CN113376470B - 一种防雷器运行状态远程监控系统 - Google Patents

一种防雷器运行状态远程监控系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种防雷器运行状态远程监控系统，包括：信息采集模块、处理模块和管理模块；其中处理模块分别无线连接采集模块和管理模块；其中，信息采集模块用于采集防雷器的运行状态数据，并将采集到的运行状态数据传输到处理模块；处理模块用于根据接收到的运行状态数据对防雷器的运行状态进行分析，获取防雷器运行状态分析结果，并将获取的防雷器运行状态分析结果传输到管理模块；管理模块用于对接收到的防雷器运行状态分析结果进行管理，并根据运行状态分析结果为异常的防雷器统计信息生成报警信息。本发明有助于提高变电站防雷器监管的实时性和可靠性。

Description

一种防雷器运行状态远程监控系统
技术领域
本发明防雷器监控技术领域，特别是一种防雷器运行状态远程监控系统。
背景技术
目前变电站运行中的防雷器由于阀片老化、电气性能变坏而引起的爆炸事故时有发生，传统的检测跟踪监视方法有着诸多弊端，无法有效及时地检测防雷器内部缺陷，给电网安全运行带来了严重的威胁。
发明内容
针对上述无法及时检测防雷器内部缺陷的技术问题，本发明旨在提供一种防雷器运行状态远程监控系统。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
本发明示出一种防雷器运行状态远程监控系统，包括：信息采集模块、处理模块和管理模块；其中处理模块分别无线连接采集模块和管理模块；
其中，信息采集模块用于采集防雷器的运行状态数据，并将采集到的运行状态数据传输到处理模块；
处理模块用于根据接收到的运行状态数据对防雷器的运行状态进行分析，获取防雷器运行状态分析结果，并将获取的防雷器运行状态分析结果传输到管理模块；
管理模块用于对接收到的防雷器运行状态分析结果进行管理，并根据运行状态分析结果为异常的防雷器统计信息生成报警信息。
一种实施方式中，信息采集模块包括泄漏电流采集单元和无线通信单元；
泄漏电流采集单元用于采集防雷器接地引线上三相电流信号；
无线通信单元用于将采集到的三相电流信号传输至处理模块。
一种实施方式中，信息采集模块还包括安全开关单元和开关控制单元；其中，
安全开关单元为物理开关，其设置在泄漏电流采集单元和防雷器接地引线之间，用于控制泄漏电流采集单元与防雷器接地引线的接通和断开；
开关控制单元，用于控制安全开关单元的开闭，以实现控制泄漏电流采集单元与防雷器接地引线的接通和断开。
一种实施方式中，开关控制单元与防雷器的智能控制器连接；
当防雷器受到瞬时过压影响而防雷器短路排电流时，防雷器的智能控制器向开关控制单元发出控制信号，以使得开关控制单元控制泄漏电流采集单元与防雷器接地引线断开。
一种实施方式中，处理模块包括预处理单元、分析单元和传输单元；
预处理单元对接收到的三相电流信号进行预处理，包括滤波、信号调理等，获取预处理后的三相电流信号；
分析单元用于根据预处理后的三相电流信号计算泄漏电流的幅值、夹角、阻性电流以及功率等参数，并将计算的参数与设定的标准数据进行比对，判断防雷器是否处于正常的工作状态，输出防雷器运行状态分析结果。
传输单元用于将接收到的三相电流信号和获取的防雷器运行状态分析结果传输到管理模块。
一种实施方式中，管理模块包括数据库单元和警报单元；
数据库单元用于构建防雷器运行状态数据库，将接收到的防雷器运行状态分析结果存储到相应的防雷器运行状态数据库中进行记录；
警报单元用于当接收到的防雷器运行状态分析结果出现异常时，根据出现异常的防雷器信息生成相应的报警信息。
