CN210894490U - 一种基于系统辨识的电气设备缺陷诊断装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于系统辨识的电气设备缺陷诊断装置，包括开发板、温度测量电路、通讯电路、有效值测量电路、电源电路以及显示模块；所述电源电路分别与所述开发板和有效值测量电路连接；所述温度测量电路和有效值测量电路与所述开发板连接；所述开发板分别与所述通讯电路和显示模块双向连接；所述温度测量电路用于实时测量电气设备一个或多个位置的温度，并将测量到的温度数据输入到开发板；所述有效值测量电路用于获取电气设备一次回路的各相电流有效值，并输入到开发板；所述开发板实时向温度测量电路和有效值测量电路获取温度数据和电流有效值，并进行保存。本实用新型节能环保，同时能够及时发现电气设备存在的缺陷，实用性强。
Description
技术领域
本实用新型涉及电气设备领域，特别涉及一种基于系统辨识的电气设备缺陷诊断装置。
背景技术
系统辨识是根据系统的输入输出时间函数来确定描述系统行为的数学模型，是现代控制理论中的一个分支。通过辨识建立数学模型的目的是估计表征系统行为的重要参数，建立一个能模仿真实系统行为的模型。经典的系统辨识方法的发展已经比较成熟和完善，他包括阶跃响应法、脉冲响应法、频率响应法、相关分析法、谱分析法、最小二乘法和极大似然法等。
温升过高是电气设备运行异常的宏观表征，仅通过温升监测无法准确判断电气设备的缺陷类型。以油浸式变压器为例，导致变压器油温升高的原因可能是绕组发热异常、铁芯发热异常，也可以是散热风扇异常。
为了更准确地判断出电气设备可能存在的缺陷，有必要提供一种基于系统辨识的电气设备缺陷诊断装置，利用系统辨识技术，实现电气设备缺陷监测，避免因电气设备缺陷发展成故障，导致设备和产品报废，同时减少设备的意外损坏和不必要的生产能源浪费。
实用新型内容
本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种节约成本且节能环保的基于系统辨识的电气设备缺陷诊断装置，利用系统辨识技术，实现电气设备缺陷监测，避免因电气设备缺陷发展成故障，导致设备和产品报废，同时减少设备的意外损坏和不必要的生产能源浪费。
为实现上述实用新型的目的，本实用新型采用的技术方案实现如下：一种基于系统辨识的电气设备缺陷诊断装置，包括开发板、温度测量电路、通讯电路、有效值测量电路、电源电路以及显示模块；所述电源电路分别与所述开发板和有效值测量电路连接；所述温度测量电路和有效值测量电路与所述开发板连接；所述开发板分别与所述通讯电路和显示模块双向连接；其中，
所述温度测量电路用于实时测量电气设备一个或多个位置的温度，并将测量到的温度数据输入到开发板；
所述有效值测量电路用于获取电气设备一次回路的各相电流有效值，并输入到开发板；
所述开发板实时向温度测量电路和有效值测量电路获取电气设备的温度数据和电流有效值，并将获取到的温度数据和电流有效值进行保存；
所述开发板内存储有系统辨识模型，所开发板根据所述系统辨识模型对获取到的电气设备正常运行时的历史温度数据和电流有效值，进行滑窗计算得到应有温度变化曲线；同时获取电气设备实际的温度变化曲线；最后将实际的温度变化曲线与应有温度变化曲线进行比较，判别电气设备是否存在缺陷。
优选地，当实际的温度变化曲线与应有温度变化曲线的偏差大于设定的预警值时，则认为电气设备存在缺陷；若实际的温度变化曲线与应有温度变化曲线的偏差值小于设定的预警值时，则认为电气设备正常运行。
优选地，所述预警值根据实际的温度变化曲线与应有温度变化曲线的偏差值的大小分为一般缺陷预警值、严重缺陷预警值和紧急缺陷预警值；当实际的温度变化曲线与应有温度变化曲线的偏差值小于一般缺陷预警值时，则认为电气设备正常运行。
优选地，所述通讯电路包括RS485通讯电路；所述RS485通讯电路与所述开发板双向连接。
优选地，还包括声光报警器，所述声光报警器与所述RS485通讯电路连接；当辨别到电气设备存在缺陷时，所述开发板通过RS485通信电路输出声光报警信号到声光报警器，所述声光报警器接收到所述声光报警信号后，进行现场的声光报警。
优选地，所述显示模块用于显示操作界面；所述开发板通过所述显示模块显示判别的结果和相应的温度变化曲线。
优选地，所述电源电路用于为开发板、温度测量电路、通讯电路、有效值测量电路以及显示模块提供5V电源。
有益效果
