CN113595251B - 一种变电站电力设备的自动监测预警系统与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种变电站电力设备的自动监测预警系统与方法。该系统包括终端和服务器。本发明通过对电力设备的温度信息和运行声音信息进行采集和初步判断，在无异常的情况下以设定时间间隔向服务器发送数据，如有异常则实时发送数据，降低负荷及流量；并通过声音识别模型对电力设备的运行声音进行识别，如果识别得出电力设备运行信息中含有故障造成的声音，则进一步计算其属于某种故障的置信度，当电力设备的温度超过阈值或置信度超过较高的第一置信度阈值时，直接发出报警信息，当置信度在相对较低的第二置信度阈值与第一置信度阈值之间时，则进行温度跟踪监测，从而即避免误预警信息的现象出现，又可防止漏掉部分预警，提高预警的精确度。

Description

一种变电站电力设备的自动监测预警系统与方法
技术领域
本发明涉及变电站电力设备的自动监测预警技术领域，具体涉及一种变电站电力设备的自动监测预警系统与方法。
背景技术
变电站是改变电压的场所，在变电站内具有多种电力设备，如变压器、电抗器和开关设备等。如变压器等电力设备在出现一些故障的初期，不会立即停止工作，在故障逐渐加重到一定程度时才会无法正常运行，如果能在故障初期发现故障的存在，就能避免故障加重导致的设备损坏。传统上，对变压器等设备的监测，依赖于人工定期巡查记录电力设备的温度，具有相关经验的巡查人员可通过听电力设备的声音或闻电力设备的味道判断电力设备运行是否正常。
随着技术的进步，开始通过温度采集自动检测技术对变压器检测，发展方向也从接触式传感器到无线传感器以及基于红外图像的温度采集技术。由于从电力设备出现故障到电力设备的温度上升有一定的时间，也就是电力设备的温度上升是滞后于故障的出现的，单纯的从温度来判断并预警的效果一般。
最近几年，随着语音识别技术的流行和发展，已经出现了采集电力设备的运行声音来判断电力设备运行是否正常的相关研究，由于采集电力设备的运行声音中包含了复杂的环境声音，在判断时容易受到环境中的噪音干扰，容易出现给出的预警不真实或漏掉部分预警，因此，目前这一技术还没有推广使用开来。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种变电站电力设备的自动监测预警系统与方法。
为实现上述目的，在第一方面，本发明提供了一种变电站电力设备的自动监测预警系统，包括终端和服务器，所述终端包括：
音频采集单元，用以实时采集电力设备的运行声音信息并发出；
处理单元，与所述音频采集单元连接，用以接收所述音频采集单元发出的采集电力设备的运行声音信息，并从所述电力设备的运行声音信息中提取声波幅值，并判断所述声波幅值是否超出幅值阈值；
存储单元，与所述处理单元连接，用以在所述声波幅值未超出幅值阈值时，对所述电力设备的运行声音信息进行暂存；
温度采集单元，与所述处理单元连接，用以实时采集所述电力设备的温度信息，并将其采集的电力设备的温度信息发送至处理单元，所述处理单元判断所述电力设备的温度信息是否超出第一温度阈值，否，则控制存储单元对所述电力设备的温度信息暂存；
第一通信单元，与所述处理单元连接，所述处理单元以设定时间间隔控制第一通信单元将电力设备的运行声音信息和温度信息发送至服务器，并在所述声波幅值超出阈值或所述电力设备的温度信息超出温度阈值时，所述处理单元控制第一通信单元实时将电力设备的运行声音信息和温度信息发送至服务器；
所述服务器包括：
第二通信单元，用以接收所述第一通信单元发出的电力设备的运行声音信息和温度信息；
温度判别单元，用以判断电力设备的温度信息是否超出第二温度阈值；
运行声音判别单元，用以基于声音识别模型判断所述电力设备的运行声音信息中是否具有异常声音，是，则进一步计算该异常声音是由各种故障造成的置信度，并以最大的置信度作为计算结果；
