CN110926784A - 一种基于声音的gis断路器故障在线监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于声音的GIS断路器故障在线监测装置，包括传声器阵列板和主机电路板，传声器阵列板包括驻极体传声器和调理电路，每个驻极体传声器信号经过调理电路后输出到主机电路板，主机电路板上的信号采集单元对每个驻极体传声器的输出信号进行同步采集，采集数据由信号处理单元处理并判断采集的数据是有效数据或无效数据，有效数据和无效数据被存储于数据存储单元，有效数据输入到AI诊断单元，AI诊断单元内有训练好的断路器动作故障声音模型，通过该模型对有效数据进行识别和判断，判断结果由通讯单元传至数据后台。本发明通过声纹来判断断路器的机械状态，此方法不需和断路器实体连接，对断路器本体运行不存在任何影响。

Description

一种基于声音的GIS断路器故障在线监测装置

技术领域

本发明涉及电力系统行业，具体地，涉及一种GIS断路器机械状态监测的装置。

背景技术

电力行业中，组合电气GIS中的断路器机械状态监测非常重要，传统的机械特性状态都是通过在断路器转轴中安装编码器，通过编码器输出信号和时间条件判断断路器的速度、行程，从而判断断路器的机械状态。这种方式的弊端是编码器必须与断路器转轴实体连接，因此对断路器的动作存在潜在隐患。通过编码器监测方式对安装调试而言难度较大，尤其对现场断路器已经运行的站难度更大。

同时，变电站现场往往不只一台断路器，多台断路器的条件下，被指定监测的断路器的信号采集易受周围其他断路器的信号影响。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于声音的GIS断路器机械故障在线监测装置。通过传声器阵列板的形式来监测断路器动作时产生的声纹波，进而通过断路器动作时产生的声纹来判断断路器的机械状态，此方法不需和断路器实体连接，对断路器本体运行不存在任何影响。此方法通过传声器阵列形式，提高了特定对象声纹拾音的准确性。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种基于声音的GIS断路器故障在线监测装置，所述装置包括传声器阵列板和主机电路板，所述传声器阵列板包括2n个驻极体传声器和1个信号调理电路，n≥1，每个所述驻极体传声器的信号均输出到信号调理电路，每个驻极体传声器信号经过调理电路后作为每个驻极体传声器的输出信号，输出信号输入到主机电路板，所述主机电路板包括依次连接的信号采集单元、信号处理单元、AI诊断单元和通讯单元，所述信号处理单元同时连接电源单元和数据存储单元，所述信号采集单元对每个驻极体传声器的输出信号进行同步采集，采集数据由信号处理单元处理并判断采集的数据是有效数据或无效数据，有效数据是指被监测GIS断路器上的数据，无效数据是指其他GIS断路器上的干扰数据，有效数据和无效数据被存储于数据存储单元，同时，有效数据输入到AI诊断单元，AI诊断单元内有训练好的断路器动作故障声音模型，通过该模型对有效数据进行识别，识别结果为当前被监测断路器开关动作时的机械状态，该判断结果由通讯单元传至数据后台。

每个所述驻极体传声器的声电转化量比相同，传声器阵列板上排布的每个驻极体传声器中心点距传声器阵列板中心的距离相同。

每路信号调理电路均由阻容元件滤波器和前级放大器组成，阻容元件滤波器设计为带通滤波，带通范围为20Hz～40KHz，前级放大器由集成模拟放大器组成。

所述信号采集单元由自发同步采集命令对传声器阵列板输出的每路调理信号进行同步采集。

所述信号处理单元对采集数据进行筛选处理，具体为将对称分布的两个驻极体传声器上采集的两组数据横向对比滤波，后对两组滤波后的数据形成的离散序列做时间同期对比计算，得到被监测断路器动作声纹信号数据，即为有效数据。