与现有技术相比，本实用新型取得的有益效果为：本实用新型的开发板通过温度测量电路和有效值测量电路采集电气设备的温度信息和电流有效值，开发板内存储有系统辨识模型，利用现有的系统辨识技术，去捕捉电气设备的正常发热行为和跟踪电气设备的实际发热行为，及时发现电气设备存在的缺陷或者是故障，达到电气设备缺陷诊断和预警报警的目的，使得缺陷和故障能够及时得到处理，一方面能有效地避免因电气设备缺陷发展成故障，导致设备和产品报废，甚至是安全事故的发生，节约生产成本，提高安全性；另一方面减少电气设备的意外损耗和因电气设备损坏给环境造成的污染以及不必要的能源浪费，达到节能环保的效果，本实用新型成本低、实用性强。
附图说明
图1是本实用新型的原理图；
图2为本实用新型的温度测量电路的电路图；
图3为本实用新型的有效值测量电路的电路图；
图4为本实用新型的开发板的电路图；
图5为本实用新型的电源电路的电路图；
图6为本实用新型的RS485通讯电路的电路图。
附图中的标记所对应的技术特征为：1-温度测量电路，2-有效值测量电路，3-开发板， 4-电源电路，5-显示模块，6-RS485通讯电路。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明：
如图1至图6所示，一种基于系统辨识的电气设备缺陷诊断装置，包括开发板3、温度测量电路1、通讯电路、有效值测量电路2、电源电路4以及显示模块5；所述电源电路4 分别与所述开发板3和有效值测量电路2连接；所述温度测量电路1和有效值测量电路2 与所述开发板3连接；所述开发板3分别与所述通讯电路和显示模块5双向连接；其中，
所述通讯电路为RS485通讯电路6；所述RS485通讯电路6与所述开发板3双向连接；
所述RS485通讯电路6采用ADM2587E芯片。ADM2587E芯片具备过热关断特性，能够防止输出短路，可防止温度过高时，芯片因电源的过度损耗而毁坏。
所述电源电路4采用TPS5430DDA芯片，所述电源电路4用于为开发板3、温度测量电路1、RS485通讯电路6、有效值测量电路2以及显示模块5提供5V电源。
所述显示模块5为显示屏，用于显示操作界面；
所述温度测量电路1包括一个或多个温度传感器，用于实时测量电气设备一个或多个位置的温度，并将测量到的温度数据转换为数字信号输入到开发板3；所述温度测量电路1 采用AD7793芯片和TPS73201芯片。AD7793芯片是一款适合高精度测量应用的低功耗、低噪声、完整模拟前端，内置PGA(可编程增益放大器)、基准电压源、时钟和激励电流，从而大大简化热电偶系统设计。
所述有效值测量电路2采用AD7193芯片和ADR421芯片，AD7193是一款适合高精密测量应用的低噪声完整模拟前端。它集成一个低噪声、24位Σ-Δ模数转换器(ADC)。芯片内低噪声增益级意味着ADC中可直接输入小信号。本实用新型提供的有效值测量电路，采用的芯片价格便宜，可降低产品的批量生产成本。
所述有效值测量电路2用于获取电气设备一次回路的各相电流有效值，并输入到开发板3；
所述开发板3为Raspberry Pi 4(即树莓派4代)嵌入式开发板，能完成数据处理，数据存储以及数值计算等功能；所述开发板3内存储有系统辨识模型，所述系统辨识模型为现有的系统辨识模型。所述开发板3实时向温度测量电路1和有效值测量电路2获取并保存电气设备的温度信息和电流有效值；所述开发板3的嵌入式操作系统中配置好了非线性拟合的算法，所述开发板3采用非线性拟合的手段去跟踪和逼近电气设备的发热行为，电气设备的发热行为是指：电气设备电流流过电阻，按电功率发出热量；同时周边空气或液体环境，由于温差按照一定功率散去或提供热量；整个过程引起电气设备热源点附近的空气或液体温度发生变化，构成了电气设备的发热行为。电气设备的发热行为是一个非线性的行为，因此需要采用非线性拟合的手段去逼近。
所述开发板3上设置有RJ45接口(附图中未有画出)，所述开发板通过所述RJ45接口与服务器或计算机工作站进行通讯，将判别结果发送到服务器或计算机工作站。
还包括声光报警器(附图中未有画出)，所述声光报警器为现有的声光报警器，所述声光报警器与所述RS485通讯电路6连接；所述声光报警器的设置便于在电气设备存在缺陷时，发出警报。
下面详细描述本实用新型的工作原理：
所述开发板3通过温度测量电路1和有效值测量电路2获取并保存电气设备的温度信息和电流有效值；所开发板根据存储有的系统辨识模型对获取到的电气设备正常运行时的历史温度数据和电流有效值，进行滑窗计算得到应有温度变化曲线；同时获取电气设备实际的温度变化曲线；最后将实际的温度变化曲线与应有温度变化曲线进行比较，判别电气设备是否存在缺陷，并通过显示屏显示判别的结果和相应的温度变化曲线。
