单个支座沉降与各个支座处GIL管道应变的相关系数；将所述应变与所述相关系数代入沉降模型中，得到待测支座的实际沉降量；所述沉降模型为：其中，Δi为第i个支座的实际沉降量，εj为第j个支座处GIL管道的应变，n为GIL管道的支座数量，l为相邻支座间的跨度，D为GIL管道的直径，aij为第i个支座的沉降与第j个支座处GIL管道应变的相关系数；所述实际沉降量为累积所有支座处GIL管道的应变对应的支座沉降量。

2.根据权利要求1所述的一种GIL管道的形态监测方法，其特征在于，所述通过有限元建模仿真，获取单个支座沉降与各个支座处GIL管道应变的相关系数，包括：建立GIL管道的有限元模型，模拟单个支座沉降，获取有限元模型中，沉降的支座与各个支座处GIL管道应变的相关系数；

建立相关系数模型，所述相关系数模型具体为：

其中，b为自我相关系数，c为间隔相关系数，d为衰减系数；

根据所述相关系数模型，得到待测支座的沉降与各支座处GIL管道应变的相关系数。

3.根据权利要求1所述的一种GIL管道的形态监测方法，其特征在于，所述得到待测支座的实际沉降量之后，还包括：获取廊道上预设位置处的校准沉降量；所述廊道的预设位置与支座相对应；以所述校准沉降量与对应的支座的实际沉降量对比，校正实际沉降量，得到监测沉降量。

4.根据权利要求1所述的一种GIL管道的形态监测方法，其特征在于，还包括：根据各支座处GIL管道的应变，计算GIL管道弯矩以及内部材料的变形状态；若所述弯矩超过弯矩阈值或所述变形状态达到损坏状态，则发出警报。

5.一种GIL管道的形态监测系统，其特征在于，包括：

应变监测模块，用于监测各支座处GIL管道的应变；

沉降量监测模块，包括：相关系数模块，用于通过有限元建模仿真，获取单个支座沉降与各个支座处GIL管道应变的相关系数；沉降量计算模块，用于将所述应变与所述相关系数代入沉降模型中，得到待测支座的实际沉降量；所述沉降模型为：其中，Δi为第i个支座的实际沉降量，εj为第j个支座处GIL管道的应变，n为GIL管道的支座数量，l为相邻支座间的跨度，D为GIL管道的直径，aij为第i个支座的沉降与第j个支座处GIL管道应变的相关系数；所述实际沉降量为累积所有支座处GIL管道的应变对应的支座沉降量。

6.根据权利要求5所述的一种GIL管道的形态监测系统，其特征在于，还包括：管道变形监测模块，用于根据各支座处GIL管道的应变，计算GIL管道弯矩以及内部材料的变形状态；若所述弯矩超过弯矩阈值或所述变形状态达到损坏状态，则发出警报。

7.一种GIL管道的形态监测设备，其特征在于，所述设备包括处理器以及存储器：所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；

所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行权利要求1‑4任一项所述的GIL管道的形态监测方法。

说明书

一种GIL管道的形态监测方法、系统及设备

技术领域

[0001] 本发明涉及电力传输装置的维护技术领域，尤其涉及一种GIL管道的形态监测方法、系统及设备。

背景技术

[0002] GIL是一种气体绝缘金属封闭输电线路，其内部设置有绝缘子支撑的脆性输电线路，GIL管道安装在管廊内，管廊埋置在地下。在GIL管道长期服役期间，管廊可能发生不均匀沉降，而GIL管道安装在管廊伸出的支架上，出现不均匀沉降后，GIL管道也会发生变形，GIL管道的变形可能导致其内部结构发生破坏，因此有必要对GIL管道进行监测。

[0003] 现有技术的监测方法主要针对的是管廊结构，但管廊这类均匀支撑连续性结构，在力学特性上与GIL管道的多个支撑连续支撑梁结构有很大不同，并不能准确的计算GIL管道的沉降。并且常规的位移检测方法难以精确检测GIL管道的沉降，通过管道通长光纤光栅监测应力的成本较高，且GIL管道有法兰接头，难以布置光纤光栅。