所述时间同期对比计算的具体方法是：

1)、将被监测GIS断路器A端采集数据记为时间离散序列Al，将其他GIS断路器B端采集的数据记为离散序列Bl；

2)、设计软件带通滤波器，将离散序列Al和离散序列Bl通过带通滤波器去除频外干扰信号；

3)、经过滤波后两组数据分别记为离散序列al和bl，通过以下判断方法判断该数据是否为被监测的GIS断路器A的有效数据：

当∑|al-bl|/∑(al+bl)<0.1时，判断该采集数据为有效数据；

当∑|al-bl|/∑(al+bl)>0.1时，判断该采集数据为无效数据，该无效数据有可能为GIS断路器B或GIS断路器C动作时采集到的数据。

所述主机电路板安装在主机箱内，传声器阵列板与主机箱通过转轴连接，能够根据现场被监控的断路器高度，通过转轴调节传声器阵列板面的朝向。

所述传声器阵列板和主机电路板之间有电源和信号连接，传声器阵列板电源由主机电路板的电源单元提供，传声器阵列板每个驻极体传声器输出信号由信号线或信号接口连接到主机电路板。

本发明所提供的装置，通过传声器阵列板采集断路器动作时产生的声音，后对采集的声音信号通过AI分析识别，进而判断被监测断路器故障状态，实现了一种基于GIS断路器在操动时产生的声波信号作为判断依据的断路器缺陷状态实时在线监控装置。该装置不需和断路器实体连接，对断路器本体运行不存在任何影响，且对于被指定监测的断路器的状态监测更加准确，不会受到周边信号的干扰而使监测的结果误判。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明所提供的基于声音的GIS断路器故障在线监测装置一实施例的系统构成框图；

图2为本发明所提供的基于声音的GIS断路器故障在线监测装置一实施例的结构示意图；

图3为本发明所提供的基于声音的GIS断路器故障在线监测装置一实施例的有效数据判断方法示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进，这些都属于本发明的保护范围。

图1所示，本发明提供的一种基于声音的GIS断路器故障在线监测装置一实施例的系统构成框图，包括两个部分组成：传声器阵列板1和主机电路板10组成。

该实施例中，传声器阵列板1由两个驻极体传声器2和调理电路3组成。在其他实施例中，驻极体传声器的数量可以是4个、6个或8个。

主机电路板由信号采集单元4，电源单元5，信号处理单元6，数据存储单元7，AI诊断单元8，通讯单元9组成。

每个驻极体传声器的声电转化量比相同，传声器阵列板上排布的每个驻极体传声器中心点距传声器阵列板中心的距离相同，图2中的传声器阵列板安装两个驻极体传声器时，两个驻极体传声器2中心点距阵列板中心距离都为Ld。

每个驻极体传声器信号都要经过信号调理电路，每路信号调理电路均由阻容元件滤波器和前级放大器组成，阻容元件滤波器设计为带通滤波，带通范围为20Hz～40KHz，前级放大器由集成模拟放大器组成，每个驻极体传声器信号经过调理电路后为每个驻极体传声器的输出信号。

传声器阵列板和主机电路板之间有电源线和信号线11连接。传声器阵列板电源由主机电路板的电源单元5提供，传声器阵列板上每个驻极体传声器1的输出信号由信号线连接输到主机电路板。

主机电路板安装于主机箱12内，信号采集单元4由自发同步采集命令对传声器阵列板输出的多路调理信号进行同步采集，采集数据由信号处理单元6进行处理，信号处理单元6主要负责有效信号筛选处理，所述处理为将两路采集数据横向对比滤波，后对两组离散序列同期对比计算，得到可信度高的被监测断路器动作声纹信号数据，称为有效数据。图3示意了当为对称的两个驻极体传声器时的信号处理单元6判断采集数据是否为有效数据的方法，具体为：

1)、将GIS断路器A端采集数据记为时间离散序列Al，将GIS断路器B端采集的数据记为离散序列Bl；

2)、设计软件带通滤波器，将离散序列Al和离散序列Bl通过带通滤波器去除频外干扰信号；

3)、经过滤波后两组数据分别记为离散序列al和bl；

通过以下判断方法判断该信号是否为被监测的断路器A的有效数据：

当∑|al-bl|/∑(al+bl)<0.1时，判断该采集数据为有效数据；

当∑|al-bl|/∑(al+bl)>0.1时，判断该采集数据为无效数据，该无效数据有可能为断路器B或断路器C动作时采集到的数据。

图3中，两个驻极体传声器时，两个驻极体传声器对于被监测断路器是对称的，取到的时间离散序列Al和时间离散序列Bl为1个对称序列，同理，在2n个传声器时，得到n个对称序列。上述方法对多个传声器的有效数据和无效数据的判断普遍适合。

