CN203929983U - 一种组合电器故障定位的检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种组合电器故障定位的检测系统，包括多个振动传感器、信号通讯装置、主机以及与振动传感器等数量的信号发射器，通过采集组合电器故障时的机械振动信号，确定组合电器的具体故障位置。由于振动传感器采集机械振动信号过程只与组合电器的响应频率有关，并不受现场的电磁场及声波干扰信号的影响，因此，有效解决了在对组合电器故障测试过程中现场电磁场及声波干扰信号的问题。

Description

一种组合电器故障定位的检测系统

技术领域

本申请涉及组合电器技术领域，更具体的说，涉及一种组合电器故障定位的检测系统。

背景技术

组合电器是将两种或两种以上的电器，按接线要求组成一个整体而各电器仍保持原性能的装置。

为保证组合电器故障后快速恢复运行，需要对组合电器的故障进行准确定位。目前组合电器故障定位常用的检测手段有特高频检测、超声波检测。特高频检测需要利用高速采集示波器和信号线，因此，容易受到现场电磁场及声波干扰信号的影响。超声波检测相对特高频检测较方便，但也容易受到现场电磁场及声波干扰信号的影响。

综上可以看出，如何提供一种组合电器故障定位的检测系统避开现场电磁场及声波干扰信号的影响是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种组合电器故障定位的检测系统，以解决在对组合电器故障测试过程中现场电磁场及声波干扰信号的问题。

一种组合电器故障定位的检测系统，包括：

多个振动传感器，各所述振动传感器均固定在组合电器的壳体上，用于采集所述组合电器故障时的机械振动信号；

与所述振动传感器等数量的信号发射器，每个所述信号发射器与一个所述振动传感器连接，所述信号发射器用于获取与该信号发射器连接的所述振动传感器输出的机械振动信号，并对所述机械振动信号进行放大、滤波、模数转换之后发送；

与各所述信号发射器均连接的信号通讯装置，所述信号通讯装置用于接收各所述信号发射器发送的机械振动信号，并转发该机械振动信号；

与所述信号通讯装置连接的主机，所述主机用于获取所述信号通讯装置转发的各机械振动信号，并依据所述各机械振动信号确定所述组合电器的具体故障位置。

优选的，所述振动传感器与所述信号发射器通过信号线连接。

优选的，所述信号发射器包括：信号放大电路、信号滤波电路、数字信号处理器以及天线；

所述信号放大电路用于对接收的机械振动信号放大；

所述信号滤波电路与所述信号放大电路连接，所述信号滤波电路用于对放大后的机械振动信号进行滤波；

所述数字信号处理器与所述信号滤波电路连接，所述数字信号处理器用于对滤波后的机械振动信号进行模数转换；

所述天线与所述数字信号处理器连接，所述天线用于发送模数转换后的机械振动信号。

优选的，所述数字信号处理器通过串行通信接口与所述天线连接。

优选的，还包括与所述数字信号处理器连接的数据缓存器。

优选的，所述信号放大电路、所述信号滤波电路、所述数字信号处理器、所述数据缓存器以及所述串行通讯接口均设置在屏蔽盒内。

优选的，所述信号发射器的供电电源为电池。

优选的，所述信号通讯装置包括：天线和与所述天线连接的串行通信接口。

优选的，所述信号通讯装置设有通用串行总线USB接口，所述信号通讯装置通过所述USB接口与所述主机连接。

优选的，还包括：显示器；

所述显示器与所述主机连接，用于显示各机械振动信号。

从上述的技术方案可以看出，本实用新型提供了一种组合电器故障定位的检测系统，通过采集组合电器故障时的机械振动信号，确定组合电器的具体故障位置。由于振动传感器采集机械振动信号过程只与组合电器的响应频率有关，并不受现场的电磁场及声波干扰信号的影响，因此，有效解决了在对组合电器故障测试过程中现场电磁场及声波干扰信号的问题，从而保证了试验人员和设备的安全。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例公开的一种组合电器故障定位的检测系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例公开的一种组合电器中放电源的位置示意图；