本发明的有益效果为：本发明通过设置信息采集模块采集防雷器的运行状态数据，并将采集到的运行状态数据通过无线网络传输到处理模块，由处理模块根据防雷器的运行状态信息进行分析，获取防雷器的运行状态分析结果；同时将防雷器的运行状态分析结果传输到管理模块进行统一的数据存储和防雷器状态管理，当防雷器分析结果出现异常时，生成相应的报警信息，有助于管理部门能够通过管理模块远程监控防雷器的运行状态，根据防雷器运行状态分析结果及时安排防雷器的运维和更换工作，有助于提高变电站防雷器监管的实时性和可靠性。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1为本发明一种防雷器运行状态远程监控系统的示例性实施例框架结构图。
附图标记：
信息采集模块10、处理模块20、管理模块30。
具体实施方式
结合以下应用场景对本发明作进一步描述。
参见图1所示一种防雷器运行状态远程监控系统，包括信息采集模块10、处理模块20和管理模块30；其中处理模块20分别无线连接采集模块和管理模块30；
其中，信息采集模块10用于采集防雷器的运行状态数据，并将采集到的运行状态数据传输到处理模块20；
处理模块20用于根据接收到的运行状态数据对防雷器的运行状态进行分析，获取防雷器运行状态分析结果，并将获取的防雷器运行状态分析结果传输到管理模块30；
管理模块30用于对接收到的防雷器运行状态分析结果进行管理，并根据运行状态分析结果为异常的防雷器统计信息生成报警信息。
本发明上述实施方式，通过设置信息采集模块10采集防雷器的运行状态数据，并将采集到的运行状态数据通过无线网络传输到处理模块20，由处理模块20根据防雷器的运行状态信息进行分析，获取防雷器的运行状态分析结果；同时将防雷器的运行状态分析结果传输到管理模块30进行统一的数据存储和防雷器状态管理，当防雷器分析结果出现异常时，生成相应的报警信息，有助于管理部门能够通过管理模块30远程监控防雷器的运行状态，根据防雷器运行状态分析结果及时安排防雷器的运维和更换工作，有助于提高变电站防雷器监管的实时性和可靠性。
其中，上述提出的防雷器运行状态远程监控系统，针对一个防雷器设置对应设置一个信息采集模块10，其中一个处理模块20能够针对一个或多个信息采集模块10采集的防雷器运行状态数据进行处理，有效实现防雷器运行状态的远程监控。
一种场景中，处理模块20可以是基于设置于变电站的智能终端搭建；另一种场景中，处理模块20也可以设置于专用的云平台中，以完成变电站防雷器运行状态数据的远程分析处理。
一种实施方式中，信息采集模块10包括泄漏电流采集单元和无线通信单元；
泄漏电流采集单元用于采集防雷器接地引线上三相电流信号；
无线通信单元用于将采集到的三相电流信号传输至处理模块20。
一种场景中，泄漏电流采集单元为电流传感器。
针对防雷器在良好的工作状态下，其通过氧化锌电阻片的电流叫称为防雷器的泄漏电流，当防雷器在额定的工频电压下，工作状态良好的防雷器可以被看成是一个绝缘体，而考虑到电压波动范围的存在，其泄漏电流应当是越小越好的；上述实施方式中，通过采集防雷器接地引线上三相电流信号，能够反映防雷器的泄漏电流情况，并依此来进行分析判断防雷器在运行电压下的好坏，能够准确反映防雷器的运行状态。
一种实施方式中，信息采集模块10还包括安全开关单元和开关控制单元；其中，
安全开关单元为物理开关，其设置在泄漏电流采集单元和防雷器接地引线之间，用于控制泄漏电流采集单元与防雷器接地引线的接通和断开；
开关控制单元，用于控制安全开关单元的开闭，以实现控制泄漏电流采集单元与防雷器接地引线的接通和断开。
一种实施方式中，开关控制单元与防雷器的智能控制器连接；
当防雷器受到瞬时过压影响而防雷器短路排电流时，防雷器的智能控制器向开关控制单元发出控制信号，以使得开关控制单元控制泄漏电流采集单元与防雷器接地引线断开。
