CN117375242A - 一种带有故障分析功能的智能柜 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种带有故障分析功能的智能柜，涉及电力系统配电设备技术领域，尤其涉及智能高低压成套开关设备；智能柜对应设有智能采集模块、大数据分析模块、通信模块以及智能云管理模块；智能采集模块用于采集各电气设备的源数据信息；通信模块用于将智能采集模块中的源数据信息传输至大数据分析模块；大数据分析模块对电气设备进行数据预测，得到的预测数据信息与源数据信息对比，判断是否异常以及得出异常对比信息；智能云管理模块，接收来自大数据分析模块处理得到的异常对比信息，并将异常对比信息以可视化的方式传输至后台及云端。通过大数据的分析，配合识别智能柜的故障，实现配电柜的智能运维。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统配电设备技术领域，具体涉及到一种带有故障分析功能的智能柜。
背景技术
随着智能配电系统的大力发展，传统的配电柜难以实现智能化要求。当下，世界进入了大数据时代，大数据技术是一种新型的信息处理技术，主要用于数据的采集、分析与存储。其特点是数据库庞大，能对传统的信息处理软件无法进行处理的数据进行处理。
配电柜是配电系统的末级设备，主要功能是对电路负荷提供保护、监视和控制。目前，由于配电需求的不断上升，许多新型技术应用到配电柜上。然而，对于配电的持续稳定、故障监测方面，系统成熟的解决方案少之又少，智能化程度不足，尤其表现在智能元件良莠不齐的实用性以及过高的成本需求，往往由于故障问题难以及时发现，会造成设备故障等难以挽回的后果。
因此，针对配电柜故障的监测分析，很有必要提供一种带有故障分析功能的新型智能柜，以便工作人员能及时发现解决故障问题。
发明内容
针对现有技术所存在的不足，本发明目的在于提出一种带有故障分析功能的智能柜，具体方案如下：
一种带有故障分析功能的智能柜，所述智能柜包括相邻设置的进线柜、抽屉柜，进线柜、抽屉柜中均设有若干电气设备；
所述智能柜对应设有智能采集模块、大数据分析模块、通信模块以及智能云管理模块；
所述智能采集模块安装于智能柜内部，用于采集各电气设备的源数据信息；
通信模块，与智能采集模块信号通讯连接，用于将智能采集模块中的源数据信息传输至大数据分析模块；
大数据分析模块基于不同历史时间点电气设备的运行参数所建立的数据库对电气设备进行数据预测，得到的预测数据信息与源数据信息对比，判断是否异常以及得出异常对比信息；
智能云管理模块，与大数据分析模块通讯连接，接收来自大数据分析模块处理得到的异常对比信息，并将异常对比信息以可视化的方式传输至后台及云端。
进一步的，所述源数据信息包括各电气设备运行状态参数信息、智能柜运行过程中的图像音频信息。
进一步的，数据预测采用用电数据模型进行，用电数据模型的建立过程为：基于出厂关键数据测试、仿真试验数据测试、现场运行数据测试的结果，历史用电数据与仿真试验数据进行对比分析，得到用电数据模型。。
进一步的，所述智能采集模块包括安装于智能柜内部的传感器单元、图像采集单元；
传感器单元用于获取各电气设备运行状态参数信息，图像采集单元用于获取智能柜运行过程中的图像音频信息。
进一步的，所述大数据分析模块包括数据采集设备、数据分析处理设备；
数据采集设备包括智能仪表、边缘智能单元；
智能仪表位于智能柜内部进线、出线处，用于测量进线、出线的线路电气参数信息，边缘智能单元为触摸屏显示装置，位于智能柜的外表面，用于查看来自智能采集模块、数据采集设备的源数据信息、线路电气参数信息整合之后的运行数据；
数据分析处理设备包括存储器、处理器；
存储器用于接收以及存储源数据信息、线路电气参数信息，处理器用于从存储器读取信息，进行数据对比得出是否存在异常数据，并根据异常数据得出异常对比信息。
进一步的，处理器将异常对比信息反馈给智能云管理模块，智能云管理模块包括网络服务器、数据库服务器；
数据库服务器，基于异常对比信息更新数据库；
网络服务器，用于将异常对比信息制作成图表信息传输给后台及云端。