图3为本实用新型实施例公开的一种信号发射器的结构示意图；

图4为本实用新型实施例公开的一种信号通讯装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例公开了一种组合电器故障定位的检测系统，以实现对组合电器故障的准确定位。

参见图1，本实用新型实施例公开的一种组合电器故障定位的检测系统的结构示意图，包括：多个振动传感器11(图1中仅示出2个)、信号发射器12、信号通讯装置13和主机14，其中，信号发射器12与振动传感器11等数量；

其中：

各振动传感器11均固定在组合电器的壳体上，用于采集该组合电器故障时的机械振动信号。

需要说明的是，振动传感器11采集的机械振动信号主要为组合电器现场交流耐压或运行绝缘击穿时的机械振动信号，该机械振动信号的响应频率为0～3kHZ。

振动传感器11可以通过绑扎带固定在组合电器的壳体上，一般在独立气室中间布置一个振动传感器11，若气室较大，则每隔预设时间段(例如5m)布置一个，所需振动传感器11的数量依据实际情况而定。

每个信号发射器12与一个振动传感器11连接，信号发射器12用于获取与该信号发射器12连接的振动传感器11输出的机械振动信号，并对所述机械振动信号进行放大、滤波、模数转换之后发送。

信号通讯装置13与各信号发射器12均连接，信号通讯装置13用于接收各信号发射器12发送的机械振动信号，并转发该机械振动信号。

主机14与信号通讯装置13连接，主机14用于获取信号通讯装置13转发的各机械振动信号，并依据各机械振动信号确定组合电器的具体故障位置。

综上可以看出，本实用新型通过采集组合电器故障时的机械振动信号，确定组合电器的具体故障位置。由于振动传感器11采集机械振动信号过程只与组合电器的响应频率有关，并不受现场的电磁场及声波干扰信号的影响，因此，有效解决了在对组合电器故障测试过程中现场电磁场及声波干扰信号的问题，从而保证了试验人员和设备的安全。

其中，主机14依据各机械振动信号确定组合电器的具体故障位置的过程包括：

主机14从各机械振动信号中，查找到振动信号幅值大、或振动信号脉冲持续时间宽度大、或振动信号传播时间短的机械振动信号，并将产生该机械振动信号的振动传感器作为基准振动传感器，根据所述基准振动传感器发送的机械振动信号的传播时间，与所述基准振动传感器相邻的各振动传感器发送的机械振动信号的传播时间的时间差值确定所述组合电器的具体故障位置。

需要说明的一点是，距离故障点最近的振动传感器11具有振动信号大、振动信号脉冲持续时间宽度大以及振动信号传播时间短的特点，因此，本实用新型将产生振动信号幅值大、或振动信号脉冲持续时间宽度大、或振动信号传播时间短的机械振动信号的振动传感器作为基准振动传感器。

结合图2，本实用新型实施例公开的一种组合电器中放电源的位置示意图，本实用新型依据机械振动信号时间差定位组合电器故障位置的原理，具体阐述如下：

假设放电源01位于振动传感器21和振动传感器22之间，两个振动传感器之间的距离为L(已知)，令振动传感器21与放电源01的距离为x，则振动传感器22与放电源01的距离为(L-x)，则依据公式(1)，

Δt＝t₂-t₁＝(L-x)/c-x/c (1)

其中，Δt为振动传感器22向主机发送机械振动信号的传播时间与振动传感器21向主机发送机械振动信号的传播时间的时间差，t₂为振动传感器22向主机发送机械振动信号的传播时间，t₁为振动传感器21向主机发送机械振动信号的传播时间，c为机械振动信号沿组合电器的壳体传播的速度(一般为每秒几km)。

得到公式(2)，

$x=\frac{1}{2}(L-\mathrm{c\Δt})---\left(2\right)$

由于两个振动传感器之间的距离L、机械振动信号沿组合电器的壳体传播的速度c已知，时间差Δt也可以计算得到，因此，可以确定组合电器的准确故障位置。

需要说明的一点是，本实施例中的两个振动传感器中的一个振动传感器为基准振动传感器。

综上可以看出，本实用新型在各振动传感器11采集的组合电器故障时的机械振动信号中，依据距离故障点最近的振动传感器具有振动信号大、振动信号脉冲持续时间宽度大以及振动信号传播时间短的特点，将查找到的振动传感器11作为基准振动传感器，然后依据基准振动传感器发送的机械振动的传播时间，与该基准振动传感器相邻的各振动传感器11发送的机械振动信号的传播时间的时间差，确定组合电器的具体故障位置。相比现有技术粗略检测而言，本实用新型提供的组合电器故障定位的检测系统实现了对组合电器的准确定位。