预警信息生成单元，用以在所述电力设备的温度信息超出第二温度阈值或计算出的最大的置信度超出设定的第一置信度阈值时生成预警信息。
进一步的，当所述最大的置信度低于设定的第一置信度阈值，且其高于设定的第二置信度阈值时，所述运行声音判别单元生成温度监测触发信号和实时采集触发信号，所述实时采集触发信号通过第二通信单元发出，所述处理单元通过第一通信单元接收实时采集触发信号，所述处理单元在接收到实时采集触发信号后的时间段n*t内控制第一通信单元将采集的电力设备的运行声音信息和温度信息实时发出，所述运行声音判别单元将温度检测触发信号发送至温度判别单元，所述温度判别单元在接收到温度监测触发信号后，在n个时间段t内对电力设备的温度信息进行监测，并计算n个时间段t内电力设备的温度变化率，具体如下：
Figure 323945DEST_PATH_IMAGE001
其中，RT为时间段内的电力设备温度变化率，T2为每一时间段t终止时的电力设备的温度值，T1为每一时间段t开始时的电力设备的温度值，n取值为大于1的整数；如RT为正值，且其变化率大于设定值，则所述预警信息生成单元生成预警信息。
进一步的，所述终端还包括环境温度采集单元，所述环境温度采集单元用以采集环境温度信息，并将所述环境温度信息发送至处理单元，所述处理单元根据环境温度信息计算第一温度阈值，具体如下：
Figure 190270DEST_PATH_IMAGE002
其中，Ts为第一温度阈值，T为环境温度采集单元采集的环境温度信息，K为设定的温升值。
进一步的，所述时间段t由以下方式计算得出：
Figure 729311DEST_PATH_IMAGE003
其中，M为计算出的最大的置信度，TN为设定的时间弹性系数。
在第二方面，本发明提供了一种变电站电力设备的自动监测预警方法，包括：
实时采集电力设备的运行声音信息和温度信息；
判断所述电力设备的温度信息是否超出第一温度阈值，是，则实时将电力设备的运行声音信息和温度信息发送出；
否则，从电力设备的运行声音信息中提取声波幅值，并判断所述声波幅值是否超出幅值阈值，是，则实时将电力设备的运行声音信息和温度信息发出；
否则，对所述电力设备的运行声音信息和温度信息进行暂存，并以设定时间间隔将电力设备的运行声音信息和温度信息发出；
接收发出的电力设备的运行声音信息和温度信息；
判断所述电力设备的温度信息是否超出第二温度阈值；
否，则基于声音识别模型判断所述电力设备的运行声音信息中是否具有异常声音，是，则进一步计算该异常声音是由各种故障造成的置信度，并以最大的置信度作为计算结果；
在所述电力设备的温度信息超出第二温度阈值或计算出的最大的置信度超出设定的第一置信度阈值时生成预警信息。
进一步的，当所述最大的置信度低于设定的第一置信度阈值时，且其高于设定的第二置信度阈值时，在时间段n*t内对电力设备的温度信息进行监测，并计算n个时间段t内电力设备的温度变化率，具体如下：
Figure 604863DEST_PATH_IMAGE001
其中，RT为时间段内的电力设备温度变化率，T2为每一时间段t终止时的电力设备的温度值，T1为每一时间段t开始时的电力设备的温度值，n取值为大于1的整数；如RT为正值，且其变化率大于设定值，则生成预警信息。
进一步的，采集环境温度信息，并根据环境温度信息计算第一温度阈值，具体如下：
Figure 384732DEST_PATH_IMAGE002
其中，Ts为第一温度阈值，T为采集的环境温度信息，K为设定的温升值。
进一步的，所述时间段t由以下方式计算得出：
Figure 218696DEST_PATH_IMAGE003
其中，M为计算出的最大的置信度，TN为设定的时间弹性系数。