有效数据与无效数据记录都保存于数据存储单元7，有效数据输入到AI诊断单元，AI诊断单元内有训练好的断路器动作故障声音模型，通过该模型对有效数据进行识别，识别结果为当前被监测断路器开关动作时的机械状态，该判断结果由通讯单元9传至数据后台。

传声器阵列板与主机箱通过非固定连接形式，例如可通过转轴13连接，能够根据现场被监控的GIS断路器的高度，通过转轴调节传声器阵列板面的朝向。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (8)

1.一种基于声音的GIS断路器故障在线监测装置，其特征在于，所述装置包括传声器阵列板和主机电路板，所述传声器阵列板包括2n个驻极体传声器和1个信号调理电路，n≥1，每个所述驻极体传声器的信号均输出到信号调理电路，每个驻极体传声器信号经过调理电路后作为每个驻极体传声器的输出信号，输出信号输入到主机电路板，所述主机电路板包括依次连接的信号采集单元、信号处理单元、AI诊断单元和通讯单元，所述信号处理单元同时连接电源单元和数据存储单元，所述信号采集单元对每个驻极体传声器的输出信号进行同步采集，采集数据由信号处理单元处理并判断采集的数据是有效数据或无效数据，有效数据是指被监测GIS断路器上的数据，无效数据是指其他GIS断路器上的干扰数据，有效数据和无效数据被存储于数据存储单元，同时，有效数据输入到AI诊断单元，AI诊断单元内有训练好的断路器动作故障声音模型，通过该模型对有效数据进行识别，识别结果为当前被监测断路器开关动作时的机械状态，该判断结果由通讯单元传至数据后台。

2.根据权利要求1所述的基于声音的GIS断路器故障在线监测装置，其特征在于，每个所述驻极体传声器的声电转化量比相同，传声器阵列板上排布的每个驻极体传声器中心点距传声器阵列板中心的距离相同。

3.根据权利要求1所述的基于声音的GIS断路器故障在线监测装置，其特征在于，每路信号调理电路均由阻容元件滤波器和前级放大器组成，阻容元件滤波器设计为带通滤波，带通范围为20Hz～40KHz，前级放大器由集成模拟放大器组成。

4.根据权利要求1所述的基于声音的GIS断路器故障在线监测装置，其特征在于，所述信号采集单元由自发同步采集命令对传声器阵列板输出的每路调理信号进行同步采集。

5.根据权利要求1所述的基于声音的GIS断路器故障在线监测装置，其特征在于，所述信号处理单元对采集数据进行筛选处理，具体为将对称分布的两个驻极体传声器上采集的两组数据横向对比滤波，后对两组滤波后的数据形成的离散序列做时间同期对比计算，得到被监测断路器动作声纹信号数据，即为有效数据。

6.根据权利要求5所述的基于声音的GIS断路器故障在线监测装置，其特征在于，所述时间同期对比计算的具体方法是：

1)、将被监测GIS断路器A端采集数据记为时间离散序列Al，将其他GIS断路器B端采集的数据记为离散序列Bl；

2)、设计软件带通滤波器，将离散序列Al和离散序列Bl通过带通滤波器去除频外干扰信号；

3)、经过滤波后两组数据分别记为离散序列al和bl，通过以下判断方法判断该数据是否为被监测的GIS断路器A的有效数据：

当∑|al-bl|/∑(al+bl)<0.1时，判断该采集数据为有效数据；

当∑|al-bl|/∑(al+bl)>0.1时，判断该采集数据为无效数据，该无效数据有可能为GIS断路器B或GIS断路器C动作时采集到的数据。

7.根据权利要求1所述的基于声音的GIS断路器故障在线监测装置，其特征在于，所述主机电路板安装在主机箱内，传声器阵列板与主机箱通过转轴连接，能够根据现场被监控的断路器高度，通过转轴调节传声器阵列板面的朝向。

8.根据权利要求7所述的基于声音的GIS断路器故障在线监测装置，其特征在于，所述传声器阵列板和主机电路板之间有电源和信号连接，传声器阵列板电源由主机电路板的电源单元提供，传声器阵列板每个驻极体传声器输出信号由信号线或信号接口连接到主机电路板。

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