发明内容

[0004] 本发明提供了一种GIL管道的形态监测方法，用于解决GIL管道的沉降难以测算的技术问题。

[0005] 本发明第一方面提供了一种GIL管道的形态监测方法，包括：

[0006] 监测各支座处GIL管道的应变；

[0007] 以预设的沉降模型通过所述应变计算待测支座的实际沉降量；所述沉降模型根据各个支座处的实际沉降量与所有支座处的GIL管道应变的关系建立；所述实际沉降量为累积所有支座处GIL管道的应变对应的支座沉降量。

[0008] 可选的，所述以预设的沉降模型通过所述应变计算待测支座的实际沉降量，具体为：

[0009] 通过有限元建模仿真，获取单个支座沉降与各个支座处GIL管道应变的相关系数；

[0010] 将所述应变与所述相关系数代入沉降模型中，得到待测支座的实际沉降量。

[0011] 可选的，所述通过有限元建模仿真，获取单个支座沉降与各个支座处GIL管道应变的相关系数，包括：

[0012] 建立GIL管道的有限元模型，模拟单个支座沉降，获取有限元模型中，沉降的支座与各个支座处GIL管道应变的相关系数；

[0013] 建立相关系数模型，所述相关系数模型具体为：

[0014]

[0015] 其中，aij为第i个支座的沉降与第j个支座处GIL管道应变的相关系数，b为自我相关系数，c为间隔相关系数，d为衰减系数；

[0016] 根据所述相关系数模型，得到待测支座的沉降与各支座处GIL管道应变的相关系数。

[0017] 可选的，所述沉降模型为：

[0018]

[0019] 其中，Δi为第i个支座的实际沉降量，εj为第j个支座处GIL管道的应变，n为GIL管道的支座数量，l为相邻支座间的跨度，D为GIL管道的直径。

[0020] 可选的，所述以预设的沉降模型通过所述应变计算待测支座的实际沉降量之后，还包括：

[0021] 获取廊道上预设位置处的校准沉降量；所述廊道的预设位置与支座相对应；以所述校准沉降量与对应的支座的实际沉降量对比，校正实际沉降量，得到监测沉降量。

[0022] 可选的，GIL管道的形态监测方法，还包括：

[0023] 根据各支座处GIL管道的应变，计算GIL管道弯矩以及内部材料的变形状态；若所述弯矩超过弯矩阈值或所述变形状态达到损坏状态，则发出警报。

[0024] 本申请第二方面提供了一种GIL管道的形态监测系统，包括：

[0025] 应变监测模块，用于监测各支座处GIL管道的应变；

[0026] 沉降量监测模块，用于以预设的沉降模型通过所述应变计算待测支座的实际沉降量；所述沉降模型根据各个支座处的实际沉降量与所有支座处的GIL管道应变的关系建立；所述实际沉降量为累积所有支座处GIL管道的应变对应的支座沉降量。

[0027] 可选的，所述沉降量监测模块具体包括：

[0028] 相关系数模块，用于通过有限元建模仿真，获取单个支座沉降与各个支座处GIL管道应变的相关系数；

[0029] 沉降量计算模块，将所述应变与所述相关系数代入沉降模型中，得到待测支座的实际沉降量。

[0030] 可选的，GIL管道的形态监测系统，还包括：

[0031] 管道变形监测模块，用于根据各支座处GIL管道的应变，计算GIL管道弯矩以及内部材料的变形状态；若所述弯矩超过弯矩阈值或所述变形状态达到损坏状态，则发出警报。

[0032] 本申请第三方面提供了一种GIL管道的形态监测设备，所述设备包括处理器以及存储器：

[0033] 所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；

[0034] 所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行本发明第一方面任一项所述的GIL管道的形态监测方法。

[0035] 从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：监测各支座处GIL管道的应变；以预设的沉降模型通过所述应变计算待测支座的实际沉降量；所述沉降模型根据各个支座处的实际沉降量与所有支座处的GIL管道应变的关系建立；所述实际沉降量为累积所有支座处GIL管道的应变对应的支座沉降量。以现有针对GIL管道形变测算的应变计，即可换算至GIL管道支座的沉降，无需额外增加测沉降的传感器，摒弃了本领域惯用的以廊道的沉降计算GIL管道沉降的方法，能得到更准确的GIL管道支座的沉降量，且降低了布置传感器的成本。