进一步的，确定故障类型后，后台及云端实时定位故障部位，并与图像采集单元进行视频联动。
进一步的，所述传感器单元包括红外传感器、温度传感器、湿度传感器、压力传感器、弧光传感器、振动传感器；
还包括局放传感器、水浸传感器、气体压力传感器、主母排温升监测传感器。
进一步的，所述图像采集单元包括若干个摄像头、录音器，安装于智能柜内部。
进一步的，所述通信模块具体包括边界控制器、通讯端口、扩展接口、以太网串口服务器。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
智能采集模块通过读取各电气设备实时状态的源数据信息，借助通信模块传输至大数据分析模块进行数据比较分析，通过数据库中的大数据对运行过程中的源数据信息进行分析，把握用电核心数据的差异，把电气设备正常运行状态和异常状态通过数据的变化和趋势识别出来，把分析得到的异常对比信息通过智能云管理模块传输至后台及云端，由后台及云端展示给相关操作人员，进行判断处理，是否故障，故障的类型等。
附图说明
图1为本发明的智能柜的整体示意图；
图2为进线柜的示意图；
图3为抽屉柜的示意图；
图4为本发明的智能柜各模块之间的架构图；
图5为数据分析处理设备的架构图。
附图标记：1、智能仪表；2、边缘智能单元；3、断路器；4、进线柜；5、进线柜传感器单元；6、进线柜图像采集单元；7、抽屉柜传感器单元；8、通讯模块；9、抽屉柜；10、智能采集模块；101、传感器单元；102、图像采集单元；11、通信模块；12、大数据分析模块；121、数据采集设备；122、数据分析处理设备；1221、存储器；1222、处理器；13、智能云管理模块；131、网络服务器；132、数据库服务器；14、后台及云端。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不仅限于此。
如图1，一种带有故障分析功能的新型智能柜，智能柜包括相邻设置的进线柜4、抽屉柜9，进线柜4、抽屉柜9中均设有若干电气设备。所述智能柜对应设有智能采集模块10、大数据分析模块12、通信模块11以及智能云管理模块13。
如图4，智能采集模块10通过读取各电气设备实时状态的数据信息，借助通信模块11传输至大数据分析模块12进行数据比较分析，最终的分析比对结果反馈至智能云管理模块13，智能云管理模块13将数据传送至后台及云端14，实现人机交互。
通过大数据的分析，对严重的故障事故，就地切断故障回路和设备，降低短路、过载、设备故障引起的火灾等事故的发生，保证设备的安全运行，真正实现配电柜的智能运维。
所述智能采集模块10安装于智能柜内部，主要用于采集智能柜中各电气设备的源数据信息，包括：各电气设备运行状态参数信息、智能柜运行过程中的图像音频信息、其它维度传感器的参数信息。对应的，智能采集模块10包括传感器单元101、图像采集单元102。
其一，传感器单元101用于获取各电气设备运行状态参数信息，所述传感器单元101包括红外传感器、温度传感器、湿度传感器、压力传感器、弧光传感器、振动传感器，因此能够获取温度、湿度、压力、振动等数据信息，传感器的数量以及类型不做限制。
具体来说，传感器单元101中的温度传感器用来检测各部件的异常温度情况；湿度传感器用来检测柜内的湿度状况是否符合标准；振动传感器用来检测各部件螺丝的松紧状态；压力传感器用来检测智能柜内的气体压强；弧光传感器用来检测电弧光的强度；红外传感器，用来检测智能柜内各部件的红外辐射，既能检测设备的热量情况，也能用来检测距离，能有效了解故障位置。结合图像采集装置以及其它维度传感器检测数据，可以实现精确定位故障位置的功能。
传感器单元101还可包括其他维度的传感器，其它维度的传感器包括局放传感器、水浸传感器、气体压力传感器、主母排温升监测传感器。其它维度的传感器主要用于监测的一些特殊的传感器数据信号，比如，局放传感器用于实时采集监测点的局部放电数据，并通过无线电射频信号将数据发送至监控主机。
需要说明的是，由于进线柜4、抽屉柜9中分别设有不同的电气设备，对此，在采集各电气设备的源数据信息时，传感器单元101对应进线柜4、抽屉柜9分别设有进线柜传感器单元5、抽屉柜传感器单元7，抽屉柜9的每个抽屉中均可设置抽屉柜传感器单元7。
