CN113659709B - 一种基于声音识别的开关站运行监测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于声音识别的开关站运行监测系统及方法，所述开关站运行监测系统包括声音信号采集模块、声音信号处理模块和声音信号分析模块，所述声音采集模块与声音处理模块连接，所述声音信号分析模块与声音处理模块连接。所述开关站监测方法具体为采集开关站内声音信号，对声音信号进行分类处理后声音信号分析模块根据声音信号类型提取对应的典型设备运行声音，将声音信号和典型设备运行声音进行对比，根据对比结果判断开关站运行情况。本发明通过开关站内声音信号与典型设备运行声音的对比结果来判断开关站设备的运行情况，实现了开关站的持续监测，且能够及时获取开关站的异常情况，提高检修效率，从而提高开关站的供电可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及开关站运行监测领域，尤其是指一种基于声音识别的开关站运行监测系统及方法。
背景技术
开关站作为城市配网的重要组成部分，起到了分配高、中压电能的作用，因此，开关站的正常运行与配电网的供电可靠性息息相关。然而为了保证开关站的正常运行，开关站内设备需要进行长时间的运作，而长时间的运作对于开关站设备来说，会造成开关站设备的故障，从而影响开关站的正常运行，若不及时对开关站设备故障进行修复，则会对配电网的供电可靠性造成影响。但是现在传统的开关站设备的检修主要依靠的还是人工定时巡检来排除电力设备的故障，对于电力设备的故障不能及时修复，对配电网的供电可靠性造成影响。且人工定时巡检也难以发现电力设备的微小异常，对于开关站设备的异常情况不能准确掌握，检修效率也较低。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的缺点，提供一种基于声音识别的开关站运行监测系统及方法。
本发明的目的是通过下述技术方案予以实现：
一种基于声音识别的开关站运行监测方法，包括以下步骤：
步骤一，声音采集模块采集开关站内声音信号，声音采集模块将采集到的声音信号传输至声音信号处理模块；
步骤二，声音信号处理模块对声音信号进行分类处理并输入声音信号分析模块；
步骤三，声音信号分析模块根据声音信号类型提取每个声音信号对应的典型设备运行声音，并将每个声音信号和与其对应的典型设备运行声音进行对比；
步骤四，声音信号分析模块根据对比结果判断开关站运行情况，当至少一个声音信号的对比结果显示不一致时，则判断开关站运行异常；当所有声音信号的对比结果均显示一致时，则判断开关站正常运行；
步骤二中所述声音信号处理模块(2)对声音信号进行分类处理的具体过程为：声音信号处理模块(2)将每个声音信号与采集声音信号的声音采集传感器进行匹配，并获取每个声音信号所对应声音采集传感器的位置信息，声音信号处理模块(2)再根据采集声音信号的时间以及声音采集传感器的位置信息对每个声音信号对应的声源位置进行定位，声音信号处理模块(2)再根据定位结果将每个声音信号与开关站设备进行匹配，根据匹配结果对声音信号进行分类，每个开关站设备对应一种类型的声音信号；
步骤四中声音信号分析模块(3)判断出判断开关站运行异常时，声音信号分析模块(3)还通过声音采集模块(1)采集一段时间该声音信号对应开关站设备的运行声音，声音信号分析模块(3)通过后续采集的运行声音对该开关站设备进行异常情况分析，报警模块(4)根据异常情况分析结果生成报警信息，并通过通讯模块(5)将报警信息传输至监控后台(6)，所述报警信息内包括开关站设备信息以及异常情况信息；
声音信号分析模块(3)通过后续采集的运行声音对开关站设备进行异常情况分析的具体过程为：声音信号分析模块(3)确定进行异常情况分析的开关站设备，采集一段时间该开关站设备的运行声音，声音信号分析模块(3)将采集的运行声音进行分帧处理，并获取每一帧运行声音对应的特征值和时间点，声音信号分析模块(3)再将典型设备运行声音进行分帧处理，并获取每一帧典型设备运行声音对应的特征值和时间点，声音信号分析模块(3)将同一时间点的运行声音以及典型设备运行声音进行匹配，根据匹配结果将运行声音的特征值和对应的典型设备运行声音的特征值进行比较，筛选出特征值不同的运行声音，获取运行声音与典型设备运行声音特征值不同的总时间，并将运行声音与典型设备运行声音特征值不同的时间和运行声音的总时间进行比较，若运行声音与典型设备运行声音特征值不同的时间占总时间的比例超过预设阈值，则判定该开关站设备存在异常情况；若运行声音与典型设备运行声音特征值不同的时间占总时间的比例未超过预设阈值，则判定该开关站设备处于正常运行状态；