附图说明

[0036] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

[0037] 图1为一种GIL管道的形态监测方法流程图；

[0038] 图2为一种GIL管道的沉降计算图；

[0039] 图3为一种GIL管道的有限元模型；

[0040] 图4为一种GIL管道的沉降校验和变形监测流程图；

[0041] 图5为一种GIL管道的形态监测方法的总流程图；

[0042] 图6为一种GIL管道的形态监测系统示意图。

具体实施方式

[0043] 本发明实施例提供了一种GIL管道的形态监测方法，用于解决GIS设备断路器检修时母线同停的技术问题。

[0044] 为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

[0045] 请参阅图1，图1为本发明实施例提供的一种GIL管道的形态监测方法流程图，本发明提供的一种GIL管道的形态监测方法，包括：

[0046] S100，监测各支座处GIL管道的应变；

[0047] 需要说明的是，支座在发生沉降时，相较于侧面，应变最明显的地方就是支座点的上方和下方；而下方因紧贴支座无法设置传感器，因此本实施例在GIL管道上表面的各支座处，均设置有振弦式应变计，检测各个支座处GIL管道的应变。

[0048] S200，以预设的沉降模型通过所述应变计算待测支座的实际沉降量；所述沉降模型根据各个支座处的实际沉降量与所有支座处的GIL管道应变的关系建立；所述实际沉降量为累积所有支座处GIL管道的应变对应的支座沉降量；

[0049] 需要说明的是，GIL管道的各支架沉降会引起GIL管道的形变弯曲，因此，GIL管道支座的沉降量是与应变相关的，而进一步的，因为GIL管道是一个连通的整体，支座自身GIL管道的应变对应自身的沉降量并不能反映出该支座实际的沉降量，需要综合所有支座处GIL管道应变才能得到实际沉降量，即当GIL管道一处的支座沉降后，对应的，在GIL管道的各处支座点的应变都会有相应的体现，只是会根据支座之间的间隔关系有高低的差别；

[0050] 因此，我们反过来，就可以根据各个支座点处的应变，结合应变与各支座的沉降关系，建立体现各个支座实际沉降量对所有支座处GIL管道应变的关系的沉降模型，以每个支座累计整条GIL管道的应变，反过来计算各个支座的实际沉降量。

[0051] 在现有的GIL管道的维护监测应用中，如果只以针对于廊道这种连续支撑结构的沉降监测方法进行GIL管道的监测，则会导致无法正确的计算GIL管道支座的沉降，而本实施例中的方案，不仅添补了对GIL管道沉降监测的不足，还能节省传感器的成本，以测算GIL形变的应力计即可换算沉降，不仅更准确的监测GIL管道的沉降情况，还减低了监测的成本。

[0052] 以上为本申请提供的一种GIL管道的形态监测方法的第一个实施例的详细说明，下面为本申请提供的一种GIL管道的形态监测方法的第二个实施例的详细说明。

[0053] 参照图2，图2为本发明实施例提供的一种GIL管道的沉降计算流程图；在前述实施例的步骤S200中，以预设的沉降模型根据所述应变得到各支座的实际沉降量，具体为：

[0054] S210，通过有限元建模仿真，获取单个支座沉降与各个支座处GIL管道应变的相关系数；

[0055] 需要说明的是，支座沉降对各支座处GIL管道应变的相关系数与支座间隔相关，即需要获取相关系数与支座间间隔支座数量的关系，其中包括支座自身沉降对自身对应的应变的影响。

[0056] 进一步的，参照图3，图3为本发明实施例提供的一种GIL管道的有限元模型，100为未施加沉降的模型，200为施加了沉降的模型，210为第i个支座，220为第i+1个支座，230为第i+2个支座，230为施加的沉降Δi。通过有限元模型计算不同间隔下，支座沉降对各支座处GIL管道应变的影响；以该影响建立相关系数模型，所述相关系数模型具体为：

[0057]