其二，图像采集单元102主要用于获取智能柜运行过程中，各电气设备的运行图像数据与音频数据。所述图像采集单元102包括：摄像头、录音器，安装于智能柜内部。其中，运行图像数据由摄像头提供，音频数据由录音器提供。同理，图像采集单元102对应进线柜4、抽屉柜9分别设有进线柜图像采集单元、抽屉柜图像采集单元，分别用于监测进线柜4、抽屉柜9内部的情况。
大数据分析模块12基于不同历史时间点电气设备的运行参数所建立的数据库对电气设备进行数据预测，得到的预测数据信息与源数据信息对比，判断是否异常以及得出异常对比信息。大数据分析模块12包括数据采集设备121、数据分析处理设备122。
需要说明的是，数据预测实现的方式为采用一种用电数据模型，用电数据模型的建立过程为：基于出厂关键数据测试、仿真试验数据测试、现场运行数据测试的结果，历史用电数据与仿真试验数据进行对比分析，得到用电数据模型。源数据信息对比用电数据模型得到的预测数据信息，源数据信息超出用电数据模型设定的数据范围，即表示该电气设备可能出现故障。
其一，数据采集设备121包括：智能仪表1、边缘智能单元2。结合,2和图4，智能仪表1位于智能柜内部进线、出线处，智能仪表1用来测量进线、出线的线路电气参数；边缘智能单元2位于智能柜的外表面，便于查看来自智能采集模块10、数据采集设备121的源数据信息、线路电气参数信息整合之后的运行数据，边缘智能单元2为触摸屏显示装置，能够监控整个配电房的运行状态。具体为：能够显示柜面图、系统单线图、曲线趋势图、电子运行报表、关键设备管理等界面；带RS485通讯接口、以太网通讯端口，能够与其他第三方系统对接。
其二，数据分析处理设备122主要用于判断智能柜中各电气设备运行状态参数是否为异常数据。如图5，数据分析处理设备122包括：存储器1221和处理器1222。其中，存储器1221用于接收以及存储源数据信息、线路电气参数信息，处理器1222用于从存储器1221读取信息，进行数据对比得出是否存在异常数据，并根据异常数据得出异常对比信息。存储器1221和处理器1222通过RS485或以太网连接。
通信模块11用于将智能采集模块10中的源数据信息传输至大数据分析模块12。可知，通信模块11主要用于完成数据信息的传输。通信模块11具体包括边界控制器(智能网关)、通讯端口、扩展接口、以太网串口服务器。边界控制器(智能网关)将数据传输采集及上传至本地后台或者云端；通讯端口用来接收来自不同接口传输来的数据信号，以及实现各模块之间的通信，使用RS485或以太网进行通讯；扩展接口用来连接网络服务器131，用来扩展存储空间。以太网串口服务器将RS485信号转到以太网数据信号，实现了RJ45网口与RS485之间的数据透明传输。具有运行速率快、运行效率高的特点。
智能云管理模块13与大数据分析模块12通讯连接，接收来自大数据分析模块12处理得到的异常对比信息，处理器1222将异常对比信息反馈给智能云管理模块13后，智能云管理模块13将异常对比信息以可视化的方式传输至后台及云端14。智能云管理模块13包括网络服务器131、数据库服务器132。通过大数据分析模块12处理得到的异常对比信息，借助数据库服务器132更新数据库，让大数据分析比较更加精确。与此同时，得到的异常对比信息借助网络服务器131将其制作为图表信息传输至后台及云端14。当大数据分析比对确定当前时间点各电气设备运行状态信息与预测数据信息不符时，确定故障信息，依据故障信息确定故障类型及故障位置，基于故障类型迅速发出相应报警信号。
当智能柜开始运行时，智能采集模块10、数据采集设备121开始各电气设备、线路的运行数据采集，并通过边缘智能单元2显示于柜体上，采集到的数据信息通过RS485或以太网传输到存储器1221上进行数据存储，最后通过处理器1222读取存储器1221中的数据信息，并与预测的数据信息进行简单的数据比对，即可得出是否存在异常。
通过监测不同历史时间点各电气设备的运行参数，进行数据预测。由于前述建立的数据库，通过对比由数据库做出的数据预测和当前各电气设备的运行参数，从而判断智能柜中各设备是否正常运行，是否有异常数据。