有益效果：本发明通过对电力设备的温度信息和运行声音信息进行采集，处理单元对电力设备的温度信息和运行声音信息进行初步判断，在初步判断无异常的情况下，控制第一通信单元以设定时间间隔发送数据，如有异常则实时发送数据，降低负荷及流量；并通过声音识别模型对电力设备的运行声音进行识别，如果识别得出电力设备运行信息中含有故障造成的声音，则进一步计算其属于某种故障的置信度，当电力设备的温度超过阈值或置信度超过较高的第一置信度阈值时，直接发出报警信息，当置信度在相对较低的第二置信度阈值与第一置信度阈值之间时，则进行温度跟踪监测，从而即避免误预警信息的现象出现，又可防止漏掉部分预警，提高预警的精确度。
附图说明
图1是本发明实施例的终端的原理框图；
图2是本发明实施例的服务器的原理框图；
图3是本发明实施例的终端的工作流程示意图；
图4是本发明实施例的服务器的工作流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
如图1所示，本发明实施例提供了一种变电站电力设备的自动监测预警系统，包括终端1和服务器2，其中，终端1包括音频采集单元101、处理单元102、存储单元103、温度采集单元104和第一通信单元105。
其中，音频采集单元101用以实时采集电力设备的运行声音信息并发出。具体的，音频采集单元101包括一个麦克风，麦克风可设置在电力设备的内部，也可设置在电力设备的外部，当设置在电力设备的外部时，优选采用隔音材料与外部环境隔绝，以避免外部环境中的噪音造成较大的干扰。该电力设备可以是变压器或电抗器等。
处理单元102可以采用单片机，处理单元102与音频采集单元101连接，处理单元102用以接收音频采集单元发出的采集电力设备的运行声音信息，并从电力设备的运行声音信息中提取声波幅值，并判断声波幅值是否超出幅值阈值。在正常运行时，电力设备的运行声音大小仅随负荷的大小细微变化，且变化较为平稳，当出现如接触不良或绝缘下降等现象时，会产生间断性的噪音。此时，运行声音信息中声波幅值就会超出幅值阈值。
存储单元103与处理单元102连接，当声波幅值未超出幅值阈值时，在处理单元102的控制下，存储单元103对电力设备的运行声音信息进行暂存。
温度采集单元104可以采用接触式温度传感器或红外温度传感器等，温度采集单元104与处理单元102连接，温度采集单元104用以实时采集电力设备的温度信息，并将其采集的电力设备的温度信息发送至处理单元102，处理单元102判断电力设备的温度信息是否超出第一温度阈值，否，则处理单元102控制存储单元103对电力设备的温度信息暂存。
第一通信单元105与处理单元102连接，处理单元102以设定时间间隔控制第一通信单元105将电力设备的运行声音信息和温度信息发送至服务器2，并在声波幅值超出阈值或电力设备的温度信息超出温度阈值时，处理单元102控制第一通信单元105实时将电力设备的运行声音信息和温度信息发送至服务器2。处理单元102可以设置为每分钟控制第一通信单元105打包发送一次暂存的运行声音信息和温度信息，在每次发送完毕之后，处理单元102可以控制存储单元103将已送的数据直接清除，或者继续存储至一定时间后再清除。
如图2所示，本发明实施例的服务器2包括第二通信单元201、温度判别单元202、运行声音判别单元203和预警信息生成单元204。
其中，第二通信单元201用以接收第一通信单元105发出的电力设备的运行声音信息和温度信息。第一通信单元105和第二通信单元201可以采用网口模块，也可采用Lora等无线模块。
温度判别单元202用以判断电力设备的温度信息是否超出第二温度阈值。需要说明的是，第二温度阈值高于第一温度阈值，具体高出多少度可以根据实际需要进行调整。当电力设备的温度超过第一温度阈值时，可视为已经逼近第二温度阈值，从而实时发出温度信息进行实时监测，当超出第二温度阈值时，才会进行预警。
