CN110035257B - 一种变电站设备电流电压值与温度综合分析系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种变电站设备电流电压值与温度综合分析系统，所述系统包含前端采集装置、综合处理装置；所述前端采集装置包含高清摄像机、红外相机，被配置用于监测变电站的图像信息、温度信息和电压电流信息；所述高清摄像机、红外相机分别与所述综合处理装置相连；所述综合处理装置根据图像信息、温度信息和电压电流信息，分析设备的运行状态，实现智能巡检和设备热缺陷分析。通过本发明，可以实现物理隔离状态下内外网间的信息交互，成本低，性能稳定，能够很好地满足应用需求。

Description

一种变电站设备电流电压值与温度综合分析系统及方法
技术领域
本发明涉及供电站检测领域，特别是一种变电站设备电流电压值与温度综合分析系统及方法。
背景技术
随着人工智能的发展和新型传感器、计算机技术、信息处理技术的融合，特别是高电压绝缘在线检测技术、红外热成像技术的发展，使得变电站在不停电的情况下，自动安全监测成为可能，在线监测装置的应用为高电压设备的状态检修、安全运行检测及无人值守变电站等工作提供理想的手段,然而变电站设备繁多复杂，监测装置在没有预判情况下，监测重点位置不明确，按照预先设置点进行普查，监测设备发现故障概率不高。
为使监测装置能更好的监控设备和对相关的疑似缺陷进行判断分析，需要实时了解供电段内网中变电设备节点实时与历史电流电压值数据,然而在实际应用中,供电段内网与公网会进行物理隔离,如何在物理隔离的限制下获取电流电压值就成为人们需要解决的问题。
发明内容
针对背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种变电站设备电流电压值与温度综合分析系统，所述变电站设备电流电压值与温度综合分析系统包含前端采集装置、综合处理装置；
所述前端采集装置包含高清摄像机、红外相机、电流电压值获取装置，分别被配置用于监测变电站的图像信息、温度信息和电压电流信息；
所述高清摄像机、红外相机、电流电压值获取装置分别与所述综合处理装置相连；
所述综合处理装置根据图像信息、温度信息和电压电流信息，分析设备的运行状态，实现智能巡检和设备热缺陷分析。
所述电流电压值获取装置包括内网获取装置；所述内网获取装置和所述高清摄像机为两个独立的装置；在内网获取装置和高清摄像机之间进行物理隔离；所述内网获取装置通过交换机与SCADA服务器相连；所述高清摄像机通过服务器与数据终端相连。
所述内网获取装置和所述高清摄像机之间通过采集图像的方式实现物理隔离。
所述通过高清摄相机采集图像的方式的具体实现方法为：实现物理隔离获取电流电压值，实现供电段电流电压值数据获取的物理隔离，内网获取装置从供电段SCADA服务器获取电流电压数据，生成二维码在显示屏展示，通过高清摄像机不断拍摄显示屏的二维码，把采集到的数据传输到后台服务器，经过图像处理获取变电设备的电流电压值，并在数据终端上展示。所述二维码包含的信息包含：设备ID、时间戳、电流值、电压值。
所述内网获取装置通过LED面板的显示色温表征电压电流值，所述外网采集装置通过感知显示色温获得电压电流值。
进一步地，所述内网获取装置包括中央处理模块、数据显示模块、信息交互模块。
进一步地，所述数据显示模块包括两个白光LED面板组件，分别表征电压值和电流值，能够实现1-3％的色温精度。
进一步地，所述白光LED面板组件包括光谱可调节IOT智慧照明管理器AS7221。
进一步地，所述信息交互模块基于Zigbee传输技术与所述外网采集装置进行交互。
进一步地，所述中央处理模块从供电段Scada客户端服务器获取电流电压值，处理得到电流电压值对应的色温值，具体计算公式如下：
Figure GDA0002089289330000021
CCTI＝I×100+2500
其中V代表实际电压值，I代表实际电流值，CCTV代表电压值对应的色温值，CCTI代表电流值对应的色温值。
进一步地，所述外网采集装置包括色温感知模块、用户设定模块、信息处理模块和信息传输模块。
进一步地，所述色温感知模块利用颜色传感器获得LED面板所显示的色温，具体计算步骤为：
1)对传感器进行校准，以标准D65白光为校准标准，其色温为6500K，亮度方程为Y＝0.299R+0.587G+0.114B；
2)根据标准D65的白光亮度方程，采用XYZ计色制，结合RGB三基色的配色方程与标准三基色的配色方程FLE＝X[X]+Y[Y]+Z[Z]，推导出三种基色的色系数之间的互换关系式，写成矩阵式为：