在判定开关站设备存在异常情况后，还提取该开关站设备对应的特殊声音信号，还将采集到的运行声音与特殊声音信号进行比较，若运行声音与特殊声音信号相匹配，则修改该开关站设备的异常情况分析结果为该开关站设备处于正常运行状态；若运行声音与特殊声音信号不匹配，则保留该开关站设备的异常情况分析结果为该开关站设备存在异常情况；
在开关站设备的异常情况分析结果为开关站设备存在异常情况后，声音信号分析模块(3)提取该开关站设备对应的运行故障声音，将该开关站设备的运行声音与运行故障声音进行比较，确定该开关站设备的故障类型，并通过通讯模块(5)将故障类型信息传输至监控后台(6)。
在开关站运行过程中实时采集设备所发出的声音信号，根据将采集到的声音信号与典型设备运行声音进行比较所获得的比较结果，能够获取开关站内运行异常情况。且声音采集模块能够实现持续地实时采集开关站内声音信号，从而达到了持续对开关站运行情况进行实时监测的目的，在开关站运行出现异常情况时能够及时做出反应。
典型设备运行声音是在开关站正常平稳运行过程中所采集到的声音信号，所以当开关站处于正常平稳运行状态时，所采集到的声音信号应当与典型设备运行声音相同。且开关站内包含多个开关站设备，每一个开关站内设备都关系着整个开关站的运行，只要有一个开关站设备出现问题，整个开关站的运行就会受到影响，而声音采集模块所采集到的声音信号来源于开关站设备，所以需要对所有声音信号进行对比，只有所有声音信号都与典型设备运行声音相同时，才能判断出开关站处于正常运行状态。
由于每个开关站设备所发出的声音并不相同，所以在确定声音信号进行对比的典型设备运行声音时，需要通过声音传感器来确定声源位置，从而确定发出声音信号的开关站设备，确定了声音信号对应的开关站设备后，提取该开关站设备平稳运行时的声音作为典型设备运行声音，进一步提高声音信号的对比准确性。
在判断出声音信号与典型设备运行声音不一致时，仅能够判断出开关站设备可能出现异常，所以继续采集可能出现异常的开关站设备的运行声音，来对该开关站设备的异常情况进行具体分析，提高开关站异常情况识别的准确性，防止出现错误报警，减少不必要的检修工作。且一旦确定出现异常情况，则立刻发送报警信息至监控后台，提高开关站异常的处理效率，降低因开关站运行异常带来的损失。且报警信息内包括了开关站设备信息以及对异常情况信息，帮助检修人员快速获取开关站内异常设备，以便后续开展检修工作。
若开关站设备发生故障，开关站设备将会持续发出与典型设备运行声音不一致的运行声音，所以对一段时间内开关站设备的运行声音进行分析，若异常声音仅出现短短的一小段时间，并不是持续性的出现，可能是周围环境声音如雷声等对声音识别造成了影响，开关站设备其实处于正常运行状态。且有些开关站设备在出现异常时，所发出的异常运行声音之间存在时间间隔，所以采用异常运行声音占总时间的占比来判断异常情况。通过对不一致声音的持续时间分析能够进一步的提高异常情况判断的准确性。
由于有些特殊声音信号，如运行过程中随着温度升高，开关站设备的散热部件开始工作后，所采集的声音信号将会加入散热部件的运行声音，与典型设备运行声音也会不同，所以将判定存在异常情况的开关站设备的运行声音再与特殊声音信号对比，排除开关站设备运行过程中所发生的特殊事件对异常情况判断造成的影响，进一步提高开关站运行监测的准确性。
进一步的，在声音信号处理模块对声音信号进行分类处理前，声音信号处理模块还通过主成分分析法对采集到的声音信号进行去噪处理。
由于有些开关站设备的放置位置可能比较接近，在对其中一个开关站设备的运行声音进行采集时，其周边的开关站设备运行声音可能也会被采集到，所以通过主成分分析法进行去噪处理，提高后续声音信号对比的准确性。
一种基于声音识别的开关站运行监测系统，包括声音采集模块、声音信号处理模块和声音信号分析模块，所述声音采集模块与声音处理模块连接，所述声音采集模块用于采集开关站内各设备运行时的声音信号，所述声音处理模块用于对声音信号进行分类处理，所述声音信号分析模块与声音处理模块连接，所述声音分析模块用于根据声音信号判断开关站内运行状况。