运行声音判别单元203用以基于声音识别模型判断所述电力设备的运行声音信息中是否具有异常声音，是，则进一步计算该异常声音是由各种故障造成的置信度，并以最大的置信度作为计算结果。该声音识别模型可基于现有技术中的以多种故障声音数据为样本，通过深度学习算法等训练获得，在此不再赘述。
预警信息生成单元204用以在电力设备的温度信息超出第一温度阈值或计算出的最大的置信度超出设定的第一置信度阈值时生成预警信息。第一置信度阈值优选设置为80%，当计算出的置信度超过80%时，可视为电力设备的运行声音信息中具有异常声音，直接生成预警信息。基于声音识别判断发出的预警信息可以包括具体的故障类型，预警信息以声光等报警方式反馈至相关人员，也可以通过短信或推送消息发送至相关人员的手机上。需要说明的是，在声波幅值超出阈值或电力设备的温度信息超出温度阈值时，处理单元102控制第一通信单元105实时发送实时将电力设备的运行声音信息和温度信息是在设定时间内进行的，该设定时间如5分钟，当5分钟内，如电力设备的温度恢复正常，或运行声音判别单元203判断电力设备的运行声音信息中没有具有异常声音，则恢复以设定时间间隔发送电力设备的运行声音信息和温度信息。
当上述最大的置信度低于设定的第一置信度阈值，且其高于设定的第二置信度阈值时，运行声音判别单元203生成温度监测触发信号和实时采集触发信号，其中，实时采集触发信号通过第二通信单元201发出，处理单元102通过第一通信单元105接收实时采集触发信号，处理单元102在接收到实时采集触发信号后的时间段n*t内控制第一通信单元105将采集的电力设备的运行声音信息和温度信息实时发出，运行声音判别单元203将温度检测触发信号发送至温度判别单元202，温度判别单元202在接收到温度监测触发信号后，在时间段n*t内对电力设备的温度信息进行监测，并计算n个时间段t内电力设备的温度变化率，具体如下：
Figure 966072DEST_PATH_IMAGE004
其中，RT为时间段内的电力设备温度变化率，T2为每一时间段t终止时的电力设备的温度值，T1为每一时间段t开始时的电力设备的温度值，可以看出，每一时间段t的终止时的电力设备的温度值即为下一时间段t的开始时的温度值，n取值为大于1的整数；如RT为正值，且其变化率大于设定值，则预警信息生成单元204生成预警信息。第二置信度阈值优选设置为50％，当置信度不太高的时候，借助于这种方式的温度监测，只要在时间段t内的温度呈上升趋势，且温度变化率大于设定阈值，即使电力设备的温度未达到温度阈值，也会自动发出预警信息。这样，一方面可避免误报警，又可避免故障初期故障造成的噪音较小时被忽略。另外，在时间段t进行温度监测期间，如果电力设备的温度超出温度阈值或上述置信度超出第一置信度阈值，则直接发出预警信息。
上述第一温度阈值可以是一个定值，为了能在不同季节下精准的判断，终端1还包括环境温度采集单元106，环境温度采集单元106用以采集环境温度信息，并将环境温度信息发送至处理单元102，处理单元102根据环境温度信息计算第一温度阈值，具体如下：
Figure 396047DEST_PATH_IMAGE002
其中，Ts为第一温度阈值，T为环境温度采集单元106采集的环境温度信息，K为设定的温升值。可根据不同的电力设备的特性设定不同的温升值。同理，第二温度阈值可以是个定值，也可以通过上述方式计算获得，终端1只需将环境温度采集单元106采集的环境温度信息发送至服务器2，同时，第二温度阈值采用的温升值设置成大于第一温度阈值采用的温升值即可。
上述时间段t可以是一个定值，如设置为10s或30s等，作为优选实施例，时间段t由以下方式计算得出：
Figure 545269DEST_PATH_IMAGE003
其中，M为计算出的最大的置信度，TN为设定的时间弹性系数。即计算出的置信度越高，计算的频率越高，以尽快检测出有无故障。另外，当计算出的置信度越高时，n的取值也优选越大，以确保总的监测时间较大。
