專利名稱：無人值班變電站的設(shè)備音頻監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是用于電力系統(tǒng)無人值班變電站，通過遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)電氣設(shè)備(主要為變壓器、電容器、電抗器等)運(yùn)行過程中的聲音，然后把采集到的聲音信號(hào)經(jīng)過信號(hào)處理，根據(jù)其發(fā)出聲音的(特征，即分析頻譜得出頻譜參數(shù))變化強(qiáng)弱，由電氣設(shè)備故障專家系統(tǒng)來判斷設(shè)備故障類型，且融合了計(jì)算機(jī)容錯(cuò)技術(shù)的一種監(jiān)控系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展和安全要求的不斷提高，自動(dòng)化技術(shù)不斷應(yīng)用到變電站的建設(shè)和改造中；變電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在變電站中的應(yīng)用，提高了變電站的自動(dòng)化水平； 變電站的建設(shè)朝無人值班和少人看守的方向發(fā)展。變電站自動(dòng)化和無人值班是當(dāng)今電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化領(lǐng)域的必然趨勢(shì)，其發(fā)展勢(shì)頭方興未艾。無人值班是電力工業(yè)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的新型的變電站運(yùn)行方式，在這種運(yùn)行方式里，先進(jìn)技術(shù)成分含量大，它集中包含了工業(yè)自動(dòng)化，人工智能分析，通訊等多學(xué)科先進(jìn)技術(shù)的結(jié)晶，這是科學(xué)發(fā)展一般規(guī)律所直接導(dǎo)致的必然結(jié)果。變電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，促進(jìn)了無人值班變電站的實(shí)現(xiàn)，可以利用遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)使電網(wǎng)調(diào)度迅速而準(zhǔn)確地獲得變電站運(yùn)行的實(shí)時(shí)信息，完整地掌握變電站的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)變電站運(yùn)行的故障并做出相應(yīng)的決策和處理，同時(shí)可以使值班管理人員根據(jù)變配電系統(tǒng)的運(yùn)行情況進(jìn)行負(fù)荷分析。合理調(diào)度遠(yuǎn)控合分間、躲峰填谷，把握安全控制事故處理的主動(dòng)性減少和避免誤操作、誤判斷，縮短事故停電時(shí)間，實(shí)現(xiàn)對(duì)變電系統(tǒng)的現(xiàn)代化運(yùn)行管理。目前，無人值班變電站的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要傾向于實(shí)施“五遙”(遙測(cè)、遙信、遙控、遙調(diào)、遙視)監(jiān)控，以實(shí)現(xiàn)少人、無人值守，以提高生產(chǎn)效益。目前無人值班變電站設(shè)備的故障在線監(jiān)測(cè)方法主要有1、變壓器其主要的檢測(cè)方法有(1)溶解在變壓器油中的烴類氣體色譜探測(cè)分析法利用各種(低分子化合物)烴類氣體在變壓器油中單位體積的含量及產(chǎn)生的速率來分析、探測(cè)變壓器內(nèi)部局部放電情況，并通過油譜分析(三比值法、四比值法、特征氣體法) 初步分析變壓器故障，此方法僅停留在簡(jiǎn)單地反應(yīng)變壓器內(nèi)部局部放電情況的水平。(2)微水分析法最初不少變壓器專家利用鈀柵場(chǎng)效應(yīng)管作為變壓器油中溶解氫氣監(jiān)測(cè)傳感器， 后來采用催化燃燒測(cè)試技術(shù)測(cè)量油中游離氫的含量和微水含量，從而了解變壓器內(nèi)部絕緣狀況(由于游離態(tài)氣泡含水分、雜質(zhì)等容易產(chǎn)生油中的懸浮電位，繼而產(chǎn)生電小橋?qū)е聯(lián)舸╇妷合陆?，?duì)變壓器危害甚大)。但用該方法只能對(duì)變壓器的在線監(jiān)測(cè)起片面作用。(3) 溫度監(jiān)測(cè)法主要測(cè)油溫和繞組熱點(diǎn)溫度，反應(yīng)的是變壓器的安全熱效應(yīng)。2、電容器目前在線對(duì)電力電容器的檢測(cè)，通常是在線檢測(cè)在運(yùn)行高壓下流過這些電容試品的電流I、c和tg δ，來判斷電力電容器是否存在故障。而電容量的變化和介質(zhì)損耗角的變化是放電積累到一定程度以后，產(chǎn)生的一個(gè)滯后的結(jié)果。因而采用該監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)方法無法及時(shí)地發(fā)現(xiàn)和防范事故的發(fā)生。