进一步的，所述声音采集模块包括若干个声音采集传感器，每个声音传感器均设置在开关站设备上，或者开关站设备附近，所述声音采集传感器用于分别采集开关站内各设备运行时的声音信号。
进一步的，一种基于声音识别的开关站运行监测系统还包括报警模块、通讯模块、监控后台和数据库，所述报警模块与声音信号分析模块连接，所述报警模块用于生成报警信息，所述通讯模块同时与声音信号分析模块以及报警模块连接，所述通讯模块用于发送报警信息以及故障类型信息至监控后台，所述监控后台用于展示报警信息以及故障类型信息，所述数据库与声音信号分析模块连接，所述数据库用于提供典型设备运行声音、运行故障声音和特殊声音信号。
本发明的有益效果是：
将声音信号与开关站设备平稳运行时的声音进行比对的对比结果来对判断开关站运行情况，通过实时采集并对比声音信号即可获取开关站的运行情况，达到开关站运行的实时监测目的。且在开关站内存在设备异常情况时，能够及时获取异常设备的相关信息，提高检修效率，从而提高供电可靠性。通过声音信号的对比也能够准确获取开关站设备的故障类型，比起通过开关站设备运行数据来判断故障类型，声音信号的对比的计算过程更加简洁，计算量也更小，准确度也高。检修人员通过监控后台内的报警信息以及故障类型等信息即可制定检修方案，无需现场进行故障判定，进一步提高了检修效率。
附图说明
图1是本发明的一种结构示意图；
图2是本发明的一种流程示意图；
其中：1、声音采集模块，2、声音信号处理模块，3、声音信号分析模块，4、报警模块，5、通讯模块，6、监控后台，7、数据库。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步描述。
实施例：
一种基于声音识别的开关站运行监测系统，如图1所示，包括声音采集模块1、声音信号处理模块2、声音信号分析模块3、报警模块4、通讯模块5、监控后台6和数据库7，所述声音采集模块1与声音处理模块连接，所述声音采集模块1用于采集开关站内各设备运行时的声音信号，所述声音处理模块用于对声音信号进行分类处理，所述声音信号分析模块3与声音处理模块连接，所述声音分析模块用于根据声音信号判断开关站内运行状况。
所述报警模块4与声音信号分析模块3连接，所述报警模块4用于生成报警信息，所述通讯模块5同时与声音信号分析模块3以及报警模块4连接，所述通讯模块5用于发送报警信息以及故障类型信息至监控后台6，所述监控后台6用于展示报警信息以及故障类型信息，所述数据库7与声音信号分析模块3连接，所述数据库7用于提供典型设备运行声音、运行故障声音和特殊声音信号。
所述声音采集模块1包括20个声音采集传感器，每个声音传感器均设置在开关站设备上，或者开关站设备附近，所述声音采集传感器用于分别采集开关站内各设备运行时的声音信号。
一种基于声音识别的开关站运行监测方法，如图2所示，包括以下步骤：
步骤一，声音采集模块1采集开关站内声音信号，声音采集模块1将采集到的声音信号传输至声音信号处理模块2；
步骤二，声音信号处理模块2通过主成分分析法对采集到的声音信号进行去噪处理，并将去噪处理后的声音信号进行分类处理并输入声音信号分析模块3；
步骤三，声音信号分析模块3根据声音信号类型从提取每个声音信号对应的典型设备运行声音，并将每个声音信号和与其对应的典型设备运行声音进行比对；
步骤四，声音信号分析模块3根据对比结果判断开关站运行情况，当至少一个声音信号的对比结果显示不一致时，则判断开关站运行异常；当所有声音信号的对比结果均显示一致时，则判断开关站正常运行。
步骤二中所述声音信号处理模块2对声音信号进行分类处理的具体过程为：声音信号处理模块2将每个声音信号与采集声音信号的声音传感器进行匹配，并获取每个声音信号所对应声音传感器的位置信息，声音信号处理模块2再根据采集声音信号的时间以及声音传感器的位置信息对每个声音信号对应的声源位置进行定位，声音信号处理模块2再根据定位结果将每个声音信号与开关站设备进行匹配，根据匹配结果对声音信号进行分类，每个开关站设备对应一种类型的声音信号。