针对防雷器在被雷电击中瞬间，防雷器承受瞬间大电压影响，防雷器产生动作，阀片产生短路(阀片的阻抗急剧下降)，以使得防雷器将高电压冲击电流通过接地引线导向大地，而此时接地引线在将冲击电流导向大地的过程中，巨大的电流冲击容易使得泄漏电流采集单元超过其工作范围而导致泄漏电流采集单元的损坏，影响后续信息采集模块10运行的性能和可靠性。因此，上述实施方式中，在泄漏电流采集单元和防雷器接地引线之间设置物理开关，其中物理开关受开关控制单元控制，开关控制单元与防雷器连接，当防雷器收到雷击需要动作导流时，防雷器同时向开关控制单元发出控制信号，以使得开关控制单元控制物理开关断开，此时泄漏电流采集单元和防雷器接地引线之间断开，能够有效保护泄漏电流采集单元不受冲击电流的影响，当防雷器回复正常状态后，重新向开关控制单元发出控制信号，以使得开关控制单元重新控制安全开关单元闭合，此时泄漏电流采集单元能够重新正常采集防雷器的泄漏电流信号，以判断防雷器的运行状态。上述实施方式有助于提高信息采集模块10的适应性和稳定性。
一种实施方式中，处理模块20包括预处理单元、分析单元和传输单元；
预处理单元对接收到的三相电流信号进行预处理，包括滤波、信号调理等，获取预处理后的三相电流信号；
分析单元用于根据预处理后的三相电流信号计算泄漏电流的幅值、夹角、阻性电流以及功率等参数，并将计算的参数与设定的标准数据进行比对，判断防雷器是否处于正常的工作状态，输出防雷器运行状态分析结果。
传输单元用于将接收到的三相电流信号和获取的防雷器运行状态分析结果传输到管理模块30。
一种实施方式中，预处理单元对接收到的三相电流信号进行预处理，具体包括：
对接收到的三相电流信号进行n层经验模态分解，得到前n层的IMF分量IMF1,IMF2,...,IMFn和余量Ay，
根据获取的IMF分量，将第1层至第c-1层IMF分量划分为高频部分，将第c层至第n层IMF分量划分为低频部分；
其中，高频部分和低频部分的划分条件由以下函数计算所得：
Figure GDA0003904482290000051
式中，E(c)表示第c层IMF分量的能量特征，其中
Figure GDA0003904482290000052
IMFc(x)表示第c层IMF分量中第x个采样点的幅值，其中x＝1,2,…K，K表示IMF分量中采样点的总数；E(c-1)表示第c-1层IMF分量的能量特征，zero(c)表示第c层IMF分量的过零率，zero(c-1)表示第c-1层IMF分量的过零率，
Figure GDA0003904482290000053
表示第c层IMF分量各采样点的平均幅值，A(x)表示接收到的三相电流信号中第x个采样点的幅值，
Figure GDA0003904482290000054
表示接收到的三相电流信号各采样点的平均幅值；
针对低频部分的各IMF分量进行基于小波分解的增强处理，获取增强处理后的各IMF分量IMF'c，...，IMF'n；
根据各增强处理后的各IMF分量IMF'c，...，IMF'n和余项Ay进行重构，得到预处理后的三相电流信号。
一种实施方式中，针对低频部分的各IMF分量进行基于小波分解的增强处理，具体包括：
分别对低频部分的各层IMF分量进行处理，其中基于Sym6小波基对IMF分量进行2层小波分解，获取IMF分量的低频小波系数和高频小波系数；
针对获取的高频小波系数进行阈值增强处理，其中采用的阈值增强处理函数为：
Figure GDA0003904482290000055
式中，
Figure GDA0003904482290000056
表示阈值增强处理后的第j层第k个高频小波系数，wj,k表示小波分解获取的第j层第k个高频小波系数，sign(*)表示符号函数，α表示设定的软硬阈值调节因子，其中α∈(0,1]，β表示设定的补偿因子，T表示阈值，其中
Figure GDA0003904482290000057
N表示小波分解的层数；
根据阈值增强处理后的高频小波系数和低频小波系数进行重构，得到增强处理后的IMF分量。
