CN114076876A - 一种用于煤矿高压电缆在线绝缘监测的异构融合方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于煤矿高压电缆在线绝缘监测的异构融合方法，包括监测模块，处理模块，供电模块和上位机监测中心和移动终端；通过监测模块的电流传感器、电压传感器、温度传感器采集数据的发送给微处理器；微处理器采用长短期记忆神经网络LSTM分析数据得出故障情况，微处理器将处理结果后通过网络通信模块将数据发送到上位机监控中心，上位机监控中心对上传的电缆特征信息进行展示。本发明能够实时诊断高压电缆健康状况，对采集到的设备信息进行预知判断，提供分级报警功能；本发明采用异构网络传输能够提高数据的传输效率。

Description

一种用于煤矿高压电缆在线绝缘监测的异构融合方法

技术领域

本发明涉及物联网应用技术领域和高压监测技术领域，具体是一种用于煤矿高压电缆在线绝缘监测的异构融合方法。

背景技术

输配电系统是电力系统的重要组成部分之一，其中电缆承担着电力运输及配送作用。以高压电缆为代表的供电系统组成部分，在长期高负荷运行过程中，系统薄弱环节容易出现表面氧化腐蚀、封闭母线连接处老化等问题，导致接触电阻过大而发热，严重时可能造成火灾和大面积的停电等事故，对人们的生命财产安全造成重大隐患，给国家发展带来了巨大经济损失。物联网通讯技术的快速发展，为电气设备监控技术的应用奠定了坚实基础，特别是环境复杂性和危险度较高的输配电系统，对于高压设备在线监测技术的要求更为严格。

随着我国经济的快速增长，电力需求量日益增加，电力供应量的持续快速增长给电网输配电系统带来一系列安全问题。近年来，发电厂和变电站和相馆工矿企业已发生过多起因电缆接头过热和电流过大而造成火灾和大面积停电的事故。解决电缆的在线绝缘监测问题是预防此类事故发生的关键。目前，国内各行业对电缆绝缘监测工作都给予了高度重视，相关政府部门、电力企业和工矿企业等也做出重要指示。从众多电厂电缆火灾的教训分析，若能在火灾潜伏期的温度异常升高时期及电流过大时期就及时发现，并采取补救措施，是最佳防范时机。

目前，对于输配电系统中高压电缆、开关柜的巡检方式采取的是人工巡检结合定期维护的方式。人工巡检的成本较高，且工作效率低下。由于现阶段高压电缆长期暴漏在外部，不能实时通过现场巡视人员的视觉监测出问题，而当能通过电气发热表象发觉问题时，问题已经非常严重。因此，高压电缆的在线监测系统势在必行。

为此，需要一种用于煤矿高压电缆在线绝缘监测的异构融合方法来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于煤矿高压电缆在线绝缘监测的异构融合方法，该系统利用电流传感器、电压传感器和温度传感器实时采集电缆工作时的电流，电压和温度信息，以串口通信的方式将信息传递给微处理器，微处理器分析处理后得到特征信息，再经网络通信模块将得到的特征信息传输到上位机监控中心，上位机监控中心对上传的电缆特征信息进行展示并对采集到的设备信息进行预知判断，提供分级报警功能。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种用于煤矿高压电缆在线绝缘监测的异构融合方法，包括采集模块，处理模块，供电模块和上位机监测中心和移动终端，采集模块包括电流传感器、电压传感器和温度传感器；处理模块包括微处理器、网络通信模块和报警器；供电模块包括感应取电模块和备用电源模块，感应取电模块包括取能互感器和电源转换模块，备用电源模块包括蓄电池；采集模块采集数据的发送通过电流传感器、电压传感器、温度传感器和微处理器的串口来完成；微处理器将数据处理后通过网络通信模块将数据发送到上位机监控中心。

优选地，本发明提供的一种用于煤矿高压电缆在线绝缘监测的异构融合方法，电流传感器、电压传感器、温度传感器、网络通信模块和报警器、电源转换模块和蓄电池通过导线与微处理器相应的I/O脚相连。

优选地，本发明提供的一种用于煤矿高压电缆在线绝缘监测的异构融合方法，其供电模块包括感应取电模块和备用电源模块，感应取电模块包含取能互感器和电源转换模块，取能互感器从电缆的负荷电流产生的磁场中感应取电，取能互感器通过导线与电源转换模块相连，电源转换模块将取能互感器取得的电能量转化为所需要的直流电压，通过导线给电流传感器、电压传感器、温度传感器、微处理器、网络通信模块、报警器和蓄电池供电。

优选地，本发明提供的一种用于煤矿高压电缆在线绝缘监测的异构融合方法，其供电模块包括感应取电模块和备用电源模块，备用电源模块包含蓄电池，蓄电池在电缆正常运行时不工作，当发生断电故障时作为后备电源,以维持短时间内监测终端的供电,将故障发生后一段时间内的监测数据发送出来。