举例说明：
图2为进线柜4，进线柜4的中部安装有母线夹，母线夹的左边安装有进线柜传感器单元5，母线夹的右边安装有断路器3，断路器3的上方安装有只能网关、边缘智能单元2。进线柜4的上部安装有进线柜图像采集单元6。图3为抽屉柜9，抽屉柜9中抽屉中同时安装有抽屉柜传感器单元7、通讯模块8。
对智能柜进行电磁、结构和热仿真分析，由热仿真分析可得：母线夹与螺栓的接触处的表面温度很高，最高达到100.71℃，同时断路器3与母线的接触处的表面温度也很高，最高温度达到119.53℃，温度过高容易出现故障，故进线柜4传感器单元101应设置在母线夹的后侧，以便实时监测。根据结构仿真分析可得：智能柜框架的应力分布情况，智能柜框架由上到下应力呈降低的趋势，应力较大的部分容易出现表面缺陷，严重甚至会产生断裂，故进线柜4图像采集单元102应设置在智能柜的上部。
在该种智能柜运行过程中，当智能柜开始运行时，进线柜传感器单元5、智能仪表1开始各电气设备的运行数据采集，并通过边缘智能单元2显示于柜体上，采集到的数据信息通过RS485或以太网传输到存储器1221上进行数据存储，最后通过处理器1222读取存储器1221中的数据信息，并与预测的数据信息进行简单的数据比对，即可得出是否存在异常数据。
处理器1222反馈给后台及云端14，由后台及云端14展示给相关操作人员，进行判断处理，是否故障，故障的类型等。确定故障类型后，后台及云端14实时定位故障部位，并与图像采集单元102进行视频联动。
本发明通过仿真试验和大数据技术，建立设备用电数据模型；基于不同历史时间点各电气设备的数据信息进行技术分析，当实时监测到的源数据信息超出用电数据模型设定的数据范围，表示该电气设备出现故障，结合柜内智能设备，实时定位故障部位并进行视频联动，从而实现故障的定位与分析。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种带有故障分析功能的智能柜，其特征在于，所述智能柜包括相邻设置的进线柜(4)、抽屉柜(9)，进线柜(4)、抽屉柜(9)中均设有若干电气设备；
所述智能柜对应设有智能采集模块(10)、大数据分析模块(12)、通信模块(11)以及智能云管理模块(13)；
所述智能采集模块(10)安装于智能柜内部，用于采集各电气设备的源数据信息；
通信模块(11)，与智能采集模块(10)信号通讯连接，用于将智能采集模块(10)中的源数据信息传输至大数据分析模块(12)；
大数据分析模块(12)基于不同历史时间点电气设备的运行参数所建立的数据库对电气设备进行数据预测，得到的预测数据信息与源数据信息对比，判断是否异常以及得出异常对比信息；
智能云管理模块(13)，与大数据分析模块(12)通讯连接，接收来自大数据分析模块(12)处理得到的异常对比信息，并将异常对比信息以可视化的方式传输至后台及云端(14)。
2.根据权利要求1所述的带有故障分析功能的智能柜，其特征在于，所述源数据信息包括各电气设备运行状态参数信息、智能柜运行过程中的图像音频信息。
3.根据权利要求2所述的带有故障分析功能的智能柜，其特征在于，数据预测采用用电数据模型进行，用电数据模型的建立过程为：基于出厂关键数据测试、仿真试验数据测试、现场运行数据测试的结果，历史用电数据与仿真试验数据进行对比分析，得到用电数据模型。
4.根据权利要求2所述的带有故障分析功能的智能柜，其特征在于，所述智能采集模块(10)包括安装于智能柜内部的传感器单元(101)、图像采集单元(102)；
传感器单元(101)用于获取各电气设备运行状态参数信息，图像采集单元(102)用于获取智能柜运行过程中的图像音频信息。
5.根据权利要求4所述的带有故障分析功能的智能柜，其特征在于，所述大数据分析模块(12)包括数据采集设备(121)、数据分析处理设备(122)；
数据采集设备(121)包括智能仪表(1)、边缘智能单元(2)；
智能仪表(1)位于智能柜内部进线、出线处，用于测量进线、出线的线路电气参数信息，边缘智能单元(2)为触摸屏显示装置，位于智能柜的外表面，用于查看来自智能采集模块(10)、数据采集设备(121)的源数据信息、线路电气参数信息整合之后的运行数据；