针对泄漏电流采集单元在采集防雷器接地引线上三相电流信号的过程中，容易受到变电站环境的影响，从而使得采集的三相电流信号受到电磁干扰的影响而导致三相电流信号幅值不稳定的情况，从而影响根据防雷器泄漏电流信号判断防雷器运行状态的准确性。上述实施方式中，在处理模块20接收到由泄漏电流采集单元采集的三相电流信号后，通过分析单元对接收到的三相电流信号进行预处理，其中提出了一种针对三相电流信号进行预处理的技术方案，该方案中首先对三相电流信号进行经验模态分解，获取多层IMF分量，其中针对获取的多层IMF分量进行高频部分和低频部分的划分，筛选出高频部分IMF分量进行剔除，以去除三相电流信号收到的信噪比较高的高频噪声干扰；其中，提出了一种用于划分高频部分和低频部分的划分条件函数，基于该条件函数能够准确贴合三相电流信号原始信号中频率较为固定的特性，准确基于IMF分量能量特征、过零率和IMF分量变化相似度来综合对IMF分量的特征进行筛选，从中过滤属于噪声的高频IMF分量；同时，针对获取的低频部分的IMF分量，进一步基于小波分解来进行针对高频小波系数的阈值增强处理，其中提出了一种改进的阈值增强处理函数，能够对低频部分的各IMF分量中包含的噪声进行自适应的剔除，最大程度第保留能够反映防雷器泄漏电流特性的信息，最后基于阈值增强处理后的高频小波系数重构得到低频部分的IMF分量，并进一步根据低频部分的各IMF分量和余项进行重构，得到预处理后的三相电流信号，其中预处理后的三相电流信号具有较高的信噪比，同时在预处理的过程中贴合三相电流信号规律变化的特性，最大程度地保留了有用信息，为后续根据预处理后的三相电流信号作为基础，进一步进行防雷器的运行状态分析奠定了基础。
一种实施方式中，管理模块30包括数据库单元和警报单元；
数据库单元用于构建防雷器运行状态数据库，将接收到的防雷器运行状态分析结果存储到相应的防雷器运行状态数据库中进行记录；
警报单元用于当接收到的防雷器运行状态分析结果出现异常时，根据出现异常的防雷器信息生成相应的报警信息。
通过数据库单元对各防雷器的运行状态分析结果进行记录，有助于管理者对防雷器的历史数据进行综合分析和管理，提高了防雷器管控的信息化程度。同时警报单元在管理模块30接收到运行状态分析结果为异常的防雷器信息后，能够发出相应的报警信息，提示管理员对相应的防雷器进行运维和更换处理，提高了防雷器运行状态管控的可靠性。
需要说明的是，在本发明各个实施例中的各功能单元/模块可以集成在一个处理单元/模块中，也可以是各个单元/模块单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元/模块集成在一个单元/模块中。上述集成的单元/模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元/模块的形式实现。
通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解应当理解，可以以硬件、软件、固件、中间件、代码或其任何恰当组合来实现这里描述的实施例。对于硬件实现，处理器可以在一个或多个下列单元中实现：专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、设计用于实现这里所描述功能的其他电子单元或其组合。对于软件实现，实施例的部分或全部流程可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成。实现时，可以将上述程序存储在计算机可读介质中或作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质。计算机可读介质可以包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当分析，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (4)