3、電抗器主要有局部放電在線監(jiān)測(cè)、油色譜在線監(jiān)測(cè)等方法。4、開關(guān)設(shè)備(1)特征參數(shù)法。根據(jù)制造廠家提供或?qū)ｉT試驗(yàn)所得參數(shù)進(jìn)行對(duì)比。 比較時(shí)需注意條件的差異，如環(huán)境溫度、負(fù)載電流或開斷電流大小、已操作次數(shù)等。(2)比較法。可以有縱向法(歷史的)和橫向法(同一型號(hào)產(chǎn)品)。比較時(shí)需注意條件的差異，并需注意分散度的合理選擇。( 信號(hào)的微觀特性的發(fā)現(xiàn)。在注意監(jiān)測(cè)信號(hào)的宏觀特性的同時(shí)，必須注意信號(hào)某些微小異常的診斷(如機(jī)械振動(dòng)信號(hào)、線圈電流信號(hào)等)。當(dāng)檢測(cè)信號(hào)特征值雖屬基本正常但出現(xiàn)某些細(xì)微差別時(shí)，有時(shí)正揭示出嚴(yán)重事故的前兆。目前的方法中幾乎沒有提及對(duì)設(shè)備的音頻在線檢測(cè)。由于設(shè)備在運(yùn)行過程中會(huì)發(fā)出種種聲音，從聲音的變化強(qiáng)弱可以判別設(shè)備的故障情況。譬如變壓器，如果是連續(xù)的嗡嗡聲比平常加重，就要檢查電壓和油溫，若無異狀，則多是鐵芯松動(dòng)；當(dāng)聽到吱吱聲時(shí)，要檢查套管表面是否有閃絡(luò)的現(xiàn)象；當(dāng)聽到噼啪聲時(shí)，則是內(nèi)部絕緣擊穿現(xiàn)象。而目前聽聲音辨別變壓器故障的方法主要是用絕緣棒的一端放在變壓器的油箱上，另一端放在耳邊仔細(xì)聽聲音。該方法雖然操作簡(jiǎn)單，但無法實(shí)現(xiàn)連續(xù)的在線檢測(cè)，與無人值班變電站的發(fā)展趨勢(shì)不相符；同時(shí)還要求檢測(cè)人員具有豐富的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，給判斷的準(zhǔn)確性帶來了不穩(wěn)定因素。

發(fā)明內(nèi)容
目前，對(duì)無人值班變電站的設(shè)備雖然從多方面采取了措施對(duì)其進(jìn)行在線監(jiān)控，但忽略了音頻監(jiān)控這一有效判斷設(shè)備故障的方法。當(dāng)前人們對(duì)聽聲音辨別設(shè)備故障的方法研究較少，還只有一些經(jīng)驗(yàn)上的總結(jié)；測(cè)量方法也比較簡(jiǎn)單，沒有實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的在線監(jiān)控。由于聽聲音辨別設(shè)備故障的方法能有效地發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障、分辨故障類別，若能將該方法實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的在線監(jiān)控，則相當(dāng)于在設(shè)備上安裝了一雙“電耳朵”，可隨時(shí)監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行情況，對(duì)于完善無人值班變電站的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)將有著重大的意義和廣泛的應(yīng)用前景。因此，本發(fā)明就是針對(duì)這一情況，研究一種無人值班變電站的設(shè)備音頻監(jiān)控系統(tǒng)， 通過采集設(shè)備運(yùn)行中的聲音信號(hào)，對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)的在線檢測(cè)，并與無人值班變電站現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)相配合，對(duì)提高設(shè)備的運(yùn)行可靠性，減小設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)成本，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，有其現(xiàn)實(shí)意義；同時(shí)也完全符合我國(guó)建設(shè)智能化電網(wǎng)的的要求和趨勢(shì)。1、技術(shù)構(gòu)思本發(fā)明的思路是采用聲音傳感器采集設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)下的聲音信號(hào)，將其傳送給集控中心的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理、分析。