CN113572130A - 基于实时振动/声发射监测进行安全保护的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于实时振动/声发射监测进行安全保护的方法及系统，其中方法包括：获取被保护设备的结构配置信息和安全等级信息；根据多个结构特征确定位于被保护设备的外部壳体处的多个候选监测位置；从所述多个候选监测位置中选择多个实时监测位置，在每个实时监测位置处以紧贴外部壳体的方式安装振动/声发射监测传感器；促使监测传感器与监测设备建立通信连接，并且促使监测设备与被保护设备的保护器件建立控制信号连接，以使得监测设备能够通过控制信号连接向保护器件发送控制指令；以及监测设备通过控制信号连接向保护器件发送控制指令以使得保护器件进行动作，从而促使保护器件基于所述动作对被保护设备进行实时安全保护。
Description
技术领域
本发明涉及设备保护技术领域，并且更具体地涉及，一种基于实时振动/声发射监测进行安全保护的方法及系统。
背景技术
目前，各种类型的设备运行在各个关键位置或关键场景。设备的安全保护一直是非常重要的技术领域。举例来说，在电气设备领域，短路保护、过电流保护和过载保护是常用的保护技术。
电气控制线路中的电器遭到损坏、负载短路、接线错误时，都将产生短路故障。短路时产生的瞬时故障电流是额定电流的十几至几十倍。电气设备因短路电流产生的强大电动力可能损坏、产生电弧，甚至引起火灾。短路保护要求在短路故障产生后的极短时间内切断电源，常用方法是在线路中串接熔断器或低压断路器。
电动机或电器元件超过其额定电流的运行状态，过电流一般比短路电流小，在6倍额定电流以内。电气线路中发生过电流的可能性大于短路，特别是在电动机频繁起动和频繁正反转时。在过电流情况下，若能在达到最大允许温升之前电流值恢复正常，电器元件仍能正常工作，但是过电流造成的冲击电流会损坏电动机，所产生的瞬时电磁大转矩会损坏机械传动部件，因此要及时切断电源。
电动机运行电流超过其额定电流但小于1.5倍额定电流的运行状态为过载状态。若电动机长期过载运行，其绕组温升将超过允许值而绝缘老化或损坏。过载保护要求不受电动机短时过载冲击电流或短路电流的影响而瞬时动作，通常采用热继电器作过载保护元件。
然而，目前的设备保护方案通常是监测电压、电流这些快速变化的电气量，在设备即将发生故障或损坏的临界时间处进行保护。而此时，设备可能已经遭受部分损坏并且如果保护方案因为一些情况延迟了一段时间，则设备可能已经完全损坏。而且，电气量不能充分反映机械方面的问题，有可能导致由于机械部分异常引起的设备损坏。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本申请提出一种基于实时振动/声发射监测对各种类型的识别提供安全保护或实时安全保护的方法及系统。
根据本发明的一个方面，提供一种基于实时振动/声发射监测进行安全保护的方法，所述方法包括：
在多个设备中选择需要进行安全保护的被保护设备，获取被保护设备的结构配置信息和安全等级信息；
根据所述结构配置信息确定被保护设备的多个结构特征，根据多个结构特征确定位于被保护设备的外部壳体处的多个候选监测位置；
根据所述安全等级信息从所述多个候选监测位置中选择多个实时监测位置，在每个实时监测位置处以紧贴外部壳体的方式安装振动/声发射监测传感器，以使得多个振动/声发射监测传感器中每个实时监测被保护设备在运行时所产生的振动/声发射监测信号；
促使每个振动/声发射监测传感器与监测设备建立通信连接，以使得每个振动/声发射监测传感器能够将所获得的振动/声发射监测信号通过所述通信连接发送给监测设备；
促使监测设备与被保护设备的保护器件建立控制信号连接，以使得监测设备能够通过控制信号连接向保护器件发送控制指令；以及
监测设备对从每个振动/声发射监测传感器接收的振动/声发射监测信号进行实时计算以获得计算结果，当计算结果满足预定条件时，监测设备通过控制信号连接向保护器件发送控制指令以使得保护器件进行动作，从而促使保护器件基于所述动作对被保护设备进行实时安全保护。
其中所述预定条件是通过分析确定的可能造成被保护设备损坏的条件；
所述预定条件包括以下内容中的至少一个：
振动/声发射监测信号的幅值大于幅值的门槛值、
振动/声发射监测信号的能量值大于能量值的门槛值、
振动/声发射监测信号的幅值平方大于幅值平方的门槛值、
振动/声发射监测信号的能量值平方的瞬时值大于能量值平方的瞬时值的门槛值、
振动/声发射监测信号的有效值大于有效值的门槛值以及
振动/声发射监测信号的变化速度大于变化速度的门槛值。
其中所述预定条件是通过分析确定的可能造成被保护设备损坏的条件；
所述预定条件包括以下内容中的至少一个：
振动/声发射监测信号的幅值大于被保护设备的当前运行参数所对应的幅值的门槛值、
振动/声发射监测信号的能量值大于被保护设备的当前运行参数所对应的能量值的门槛值、
振动/声发射监测信号的幅值平方大于被保护设备的当前运行参数所对应的幅值平方的门槛值、
振动/声发射监测信号的能量值平方的瞬时值大于被保护设备的当前运行参数所对应的能量值平方的瞬时值的门槛值、
振动/声发射监测信号的有效值大于被保护设备的当前运行参数所对应的有效值的门槛值以及
振动/声发射监测信号的变化速度大于被保护设备的当前运行参数所对应的变化速度的门槛值。
其中所述预定条件为：振动/声发射监测信号出现被保护设备在当前运行条件下不允许出现的振动模式或振动模式组合。