如图3和4所示，基于以上实施例，本发明一种变电站电力设备的自动监测预警方法，包括：
实时采集电力设备的运行声音信息和温度信息；
判断所述电力设备的温度信息是否超出第一温度阈值，是，则实时将电力设备的运行声音信息和温度信息发送出；
否则，从电力设备的运行声音信息中提取声波幅值，并判断所述声波幅值是否超出幅值阈值，是，则实时将电力设备的运行声音信息和温度信息发出；
否则，对所述电力设备的运行声音信息和温度信息进行暂存，并以设定时间间隔将电力设备的运行声音信息和温度信息发出；
接收发出的电力设备的运行声音信息和温度信息；
判断所述电力设备的温度信息是否超出第二温度阈值；
否，则基于声音识别模型判断所述电力设备的运行声音信息中是否具有异常声音，是，则进一步计算该异常声音是由各种故障造成的置信度，并以最大的置信度作为计算结果；
在电力设备的温度信息超出第二温度阈值或计算出的最大的置信度超出设定的第一置信度阈值时生成预警信息。
当上述最大的置信度低于设定的第一置信度阈值时，且其高于设定的第二置信度阈值时，在时间段n*t内对电力设备的温度信息进行实时监测，并计算n个时间段t内电力设备的温度变化率，具体如下：
Figure 35287DEST_PATH_IMAGE001
其中，RT为时间段内的电力设备温度变化率，T2为每一时间段t终止时的电力设备的温度值，T1为每一时间段t开始时的电力设备的温度值，n取值为大于1的整数；如RT为正值，且其变化率大于设定值，则生成预警信息。
还包括采集环境温度信息，并根据环境温度信息计算第一温度阈值，具体如下：
Figure 269959DEST_PATH_IMAGE005
其中，Ts为第一温度阈值，T为采集的环境温度信息，K为设定的温升值。
时间段t由以下方式计算得出：
Figure 487314DEST_PATH_IMAGE003
其中，M为计算出的最大的置信度，TN为设定的时间弹性系数。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，其它未具体描述的部分，属于现有技术或公知常识。在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种变电站电力设备的自动监测预警系统，其特征在于，包括终端和服务器，所述终端包括：
音频采集单元，用以实时采集电力设备的运行声音信息并发出；
处理单元，与所述音频采集单元连接，用以接收所述音频采集单元发出的采集电力设备的运行声音信息，并从所述电力设备的运行声音信息中提取声波幅值，并判断所述声波幅值是否超出幅值阈值；
存储单元，与所述处理单元连接，用以在所述声波幅值未超出幅值阈值时，对所述电力设备的运行声音信息进行暂存；
温度采集单元，与所述处理单元连接，用以实时采集所述电力设备的温度信息，并将其采集的电力设备的温度信息发送至处理单元，所述处理单元判断所述电力设备的温度信息是否超出第一温度阈值，否，则控制存储单元对所述电力设备的温度信息暂存；
第一通信单元，与所述处理单元连接，所述处理单元以设定时间间隔控制第一通信单元将电力设备的运行声音信息和温度信息发送至服务器，并在所述声波幅值超出阈值或所述电力设备的温度信息超出温度阈值时，所述处理单元控制第一通信单元实时将电力设备的运行声音信息和温度信息发送至服务器；
所述服务器包括：
第二通信单元，用以接收所述第一通信单元发出的电力设备的运行声音信息和温度信息；
温度判别单元，用以判断电力设备的温度信息是否超出第二温度阈值；
运行声音判别单元，用以基于声音识别模型判断所述电力设备的运行声音信息中是否具有异常声音，是，则进一步计算该异常声音是由各种故障造成的置信度，并以最大的置信度作为计算结果；
预警信息生成单元，用以在所述电力设备的温度信息超出第二温度阈值或计算出的最大的置信度超出设定的第一置信度阈值时生成预警信息；