將分析結(jié)果與設(shè)備正常情況下的參數(shù)進(jìn)行比較，從而有效地發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障、分辨故障類別。發(fā)明的思路具體為(1)新增定義①聲音傳感器用于采集設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)下的聲音信號(hào)。②信號(hào)傳輸系統(tǒng)傳感器與集控中心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間的信號(hào)傳輸通道。③計(jì)算機(jī)系統(tǒng)系統(tǒng)的控制和數(shù)據(jù)處理中心?？刂普麄€(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，把采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理，通過利用FFT算法對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行頻譜分析并對(duì)其時(shí)域波形分析，并將分析所得各參數(shù)數(shù)據(jù)傳入音頻故障斷系統(tǒng)，由音頻故障判斷系統(tǒng)根據(jù)其所具有的音頻故障數(shù)據(jù)庫進(jìn)而判斷出設(shè)備的故障情況。④音頻故障判斷系統(tǒng)通過對(duì)輸入該系統(tǒng)的音頻信號(hào)與系統(tǒng)中的音頻故障數(shù)據(jù)庫中的種種故障音頻信號(hào)進(jìn)行比較分析，然后通過比較分析進(jìn)而判斷該音頻信號(hào)所反映出的設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)或故障類型。⑤計(jì)算機(jī)容錯(cuò)技術(shù)容忍故障，考慮故障一旦發(fā)生時(shí)能夠自動(dòng)檢測(cè)出來并使系統(tǒng)能夠自動(dòng)恢復(fù)正常運(yùn)行。當(dāng)出現(xiàn)某些指定的硬件故障或軟件錯(cuò)誤時(shí)，系統(tǒng)仍能執(zhí)行規(guī)定的一組程序，或者說程序不會(huì)因系統(tǒng)中的故障而中止或被修改，并且執(zhí)行結(jié)果也不包含系統(tǒng)中故障所引起的差錯(cuò)。⑥計(jì)算機(jī)專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)是一組程序軟件的。它處理的問題是本領(lǐng)域的專家才能處理的復(fù)雜問題。它收集該領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)，以推理計(jì)算模型模擬人類專家分析處理問題，得出和人類專家一樣的結(jié)論。(2)工作原理由于變電設(shè)備(變壓器、電容器、電抗器、開關(guān)設(shè)備等)在運(yùn)行過程中會(huì)發(fā)出種種聲音，而正常運(yùn)行情況下與故障情況下的聲音將有明顯的不同。因而通過辨別設(shè)備運(yùn)行中的聲音可以有效判斷其故障情況。基于此原理，我們提出研究開發(fā)一種無人值班變電站電氣設(shè)備音頻監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過采集設(shè)備運(yùn)行過程中的聲音信號(hào)，將其送至集控中心，通過頻譜分析并與正常情況下的頻譜參數(shù)相比較，從而分辨出設(shè)備的故障類型。具體如下①分別在無人值班變電站的主要電氣設(shè)備上(變壓器、電容器、電抗器、開關(guān)設(shè)備等)安裝聲音傳感器，通過該傳感器采集設(shè)備運(yùn)行過程中的音頻信號(hào)；②信號(hào)通過信號(hào)傳輸系統(tǒng)傳送至集控中心的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析、 處理③計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過電氣設(shè)備音頻進(jìn)行頻譜分析，并與數(shù)據(jù)庫中的參數(shù)進(jìn)行比較， 判斷設(shè)備是否發(fā)生故障，同時(shí)辨別出故障類別。2、技術(shù)構(gòu)成(1)硬件設(shè)備開發(fā)硬件設(shè)備包括信號(hào)采集模塊，信號(hào)處理模塊，故障類型判斷及處理模塊，見說明書附圖2。(2)軟件開發(fā)流程圖軟件開發(fā)流程圖見說明書附圖3。
四

圖1為無人值班變電站的設(shè)備音頻監(jiān)控系統(tǒng)原理圖，闡述了從信號(hào)采集、信號(hào)傳輸?shù)焦收吓袛嗟谋O(jiān)控過程。
圖2是無人值班變電站的設(shè)備音頻監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)備框圖，闡述了系統(tǒng)中硬件設(shè)備的基本工作原理。