其中所述预定条件为：振动/声发射监测信号的振动模式或振动模式组合的变化关系出现了被保护设备的当前运行条件下不允许的变化关系。
根据本发明的另一方面，提供一种基于实时振动/声发射监测进行安全保护的系统，所述系统包括：
获取装置，用于在多个设备中选择需要进行安全保护的被保护设备，获取被保护设备的结构配置信息和安全等级信息；
确定装置，用于根据所述结构配置信息确定被保护设备的多个结构特征，根据多个结构特征确定位于被保护设备的外部壳体处的多个候选监测位置；
选择装置，用于根据所述安全等级信息从所述多个候选监测位置中选择多个实时监测位置，在每个实时监测位置处以紧贴外部壳体的方式安装振动/声发射监测传感器，以使得多个振动/声发射监测传感器中每个实时监测被保护设备在运行时所产生的振动/声发射监测信号；
发送装置，用于促使每个振动/声发射监测传感器与监测设备建立通信连接，以使得每个振动/声发射监测传感器能够将所获得的振动/声发射监测信号通过所述通信连接发送给监测设备；促使监测设备与被保护设备的保护器件建立控制信号连接，以使得监测设备能够通过控制信号连接向保护器件发送控制指令；以及
保护装置，用于促使监测设备对从每个振动/声发射监测传感器接收的振动/声发射监测信号进行实时计算以获得计算结果，当计算结果满足预定条件时，监测设备通过控制信号连接向保护器件发送控制指令以使得保护器件进行动作，从而促使保护器件基于所述动作对被保护设备进行实时安全保护。
其中所述预定条件是通过分析确定的可能造成被保护设备损坏的条件；
所述预定条件包括以下内容中的至少一个：
振动/声发射监测信号的幅值大于幅值的门槛值、
振动/声发射监测信号的能量值大于能量值的门槛值、
振动/声发射监测信号的幅值平方大于幅值平方的门槛值、
振动/声发射监测信号的能量值平方的瞬时值大于能量值平方的瞬时值的门槛值、
振动/声发射监测信号的有效值大于有效值的门槛值以及
振动/声发射监测信号的变化速度大于变化速度的门槛值。
其中所述预定条件是通过分析确定的可能造成被保护设备损坏的条件；
所述预定条件包括以下内容中的至少一个：
振动/声发射监测信号的幅值大于被保护设备的当前运行参数所对应的幅值的门槛值、
振动/声发射监测信号的能量值大于被保护设备的当前运行参数所对应的能量值的门槛值、
振动/声发射监测信号的幅值平方大于被保护设备的当前运行参数所对应的幅值平方的门槛值、
振动/声发射监测信号的能量值平方的瞬时值大于被保护设备的当前运行参数所对应的能量值平方的瞬时值的门槛值、
振动/声发射监测信号的有效值大于被保护设备的当前运行参数所对应的有效值的门槛值以及
振动/声发射监测信号的变化速度大于被保护设备的当前运行参数所对应的变化速度的门槛值。
其中所述预定条件为：振动/声发射监测信号出现被保护设备在当前运行条件下不允许出现的振动模式或振动模式组合。
其中所述预定条件为：振动/声发射监测信号的振动模式或振动模式组合的变化关系出现了被保护设备的当前运行条件下不允许的变化关系。
根据本发明的再一个方面，一种声纹信号保护方法，其中包括：
在被保护设备外壳安装振动/声发射/声音/超声探头，所述探头连接到监测设备；
所述监测设备连接到保护设备，从而可以迅速停止被保护设备的运行；
监测设备采用一个模型对监测信号进行计算和控制；当满足给定条件时，通过保护设备快速停止被保护设备的运行。
其中所述给定条件是：监测信号的幅值、能量值、幅值平方、能量值平方的瞬时值、有效值、变化速度超过门槛值。
其中所述给定条件是：
监测信号的幅值、能量值、幅值平方、能量值平方的瞬时值、有效值、变化速度超过与被保护设备当时运行参数对应的门槛值。
其中所述给定条件是：
监测信号出现了被保护设备当时运行条件不允许的振动模式或振动模式组合；或者，监测信号振动模式或振动模式组合的变化关系出现了被保护设备当时运行条件不允许的变化关系。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1为根据本发明实施方式的基于实时振动/声发射监测进行安全保护的方法的流程图；
图2为根据本发明另一实施方式的基于实时振动/声发射监测进行安全保护的方法的流程图；
图3为根据本发明实施方式的基于实时振动/声发射监测进行安全保护的系统的结构示意图。
具体实施方式
图1为根据本发明实施方式的基于实时振动/声发射监测进行安全保护的方法100的流程图。方法100从步骤101处开始。
在步骤101，在多个设备中选择需要进行安全保护的被保护设备，获取被保护设备的结构配置信息和安全等级信息。在电力系统中，各种类型的设备(例如，普通设备、大型设备、重要设备)被应用各个关键位置、生产环节、监控环节等，以实现不同的功能。通常，为了保证系统的安全运行，需要对各种类型的设备的状态进行的实时且准确地监测，并根据监测的结果对设备进行及时有效的安全保护。这是因为，当特定设备可能发生故障时，对系统安全会产生潜在的不良影响。而当特定设备发生故障时，可能对导致系统级故障，并且进而产生难以弥补的损失。
例如，在需要对多个设备中的某个设备或特定设备进行安全保护时，需要生成保护请求并向用于进行安全保护的设备发送保护请求。保护请求中可以包括所请求的被保护设备的设备名称、设备位置、设备标识符等。响应于接收到的保护请求，用于进行安全保护的设备从保护请求中提取被保护设备的名称、位置、标识符等，并基于被保护设备的名称、位置和/或标识符等从多个设备中选择需要进行安全保护的被保护设备。
