CN114069855A - 一种电力二次过电压防护设备寿命监测系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种电力二次过电压防护设备寿命监测系统及方法，其中系统包括：采集端，用于对过电压防护设备电源信号入口处的过电流波形进行采集并发送到数字处理端；数字处理端，用于对过电流波形进行数模转换、以及数字信号预处理得到数据包后上传至云端；云端，用于对数据包进行解码，得到过电流波形的电流峰值、电流均值、持续时间，根据电流峰值、电流均值和持续时间计算得到过电流的冲击能量，并根据冲击能量分析过电压防护设备的寿命情况。解决了现有技术监测准度较差且无法做到远程实时监测以及预警的技术问题。

Description

一种电力二次过电压防护设备寿命监测系统及方法
技术领域
本申请涉及电力物联网技术领域，尤其涉及一种电力二次过电压防护设备寿命监测系统及方法。
背景技术
市场上存在的普通防雷器监测寿命是单纯通过机械式的物理变换、窗口颜色变化进行寿命监测；监测方法普遍是利用纯物理机构，市场上大部分过电压防护设备损坏后才会发生提示，没有做到提前预警作用，在过电压防护设备更换前至损坏的时间段，对电气设备存在一定的危险。而目前的一些监测方法只能记录过电流的次数，根据概率测试估算过电压保护设备的寿命，监测准度有限，且无法做到远程实时监测以及预警。
发明内容
本申请提供了一种电力二次过电压防护设备寿命监测系统及方法，用于解决现有技术监测准度较差且无法做到远程实时监测以及预警的技术问题。
有鉴于此，本申请第一方面提供了一种电力二次过电压防护设备寿命监测系统，所述系统包括：
采集端，用于对过电压防护设备电源信号入口处的过电流波形进行采集并发送到数字处理端；
数字处理端，用于对所述过电流波形进行数模转换、以及数字信号预处理得到数据包后上传至云端；
云端，用于对所述数据包进行解码，得到所述过电流波形的电流峰值、电流均值、持续时间，根据所述电流峰值、所述电流均值和所述持续时间计算得到过电流的冲击能量，并根据所述冲击能量分析所述过电压防护设备的寿命情况。
可选地，所述采集端，具体用于：
对所述过电压防护设备电源信号入口处的过电流波形进行采集，并对所述过电流波形进行第一次降噪处理后，发送到数字处理端。
可选地，所述数字处理端，具体用于：
对所述过电流波形进行放大处理后进行模数转换，得到所述过电流波形的数字信号；
对所述数字信号进行第二次降噪处理、波形补帧、打包、以及加密得到数据包后上传至云端。
可选地，所述对所述数字信号进行第二次降噪处理，具体包括：通过PID的积分补偿去除所述数字信号中的错误值。
可选地，所述根据所述电流峰值、所述电流均值和所述持续时间计算得到过电流的冲击能量，具体包括：
根据所述电流峰值、所述电流均值和所述持续时间计算所述过电流波形的积分面积；
将所述积分面积转换为等效的过电流的冲击能量。
可选地，所述根据所述冲击能量分析所述过电压防护设备的寿命情况，具体包括：
获取所述过电压防护设备的最大承受冲击能量；
当所述冲击能量大于所述最大承受冲击能量时，发送设备寿命告警信号至运维人员。
本申请第二方面提供一种电力二次过电压防护设备寿命监测方法，所述方法包括：
S1、采集端对过电压防护设备电源信号入口处的过电流波形进行采集并发送到数字处理端；
S2、数字处理端对所述过电流波形进行数模转换、以及数字信号预处理得到数据包后上传至云端；
S3、云端对所述数据包进行解码，得到所述过电流波形的电流峰值、电流均值、持续时间，根据所述电流峰值、所述电流均值和所述持续时间计算得到过电流的冲击能量，并根据所述冲击能量分析所述过电压防护设备的寿命情况。
可选地，步骤S1，具体包括：
采集端对所述过电压防护设备电源信号入口处的过电流波形进行采集，并对所述过电流波形进行第一次降噪处理后，发送到数字处理端。
可选地，步骤S2，具体包括：
数字处理端对所述过电流波形进行放大处理后进行模数转换，得到所述过电流波形的数字信号；并对所述数字信号进行第二次降噪处理、波形补帧、打包、以及加密得到数据包后上传至云端。
可选地，步骤S3，具体包括：
云端对所述数据包进行解码，得到所述过电流波形的电流峰值、电流均值、持续时间；
并根据所述电流峰值、所述电流均值和所述持续时间计算所述过电流波形的积分面积，将所述积分面积转换为等效的过电流的冲击能量；
获取所述过电压防护设备的最大承受冲击能量，当所述冲击能量大于所述最大承受冲击能量时，发送设备寿命告警信号至运维人员。