优选地，本发明提供的一种用于煤矿高压电缆在线绝缘监测的异构融合方法，其微处理器上电初始化后，控制电流传感器、电压传感器和温度传感器开始实时采集电缆运行的电流，电压信息以及运行环境的温度，微处理器中的AD转换模块将采集到的多源信息数据进行采样、量化、编码，将输入多源信息模拟量信号转化为数字量信号，微处理器对数字量信号进行处理分析，提取出特征信息。

优选地，本发明提供的一种用于煤矿高压电缆在线绝缘监测的异构融合方法，其微处理器将数字量信号通过网络通信模块发送，上位机监测中心通过工业以太网接收这些数字量信号，并通过Wi-Fi无线网络发送到移动终端，在上位机监测中心或移动终端将特征信息与管理人员设置的阈值进行比较分析，判断设备的故障状态。若判断故障发生，上位机监测中心或移动终端立即发出报警信号，报警信号通过工业以太网发出(注：移动终端发出的报警信号经由Wi-Fi无线网络到达上位机监测中心，进而通过工业以太网发出)，网络通信模块接收到报警信号后，微处理器立即控制报警器报警。

优选地，本发明提供的一种用于煤矿高压电缆在线绝缘监测的异构融合方法，本方法在判断电缆故障状态时采用长短期记忆神经网络(LSTM)，具体步骤如下：

步骤一：人工标注高压电缆30组电流信号代表状态的类别；

步骤二：输入30组电流信号参数作为LSTM模型的输入；

步骤三：使用LSTM模型进行训练，输入数据依次通过输入门、遗忘门和输出门，得到模型训练后的结果；

步骤四：将训练好的LSTM模型应用于新采集的电流信号上，进行分类。

优选地，本发明提供的一种用于煤矿高压电缆在线绝缘监测的异构融合方法，LSTM模型进行训练中采用GA算法优化参数，得到更好的训练效果，提高判断的正确率。

优选地，本发明提供的一种用于煤矿高压电缆在线绝缘监测的异构融合方法，其微处理器与上位机监测中心之间通过工业以太网进行通信，移动终端通过Wi-Fi无线网络依托上位机监测中心间接与微处理器取得通信；采用工业以太网和Wi-Fi无线网络构成异构网络传输，能够提高数据的传输效率。

优选地，本发明提供的一种用于煤矿高压电缆在线绝缘监测的异构融合方法，其微处理器采用STM32F103系列嵌入式微处理器，具有集成性高、能耗较低以及实时性好的特点。

本发明与现有技术相比，其有益效果体现在：

1、通过多种传感器采集高压电缆工作时的多源信息，并对多源信息处理分析，作为电缆是否发生故障以及发生哪种故障的依据。通过电流传感器，电压传感器采集电机工作时的电流，电压信息，与温度传感器采集到的温度信息形成信息互补，增加了电缆工作时的信息量。

2、能够实时诊断高压电缆健康状况，对采集到的设备信息进行预知判断，提供分级报警功能；本发明采用异构网络传输，这种传输方式具有抗干扰能力强、传输速度快等优点，能够提高数据的传输效率。

3、采用了物联网技术和复合网络通信技术，降低了通信的成本，提高了通信的灵活性，使得装置成本更低，网络可靠性更高。

附图说明

图1为本发明的系统工作原理图。

图2为本发明采用的LSTM原理图。

图3为本发明中感应取电模块的结构图。

其中，图3中：1-电流传感器，2-电压互感器，3-温度传感器，4-微处理器，5-网络通信模块，6-报警器，7-取能互感器，8-电源转换模块，9-蓄电池。

具体实施方式

以下通过具体实施例对本发明做进一步解释说明。

如图1所示，本发明的一种用于煤矿高压电缆在线绝缘监测的异构融合方法的工作流程图，该装置由采集模块，处理模块，供电模块和上位机监测中心和移动终端构成，其中，供电模块包括感应取电模块和备用电源模块，感应取电模块包括取能互感器和电源转换模块。

其具体实施过程为：

供电模块的电源转换模块8首先为电流传感器1、电压传感器2、温度传感器3、微处理器4、网络通信模块5、报警器6、蓄电池9供电。

所述微处理器4上电初始化后，当电缆工作时，由微处理器4控制置于电缆两端的电流传感器1和电压传感器2采集电流，电压信息；温度传感器3放置在电缆外壳上，由微处理器4控制温度传感器3采集温度信息；微处理器4将采集模块采集的多源信息通过网络通信模块5利用工业以太网传输给上位机监测中心。

上位机监控中心通过WiFi无线网络发送特征信息数据包给移动终端，对采集到的设备信息进行综合管理判断，并经过进一步处理将数据在上位机界面和移动终端进行显示，根据判断的情况识别故障，上位机监测中心通过工业以太网传输紧急信号给微处理器控制报警器蜂鸣，提醒管理人员处理故障，提供分级报警功能。