通常，每个设备(包括被保护设备、备用设备、主用设备等)均具有属性信息，属性信息包括多个属性例如是：结构配置信息、安全等级信息、设备类型、设备功能、生产日期、最近一次维护日期、设备名称、设备标识符等。例如，通过每个设备的属性信息可以确定被保护设备、备用设备、主用设备等的结构配置信息、安全等级信息等。
其中结构配置信息用于指示或描述与设备的内部或外部结构相关的配置信息。结构配置信息包括设备的多个结构特征。例如，根据被保护设备、备用设备或主用设备的结构配置信息可以确定被保护设备、备用设备或主用设备各自的多个结构特征。
在本申请中，每个设备(例如，被保护设备、备用设备或主用设备)均包括多个结构单元。其中结构单元可以是对设备进行实体硬件划分得到的设备子单元。可替换地，结构单元可以是对设备进行逻辑功能划分所得到的设备子单元。多个结构单元中的任意两个结构单元可以彼此没有任何公共部分或交集，或者多个结构单元中的任意两个结构单元可以具有公共部分或交集。
其中多个结构特征中的每个结构特征可以是用于描述结构单元的特征信息或属性信息。通常，每个结构单元具有相关联的结构特征，或者为每个结构单元配置或设置结构特征。多个结构特征中每个结构特征包括：结构单元的名称、结构单元的位置、结构单元的标识符、结构单元的重要等级、结构单元的安全等级、结构单元的器件类型、结构单元的生产日期、结构单元的维护次数、结构单元的最近一次的维护日期、结构单元的维修次数、结构单元的维修记录。
在一个实施方式中，安全等级信息包括：高安全等级和低安全等级。可替换地，安全等级信息包括：高安全等级、中安全等级或低安全等级。在对同一个设备(例如，被保护设备、备用设备或主用设备)进行安全保护时，根据不同的安全等级，可以在设备处选择不同数量的监测位置，或者设置不同数量的监测传感器。安全等级越高，则需要监测的信号类型更多或位置更多；而安全等级越低，则需要监测的信号类型较少或位置较少。
为此，高安全等级的被保护设备的实时监测位置多于低安全等级的被保护设备的实时监测位置；或者高安全等级的被保护设备的候选监测位置多于低安全等级的被保护设备的候选监测位置。此外，安全等级信息还包括：被保护设备的外部壳体的高危险区域和被保护设备的外部壳体的低危险区域。
在步骤102，根据所述结构配置信息确定被保护设备的多个结构特征，根据多个结构特征确定位于被保护设备的外部壳体处的多个候选监测位置。对结构配置信息进行解析或进行读取以确定被保护设备的多个结构特征。
其中根据多个结构特征确定位于被保护设备的外部壳体处的多个候选监测位置包括：根据结构单元的名称和器件类型从多个结构单元中选择多个待监测的结构单元。其中待监测的结构单元可以是对被保护设备的正常运行存在明显影响的结构单元。或者待监测的结构单元的运行状态可以表征或指示被保护设备的运行状态的结构单元。为此，根据结构单元的名称和器件类型可以从多个结构单元中选择多个待监测的结构单元。此外，根据安全等级的不同，可以调整从多个结构单元中选择的待监测的结构单元的数量。
随后，根据每个待监测的结构单元的位置确定候选监测位置，从而获得位于被保护设备的外部壳体处的多个候选监测位置。其中候选监测位置可以是与待监测的结构单元距离最近的位置、与待监测的结构单元的关键部件距离最近的位置等。在某些特定情况下，候选监测位置可以位于被保护设备的内部。
其中根据每个待监测的结构单元的位置确定候选监测位置包括：根据每个待监测的结构单元的位置和尺寸，确定每个待监测的结构单元在被保护设备的外部壳体的投影区域；在所述投影区域中确定候选监测位置。
在步骤103，根据所述安全等级信息从所述多个候选监测位置中选择多个实时监测位置，在每个实时监测位置处以紧贴外部壳体的方式安装振动/声发射监测传感器，以使得多个振动/声发射监测传感器中每个振动/声发射监测传感器实时监测被保护设备在运行时所产生的振动/声发射监测信号。
如上所述，所述安全等级信息包括：高安全等级和低安全等级。可替换地，安全等级信息包括：高安全等级、中安全等级或低安全等级。在对同一个设备(例如，被保护设备、备用设备或主用设备)进行安全保护时，根据不同的安全等级，可以在设备处选择不同数量的监测位置，或者设置不同数量的监测传感器。安全等级越高，则需要监测的信号类型更多或位置更多；而安全等级越低，则需要监测的信号类型较少或位置较少。
高安全等级的被保护设备的实时监测位置多于低安全等级的被保护设备的实时监测位置；或者高安全等级的被保护设备的候选监测位置多于低安全等级的被保护设备的候选监测位置。此外，安全等级信息还可以包括：被保护设备的外部壳体的高危险区域和被保护设备的外部壳体的低危险区域，所述根据多个结构特征确定位于被保护设备的外部壳体处的多个候选监测位置不能位于高危险区域。
根据所述安全等级信息从所述多个候选监测位置中选择多个实时监测位置包括：当安全等级信息为高安全等级时，将多个候选监测位置中第一数量的候选监测位置选择作为实时监测位置；当安全等级信息为中安全等级时，将多个候选监测位置中第二数量的候选监测位置选择作为实时监测位置；当安全等级信息为低安全等级时，将多个候选监测位置中第三数量的候选监测位置选择作为实时监测位置。其中第一数量大于第二数量，并且第二数量大于第三数量。
在每个实时监测位置处以紧贴外部壳体的方式安装振动/声发射监测传感器的技术手段中，可以使用磁吸、粘贴等方式将振动/声发射监测传感器在每个实时监测位置处紧贴被保护设备的外部壳体。