数据分析处理设备(122)包括存储器(1221)、处理器(1222)；
存储器(1221)用于接收以及存储源数据信息、线路电气参数信息，处理器(1222)用于从存储器(1221)读取信息，进行数据对比得出是否存在异常数据，并根据异常数据得出异常对比信息。
6.根据权利要求1所述的带有故障分析功能的智能柜，其特征在于，处理器(1222)将异常对比信息反馈给智能云管理模块(13)，智能云管理模块(13)包括网络服务器(131)、数据库服务器(132)；
数据库服务器(132)，基于异常对比信息更新数据库；
网络服务器(131)，用于将异常对比信息制作成图表信息传输给后台及云端(14)。
7.根据权利要求4所述的带有故障分析功能的智能柜，其特征在于，确定故障类型后，后台及云端(14)实时定位故障部位，并与图像采集单元(102)进行视频联动。
8.根据权利要求4所述的带有故障分析功能的智能柜，其特征在于，所述传感器单元(101)包括红外传感器、温度传感器、湿度传感器、压力传感器、弧光传感器、振动传感器；
还包括局放传感器、水浸传感器、气体压力传感器、主母排温升监测传感器。
9.根据权利要求8所述的带有故障分析功能的智能柜，其特征在于，所述图像采集单元(102)包括若干个摄像头、录音器，安装于智能柜内部。
10.根据权利要求1所述的带有故障分析功能的智能柜，其特征在于，所述通信模块(11)具体包括边界控制器、通讯端口、扩展接口、以太网串口服务器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311401379.2A CN117375242A (zh) | 2023-10-26 | 2023-10-26 | 一种带有故障分析功能的智能柜 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311401379.2A CN117375242A (zh) | 2023-10-26 | 2023-10-26 | 一种带有故障分析功能的智能柜 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117375242A true CN117375242A (zh) | 2024-01-09 |
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ID=89390710
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311401379.2A Pending CN117375242A (zh) | 2023-10-26 | 2023-10-26 | 一种带有故障分析功能的智能柜 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117375242A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117559661A (zh) * | 2024-01-10 | 2024-02-13 | 共鸿电器有限公司 | 一种抽出式开关柜故障分断控制方法、设备及介质 |
-
2023
- 2023-10-26 CN CN202311401379.2A patent/CN117375242A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117559661A (zh) * | 2024-01-10 | 2024-02-13 | 共鸿电器有限公司 | 一种抽出式开关柜故障分断控制方法、设备及介质 |
| CN117559661B (zh) * | 2024-01-10 | 2024-03-29 | 共鸿电器有限公司 | 一种抽出式开关柜故障分断控制方法、设备及介质 |
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