本发明的一种用于煤矿高压电缆在线绝缘监测的异构融合方法，采用多感融合和异构网络技术，可以深度感知电缆不同工作状态下的多源信息，通过对多源信息处理分析，实现电缆的故障诊断，提高故障诊断效率，降低了维护成本。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果做了进一步的详细说明，所属领域技术人员应该明白，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于煤矿高压电缆在线绝缘监测的异构融合方法，其特征在于，所述的一种用于煤矿高压电缆在线绝缘监测的异构融合方法包括采集模块，处理模块，供电模块和上位机监测中心和移动终端，采集模块包括电流传感器(1)电压传感器(2)温度传感器(3)处理模块包括微处理器(4)、网络通信模块、(5)报警器、(6)供电模块包括感应取电模块和备用电源模块，感应取电模块包括取能互感器(7)和电源转换模块(8)，备用电源模块包括蓄电池(9)；采集模块采集数据的发送通过电流传感器(1)、电压传感器(2)、温度传感器(3)和微处理器(4)的串口来完成；微处理器(4)将数据处理后通过网络通信模块(5)将数据发送到上位机监控中心。

2.根据权利要求1所述的一种用于煤矿高压电缆在线绝缘监测的异构融合方法，其特征在于，电流传感器(1)、电压传感器(2)、温度传感器(3)、网络通信模块(5)和报警器(6)、电源转换模块(8)和蓄电池(9)通过导线与微处理器(4)相应的I/O脚相连。

3.根据权利要求1所述的一种用于煤矿高压电缆在线绝缘监测的异构融合方法，其特征在于，供电模块包括感应取电模块和备用电源模块，感应取电模块包含取能互感器(7)和电源转换模块(8)，取能互感器(7)从电缆的负荷电流产生的磁场中感应取电，取能互感器(7)通过导线与电源转换模块(8)相连，电源转换模块(8)将取能互感器(7)取得的电能量转化为所需要的直流电压，通过导线给电流传感器(1)、电压传感器(2)、温度传感器(3)、微处理器(4)、网络通信模块(5)、报警器(6)和蓄电池(9)供电。

4.根据权利要求1所述的一种用于煤矿高压电缆在线绝缘监测的异构融合方法，其特征在于，供电模块包括感应取电模块和备用电源模块，备用电源模块包含蓄电池(9)，蓄电池在电缆正常运行时不工作，当发生断电故障时作为后备电源,以维持短时间内监测终端的供电,将故障发生后一段时间内的监测数据发送出来。

5.根据权利要求1所述的一种用于煤矿高压电缆在线绝缘监测的异构融合方法，其特征在于，微处理器(4)上电初始化后，控制电流传感器(1)、电压传感器(2)和温度传感器(3)开始实时采集电缆运行的电流，电压信息以及运行环境的温度，微处理器(4)中的AD转换模块将采集到的多源信息数据进行采样、量化、编码，将输入多源信息模拟量信号转化为数字量信号，微处理器(4)对数字量信号进行处理分析，提取出特征信息。

6.根据权利要求1所述的一种用于煤矿高压电缆在线绝缘监测的异构融合方法，其特征在于，微处理器(4)将数字量信号通过网络通信模块(5)发送，上位机监测中心通过工业以太网接收这些数字量信号，并通过Wi-Fi无线网络发送到移动终端，在上位机监测中心或移动终端将特征信息与管理人员设置的阈值进行比较分析，判断设备的故障状态。若判断故障发生，上位机监测中心或移动终端立即发出报警信号，报警信号通过工业以太网发出(注：移动终端发出的报警信号经由Wi-Fi无线网络到达上位机监测中心，进而通过工业以太网发出)，网络通信模块(5)接收到报警信号后，微处理器(4)立即控制报警器(6)报警。

7.根据权利要求1所述的一种用于煤矿高压电缆在线绝缘监测的异构融合方法，其特征在于,判断故障状态时采用长短期记忆神经网络(LSTM)，具体步骤如下：

步骤一：人工标注高压电缆30组电流信号代表状态的类别；

步骤二：输入30组电流信号参数作为LSTM模型的输入；

步骤三：使用LSTM模型进行训练，输入数据依次通过输入门、遗忘门和输出门，得到模型训练后的结果；

步骤四：将训练好的LSTM模型应用于新采集的电流信号上，进行分类。

8.根据权利要求1所述的一种用于煤矿高压电缆在线绝缘监测的异构融合方法，其特征在于，对LSTM模型进行训练时采用GA算法优化参数，得到更好的训练效果，提高判断的正确率。

9.根据权利要求1所述的一种用于煤矿高压电缆在线绝缘监测的异构融合方法，其特征在于，微处理器(4)与上位机监测中心之间通过工业以太网进行通信，移动终端通过Wi-Fi无线网络依托上位机监测中心间接与微处理器(4)取得通信；采用工业以太网和Wi-Fi无线网络构成异构网络传输，能够提高数据的传输效率。

10.根据权利要求1所述的一种用于煤矿高压电缆在线绝缘监测的异构融合方法，其特征在于，所用微处理器选用了STM32F103系列嵌入式微处理器。

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