在步骤104，促使每个振动/声发射监测传感器与监测设备建立通信连接，以使得每个振动/声发射监测传感器能够将所获得的振动/声发射监测信号通过所述通信连接发送给监测设备。其中每个振动/声发射监测传感器与监测设备建立通信连接包括：每个振动/声发射监测传感器与监测设备建立有线通信连接，或者每个振动/声发射监测传感器与监测设备建立无线通信连接。其中无线通信连接可以是根据任何合适的无线通信协议所建立的无线通信连接。此外，每个振动/声发射监测传感器可以是通过有线方式来获取电力，或者每个振动/声发射监测传感器可以通过光伏方式来获取电力。
被保护设备在运行时，每个结构单元均可能产生不同的振动/声发射监测信号。为此，在每个实时监测位置处以紧贴外部壳体的方式安装的振动/声发射监测传感器能够实时地获取与各自的实时监测位置相关联的结构单元的振动/声发射监测信号。随后，振动/声发射监测传感器能够通过有线或无线通信连接将所获得的振动/声发射监测信号发送给监测设备。
在步骤105，促使监测设备与被保护设备的保护器件建立控制信号连接，以使得监测设备能够通过控制信号连接向保护器件发送控制指令。优选地，可以为监测设备与被保护设备的保护器件建立独立的/不受干扰的控制信号连接。这种控制信号连接可以使用无线连接方式或有线连接方式。优选地，被保护设备可以具有多个保护器件。为此，监测设备与被保护设备的每个保护器件建立控制信号连接。当监测设备根据所接收的振动/声发射监测信号确定需要控制多个保护器器件中的一个或多个保护器件进行控制动作时，通过控制信号连接向相应的保护器件发送控制指令。控制指令例如是，指示切除被保护设备、指示停止被保护设备的运行、指示停止向被保护设备供电、指示启动备用设备的运行等。
在步骤106，监测设备对从每个振动/声发射监测传感器接收的振动/声发射监测信号进行实时计算以获得计算结果，当计算结果满足预定条件时，监测设备通过控制信号连接向保护器件发送控制指令以使得保护器件进行动作，从而促使保护器件基于所述动作对被保护设备进行实时安全保护。
其中所述预定条件是通过分析确定的可能造成被保护设备损坏的条件。所述预定条件包括以下内容中的至少一个：振动/声发射监测信号的幅值大于幅值的门槛值、振动/声发射监测信号的能量值大于能量值的门槛值、振动/声发射监测信号的幅值平方大于幅值平方的门槛值、振动/声发射监测信号的能量值平方的瞬时值大于能量值平方的瞬时值的门槛值、振动/声发射监测信号的有效值大于有效值的门槛值以及振动/声发射监测信号的变化速度大于变化速度的门槛值。
监测设备对从每个振动/声发射监测传感器接收的振动/声发射监测信号进行实时计算以获得计算结果包括：监测设备对从每个振动/声发射监测传感器接收的振动/声发射监测信号进行实时计算，以获得如下计算结果：监测信号的幅值、能量值、幅值平方、能量值平方的瞬时值、有效值或变化速度等。实时计算例如包括对振动/声发射监测信号进行幅值的实时计算、能量值的实时计算、幅值平方的实时计算、能量值平方的瞬时值的实时计算、有效值的实时计算或变化速度的实时计算。此外，在对振动/声发射监测信号进行实时计算前，还可以对振动/声发射监测信号进行降噪处理、噪声去除处理、滤波处理等。
其中所述预定条件是通过分析确定的可能造成被保护设备损坏的条件。所述预定条件包括以下内容中的至少一个：振动/声发射监测信号的幅值大于被保护设备的当前运行参数所对应的幅值的门槛值、振动/声发射监测信号的能量值大于被保护设备的当前运行参数所对应的能量值的门槛值、振动/声发射监测信号的幅值平方大于被保护设备的当前运行参数所对应的幅值平方的门槛值、振动/声发射监测信号的能量值平方的瞬时值大于被保护设备的当前运行参数所对应的能量值平方的瞬时值的门槛值、振动/声发射监测信号的有效值大于被保护设备的当前运行参数所对应的有效值的门槛值以及振动/声发射监测信号的变化速度大于被保护设备的当前运行参数所对应的变化速度的门槛值。
其中所述预定条件为：振动/声发射监测信号出现被保护设备在当前运行条件下不允许出现的振动模式或振动模式组合。其中所述预定条件为：振动/声发射监测信号的振动模式或振动模式组合的变化关系出现了被保护设备的当前运行条件下不允许的变化关系。
其中所述预定条件是实时计算的振动/声发射的特征参数大于特征参数设定值或者特征参数的变化速度大于变化速度设定值。所述特征参数包括以下内容中的一个或多个：信噪比、奇偶次谐波幅值之比、频率复杂度、主频占比、基频占比、电流相关性、频谱重心、信号幅值水平以及50Hz频率幅值。
其中所述当计算结果满足预定条件时，监测设备通过控制信号连接向保护器件发送控制指令以使得保护器件进行动作，从而促使保护器件基于所述动作对被保护设备进行实时安全保护包括：预先设置直接切除条件(或者，直接停止运行条件)、有备用切除条件(或者，有备用停止运行条件)和警告条件，其中直接切除条件的安全保护要求高于有备用切除条件，有备用切除条件的安全保护要求高于警告条件。
当计算结果满足直接切除条件时，监测设备发出用于指示切除被保护设备或用于指示将被保护设备停止运行的控制指令；
当计算结果满足有备用切除条件时，如果检测到备用设备已经投运或运行，则监测设备发出用于指示切除被保护设备或用于指示将被保护设备停止运行的控制指令，如果检测到备用设备处于投运或运行的就绪状态，则监测设备发出投运或运行指令给备用设备以促使所述备用设备开始投运或运行，在检测到备用设备完成投运或开始运行后，发出用于指示切除被保护设备或用于指示将被保护设备停止运行的控制指令；如果检测到备用设备不可用、无法投运或无法运行，监测设备发出用于警告的控制指令给显示设备或警告设备，所述显示设备或警告设备用于根据警告的控制指令进行警告的显示、警告的语音播放或告警；