Figure GDA0002089289330000022
其中，Y代表被测色彩的亮度；
3)根据国际照明委员会CIEl931标准色度学系统规定的颜色测量原理，由光谱三刺激值X，Y，Z可以得到光源色品坐标，则被测色彩的色坐标为：
Figure GDA0002089289330000031
4)根据色温经验公式计算色温值，色温经验公式如下：
CCT＝669n4+779n3+3660n2-7047n+5652
其中，
Figure GDA0002089289330000032
进一步地，所述用户设定模块用来收集用户设定的电流电压采集频率。
进一步地，所述信息处理模块接收来自所述内网获取装置的通知信号，控制所述色温感知模块开始工作，从所述色温感知模块获取LED面板所显示的色温值，计算得到实际的电压电流值，将其与设备ID、时间戳信息一起传输至后台服务器，在数据终端上显示。
本方案的有益效果是：内网获取装置连接供电段内网不与公网连接、获取从Scada客户端服务器发送的十六进制信息，内网获取装置数据分析平台解析十六进制信息取得设备ID、时间戳、电流值、电压值以二维码方式展示到显示屏，内网获取装置在供电段内网。外网采集装置不与内网连接通过高清摄像机不断拍摄显示屏二维码数据，把采集到的数据传输到后台服务器，经过图像处理解析二维码图片获取设备ID、时间戳、电压值、电流值信息。变电所采集设备获取设备温度数据结合电流电压值信息有效分析设备缺陷。电流电压获取装置实现物理隔离获取电流电压值数据保证内网系统网络安全。
附图说明
图1是本方案的结构框图；
图2是内网获取装置结构示意图；
图3是外网采集装置结构示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，一种变电站设备电流电压值与温度综合分析系统，所述变电站设备电流电压值与温度综合分析系统包含前端采集装置、综合处理装置；所述前端采集装置包含高清摄像机、红外相机，被配置用于监测变电站的图像信息、温度信息和电压电流信息；所述高清摄像机、红外相机分别与所述综合处理装置相连；所述综合处理装置根据图像信息、温度信息和电压电流信息，分析设备的运行状态，实现智能巡检和设备热缺陷分析。
所述电流电压值获取装置包括内网获取装置；所述内网获取装置和所述高清摄像机为两个独立的装置；在内网获取装置和高清摄像机之间进行物理隔离；所述内网获取装置通过交换机与SCADA服务器相连；所述高清摄像机通过服务器与数据终端相连。
所述内网获取装置和所述高清摄像机之间通过采集图像的方式实现物理隔离。
所述通过高清摄相机采集图像的方式的具体实现方法为：实现物理隔离获取电流电压值，实现供电段电流电压值数据获取的物理隔离，内网获取装置从供电段SCADA服务器获取电流电压数据，生成二维码在显示屏展示，外网采集装置通过高清摄像机不断拍摄显示屏的二维码，把采集到的数据传输到后台服务器，经过图像处理获取变电设备的电流电压值，并在数据终端上展示。所述二维码包含的信息包含：设备ID、时间戳、电流值、电压值。
通过附图2可以看出，内网获取装置包括中央处理模块(未在图中画出)、数据显示模块1和信息交互模块2，数据显示模块包括两个白光LED面板组件3，白光LED面板组件包括光谱可调节IOT智慧照明管理器AS7221，AS7221采用嵌入式三色CIE XYZ颜色感应器技术，实现色温精确感应，使得白光LED面板组件可以实现开尔文调谐功能，保证色温精度达到1-3％，两个白光LED面板组件通过调节自身显示的色温值，分别表征电压值和电流值，信息交互模块基于Zigbee传输技术与外网采集装置进行交互，主要实现三项功能：1)将设备ID、时间戳信息发送给外网采集装置；2)在白光LED面板组件色温调节结束后，发送通知信号给外网采集装置，通知外网采集装置检测白光LED面板组件的当前色温；3)接收外网采集装置的指令，将其输送给中央处理模块，中央处理模块主要实现四项功能：1)从供电段Scada客户端服务器获取电流电压值，处理得到电流电压值对应的色温值，具体计算公式如下：
Figure GDA0002089289330000041
CCTI＝I×100+2500
其中V代表实际电压值，I代表实际电流值，CCTV代表电压值对应的色温值，CCTI代表电流值对应的色温值，将电流电压值对应的色温值作为白光LED面板组件需要显示的色温值传输给数据显示模块；2)将设备ID以及获取电流电压值时的时间戳数据传输给信息交互模块；3)监测数据显示模块的色温调整状况，当色温调整结束时，控制信息交互模块向外网采集装置发送通知信号；4)根据外网采集装置的指令调整电流电压值的采集频率。