当所述最大的置信度低于设定的第一置信度阈值，且其高于设定的第二置信度阈值时，所述运行声音判别单元生成温度监测触发信号和实时采集触发信号，所述实时采集触发信号通过第二通信单元发出，所述处理单元通过第一通信单元接收实时采集触发信号，所述处理单元在接收到实时采集触发信号后的时间段n*t内控制第一通信单元将采集的电力设备的运行声音信息和温度信息实时发出，所述运行声音判别单元将温度检测触发信号发送至温度判别单元，所述温度判别单元在接收到温度监测触发信号后，在n个时间段t内对电力设备的温度信息进行监测，并计算n个时间段t内电力设备的温度变化率，具体如下：
Figure 431751DEST_PATH_IMAGE001
其中，RT为时间段内的电力设备温度变化率，T2为每一时间段t终止时的电力设备的温度值，T1为每一时间段t开始时的电力设备的温度值，n取值为大于1的整数；如RT为正值，且其变化率大于设定值，则所述预警信息生成单元生成预警信息。
2.根据权利要求1所述的变电站电力设备的自动监测预警系统，其特征在于，所述终端还包括环境温度采集单元，所述环境温度采集单元用以采集环境温度信息，并将所述环境温度信息发送至处理单元，所述处理单元根据环境温度信息计算第一温度阈值，具体如下：
Figure 965501DEST_PATH_IMAGE002
其中，Ts为第一温度阈值，T为环境温度采集单元采集的环境温度信息，K为设定的温升值。
3.根据权利要求1所述的变电站电力设备的自动监测预警系统，其特征在于，所述时间段t由以下方式计算得出：
Figure 20044DEST_PATH_IMAGE003
其中，M为计算出的最大的置信度，TN为设定的时间弹性系数。
4.一种变电站电力设备的自动监测预警方法，其特征在于，包括：
实时采集电力设备的运行声音信息和温度信息；
判断所述电力设备的温度信息是否超出第一温度阈值，是，则实时将电力设备的运行声音信息和温度信息发送出；
否则，从电力设备的运行声音信息中提取声波幅值，并判断所述声波幅值是否超出幅值阈值，是，则实时将电力设备的运行声音信息和温度信息发出；
否则，对所述电力设备的运行声音信息和温度信息进行暂存，并以设定时间间隔将电力设备的运行声音信息和温度信息发出；
接收发出的电力设备的运行声音信息和温度信息；
判断所述电力设备的温度信息是否超出第二温度阈值；
否，则基于声音识别模型判断所述电力设备的运行声音信息中是否具有异常声音，是，则进一步计算该异常声音是由各种故障造成的置信度，并以最大的置信度作为计算结果；
在所述电力设备的温度信息超出第二温度阈值或计算出的最大的置信度超出设定的第一置信度阈值时生成预警信息；
当所述最大的置信度低于设定的第一置信度阈值时，且其高于设定的第二置信度阈值时，在时间段n*t内对电力设备的温度信息进行监测，并计算n个时间段t内电力设备的温度变化率，具体如下：
Figure 997359DEST_PATH_IMAGE004
其中，RT为时间段内的电力设备温度变化率，T2为每一时间段t终止时的电力设备的温度值，T1为每一时间段t开始时的电力设备的温度值，n取值为大于1的整数；如RT为正值，且其变化率大于设定值，则生成预警信息。
5.根据权利要求4所述的变电站电力设备的自动监测预警方法，其特征在于，采集环境温度信息，并根据环境温度信息计算第一温度阈值，具体如下：
Figure 770143DEST_PATH_IMAGE005
其中，Ts为第一温度阈值，T为采集的环境温度信息，K为设定的温升值。
6.根据权利要求4所述的变电站电力设备的自动监测预警方法，其特征在于，所述时间段t由以下方式计算得出：
Figure 576425DEST_PATH_IMAGE003
其中，M为计算出的最大的置信度，TN为设定的时间弹性系数。
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