其中备用设备与被保护设备的设备类型、设备功能等均相同，并且备用设备用于在被保护设备被切除或备停止运行时来代替被保护设备或完成被保护设备的工作。
当计算结果满足警告条件时，监测设备发出用于警告的控制指令给显示设备或警告设备，所述显示设备或警告设备用于根据警告的控制指令进行警告的显示、警告的语音播放或告警(对应于存在备用设备，备用设备投入开关)。还包括当问题不严重时，只需要进行警告。
其中还包括设置对被保护设备和/或备用设备的负荷情况进行监测的监测通道，根据保护设备和/或备用设备的负荷情况，实时计算备用设备是否能够承受从被保护设备转移的负荷(全部负荷)，根据备用设备是否能够承受从被保护设备转移的负荷来判断是否满足被保护设备的切除条件。例如，当备用设备能够承受从被保护设备转移的负荷(全部负荷)，则确定被保护设备满足切除条件；当备用设备不能够承受从被保护设备转移的负荷(全部负荷)，则确定被保护设备不满足切除条件。
图2为根据本发明另一实施方式的基于实时振动/声发射监测进行安全保护的方法200的流程图。方法200从步骤201处开始。
在步骤201，在被保护设备外壳安装振动/声发射/声音/超声探头，所述探头连接到监测设备。
在步骤202，所述监测设备连接到保护设备，从而可以迅速停止被保护设备的运行。
在步骤203，监测设备采用一个模型对监测信号进行计算和控制；当满足给定条件时，通过保护设备快速停止被保护设备的运行。
其中所述给定条件是：监测信号的幅值、能量值、幅值平方、能量值平方的瞬时值、有效值、变化速度超过门槛值。其中所述给定条件是：监测信号的幅值、能量值、幅值平方、能量值平方的瞬时值、有效值、变化速度超过与被保护设备当时运行参数对应的门槛值。其中所述给定条件是：监测信号出现了被保护设备当时运行条件不允许的振动模式或振动模式组合；或者，监测信号振动模式或振动模式组合的变化关系出现了被保护设备当时运行条件不允许的变化关系。
图3为根据本发明实施方式的基于实时振动/声发射监测进行安全保护的系统300的结构示意图。系统300包括：获取装置301、确定装置302、选择装置303、发送装置304以及保护装置305。
获取装置301，用于在多个设备中选择需要进行安全保护的被保护设备，获取被保护设备的结构配置信息和安全等级信息。在电力系统中，各种类型的设备(例如，普通设备、大型设备、重要设备)被应用各个关键位置、生产环节、监控环节等，以实现不同的功能。通常，为了保证系统的安全运行，需要对各种类型的设备的状态进行的实时且准确地监测，并根据监测的结果对设备进行及时有效的安全保护。这是因为，当特定设备可能发生故障时，对系统安全会产生潜在的不良影响。而当特定设备发生故障时，可能对导致系统级故障，并且进而产生难以弥补的损失。
例如，在需要对多个设备中的某个设备或特定设备进行安全保护时，需要生成保护请求并向用于进行安全保护的设备发送保护请求。保护请求中可以包括所请求的被保护设备的设备名称、设备位置、设备标识符等。响应于接收到的保护请求，用于进行安全保护的设备从保护请求中提取被保护设备的名称、位置、标识符等，并基于被保护设备的名称、位置和/或标识符等从多个设备中选择需要进行安全保护的被保护设备。
通常，每个设备(包括被保护设备、备用设备、主用设备等)均具有属性信息，属性信息包括多个属性例如是：结构配置信息、安全等级信息、设备类型、设备功能、生产日期、最近一次维护日期、设备名称、设备标识符等。例如，通过每个设备的属性信息可以确定被保护设备、备用设备、主用设备等的结构配置信息、安全等级信息等。
其中结构配置信息用于指示或描述与设备的内部或外部结构相关的配置信息。结构配置信息包括设备的多个结构特征。例如，根据被保护设备、备用设备或主用设备的结构配置信息可以确定被保护设备、备用设备或主用设备各自的多个结构特征。
在本申请中，每个设备(例如，被保护设备、备用设备或主用设备)均包括多个结构单元。其中结构单元可以是对设备进行实体硬件划分得到的设备子单元。可替换地，结构单元可以是对设备进行逻辑功能划分所得到的设备子单元。多个结构单元中的任意两个结构单元可以彼此没有任何公共部分或交集，或者多个结构单元中的任意两个结构单元可以具有公共部分或交集。
其中多个结构特征中的每个结构特征可以是用于描述结构单元的特征信息或属性信息。通常，每个结构单元具有相关联的结构特征，或者为每个结构单元配置或设置结构特征。多个结构特征中每个结构特征包括：结构单元的名称、结构单元的位置、结构单元的标识符、结构单元的重要等级、结构单元的安全等级、结构单元的器件类型、结构单元的生产日期、结构单元的维护次数、结构单元的最近一次的维护日期、结构单元的维修次数、结构单元的维修记录。
在一个实施方式中，安全等级信息包括：高安全等级和低安全等级。可替换地，安全等级信息包括：高安全等级、中安全等级或低安全等级。在对同一个设备(例如，被保护设备、备用设备或主用设备)进行安全保护时，根据不同的安全等级，可以在设备处选择不同数量的监测位置，或者设置不同数量的监测传感器。安全等级越高，则需要监测的信号类型更多或位置更多；而安全等级越低，则需要监测的信号类型较少或位置较少。