当实际的温度变化曲线与应有温度变化曲线的偏差大于设定的预警值时，则认为电气设备存在缺陷；若实际的温度变化曲线与应有温度变化曲线的偏差值小于设定的预警值时，则认为电气设备正常运行。具体地，所述预警值根据实际的温度变化曲线与应有温度变化曲线的偏差值的大小分为一般缺陷预警值、严重缺陷预警值和紧急缺陷预警值；当实际的温度变化曲线与应有温度变化曲线的偏差值大于一般缺陷预警值且小于严重缺陷预警值时，则认为电气设备属于一般缺陷；当实际的温度变化曲线与应有温度变化曲线的偏差值大于严重缺陷预警值且小于紧急缺陷预警值时，则认为电气设备属于严重缺陷；当实际的温度变化曲线与应有温度变化曲线的偏差值大于紧急缺陷预警值时，则认为电气设备属于紧急缺陷。当实际的温度变化曲线与应有温度变化曲线的偏差值小于一般缺陷预警值时，则认为电气设备正常运行。
当辨别到电气设备存在缺陷时，所述开发板3通过RS485通信电路6输出声光报警信号到声光报警器，所述声光报警器接收到所述声光报警信号后，进行现场的声光报警。
本实用新型的开发板通过温度测量电路1和有效值测量电路2采集电气设备的温度信息和电流有效值，开发板内存储有系统辨识模型，利用现有的系统辨识技术，去捕捉电气设备的正常发热行为和跟踪电气设备的实际发热行为，及时发现电气设备存在的缺陷或者是故障，达到电气设备缺陷诊断和预警报警的目的，使得缺陷和故障能够及时得到处理，一方面能有效地避免因电气设备缺陷发展成故障，导致电气设备和产品报废，甚至是安全事故的发生，节约生产成本，提高安全性；另一方面减少电气设备的意外损耗和因电气设备损坏给环境造成的污染以及不必要的能源浪费，达到节能环保的效果。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何在本申请揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。根据上述说明书的揭示和教导，本实用新型所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对实用新型的一些修改和变更也应当落入本实用新型的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本实用新型构成任何限制。
Claims (5)
1.一种基于系统辨识的电气设备缺陷诊断装置，其特征在于：包括开发板、温度测量电路、通讯电路、有效值测量电路、电源电路以及显示模块；所述电源电路分别与所述开发板和有效值测量电路连接；所述温度测量电路和有效值测量电路与所述开发板连接；所述开发板分别与所述通讯电路和显示模块双向连接；其中，
所述温度测量电路用于实时测量电气设备一个或多个位置的温度，并将测量到的温度数据输入到开发板；
所述有效值测量电路用于获取电气设备一次回路的各相电流有效值，并输入到开发板；
所述开发板实时向温度测量电路和有效值测量电路获取电气设备的温度数据和电流有效值，并将获取到的温度数据和电流有效值进行保存；
所述开发板内存储有系统辨识模型，所开发板根据所述系统辨识模型对获取到的电气设备正常运行时的历史温度数据和电流有效值，进行滑窗计算得到应有温度变化曲线；同时获取电气设备实际的温度变化曲线；最后将实际的温度变化曲线与应有温度变化曲线进行比较，判别电气设备是否存在缺陷。
2.如权利要求1所述的一种基于系统辨识的电气设备缺陷诊断装置，其特征在于：
所述通讯电路包括RS485通讯电路；所述RS485通讯电路与所述开发板双向连接。
3.如权利要求2所述的一种基于系统辨识的电气设备缺陷诊断装置，其特征在于：
还包括声光报警器，所述声光报警器与所述RS485通讯电路连接；当辨别到电气设备存在缺陷时，所述开发板通过RS485通信电路输出声光报警信号到声光报警器，所述声光报警器接收到所述声光报警信号后，进行现场的声光报警。
4.如权利要求1所述的一种基于系统辨识的电气设备缺陷诊断装置，其特征在于：
所述显示模块用于显示操作界面，所述开发板通过显示模块显示判别的结果和相应的温度变化曲线。
5.如权利要求1所述的一种基于系统辨识的电气设备缺陷诊断装置，其特征在于：
所述电源电路用于为开发板、温度测量电路、通讯电路、有效值测量电路以及显示模块提供5V电源。
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