其次，本实用新型提供的检测装置在不改变原有接线和运行方式的基础上，具有安装简单、操作方便的优点。

最后，本实用新型通过无线传输将测量到的机械振动信号发送到安全区域的后台系统(即主机14)，因而实现了高压系统与定位系统的完全隔离，使得试验人员远离高压电源，保证了试验人员和设备的安全。

需要说明的是，本实用新型还可以确定组合电器的故障类型。

具体的，主机14将基准振动传感器发送的机械振动信号的信号图，与预存储的组合电器不同故障类型的振动信号谱图库中的标准谱图进行匹配，从而得到组合电器当前的故障类型。

其中，采用基准振动传感器发送的机械振动信号的信号图目的是获得最优的图像匹配效果，当然，也可以采用基准振动传感器以外的振动传感器发送的机械振动信号的图像进行匹配。

利用图像匹配得到组合电器当前故障类型的具体过程如下：

将待识别信号图与振动信号谱图库中的标准谱图逐一进行相关性计算，与所述待识别信号图相关性最大的标准谱图的放电类型为所述待识别信号图的放电类型。

设定待识别信号图的图像函数为标准谱图的图像函数为二者相关性函数NCorr，参见公式(3)：

其中，是待识图像像素的均值,是归一化后的函数；是参考图像像素的均值，是归一化后的函数。

根据相关性函数计算出来的相关性值就可以判断两幅图像的相似程度，从而对放电类型进行判别。

相关性最大的标准谱图的放电击穿类型为所述待识别信号图的放电类型，从而也可以确定绝缘击穿缺陷类型。

在进行现场数据采集时，由于干扰信号、测量误差等原因，击穿振动信号幅值中会出现偏差较大的数据。通过所述信号幅值进行归一化处理降低所述偏差较大数据对测试结果的影响。

归一化计算方法如下：

根据振动信号次数以及幅值分别计算振动信号幅值的平均值与方差S²分别参见公式(4)和公式(5)：

$\stackrel{\‾}{V}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{1}{\mathrm{\Σ}}}{V}_i---\left(4\right)$

$S^2=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(V_i-\stackrel{\‾}{V})}^2---\left(5\right)$

其中，V_i为振动信号幅值，n为测量的振动脉冲信号次数，i为正整数。

根据振动信号幅值的平均值与方差S²计算各振动信号幅值的标准化放电幅值。

首先，计算各振动信号的放电幅值对应的第一标准值V_i'，参见公式(6)：

$V_i^{\′}=\frac{V_i-\stackrel{\‾}{V}}{S}---\left(6\right)$

这样得到的第一标准值不一定在[0，1]区间，为使数据在[0，1]，采用极差标准化公式获取第二标准值V_i″，参见公式(7)：

$V_i^{\′\′}=\frac{V_i^{\′}-V_{\min }^{\′}}{V_{\max }^{\′}-V_{\min }^{\′}}---\left(7\right)$

所述第二标准值V_i″即为V_i在[0,1]区间的标准化振动信号幅值。

需要说明的是，主机14还可以向信号通讯装置13发送振动传感器11参数设置的控制指令，从而信号通讯装置13将该控制指令转发给信号发射器12，使信号发射器12依据控制指令执行相应的操作。