为此，高安全等级的被保护设备的实时监测位置多于低安全等级的被保护设备的实时监测位置；或者高安全等级的被保护设备的候选监测位置多于低安全等级的被保护设备的候选监测位置。此外，安全等级信息还包括：被保护设备的外部壳体的高危险区域和被保护设备的外部壳体的低危险区域。
确定装置302，用于根据所述结构配置信息确定被保护设备的多个结构特征，根据多个结构特征确定位于被保护设备的外部壳体处的多个候选监测位置。对结构配置信息进行解析或进行读取以确定被保护设备的多个结构特征。
其中根据多个结构特征确定位于被保护设备的外部壳体处的多个候选监测位置包括：根据结构单元的名称和器件类型从多个结构单元中选择多个待监测的结构单元。其中待监测的结构单元可以是对被保护设备的正常运行存在明显影响的结构单元。或者待监测的结构单元的运行状态可以表征或指示被保护设备的运行状态的结构单元。为此，根据结构单元的名称和器件类型可以从多个结构单元中选择多个待监测的结构单元。此外，根据安全等级的不同，可以调整从多个结构单元中选择的待监测的结构单元的数量。
随后，根据每个待监测的结构单元的位置确定候选监测位置，从而获得位于被保护设备的外部壳体处的多个候选监测位置。其中候选监测位置可以是与待监测的结构单元距离最近的位置、与待监测的结构单元的关键部件距离最近的位置等。在某些特定情况下，候选监测位置可以位于被保护设备的内部。
其中根据每个待监测的结构单元的位置确定候选监测位置包括：根据每个待监测的结构单元的位置和尺寸，确定每个待监测的结构单元在被保护设备的外部壳体的投影区域；在所述投影区域中确定候选监测位置。
选择装置303，用于根据所述安全等级信息从所述多个候选监测位置中选择多个实时监测位置，在每个实时监测位置处以紧贴外部壳体的方式安装振动/声发射监测传感器，以使得多个振动/声发射监测传感器中每个实时监测被保护设备在运行时所产生的振动/声发射监测信号。
如上所述，所述安全等级信息包括：高安全等级和低安全等级。可替换地，安全等级信息包括：高安全等级、中安全等级或低安全等级。在对同一个设备(例如，被保护设备、备用设备或主用设备)进行安全保护时，根据不同的安全等级，可以在设备处选择不同数量的监测位置，或者设置不同数量的监测传感器。安全等级越高，则需要监测的信号类型更多或位置更多；而安全等级越低，则需要监测的信号类型较少或位置较少。
高安全等级的被保护设备的实时监测位置多于低安全等级的被保护设备的实时监测位置；或者高安全等级的被保护设备的候选监测位置多于低安全等级的被保护设备的候选监测位置。此外，安全等级信息还可以包括：被保护设备的外部壳体的高危险区域和被保护设备的外部壳体的低危险区域，所述根据多个结构特征确定位于被保护设备的外部壳体处的多个候选监测位置不能位于高危险区域。
根据所述安全等级信息从所述多个候选监测位置中选择多个实时监测位置包括：当安全等级信息为高安全等级时，将多个候选监测位置中第一数量的候选监测位置选择作为实时监测位置；当安全等级信息为中安全等级时，将多个候选监测位置中第二数量的候选监测位置选择作为实时监测位置；当安全等级信息为低安全等级时，将多个候选监测位置中第三数量的候选监测位置选择作为实时监测位置。其中第一数量大于第二数量，并且第二数量大于第三数量。
在每个实时监测位置处以紧贴外部壳体的方式安装振动/声发射监测传感器的技术手段中，可以使用磁吸、粘贴等方式将振动/声发射监测传感器在每个实时监测位置处紧贴被保护设备的外部壳体。
发送装置304，用于促使每个振动/声发射监测传感器与监测设备建立通信连接，以使得每个振动/声发射监测传感器能够将所获得的振动/声发射监测信号通过所述通信连接发送给监测设备；促使监测设备与被保护设备的保护器件建立控制信号连接，以使得监测设备能够通过控制信号连接向保护器件发送控制指令。
其中每个振动/声发射监测传感器与监测设备建立通信连接包括：每个振动/声发射监测传感器与监测设备建立有线通信连接，或者每个振动/声发射监测传感器与监测设备建立无线通信连接。其中无线通信连接可以是根据任何合适的无线通信协议所建立的无线通信连接。此外，每个振动/声发射监测传感器可以是通过有线方式来获取电力，或者每个振动/声发射监测传感器可以通过光伏方式来获取电力。
被保护设备在运行时，每个结构单元均可能产生不同的振动/声发射监测信号。为此，在每个实时监测位置处以紧贴外部壳体的方式安装的振动/声发射监测传感器能够实时地获取与各自的实时监测位置相关联的结构单元的振动/声发射监测信号。随后，振动/声发射监测传感器能够通过有线或无线通信连接将所获得的振动/声发射监测信号发送给监测设备。
优选地，可以为监测设备与被保护设备的保护器件建立独立的/不受干扰的控制信号连接。这种控制信号连接可以使用无线连接方式或有线连接方式。优选地，被保护设备可以具有多个保护器件。为此，监测设备与被保护设备的每个保护器件建立控制信号连接。当监测设备根据所接收的振动/声发射监测信号确定需要控制多个保护器器件中的一个或多个保护器件进行控制动作时，通过控制信号连接向相应的保护器件发送控制指令。控制指令例如是，指示切除被保护设备、指示停止被保护设备的运行、指示停止向被保护设备供电、指示启动备用设备的运行等。
保护装置305，用于促使监测设备对从每个振动/声发射监测传感器接收的振动/声发射监测信号进行实时计算以获得计算结果，当计算结果满足预定条件时，监测设备通过控制信号连接向保护器件发送控制指令以使得保护器件进行动作，从而促使保护器件基于所述动作对被保护设备进行实时安全保护。