步骤四中声音信号分析模块3判断出判断开关站运行异常时，声音信号分析模块3还通过声音采集模块1采集一段时间该声音信号对应开关站设备的运行声音，声音信号分析模块3通过后续采集的运行声音对该开关站设备进行异常情况分析，报警模块4根据异常情况分析结果生成报警信息，并通过通讯模块5将报警信息传输至监控后台6，所述报警信息内包括开关站设备信息以及异常情况信息。报警信息内开关站设备信息包括开关站设备在开关站内的位置以及相应的设备编号等基础信息，检测到该开关站声音信号与典型设备运行声音不一致的时间点，异常情况持续的时间以及与该开关站设备相关联的开关站设备等。
声音信号分析模块3通过后续采集的运行声音对开关站设备进行异常情况分析的具体过程为：声音信号分析模块3确定进行异常情况分析的开关站设备，采集一段时间该开关站设备的运行声音，声音信号分析模块3将采集的运行声音进行分帧处理，并获取每一帧运行声音对应的特征值和时间点，声音信号分析模块3再将典型设备运行声音进行分帧处理，并获取每一帧典型设备运行声音对应的特征值和时间点，声音信号分析模块3将同一时间点的运行声音以及典型设备运行声音进行匹配，根据匹配结果将运行声音的特征值和对应的典型设备运行声音的特征值进行比较，筛选出特征值不同的运行声音，获取运行声音与典型设备运行声音特征值不同的总时间，并将运行声音与典型设备运行声音特征值不同的时间和运行声音的总时间进行比较，若运行声音与典型设备运行声音特征值不同的时间占总时间的比例超过预设阈值，则判定该开关站设备存在异常情况；若运行声音与典型设备运行声音特征值不同的时间占总时间的比例未超过预设阈值，则判定该开关站设备处于正常运行状态。
在判定开关站设备存在异常情况后，还提取该开关站设备对应的特殊声音信号，还将采集到的运行声音与特殊声音信号进行比较，若运行声音与特殊声音信号相匹配，则修改该开关站设备的异常情况分析结果为该开关站设备处于正常运行状态；若运行声音与特殊声音信号不匹配，则保留该开关站设备的异常情况分析结果为该开关站设备存在异常情况。
由于在开关站运行过程中可能会出现有特殊情况时发出的特殊运行声音，而典型设备运行声音为开关站设备平稳运行时所采集到的声音，所以开关站设备的声音信号与典型设备运行声音不同时，也有可能是开关站设备在运行过程中所发出的特殊运行声音，比如在温度变高时，开关站设备内冷却部件开始工作时发出的声音，以及在雨天，雨声混合开关站设备运行的声音也会对异常情况判断造成干扰，但是在这种情况下，无需对该设备进行检修工作，所以将声音信号与特殊运行声音进行比较，排除特殊运行情况对异常情况判断的干扰。在判断出不一致的异常声音为特殊运行声音时，修改之前的异常情况判断结果，防止增加不必要的检修工作。
在开关站设备的异常情况分析结果为该开关站设备存在异常情况后，声音信号分析模块3提取该开关站设备对应的运行故障声音，将该开关站设备的运行声音与运行故障声音进行比较，确定该开关站设备的故障类型，并通过通讯模块5将故障类型信息传输至监控后台6。
由于开关站设备在不同故障情况下发出的声音信号也是不一样的，所以通过将声音信号与运行故障声音对比能够获取对应的故障类型，不需要进行现场故障检查，通过监控后台6内的开关站设备以及故障类型即可安排检修计划，提高检修效率。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
Claims (4)
1.一种基于声音识别的开关站运行监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，声音采集模块(1)采集开关站内声音信号，声音采集模块(1)将采集到的声音信号传输至声音信号处理模块(2)；
步骤二，声音信号处理模块(2)对声音信号进行分类处理并输入声音信号分析模块(3)；
步骤三，声音信号分析模块(3)根据声音信号类型提取每个声音信号对应的典型设备运行声音，并将每个声音信号和与其对应的典型设备运行声音进行对比；
步骤四，声音信号分析模块(3)根据对比结果判断开关站运行情况，当至少一个声音信号的对比结果显示不一致时，则判断开关站运行异常；当所有声音信号的对比结果均显示一致时，则判断开关站正常运行；
步骤二中所述声音信号处理模块(2)对声音信号进行分类处理的具体过程为：声音信号处理模块(2)将每个声音信号与采集声音信号的声音采集传感器进行匹配，并获取每个声音信号所对应声音采集传感器的位置信息，声音信号处理模块(2)再根据采集声音信号的时间以及声音采集传感器的位置信息对每个声音信号对应的声源位置进行定位，声音信号处理模块(2)再根据定位结果将每个声音信号与开关站设备进行匹配，根据匹配结果对声音信号进行分类，每个开关站设备对应一种类型的声音信号；
