CN102270879A

CN102270879A - 无人值班变电站的设备音频监控系统

Info

Publication number: CN102270879A
Application number: CN2010101892559A
Authority: CN
Inventors: 李景禄; 杨德伦; 刘源; 张鑫
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-06-02
Filing date: 2010-06-02
Publication date: 2011-12-07

Abstract

本发明为无人值班变电站的设备音频监控系统，是用于电力系统无人值班变电站，通过远程监测电气设备(主要为变压器、电容器、电抗器等)运行过程中的声音，根据其声音的变化强弱来判断设备故障。本发明通过采集设备运行中的声音信号，对其运行状态进行实时的在线检测，通过音频传感器将信号送至微机集控室，然后根据计算机系统中的数据库进行参照比较，分析并解决设备故障。本发明的思路是采用声音传感器采集设备运行状态下的声音信号，将其传送给集控中心的计算机系统，与计算机系统中数据库的数据进行分析与处理。将分析结果与设备正常情况下的参数进行比较，从而有效地发现设备故障、分辨故障类别。

Description

无人值班变电站的设备音频监控系统

一、技术领域

本发明是用于电力系统无人值班变电站，通过远程监测电气设备(主要为变压器、电容器、电抗器等)运行过程中的声音，然后把采集到的声音信号经过信号处理，根据其发出声音的(特征，即分析频谱得出频谱参数)变化强弱，由电气设备故障专家系统来判断设备故障类型，且融合了计算机容错技术的一种监控系统。

二、背景技术

随着我国电网建设的发展和安全要求的不断提高，自动化技术不断应用到变电站的建设和改造中；变电站计算机监控系统在变电站中的应用，提高了变电站的自动化水平；变电站的建设朝无人值班和少人看守的方向发展。变电站自动化和无人值班是当今电网调度自动化领域的必然趋势，其发展势头方兴未艾。无人值班是电力工业随着科学技术的发展而产生的新型的变电站运行方式，在这种运行方式里，先进技术成分含量大，它集中包含了工业自动化，人工智能分析，通讯等多学科先进技术的结晶，这是科学发展一般规律所直接导致的必然结果。

变电站计算机监控系统，促进了无人值班变电站的实现，可以利用远动技术使电网调度迅速而准确地获得变电站运行的实时信息，完整地掌握变电站的实时运行状态，及时发现变电站运行的故障并做出相应的决策和处理，同时可以使值班管理人员根据变配电系统的运行情况进行负荷分析。合理调度远控合分闸、躲峰填谷，把握安全控制事故处理的主动性减少和避免误操作、误判断，缩短事故停电时间，实现对变电系统的现代化运行管理。

目前，无人值班变电站的计算机监控系统主要倾向于实施“五遥”(遥测、遥信、遥控、遥调、遥视)监控，以实现少人、无人值守，以提高生产效益。

目前无人值班变电站设备的故障在线监测方法主要有：

1、变压器：其主要的检测方法有：(1)溶解在变压器油中的烃类气体色谱探测分析法：利用各种(低分子化合物)烃类气体在变压器油中单位体积的含量及产生的速率来分析、探测变压器内部局部放电情况，并通过油谱分析(三比值法、四比值法、特征气体法)初步分析变压器故障，此方法仅停留在简单地反应变压器内部局部放电情况的水平。(2)微水分析法：最初不少变压器专家利用钯栅场效应管作为变压器油中溶解氢气监测传感器，后来采用催化燃烧测试技术测量油中游离氢的含量和微水含量，从而了解变压器内部绝缘状况(由于游离态气泡含水分、杂质等容易产生油中的悬浮电位，继而产生电小桥导致击穿电压下降，对变压器危害甚大)。但用该方法只能对变压器的在线监测起片面作用。(3)温度监测法：主要测油温和绕组热点温度，反应的是变压器的安全热效应。

2、电容器：目前在线对电力电容器的检测，通常是在线检测在运行高压下流过这些电容试品的电流I、C和tgδ，来判断电力电容器是否存在故障。而电容量的变化和介质损耗角的变化是放电积累到一定程度以后，产生的一个滞后的结果。因而采用该监测监测方法无法及时地发现和防范事故的发生。