本申请提供了一种电力二次过电压防护设备寿命监测系统，包括：采集端，用于对过电压防护设备电源信号入口处的过电流波形进行采集并发送到数字处理端；数字处理端，用于对过电流波形进行数模转换、以及数字信号预处理得到数据包后上传至云端；云端，用于对数据包进行解码，得到过电流波形的电流峰值、电流均值、持续时间，根据电流峰值、电流均值和持续时间计算得到过电流的冲击能量，并根据冲击能量分析过电压防护设备的寿命情况。
本申请的电力二次过电压防护设备寿命监测系统，利用物联网技术，通过采集过电流波形特性，输入到大数据算法里，根据波形峰峰值等波形特性把过电流折算为等效冲击能量，根据等效冲击能量对过电压防护设备寿命进行监测；从而对过电压保护设备进行实时监控，当过电压保护设备寿命不足时，及时通知运维人员进行更换，避免电气设备被余部过电压冲击损坏。与现有技术通过波形采集推算过电压保护设备的寿命等方法相比更加的准确。而且本申请的技术方案，可以在远端连续的进行监测，有效降低运维成本。从而解决了现有技术监测准度较差且无法做到远程实时监测以及预警的技术问题。
附图说明
图1为本申请实施例中提供的一种电力二次过电压防护设备寿命监测系统的结构示意图；
图2为本申请实施例中提供的一种电力二次过电压防护设备寿命监测系统的原理图；
图3为本申请实施例中提供的一种电力二次过电压防护设备寿命监测方法实施例一的流程示意图；
图4为本申请实施例中提供的一种电力二次过电压防护设备寿命监测方法实施例二的流程示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
请参阅图1和图2，本申请实施例提供的一种电力二次过电压防护设备寿命监测系统，包括：
采集端101，用于对过电压防护设备电源信号入口处的过电流波形进行采集并发送到数字处理端。
本实施例，在对过电压防护设备电源信号入口处的过电流波形进行采集后，还需要对过电流波形进行去高频、降噪处理，再发送到数字处理端。
采集端主要是通过无接触互感器对过电压防护设备电源(包括信号过电压保护器、电源保护器等)信号入口处的过电流进行波形采集，采集原理：通过高精度互感线圈对过电流进行感应，此时瞬态感应波属于模拟信号量，不能直接上传到云端，需要对模拟量进行模数转换，所以采集端感应到的瞬态感应波直接送到了数字处理端。
在实际应用中，将较高精度的双绞屏蔽线把异瞬态过电流接入芯片LM393N，并进行毛刺去除(去高频)、去噪声。瞬态过电流经过采集端的第一次处理后进入本地端。
数字处理端102，用于对过电流波形进行数模转换、以及数字信号预处理得到数据包后上传至云端。
本实施例，在对过电流波形进行数模转换之前还需要对过电流波形进行放大处理，对过电流波形进行数模转换之后，还需要进行数字信号预处理，具体包括：第二次降噪处理、波形补帧、打包、以及加密，从而得到数据包后上传至云端。
需要说明的是，数据处理端可以主要由DSP处理器或者8位以上可编程微控制器与24位分辨率的模数转换芯片组成，高分辨率的模数转换芯片给模拟信号一个信号完整性，尽可能的保持波形的相拟度，可以让后级的云端尽可能的复原采集到的过电流波形。在模数转换前，也需要对波形进一步的放大、去耦、屏蔽防干扰等波形数据保护与处理，直到转换为数字信号前都是属于极度容易被干扰、失真、噪声的模拟信号。可编程微控制器在这里一个方面是作为本地端显示过电流的基本信息，比如发生时间、数值大小、持续时间等，全部波形参数则通过微控制器统一整合为数据帧包向GPRS模块向云服务器上传，微控制器起到承上启下的统筹作用。
在实际应用中，数据处理端可由芯片TDA7388对瞬态电流压进行波形放大，放大目的是为了方便模数转换，PCF8591T芯片可以把瞬态过电流从模拟信号转换为数字信号，数字信号具有稳定性，可以保证瞬态过电流的固定值不受外界因素发生改变。第二次去噪声属于软件去噪，通过PID(Kp:差分、Ki:积分、KD：常数)的积分补偿，去除转换过程中的错误值。
其中，PID通用公式为：
Figure BDA0003350337210000051
单片机STM32F767IGT6是数据处理端的主控芯片，该芯片通过GPIO引脚读取瞬态过电流波形信息，通过软件编程分析出电流峰峰值、均值、持续时间等信息。最后数字信号的瞬态过电流经过加密、打包上传到云端。加密方式为：Ks+Ka+115200+Data+0+Kp(其中Ks:开始密匙，Ka：奇偶校验位，115200：额定波特率，Data：数字信号瞬态过电流数值，0：结束码,Kp：结束密匙)，瞬态过电流数据统一经过2秒钟打包发送至云端(集合在一起的数字信号瞬态过电流统一发送，数据到到先发，排队入栈)。