步骤四中声音信号分析模块(3)判断出判断开关站运行异常时，声音信号分析模块(3)还通过声音采集模块(1)采集一段时间该声音信号对应开关站设备的运行声音，声音信号分析模块(3)通过后续采集的运行声音对该开关站设备进行异常情况分析，报警模块(4)根据异常情况分析结果生成报警信息，并通过通讯模块(5)将报警信息传输至监控后台(6)，所述报警信息内包括开关站设备信息以及异常情况信息；
声音信号分析模块(3)通过后续采集的运行声音对开关站设备进行异常情况分析的具体过程为：声音信号分析模块(3)确定进行异常情况分析的开关站设备，采集一段时间该开关站设备的运行声音，声音信号分析模块(3)将采集的运行声音进行分帧处理，并获取每一帧运行声音对应的特征值和时间点，声音信号分析模块(3)再将典型设备运行声音进行分帧处理，并获取每一帧典型设备运行声音对应的特征值和时间点，声音信号分析模块(3)将同一时间点的运行声音以及典型设备运行声音进行匹配，根据匹配结果将运行声音的特征值和对应的典型设备运行声音的特征值进行比较，筛选出特征值不同的运行声音，获取运行声音与典型设备运行声音特征值不同的总时间，并将运行声音与典型设备运行声音特征值不同的时间和运行声音的总时间进行比较，若运行声音与典型设备运行声音特征值不同的时间占总时间的比例超过预设阈值，则判定该开关站设备存在异常情况；若运行声音与典型设备运行声音特征值不同的时间占总时间的比例未超过预设阈值，则判定该开关站设备处于正常运行状态；
在判定开关站设备存在异常情况后，还提取该开关站设备对应的特殊声音信号，还将采集到的运行声音与特殊声音信号进行比较，若运行声音与特殊声音信号相匹配，则修改该开关站设备的异常情况分析结果为该开关站设备处于正常运行状态；若运行声音与特殊声音信号不匹配，则保留该开关站设备的异常情况分析结果为该开关站设备存在异常情况；
在开关站设备的异常情况分析结果为开关站设备存在异常情况后，声音信号分析模块(3)提取该开关站设备对应的运行故障声音，将该开关站设备的运行声音与运行故障声音进行比较，确定该开关站设备的故障类型，并通过通讯模块(5)将故障类型信息传输至监控后台(6)。
2.根据权利要求1所述的一种基于声音识别的开关站运行监测方法，其特征在于，在声音信号处理模块(2)对声音信号进行分类处理前，声音信号处理模块(2)还通过主成分分析法对采集到的声音信号进行去噪处理。
3.一种基于声音识别的开关站运行监测系统，用于执行权利要求1所述的一种基于声音识别的开关站运行监测方法，其特征在于，包括声音采集模块(1)、声音信号处理模块(2)和声音信号分析模块(3)，所述声音采集模块(1)与声音信号处理模块(2)连接，所述声音采集模块(1)用于采集开关站内各设备运行时的声音信号，所述声音信号处理模块(2)用于对声音信号进行分类处理，所述声音信号分析模块(3)与声音信号处理模块(2)连接，所述声音信号分析模块(3)用于根据声音信号判断开关站内运行状况；
还包括报警模块(4)、通讯模块(5)、监控后台(6)和数据库(7)，所述报警模块(4)与声音信号分析模块(3)连接，所述报警模块(4)用于生成报警信息，所述通讯模块(5)同时与声音信号分析模块(3)以及报警模块(4)连接，所述通讯模块(5)用于发送报警信息以及故障类型信息至监控后台(6)，所述监控后台(6)用于展示报警信息以及故障类型信息，所述数据库(7)与声音信号分析模块(3)连接，所述数据库(7)用于提供典型设备运行声音、运行故障声音和特殊声音信号。
4.根据权利要求3所述的一种基于声音识别的开关站运行监测系统，其特征在于，所述声音采集模块(1)包括若干个声音采集传感器，每个声音采集传感器均设置在开关站设备上，或者开关站设备附近，所述声音采集传感器用于分别采集开关站内各设备运行时的声音信号。
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| 水电站机组状态监测与故障诊断系统应用;谭淞镁;《通信电源技术》;20200325;第37卷(第6期);第111、112页 * |
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