[0058] 其中，aij为第j个支座对第i个支座的相关系数，b为自我相关系数，c为间隔相关系数，d为衰减系数。可以理解，同一支座处GIL管道的应变与自身支座沉降的相关影响和与其他支座沉降的相关影响必然是不同的，而且随着应变所在支座与待测支座之间的间隔关系增加，其相关影响也会随之衰减，因此分别得出自我相关系数b、间隔相关系数c和衰减系数d。

[0059] 进一步的，有限元模型中单元采用细长线性梁单元，通过在其中第i个支座处施加沉降Δi，计算其他支座处的应变，可以得到，第i个支座处GIL管道的应变εi为：

[0060]

[0061] 第i+1个支座处GIL管道的应变εi+1为：

[0062]

[0063] 第i+2个支座处GIL管道的应变εi+2为：

[0064]

[0065] 第i+3个支座处GIL管道的应变εi+3为：

[0066]

[0067] 可以得到，本实施例中自我相关系数b为‑2/9，间隔相关系数c为1/3，衰减系数d为3.47；建立得到的相关系数模型为：

[0068]

[0069] S220，将所述应变与所述相关系数代入沉降模型中，得到待测支座的实际沉降量。

[0070] 需要说明的是，该沉降模型计算的是累计各个支座处GIL管道的应变，通过相应的相关系数，计算各支座的实际沉降量。

[0071] 进一步的，所述沉降模型为：

[0072]

[0073] 其中，Δi为第i个支座的实际沉降量，εj为第j个支座处GIL管道的应变，n为GIL管道的支座数量，l为相邻支座间的跨度，D为GIL管道的直径。

[0074] 监测到的支座处GIL管道的应变是管道轴向的应变，即其反应的是拉压形变，沉降模型的效果是将轴向应变转化为垂直方向上支座的沉降，沉降模型中的相邻支座间的跨度l和GIL管道的直径D，对应的是轴向与径向的应变转化；将相关系数代入沉降模型中后，可以对每个支座计算各支座处应变累计影响下对应的沉降量，得到各支座的实际沉降量。

[0075] 本实施例中，通过获取不同间隔下，支座沉降对各支座处GIL管道应变的相关系数，将所述应变与相关系数代入沉降模型中，得到各支座的实际沉降量，考虑了GIL管道的整体，累计各个支座处GIL管道的应变，计算各支座的实际沉降量，更准确的监测了GIL管道的沉降情况，保障GIL管道的使用安全。

[0076] 以上为本申请提供的一种GIL管道的形态监测方法的第二个实施例的详细说明，下面为本申请提供的一种GIL管道的形态监测方法的第三个实施例的详细说明；

[0077] 请参阅图4，图4为本发明实施例提供的一种GIL管道的沉降校验和变形监测流程图，GIL管道的形态监测方法，还包括：

[0078] S300，获取廊道上预设位置处的校准沉降量；所述廊道的预设位置与支座相对应；以所述校准沉降量与对应的支座的实际沉降量对比，校正实际沉降量，得到监测沉降量。

[0079] 需要说明的是，本实施例中，对应各支座的位置，每间隔5个支座，在对应的廊道位置上，即正上方，布置静力水准仪，该静力水准仪直接测量廊道的校准沉降量，以该校准沉降量，与对应位置的支座的实际沉降量对比，可以理解，GIL管道设置在廊道内，那么廊道的校准沉降量必然小于支座的实际沉降量，以此校正实际沉降量。静力水准仪间隔的支座数量，可以根据实际情况设置，也可以以预设的间隔距离来设置。

[0080] 进一步的，还可以根据步骤S300得到的监测沉降量，判断沉降量是否超过沉降阈值，若是，则发出警报。且在对GIL管道进行维护时，可以根据得到的监测沉降量对支座进行恢复。

[0081] S400，根据各支座处GIL管道的应变，计算GIL管道弯矩以及内部材料的变形状态；若所述弯矩超过弯矩阈值或所述变形状态达到损坏状态，则发出警报；

[0082] 需要说明的是，根据各支座处GIL管道的应变，可以换算出GIL管道的弯矩，得到GIL管道的变形情况，再推得内部脆性材料的变形状态，最后根据该脆性材料的变形状态，判断是否出现损坏以及需要如何维护。若所述弯矩超过弯矩阈值或所述变形状态达到损坏状态，则会影响GIL管道内设备的可靠性，需要向工作人员发出警报。