云端103，用于对数据包进行解码，得到过电流波形的电流峰值、电流均值、持续时间，根据电流峰值、电流均值和持续时间计算得到过电流的冲击能量，并根据冲击能量分析过电压防护设备的寿命情况。
在本实施例中，云端首先对数据包进行解码还原，得到所述过电流波形的电流峰值、电流均值、持续时间；然后根据电流峰值、电流均值和持续时间计算所述过电流波形的积分面积，将所述积分面积转换为等效的过电流的冲击能量；最后获取过电压防护设备的最大承受冲击能量，当冲击能量大于最大承受冲击能量时，发送设备寿命告警信号至运维人员。
需要说明的是，云服务器主要是对数字处理端上传的数据进行分包、解码、汇合、还原等处理后先还原波形，然后云服务端通过过电流峰峰值、均值、持续时间等进行绝对值积分，经过特定的积分算法推算出冲击能量大小，云端会记录该过电压防护设备的总冲击能量大小。当冲击能量到达预先设定的阀值时会及时会发生告警，提醒运维人员及时更换过电压保护设。
在实际应用中，云端接收到由数据处理端的GPRS模块上传的数据后立即进行解码，解码原理是判断开始密钥和结束密匙是否和系统中约定的一致，如果一致则分析瞬态过电流的电流峰峰值、均值、持续时间、发生时间等信息。具有高运行效率的云服务一方面可以根据时间节点和对应的电流值虚拟还原波形，另一方面根据其电流峰值、电流均值、持续时间快速计算出该瞬态过电流的积分面积。
其中，积分面积计算公式为：∫f(x)dx＝F(x)+C；
通过其积分面积即可折算为等效的过电流冲击能量，能量转换公式为{[f(x)dx]*t}/1024+k(t:持续时间，k:基调常数，根据防雷器型号可调)。
然后根据防雷器的最大承受冲击能量分析过电压防护设备的寿命情况，例如防雷器的最大承受冲击能量为1000J，当雷击超过1000J时，系统提示该防护设备诶寿命已到，不适宜继续使用，需要及时更换。
进一步地，云端可以用工业类工控机代替，虽然云端的容量是比较大，但不考虑数据存储功能时候，物理工控机是完全可以替换云端的，市场上，物理工控机运算速度可达2.4Ghz以上，完全可以直接套入对应的波形积分公式的，但环境的改变，需要对整个开发环境重新配置，但数学模型和公式是一致的，前端输入数据都是过电流波形，经过第一阶段的信号处理还是最终得到对应的波形数字信号(模拟数据包)，后端输出还是人机交互界面，显示过电流的波形相关参数以及特性，最重要的输出数据则是已经过电流经过积分计算过后的过电压防护设备的剩余寿命。
本申请主要分为三个前后结构及其技术来组成电力二次过电压防护设备寿命监测系统，分别是采集端、数字处理端、大数据云端三个部分。采集端主要通过感应对雷电流类波形进行精准转换，转换后的数据量直接进入数字处理端，数字处理端对数据进行去耦、平滑化、子波变换、微分处理后打包上传到云平台，云平台可以把采集到的过电流波形经过特定算法换算为有效冲击能量，通过累计能量数值来推测过电压防护设备的剩余寿命。
以上为本申请实施例中提供的一种电力二次过电压防护设备寿命监测系统的实施例，以下为本申请实施例中提供的一种电力二次过电压防护设备寿命监测方法的实施例一。
请参阅图2，本实施例提供的一种电力二次过电压防护设备寿命监测方法，包括：
步骤201、采集端对过电压防护设备电源信号入口处的过电流波形进行采集并发送到数字处理端。
步骤202、数字处理端对过电流波形进行数模转换、以及数字信号预处理得到数据包后上传至云端。
步骤203、云端对数据包进行解码，得到过电流波形的电流峰值、电流均值、持续时间，根据电流峰值、电流均值和持续时间计算得到过电流的冲击能量，并根据冲击能量分析过电压防护设备的寿命情况。
以上为本申请实施例中提供的一种电力二次过电压防护设备寿命监测方法的实施例，以下为本申请实施例中提供的一种电力二次过电压防护设备寿命监测方法的实施例二。
请参阅图3，本实施例提供的一种电力二次过电压防护设备寿命监测方法，包括：
步骤301、采集端对过电压防护设备电源信号入口处的过电流波形进行采集，并对过电流波形进行第一次降噪处理后，发送到数字处理端。
步骤302、数字处理端对过电流波形进行放大处理后进行模数转换，得到过电流波形的数字信号；并对数字信号进行第二次降噪处理、波形补帧、打包、以及加密得到数据包后上传至云端。
步骤303、云端对数据包进行解码，得到过电流波形的电流峰值、电流均值、持续时间。