通过附图3可以看出，外网采集装置包括色温感知模块3、用户设定模块2、信息处理模块(未在图中画出)和信息传输模块1，色温感知模块利用颜色传感器获得白光LED面板组件所显示的色温，具体过程为：
1)对传感器进行校准，以标准D65白光为校准标准，其色温为6500K，亮度方程为Y＝0.299R+0.587G+0.114B；
2)根据标准D65的白光亮度方程，采用XYZ计色制，结合RGB三基色的配色方程与标准三基色的配色方程FLE＝X[X]+Y[Y]+Z[Z]，推导出三种基色的色系数之间的互换关系式，写成矩阵式为：
Figure GDA0002089289330000053
其中，Y代表被测色彩的亮度；
3)根据国际照明委员会CIEl931标准色度学系统规定的颜色测量原理，由光谱三刺激值X，Y，Z(也称为CIEl931标准色度观察者)可以得到光源色品坐标，则被测色彩的色坐标为：
Figure GDA0002089289330000051
4)根据色温经验公式计算色温值，色温经验公式如下：
CCT＝669n4+779n3+3660n2-7047n+5652
其中，
Figure GDA0002089289330000052
用户设定模块用来收集用户设定的电流电压采集频率，信息传输模块主要实现三项功能：1)接收来自内网获取装置的通知信号，将其输送给信息处理模块；2)获取来自内网获取装置的设备ID、时间戳信息，将其输送给信息处理模块；3)将用户设定的电流电压采集频率传输给内网获取装置，信息处理模块主要实现两项功能：1)接收通知信号，控制色温感知模块开始工作，从色温感知模块获取白光LED面板组件所显示的色温值，计算得到实际的电压电流值，将其与设备ID、时间戳信息一起传输至后台服务器，在数据终端上显示；2)从用户设定模块获得用户设定的电流电压采集频率，将其输送给信息传输模块。
电流电压值获取装置通过内网获取装置中白光LED面板组件的显示色温表征供电段内网的电压电流值，外网采集装置中色温感知模块感知白光LED面板组件的显示色温来实现物理隔离状态下内外网间的信息交互，成本低，性能稳定，能够很好地满足应用需求。
具体的，本方案电流电压值获取装置的故障报警方法，所述方法包含如下步骤：
S1：是否达到下一巡航时间，若是，则执行S2，否则执行步骤S1；
S2：在巡航时间监测所述电信号值和监测温度变化量；所述电信号值为电压值和/或电流值；
S3：判断电信号值与温度变化值是否处于对应的函数关系内，若是，则认为设备运行正常，否则进行报警；
S4：判断是否监测结束，若是，则执行步骤S5；否则，执行步骤S1；
S5：结束。
具体的，所述巡航时间的选择，可以采用如下策略：
1)选择火车经过最多的时刻表作为巡航时间，即时间段内，通过的火车数量作为参考；
2)实时获取变电设备电流电压值数据，通过对比分析，找出电流值高的时间作为数据采集时间。
针对故障检测，定义了如下的规则：
1)变电设备本身缺陷，导致温度异常。例如：在污秽地区，高压下的污秽绝缘子中不同材质的接触发生电化作用，绝缘子铁件的污秽物潮解。通过泄漏电流发生电子游离作用。
2)变电设备接触不良，导致温度异常。例如：变电设备长时间工作或者安装不正确导致夹紧力减小，使回路阻抗大幅度增加，电流通过导致设备发热。
3)自动过分相弓网臂瞬时负载增加，导致变电设备发热，变电设备温度升高。
4)弓网臂负载一辆火车，电流电压值变化，变电设备温度变化。
5)弓网臂负载两辆火车，电流电压值变化，变电设备温度变化。
根据上述规则，建立，正常工况下，电流/电压与温度变化的函数关系，若实际检测出来的结果，不在上述函数关系内，则认为出现了故障，可以进行声光报警，或者通过无线传输单元，传输至远程终端进行报警。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (4)

1.一种变电站设备电流电压值与温度综合分析系统，其特征在于，所述变电站设备电流电压值与温度综合分析系统包含前端采集装置、综合处理装置；
所述前端采集装置包含高清摄像机、红外相机，被配置用于监测变电站的图像信息、温度信息和电压电流信息；
所述高清摄像机、红外相机分别与所述综合处理装置相连；
所述综合处理装置根据图像信息、温度信息和电压电流信息，分析设备的运行状态，实现智能巡检和设备热缺陷分析；
所述前端采集装置还包括内网获取装置；
所述内网获取装置和所述高清摄像机为两个独立的装置；
在内网获取装置和高清摄像机之间进行物理隔离；
所述内网获取装置通过交换机与SCADA服务器相连；
所述高清摄像机通过服务器与数据终端相连；