3、电抗器：主要有局部放电在线监测、油色谱在线监测等方法。

4、开关设备：(1)特征参数法。根据制造厂家提供或专门试验所得参数进行对比。比较时需注意条件的差异，如环境温度、负载电流或开断电流大小、已操作次数等。(2)比较法。可以有纵向法(历史的)和横向法(同一型号产品)。比较时需注意条件的差异，并需注意分散度的合理选择。(3)信号的微观特性的发现。在注意监测信号的宏观特性的同时，必须注意信号某些微小异常的诊断(如机械振动信号、线圈电流信号等)。当检测信号特征值虽属基本正常但出现某些细微差别时，有时正揭示出严重事故的前兆。

目前的方法中几乎没有提及对设备的音频在线检测。由于设备在运行过程中会发出种种声音，从声音的变化强弱可以判别设备的故障情况。譬如变压器，如果是连续的嗡嗡声比平常加重，就要检查电压和油温，若无异状，则多是铁芯松动；当听到吱吱声时，要检查套管表面是否有闪络的现象；当听到噼啪声时，则是内部绝缘击穿现象。而目前听声音辨别变压器故障的方法主要是：用绝缘棒的一端放在变压器的油箱上，另一端放在耳边仔细听声音。该方法虽然操作简单，但无法实现连续的在线检测，与无人值班变电站的发展趋势不相符；同时还要求检测人员具有丰富的实际经验，给判断的准确性带来了不稳定因素。

三、发明内容

目前，对无人值班变电站的设备虽然从多方面采取了措施对其进行在线监控，但忽略了音频监控这一有效判断设备故障的方法。当前人们对听声音辨别设备故障的方法研究较少，还只有一些经验上的总结；测量方法也比较简单，没有实现实时的在线监控。由于听声音辨别设备故障的方法能有效地发现设备故障、分辨故障类别，若能将该方法实现计算机的在线监控，则相当于在设备上安装了一双“电耳朵”，可随时监控设备的运行情况，对于完善无人值班变电站的计算机监控系统将有着重大的意义和广泛的应用前景。

因此，本发明就是针对这一情况，研究一种无人值班变电站的设备音频监控系统，通过采集设备运行中的声音信号，对其运行状态进行实时的在线检测，并与无人值班变电站现有的监控系统相配合，对提高设备的运行可靠性，减小设备的运行维护成本，延长设备使用寿命，有其现实意义；同时也完全符合我国建设智能化电网的的要求和趋势。

1、技术构思

本发明的思路是采用声音传感器采集设备运行状态下的声音信号，将其传送给集控中心的计算机系统，进行相应的数据处理、分析。将分析结果与设备正常情况下的参数进行比较，从而有效地发现设备故障、分辨故障类别。发明的思路具体为：

(1)新增定义

①声音传感器：用于采集设备运行状态下的声音信号。

②信号传输系统：传感器与集控中心计算机系统之间的信号传输通道。

③计算机系统：系统的控制和数据处理中心。控制整个系统的运行，把采集到的数据进行运算处理，通过利用FFT算法对音频信号进行频谱分析并对其时域波形分析，并将分析所得各参数数据传入音频故障断系统，由音频故障判断系统根据其所具有的音频故障数据库进而判断出设备的故障情况。

④音频故障判断系统：通过对输入该系统的音频信号与系统中的音频故障数据库中的种种故障音频信号进行比较分析，然后通过比较分析进而判断该音频信号所反映出的设备的运行状态或故障类型。

⑤计算机容错技术：容忍故障，考虑故障一旦发生时能够自动检测出来并使系统能够自动恢复正常运行。当出现某些指定的硬件故障或软件错误时，系统仍能执行规定的一组程序，或者说程序不会因系统中的故障而中止或被修改，并且执行结果也不包含系统中故障所引起的差错。

⑥计算机专家系统：专家系统是一组程序软件的。它处理的问题是本领域的专家才能处理的复杂问题。它收集该领域专家的知识，以推理计算模型模拟人类专家分析处理问题，得出和人类专家一样的结论。