其中所述预定条件是通过分析确定的可能造成被保护设备损坏的条件。所述预定条件包括以下内容中的至少一个：振动/声发射监测信号的幅值大于幅值的门槛值、振动/声发射监测信号的能量值大于能量值的门槛值、振动/声发射监测信号的幅值平方大于幅值平方的门槛值、振动/声发射监测信号的能量值平方的瞬时值大于能量值平方的瞬时值的门槛值、振动/声发射监测信号的有效值大于有效值的门槛值以及振动/声发射监测信号的变化速度大于变化速度的门槛值。
监测设备对从每个振动/声发射监测传感器接收的振动/声发射监测信号进行实时计算以获得计算结果包括：监测设备对从每个振动/声发射监测传感器接收的振动/声发射监测信号进行实时计算，以获得如下计算结果：监测信号的幅值、能量值、幅值平方、能量值平方的瞬时值、有效值或变化速度等。实时计算例如包括对振动/声发射监测信号进行幅值的实时计算、能量值的实时计算、幅值平方的实时计算、能量值平方的瞬时值的实时计算、有效值的实时计算或变化速度的实时计算。此外，在对振动/声发射监测信号进行实时计算前，还可以对振动/声发射监测信号进行降噪处理、噪声去除处理、滤波处理等。
其中所述预定条件是通过分析确定的可能造成被保护设备损坏的条件。所述预定条件包括以下内容中的至少一个：振动/声发射监测信号的幅值大于被保护设备的当前运行参数所对应的幅值的门槛值、振动/声发射监测信号的能量值大于被保护设备的当前运行参数所对应的能量值的门槛值、振动/声发射监测信号的幅值平方大于被保护设备的当前运行参数所对应的幅值平方的门槛值、振动/声发射监测信号的能量值平方的瞬时值大于被保护设备的当前运行参数所对应的能量值平方的瞬时值的门槛值、振动/声发射监测信号的有效值大于被保护设备的当前运行参数所对应的有效值的门槛值以及振动/声发射监测信号的变化速度大于被保护设备的当前运行参数所对应的变化速度的门槛值。
其中所述预定条件为：振动/声发射监测信号出现被保护设备在当前运行条件下不允许出现的振动模式或振动模式组合。其中所述预定条件为：振动/声发射监测信号的振动模式或振动模式组合的变化关系出现了被保护设备的当前运行条件下不允许的变化关系。
其中所述预定条件是实时计算的振动/声发射的特征参数大于特征参数设定值或者特征参数的变化速度大于变化速度设定值。所述特征参数包括以下内容中的一个或多个：信噪比、奇偶次谐波幅值之比、频率复杂度、主频占比、基频占比、电流相关性、频谱重心、信号幅值水平以及50Hz频率幅值。
其中所述当计算结果满足预定条件时，监测设备通过控制信号连接向保护器件发送控制指令以使得保护器件进行动作，从而促使保护器件基于所述动作对被保护设备进行实时安全保护包括：预先设置直接切除条件(或者，直接停止运行条件)、有备用切除条件(或者，有备用停止运行条件)和警告条件，其中直接切除条件的安全保护要求高于有备用切除条件，有备用切除条件的安全保护要求高于警告条件。
当计算结果满足直接切除条件时，监测设备发出用于指示切除被保护设备或用于指示将被保护设备停止运行的控制指令；
当计算结果满足有备用切除条件时，如果检测到备用设备已经投运或运行，则监测设备发出用于指示切除被保护设备或用于指示将被保护设备停止运行的控制指令，如果检测到备用设备处于投运或运行的就绪状态，则监测设备发出投运或运行指令给备用设备以促使所述备用设备开始投运或运行，在检测到备用设备完成投运或开始运行后，发出用于指示切除被保护设备或用于指示将被保护设备停止运行的控制指令；如果检测到备用设备不可用、无法投运或无法运行，监测设备发出用于警告的控制指令给显示设备或警告设备，所述显示设备或警告设备用于根据警告的控制指令进行警告的显示、警告的语音播放或告警；
其中备用设备与被保护设备的设备类型、设备功能等均相同，并且备用设备用于在被保护设备被切除或备停止运行时来代替被保护设备或完成被保护设备的工作。
当计算结果满足警告条件时，监测设备发出用于警告的控制指令给显示设备或警告设备，所述显示设备或警告设备用于根据警告的控制指令进行警告的显示、警告的语音播放或告警(对应于存在备用设备，备用设备投入开关)。还包括当问题不严重时，只需要进行警告。
其中还包括设置对被保护设备和/或备用设备的负荷情况进行监测的监测通道，根据保护设备和/或备用设备的负荷情况，实时计算备用设备是否能够承受从被保护设备转移的负荷(全部负荷)，根据备用设备是否能够承受从被保护设备转移的负荷来判断是否满足被保护设备的切除条件。例如，当备用设备能够承受从被保护设备转移的负荷(全部负荷)，则确定被保护设备满足切除条件；当备用设备不能够承受从被保护设备转移的负荷(全部负荷)，则确定被保护设备不满足切除条件。
Claims (10)
1.一种基于实时振动/声发射监测进行安全保护的方法，所述方法包括：
在多个设备中选择需要进行安全保护的被保护设备，获取被保护设备的结构配置信息和安全等级信息；
根据所述结构配置信息确定被保护设备的多个结构特征，根据多个结构特征确定位于被保护设备的外部壳体处的多个候选监测位置；
根据所述安全等级信息从所述多个候选监测位置中选择多个实时监测位置，在每个实时监测位置处以紧贴外部壳体的方式安装振动/声发射监测传感器，以使得多个振动/声发射监测传感器中每个实时监测被保护设备在运行时所产生的振动/声发射监测信号；
促使每个振动/声发射监测传感器与监测设备建立通信连接，以使得每个振动/声发射监测传感器能够将所获得的振动/声发射监测信号通过所述通信连接发送给监测设备；