1.一种防雷器运行状态远程监控系统，其特征在于，包括：信息采集模块、处理模块和管理模块；其中处理模块分别无线连接采集模块和管理模块；
其中，信息采集模块用于采集防雷器的运行状态数据，并将采集到的运行状态数据传输到处理模块；
处理模块用于根据接收到的运行状态数据对防雷器的运行状态进行分析，获取防雷器运行状态分析结果，并将获取的防雷器运行状态分析结果传输到管理模块；
管理模块用于对接收到的防雷器运行状态分析结果进行管理，并根据运行状态分析结果为异常的防雷器统计信息生成报警信息；
信息采集模块包括泄漏电流采集单元和无线通信单元；
泄漏电流采集单元用于采集防雷器接地引线上三相电流信号；
无线通信单元用于将采集到的三相电流信号传输至处理模块；
其中，处理模块包括预处理单元、分析单元和传输单元；
预处理单元对接收到的三相电流信号进行预处理，包括滤波和信号调理，获取预处理后的三相电流信号；
分析单元用于根据预处理后的三相电流信号计算泄漏电流的幅值、夹角、阻性电流以及功率参数，并将计算的参数与设定的标准数据进行比对，判断防雷器是否处于正常的工作状态，输出防雷器运行状态分析结果；
传输单元用于将接收到的三相电流信号和获取的防雷器运行状态分析结果传输到管理模块；
其中，预处理单元对接收到的三相电流信号进行预处理，具体包括：
对接收到的三相电流信号进行n层经验模态分解，得到前n层的IMF分量IMF1,IMF2,...,IMFn和余量Ay，
根据获取的IMF分量，将第1层至第c-1层IMF分量划分为高频部分，将第c层至第n层IMF分量划分为低频部分；
其中，高频部分和低频部分的划分条件由以下函数计算所得：
Figure FDA0003904482280000011
式中，E(c)表示第c层IMF分量的能量特征，其中
Figure FDA0003904482280000012
IMFc(x)表示第c层IMF分量中第x个采样点的幅值，其中x＝1,2,…K，K表示IMF分量中采样点的总数；E(c-1)表示第c-1层IMF分量的能量特征，zero(c)表示第c层IMF分量的过零率，zero(c-1)表示第c-1层IMF分量的过零率，
Figure FDA0003904482280000021
表示第c层IMF分量各采样点的平均幅值，A(x)表示接收到的三相电流信号中第x个采样点的幅值，
Figure FDA0003904482280000022
表示接收到的三相电流信号各采样点的平均幅值；
针对低频部分的各IMF分量进行基于小波分解的增强处理，获取增强处理后的各IMF分量IMF'c，...，IMF'n；
根据各增强处理后的各IMF分量IMF'c，...，IMF'n和余项Ay进行重构，得到预处理后的三相电流信号。
2.根据权利要求1所述的一种防雷器运行状态远程监控系统，其特征在于，信息采集模块还包括安全开关单元和开关控制单元；其中，
安全开关单元为物理开关，其设置在泄漏电流采集单元和防雷器接地引线之间，用于控制泄漏电流采集单元与防雷器接地引线的接通和断开；
开关控制单元，用于控制安全开关单元的开闭，以实现控制泄漏电流采集单元与防雷器接地引线的接通和断开。
3.根据权利要求2所述的一种防雷器运行状态远程监控系统，其特征在于，开关控制单元与防雷器的智能控制器连接；
当防雷器受到瞬时过压影响而防雷器短路排电流时，防雷器的智能控制器向开关控制单元发出控制信号，以使得开关控制单元控制泄漏电流采集单元与防雷器接地引线断开。
4.根据权利要求1所述的一种防雷器运行状态远程监控系统，其特征在于，管理模块包括数据库单元和警报单元；
数据库单元用于构建防雷器运行状态数据库，将接收到的防雷器运行状态分析结果存储到相应的防雷器运行状态数据库中进行记录；
警报单元用于当接收到的防雷器运行状态分析结果出现异常时，根据出现异常的防雷器信息生成相应的报警信息。
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