(2)工作原理

由于变电设备(变压器、电容器、电抗器、开关设备等)在运行过程中会发出种种声音，而正常运行情况下与故障情况下的声音将有明显的不同。因而通过辨别设备运行中的声音可以有效判断其故障情况。基于此原理，我们提出研究开发一种无人值班变电站电气设备音频监控系统，该系统通过采集设备运行过程中的声音信号，将其送至集控中心，通过频谱分析并与正常情况下的频谱参数相比较，从而分辨出设备的故障类型。具体如下：

①分别在无人值班变电站的主要电气设备上(变压器、电容器、电抗器、开关设备等)安装声音传感器，通过该传感器采集设备运行过程中的音频信号；

②信号通过信号传输系统传送至集控中心的计算机系统，进行相应的数据分析、处理

③计算机系统通过电气设备音频进行频谱分析，并与数据库中的参数进行比较，判断设备是否发生故障，同时辨别出故障类别。

2、技术构成

(1)硬件设备开发

硬件设备包括信号采集模块，信号处理模块，故障类型判断及处理模块，见说明书附图2。

(2)软件开发流程图

软件开发流程图见说明书附图3。

四、附图说明

图1为无人值班变电站的设备音频监控系统原理图，阐述了从信号采集、信号传输到故障判断的监控过程。

图2是无人值班变电站的设备音频监控系统硬件设备框图，阐述了系统中硬件设备的基本工作原理。

图3是无人值班变电站的设备音频监控系统的软件开发流程图，阐述了程序开发的整个过程。

图4是无人值班变电站的设备音频监控系统的整个研究路线图，阐述了系统的开发方法与模式。

五、具体实施方式

1、研究方法

在该项目的研究中我们准备主要采用如下方法：

(1)对变电设备不同故障情况下的运行特征资料进行收集，分析和研究；

(2)总结分析设备各种故障与不同异常声音的对应关系；

(3)制定无人值班变电站的设备音频监控系统的设计方案，从理论上论证其可行性；

(4)通过模拟试验，对系统的信号采集能力、判别功能进行验证、调试。针对试验结果，找出该系统的薄弱环节和设计缺陷，提出相应的改进措施；

(5)将该系统应用于无人值班变电站，进行现场试验，并根据运行情况不断的进行改进和完善，待技术成熟后在电力系统进行推广应用。

2、技术路线

为了能更好的完成无人值班变电站设备音频监控系统的开发，首先要对变电设备不同故障情况下的运行特征资料进行收集；根据设备各种故障与不同异常声音的对应关系，制定出无人值班变电站的设备音频监控系统的设计方案。再通过模拟试验，对系统运作情况进行观察、调试，并作出相应的改进。最后将该系统应用于无人值班变电站，进行现场跟踪调试，验证其工作性能。待技术成熟后在电力系统进行推广应用。研究路线图见说明书附图4。

Claims

1.一种用于电力系统无人值班变电站在线监测电气设备运行状态的监控系统，它包括信号采集模块(1)、信号处理模块(2)和故障类型判断及故障处理模块(3)，其特征在于：所述信号采集模块(1)把采集到的电气设备发出的声音信号传输到计算机集控中心，由所述信号处理模块(2)将声音信号经过技术处理后将结果输送到所述故障类型判断及故障处理模块(3)。

2.根据权利要求1所述的信号采集模块(1)，其特征在于：由特定型号的声音传感器组成，通过现场总线与所述信号处理模块(2)及所述故障类型判断及故障处理模块(3)相连。

3.根据权利要求1所述的信号处理模块(2)，其特征在于：运用傅里叶快速分析法对电气设备的音频进行分析，得出频谱参数，通过外部总线与所述故障类型判断及故障处理模块(3)相连。

4.根据权利要求1所述的故障类型判断及故障处理模块(3)，其特征在于：融合了计算机专家系统和计算容错技术，将所述信号处理模块(2)得出的频谱参数输入专家系统即可对故障进行判断及处理。