促使监测设备与被保护设备的保护器件建立控制信号连接，以使得监测设备能够通过控制信号连接向保护器件发送控制指令；以及
监测设备对从每个振动/声发射监测传感器接收的振动/声发射监测信号进行实时计算以获得计算结果，当计算结果满足预定条件时，监测设备通过控制信号连接向保护器件发送控制指令以使得保护器件进行动作，从而促使保护器件基于所述动作对被保护设备进行实时安全保护。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述预定条件是通过分析确定的可能造成被保护设备损坏的条件；
所述预定条件包括以下内容中的至少一个：
振动/声发射监测信号的幅值大于幅值的门槛值、
振动/声发射监测信号的能量值大于能量值的门槛值、
振动/声发射监测信号的幅值平方大于幅值平方的门槛值、
振动/声发射监测信号的能量值平方的瞬时值大于能量值平方的瞬时值的门槛值、
振动/声发射监测信号的有效值大于有效值的门槛值以及
振动/声发射监测信号的变化速度大于变化速度的门槛值。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述预定条件是通过分析确定的可能造成被保护设备损坏的条件；
所述预定条件包括以下内容中的至少一个：
振动/声发射监测信号的幅值大于被保护设备的当前运行参数所对应的幅值的门槛值、
振动/声发射监测信号的能量值大于被保护设备的当前运行参数所对应的能量值的门槛值、
振动/声发射监测信号的幅值平方大于被保护设备的当前运行参数所对应的幅值平方的门槛值、
振动/声发射监测信号的能量值平方的瞬时值大于被保护设备的当前运行参数所对应的能量值平方的瞬时值的门槛值、
振动/声发射监测信号的有效值大于被保护设备的当前运行参数所对应的有效值的门槛值以及
振动/声发射监测信号的变化速度大于被保护设备的当前运行参数所对应的变化速度的门槛值。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述预定条件为：振动/声发射监测信号出现被保护设备在当前运行条件下不允许出现的振动模式或振动模式组合。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述预定条件为：振动/声发射监测信号的振动模式或振动模式组合的变化关系出现了被保护设备的当前运行条件下不允许的变化关系。
6.一种基于实时振动/声发射监测进行安全保护的系统，所述系统包括：
获取装置，用于在多个设备中选择需要进行安全保护的被保护设备，获取被保护设备的结构配置信息和安全等级信息；
确定装置，用于根据所述结构配置信息确定被保护设备的多个结构特征，根据多个结构特征确定位于被保护设备的外部壳体处的多个候选监测位置；
选择装置，用于根据所述安全等级信息从所述多个候选监测位置中选择多个实时监测位置，在每个实时监测位置处以紧贴外部壳体的方式安装振动/声发射监测传感器，以使得多个振动/声发射监测传感器中每个实时监测被保护设备在运行时所产生的振动/声发射监测信号；
发送装置，用于促使每个振动/声发射监测传感器与监测设备建立通信连接，以使得每个振动/声发射监测传感器能够将所获得的振动/声发射监测信号通过所述通信连接发送给监测设备；促使监测设备与被保护设备的保护器件建立控制信号连接，以使得监测设备能够通过控制信号连接向保护器件发送控制指令；以及
保护装置，用于促使监测设备对从每个振动/声发射监测传感器接收的振动/声发射监测信号进行实时计算以获得计算结果，当计算结果满足预定条件时，监测设备通过控制信号连接向保护器件发送控制指令以使得保护器件进行动作，从而促使保护器件基于所述动作对被保护设备进行实时安全保护。
7.根据权利要求6所述的系统，其中所述预定条件是通过分析确定的可能造成被保护设备损坏的条件；
所述预定条件包括以下内容中的至少一个：
振动/声发射监测信号的幅值大于幅值的门槛值、
振动/声发射监测信号的能量值大于能量值的门槛值、
振动/声发射监测信号的幅值平方大于幅值平方的门槛值、
振动/声发射监测信号的能量值平方的瞬时值大于能量值平方的瞬时值的门槛值、
振动/声发射监测信号的有效值大于有效值的门槛值以及
振动/声发射监测信号的变化速度大于变化速度的门槛值。
8.根据权利要求6所述的系统，其中所述预定条件是通过分析确定的可能造成被保护设备损坏的条件；
所述预定条件包括以下内容中的至少一个：
振动/声发射监测信号的幅值大于被保护设备的当前运行参数所对应的幅值的门槛值、
振动/声发射监测信号的能量值大于被保护设备的当前运行参数所对应的能量值的门槛值、
振动/声发射监测信号的幅值平方大于被保护设备的当前运行参数所对应的幅值平方的门槛值、
振动/声发射监测信号的能量值平方的瞬时值大于被保护设备的当前运行参数所对应的能量值平方的瞬时值的门槛值、
振动/声发射监测信号的有效值大于被保护设备的当前运行参数所对应的有效值的门槛值以及
振动/声发射监测信号的变化速度大于被保护设备的当前运行参数所对应的变化速度的门槛值。
9.根据权利要求6所述的系统，其中所述预定条件为：振动/声发射监测信号出现被保护设备在当前运行条件下不允许出现的振动模式或振动模式组合。
10.根据权利要求6所述的系统，其中所述预定条件为：振动/声发射监测信号的振动模式或振动模式组合的变化关系出现了被保护设备的当前运行条件下不允许的变化关系。
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