步骤304、云端根据电流峰值、电流均值和持续时间计算过电流波形的积分面积，将积分面积转换为等效的过电流的冲击能量。
步骤305、云端获取过电压防护设备的最大承受冲击能量，当冲击能量大于最大承受冲击能量时，发送设备寿命告警信号至运维人员。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的方法的具体工作过程，可以参考前述系统实施例中的对应过程，在此不再赘述。
本申请的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(英文全称：Read-OnlyMemory，英文缩写：ROM)、随机存取存储器(英文全称：Random Access Memory，英文缩写：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种电力二次过电压防护设备寿命监测系统，其特征在于，包括：
采集端，用于对过电压防护设备电源信号入口处的过电流波形进行采集并发送到数字处理端；
数字处理端，用于对所述过电流波形进行数模转换、以及数字信号预处理得到数据包后上传至云端；
云端，用于对所述数据包进行解码，得到所述过电流波形的电流峰值、电流均值、持续时间，根据所述电流峰值、所述电流均值和所述持续时间计算得到过电流的冲击能量，并根据所述冲击能量分析所述过电压防护设备的寿命情况。
2.根据权利要求1所述的电力二次过电压防护设备寿命监测系统，其特征在于，所述采集端，具体用于：
对所述过电压防护设备电源信号入口处的过电流波形进行采集，并对所述过电流波形进行第一次降噪处理后，发送到数字处理端。
3.根据权利要求2所述的电力二次过电压防护设备寿命监测系统，其特征在于，所述数字处理端，具体用于：
对所述过电流波形进行放大处理后进行模数转换，得到所述过电流波形的数字信号；
对所述数字信号进行第二次降噪处理、波形补帧、打包、以及加密得到数据包后上传至云端。
4.根据权利要求3所述的电力二次过电压防护设备寿命监测系统，其特征在于，所述对所述数字信号进行第二次降噪处理，具体包括：通过PID的积分补偿去除所述数字信号中的错误值。
5.根据权利要求1所述的电力二次过电压防护设备寿命监测系统，其特征在于，所述根据所述电流峰值、所述电流均值和所述持续时间计算得到过电流的冲击能量，具体包括：
根据所述电流峰值、所述电流均值和所述持续时间计算所述过电流波形的积分面积；
将所述积分面积转换为等效的过电流的冲击能量。
6.根据权利要求1所述的电力二次过电压防护设备寿命监测系统，其特征在于，所述根据所述冲击能量分析所述过电压防护设备的寿命情况，具体包括：
获取所述过电压防护设备的最大承受冲击能量；
当所述冲击能量大于所述最大承受冲击能量时，发送设备寿命告警信号至运维人员。
7.一种电力二次过电压防护设备寿命监测方法，其特征在于，包括：
S1、采集端对过电压防护设备电源信号入口处的过电流波形进行采集并发送到数字处理端；
S2、数字处理端对所述过电流波形进行数模转换、以及数字信号预处理得到数据包后上传至云端；
S3、云端对所述数据包进行解码，得到所述过电流波形的电流峰值、电流均值、持续时间，根据所述电流峰值、所述电流均值和所述持续时间计算得到过电流的冲击能量，并根据所述冲击能量分析所述过电压防护设备的寿命情况。
8.根据权利要求7所述的电力二次过电压防护设备寿命监测方法，其特征在于，步骤S1，具体包括：
采集端对所述过电压防护设备电源信号入口处的过电流波形进行采集，并对所述过电流波形进行第一次降噪处理后，发送到数字处理端。
9.根据权利要求8所述的电力二次过电压防护设备寿命监测方法，其特征在于，步骤S2，具体包括：
数字处理端对所述过电流波形进行放大处理后进行模数转换，得到所述过电流波形的数字信号；并对所述数字信号进行第二次降噪处理、波形补帧、打包、以及加密得到数据包后上传至云端。
10.根据权利要求7所述的电力二次过电压防护设备寿命监测方法，其特征在于，步骤S3，具体包括：
云端对所述数据包进行解码，得到所述过电流波形的电流峰值、电流均值、持续时间；
并根据所述电流峰值、所述电流均值和所述持续时间计算所述过电流波形的积分面积，将所述积分面积转换为等效的过电流的冲击能量；
获取所述过电压防护设备的最大承受冲击能量，当所述冲击能量大于所述最大承受冲击能量时，发送设备寿命告警信号至运维人员。
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