所述内网获取装置通过LED面板的显示色温表征电压电流值，所述高清摄像机通过感知显示色温获得电压电流值；所述内网获取装置包括中央处理模块、数据显示模块、信息交互模块；所述数据显示模块包括两个白光LED面板组件，分别表征电压值和电流值，能够实现1-3％的色温精度；
所述白光LED面板组件包括光谱可调节IOT智慧照明管理器AS7221；所述信息交互模块基于Zigbee传输技术与外网采集装置进行交互，其目的在于，1)将设备ID、时间戳信息发送给外网采集装置；2)在白光LED面板组件色温调节结束后，发送通知信号给外网采集装置，通知外网采集装置检测白光LED面板组件的当前色温；3)接收外网采集装置的指令，将其输送给中央处理模块，中央处理模块用于实现四项功能：1)从供电段Scada客户端服务器获取电流电压值，处理得到电流电压值对应的色温值，具体计算公式如下：
Figure FDA0002519407060000011
CCTI＝I×100+2500
其中V代表实际电压值，I代表实际电流值，CCTV代表电压值对应的色温值，CCTI代表电流值对应的色温值，将电流电压值对应的色温值作为白光LED面板组件需要显示的色温值传输给数据显示模块；2)将设备ID以及获取电流电压值时的时间戳数据传输给信息交互模块；3)监测数据显示模块的色温调整状况，当色温调整结束时，控制信息交互模块向外网采集装置发送通知信号；4)根据外网采集装置的指令调整电流电压值的采集频率；
外网采集装置包括色温感知模块、用户设定模块、信息处理模块和信息传输模块，色温感知模块利用颜色传感器获得白光LED面板组件所显示的色温，具体过程为：
1)对传感器进行校准，以标准D65白光为校准标准，其色温为6500K，亮度方程为Y＝0.299R+0.587G+0.114B；
2)根据标准D65的白光亮度方程，采用XYZ计色制，结合RGB三基色的配色方程与标准三基色的配色方程FLE＝X[X]+Y[Y]+Z[Z]，推导出三种基色的色系数之间的互换关系式，写成矩阵式为：
Figure FDA0002519407060000021
其中，Y代表被测色彩的亮度；
3)根据国际照明委员会CIEl931标准色度学系统规定的颜色测量原理，由光谱三刺激值X，Y，Z可以得到光源色品坐标，则被测色彩的色坐标为：
Figure FDA0002519407060000022
4)根据色温经验公式计算色温值，色温经验公式如下：
CCT＝669n4+779n3+3660n2-7047n+5652
其中，
Figure FDA0002519407060000023
用户设定模块用来收集用户设定的电流电压采集频率，信息传输模块实现三项功能：1)接收来自内网获取装置的通知信号，将其输送给信息处理模块；2)获取来自内网获取装置的设备ID、时间戳信息，将其输送给信息处理模块；3)将用户设定的电流电压采集频率传输给内网获取装置，信息处理模块实现两项功能：1)接收通知信号，控制色温感知模块开始工作，从色温感知模块获取白光LED面板组件所显示的色温值，计算得到实际的电压电流值，将其与设备ID、时间戳信息一起传输至后台服务器，在数据终端上显示；2)从用户设定模块获得用户设定的电流电压采集频率，将其输送给信息传输模块。
2.根据权利要求1所述的一种变电站设备电流电压值与温度综合分析系统，其特征在于，所述内网获取装置和所述高清摄像机之间通过采集图像的方式实现物理隔离。
3.根据权利要求2所述的一种变电站设备电流电压值与温度综合分析系统，其特征在于，通过高清摄相机采集图像的方式的具体实现方法为：
实现物理隔离获取电流电压值，实现供电段电流电压值数据获取的物理隔离，内网获取装置从供电段SCADA服务器获取电流电压数据，生成二维码在显示屏展示，高清摄像机不断拍摄显示屏的二维码，把采集到的数据传输到后台服务器，经过图像处理获取变电设备的电流电压值，并在数据终端上展示，所述二维码包含的信息包含：设备ID、时间戳、电流值、电压值。
4.一种变电站设备电流电压值与温度综合分析方法，其特征在于，所述方法基于如权利要求1-3任一项所述的一种变电站设备电流电压值与温度综合分析系统，
具体包含如下步骤：
S1：是否达到下一巡航时间，若是，则执行S2，否则执行步骤S1；
S2：在巡航时间监测电信号值和监测温度变化量；所述电信号值为电压值和/或电流值；
S3：判断电信号值与温度变化值是否处于对应的函数关系内，若是，则认为设备运行正常，否则进行报警；
S4：判断是否监测结束，若是，则执行步骤S5；否则，执行步骤S1；
S5：结束。
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