较优的，振动传感器11与信号发射器12通过信号线连接，该信号线的长度一般为1m～2m。

参见图3，本实用新型实施例公开的一种信号发射器的结构示意图，包括信号放大电路121、信号滤波电路122、数字信号处理器123以及天线124；

其中：

信号放大电路121用于对接收的机械振动信号放大；

信号滤波电路122与信号放大电路121连接，信号滤波电路122用于对放大后的机械振动信号进行滤波；

数字信号处理器123与信号滤波电路122连接，数字信号处理器123用于对滤波后的机械振动信号进行模数转换；

天线124与数字信号处理器123连接，天线124用于发送模数转换后的机械振动信号。

其中，数字信号处理器123通过串行通信接口125与天线124连接。

可以看出，信号发射器12实现了检测系统的无线传输模式，从而避免了信号线的铺设，使得检测系统的使用更加便捷。

为进一步优化上述实施例，还包括：与数字信号处理器123连接的数据缓存器126，数据缓存器126用于暂存储数字信号处理器123处理的数据。

为防止组合电器击穿故障时产生的强电磁场对通讯回路造成的死机现象，本实用新型将信号发射器12(即信号放大电路121、信号滤波电路122、数字信号处理器123、数据缓存器126以及串行通信接口125)置于屏蔽盒127内，屏蔽盒127的外壳接地。

其中，天线124置于屏蔽盒127外部。

信号发射器12外带充电接口，信号发射器12可以采用电池供电，优先选用锂电池供电，从而可以避免对电源线的铺设。

参见图4，本实用新型实施例公开的一种信号通讯装置的结构示意图，包括天线131和与天线131连接的串行通信接口132。

信号通讯装置13用于对机械振动信号中转和无线通讯协调。信号通讯装置13一方面用于接收信号发射器12发送的监测数据，并发送给主机14；另一方面将主机14发送的控制信号(对振动传感器11的参数设定等信息)发送给信号发射器12，从而使信号发射器12按照相应的控制信号工作。

信号通讯装置13设有USB(Universal Serial Bus，通用串行总线)接口，信号通讯装置13通过该USB接口与主机14连接。

信号通讯装置13外带充电接口，信号通讯装置13通过该充电接口与外接电源连接。

需要说明的是，本实用新型公开的检测系统还可以包括：与主机14连接的显示器，由该显示器显示各机械振动信号。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种组合电器故障定位的检测系统，其特征在于，包括：

多个振动传感器，各所述振动传感器均固定在组合电器的壳体上，用于采集所述组合电器故障时的机械振动信号；

与所述振动传感器等数量的信号发射器，每个所述信号发射器与一个所述振动传感器连接，所述信号发射器用于获取与该信号发射器连接的所述振动传感器输出的机械振动信号，并对所述机械振动信号进行放大、滤波、模数转换之后发送；

与各所述信号发射器均连接的信号通讯装置，所述信号通讯装置用于接收各所述信号发射器发送的机械振动信号，并转发该机械振动信号；

与所述信号通讯装置连接的主机，所述主机用于获取所述信号通讯装置转发的各机械振动信号，并依据所述各机械振动信号确定所述组合电器的具体故障位置。

2.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述振动传感器与所述信号发射器通过信号线连接。

3.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述信号发射器包括：信号放大电路、信号滤波电路、数字信号处理器以及天线；

所述信号放大电路用于对接收的机械振动信号放大；

所述信号滤波电路与所述信号放大电路连接，所述信号滤波电路用于对放大后的机械振动信号进行滤波；

所述数字信号处理器与所述信号滤波电路连接，所述数字信号处理器用于对滤波后的机械振动信号进行模数转换；

所述天线与所述数字信号处理器连接，所述天线用于发送模数转换后的机械振动信号。

4.根据权利要求3所述的检测系统，其特征在于，所述数字信号处理器通过串行通信接口与所述天线连接。

5.根据权利要求4所述的检测系统，其特征在于，还包括与所述数字信号处理器连接的数据缓存器。

6.根据权利要求5所述的检测系统，其特征在于，所述信号放大电路、所述信号滤波电路、所述数字信号处理器、所述数据缓存器以及所述串行通讯接口均设置在屏蔽盒内。

7.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述信号发射器的供电电源为电池。

8.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述信号通讯装置包括：天线和与所述天线连接的串行通信接口。

9.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述信号通讯装置设有通用串行总线USB接口，所述信号通讯装置通过所述USB接口与所述主机连接。

10.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，还包括：显示器；

所述显示器与所述主机连接，用于显示各机械振动信号。