[0083] 进一步的，请参阅图5，图5为一种GIL管道的形态监测方法的总流程图，图5中的步骤内容可以参考前述的实施例中的对应过程，在此不再赘述。

[0084] 本实施例中，通过获取廊道上预设位置处的校准沉降量；所述廊道的预设位置与支座相对应；以所述校准沉降量与对应的支座的实际沉降量对比，校正实际沉降量，得到监测沉降量，对以应变计算的GIL管道支座的沉降进行校正，并根据各支座处GIL管道的应变，计算GIL管道弯矩以及内部材料的变形状态，使应变再用以推算变形情况，进一步对GIL管道的形态进行监测，提高了检测效率和精度，降低了使用传感器的成本。

[0085] 以上为本申请提供的一种GIL管道的形态监测方法的第三个实施例的详细说明，下面为本申请第二方面提供的一种GIL管道的形态监测系统的详细说明。

[0086] 请参阅图6，图6为一种GIL管道的形态监测系统示意图。本实施例提供了一种GIL管道的形态监测系统，包括：

[0087] 应变监测模块10，用于监测各支座处GIL管道的应变；

[0088] 需要说明的是，在GIL管道的各支座处的上表面，均设置有振弦式应变计传感器，检测各个支座处GIL管道的应变。

[0089] 沉降量监测模块20，用于以预设的沉降模型根据所述应变得到各支座的实际沉降量；所述沉降模型根据各个支座处的实际沉降量与所有支座处的GIL管道应变的关系建立；所述实际沉降量为累积所有支座处的应变对应的支座沉降量。

[0090] 进一步的，所述沉降量监测模块20具体包括：

[0091] 相关系数模块21，用于通过有限元建模仿真，获取待测支座沉降与各支座处GIL管道应变的相关系数；

[0092] 需要说明的是，通过建立GIL管道支座的有限元模型，模拟支座沉降，获取有限元模型中，沉降的支座与每个支座处GIL管道应变的相关系数；

[0093] 建立相关系数模型，所述相关系数模型具体为：

[0094]

[0095] 其中，aij为第i个支座的沉降与第j个支座处GIL管道应变的相关系数，b为自我相关系数，c为间隔相关系数，d为衰减系数；根据所述相关系数模型，得到待测支座的沉降与各支座处GIL管道应变的相关系数

[0096] 沉降量计算模块22，用于将所述应变与所述相关系数代入沉降模型中，得到各支座的实际沉降量。

[0097] 需要说明的是，所述沉降模型为：

[0098]

[0099] 其中，Δi为第i个支座的实际沉降量，εj为第j个支座处GIL管道的应变，n为GIL管道的支座数量，l为相邻支座间的跨度，D为GIL管道的直径。

[0100] 沉降量校正模块23，用于将校准沉降量与对应的支座的实际沉降量对比，校正实际沉降量，得到监测沉降量；

[0101] 进一步的，沉降量计算模块23可以根据得到的监测沉降量，判断沉降量是否超过沉降阈值，若是，则发出警报。且在对GIL管道进行维护时，可以根据得到的监测沉降量对支座进行恢复。

[0102] 进一步的，GIL管道的形态监测系统，还包括：

[0103] 管道变形监测模块30，用于根据各支座处GIL管道的应变，计算GIL管道弯矩以及内部材料的变形状态；若所述弯矩超过弯矩阈值或所述变形状态达到损坏状态，则发出警报。

[0104] 通过在GIL管道中布置GIL管道的形态监测系统，对GIL管道的变形情况和沉降状态进行监测，能够通过实时监测的GIL管道支座处的应变，得到各个支座的监测沉降量，以及GIL管道的弯矩和内部材料的变形状态，通过监测其是否达到阈值而进行报警，保证GIL管道的可靠运行。

[0105] 本申请第三方面还提供了一种基于GIL管道的形态监测设备，包括处理器以及存储器：其中存储器用于存储程序代码，并将程序代码传输给处理器；处理器用于根据程序代码中的指令执行上述GIL管道的形态监测方法。

[0106] 所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

[0107] 在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

[0108] 所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

[0109] 另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

[0110] 所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read‑Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

[0111] 以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。