圖3是無人值班變電站的設(shè)備音頻監(jiān)控系統(tǒng)的軟件開發(fā)流程圖，闡述了程序開發(fā)的整個(gè)過程。
圖4是無人值班變電站的設(shè)備音頻監(jiān)控系統(tǒng)的整個(gè)研究路線圖，闡述了系統(tǒng)的開發(fā)方法與模式。
五具體實(shí)施例方式1、研究方法
在該項(xiàng)目的研究中我們準(zhǔn)備主要采用如下方法(1)對(duì)變電設(shè)備不同故障情況下的運(yùn)行特征資料進(jìn)行收集，分析和研究；(2)總結(jié)分析設(shè)備各種故障與不同異常聲音的對(duì)應(yīng)關(guān)系；(3)制定無人值班變電站的設(shè)備音頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，從理論上論證其可行性；(4)通過模擬試驗(yàn)，對(duì)系統(tǒng)的信號(hào)采集能力、判別功能進(jìn)行驗(yàn)證、調(diào)試。針對(duì)試驗(yàn)結(jié)果，找出該系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)和設(shè)計(jì)缺陷，提出相應(yīng)的改進(jìn)措施；(5)將該系統(tǒng)應(yīng)用于無人值班變電站，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，并根據(jù)運(yùn)行情況不斷的進(jìn)行改進(jìn)和完善，待技術(shù)成熟后在電力系統(tǒng)進(jìn)行推廣應(yīng)用。2、技術(shù)路線為了能更好的完成無人值班變電站設(shè)備音頻監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)，首先要對(duì)變電設(shè)備不同故障情況下的運(yùn)行特征資料進(jìn)行收集；根據(jù)設(shè)備各種故障與不同異常聲音的對(duì)應(yīng)關(guān)系，制定出無人值班變電站的設(shè)備音頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。再通過模擬試驗(yàn)，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)作情況進(jìn)行觀察、調(diào)試，并作出相應(yīng)的改進(jìn)。最后將該系統(tǒng)應(yīng)用于無人值班變電站，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)跟蹤調(diào)試，驗(yàn)證其工作性能。待技術(shù)成熟后在電力系統(tǒng)進(jìn)行推廣應(yīng)用。研究路線圖見說明書附圖4。
權(quán)利要求
1.一種用于電力系統(tǒng)無人值班變電站在線監(jiān)測(cè)電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控系統(tǒng)，它包括信號(hào)采集模塊(1)、信號(hào)處理模塊( 和故障類型判斷及故障處理模塊(3)，其特征在于所述信號(hào)采集模塊(1)把采集到的電氣設(shè)備發(fā)出的聲音信號(hào)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)集控中心，由所述信號(hào)處理模塊( 將聲音信號(hào)經(jīng)過技術(shù)處理后將結(jié)果輸送到所述故障類型判斷及故障處理模塊⑶。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)采集模塊(1)，其特征在于由特定型號(hào)的聲音傳感器組成，通過現(xiàn)場(chǎng)總線與所述信號(hào)處理模塊( 及所述故障類型判斷及故障處理模塊C3)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)處理模塊O)，其特征在于運(yùn)用傅里葉快速分析法對(duì)電氣設(shè)備的音頻進(jìn)行分析，得出頻譜參數(shù)，通過外部總線與所述故障類型判斷及故障處理模塊⑶相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的故障類型判斷及故障處理模塊(3)，其特征在于融合了計(jì)算機(jī)專家系統(tǒng)和計(jì)算容錯(cuò)技術(shù)，將所述信號(hào)處理模塊( 得出的頻譜參數(shù)輸入專家系統(tǒng)即可對(duì)故障進(jìn)行判斷及處理。
全文摘要
本發(fā)明為無人值班變電站的設(shè)備音頻監(jiān)控系統(tǒng)，是用于電力系統(tǒng)無人值班變電站，通過遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)電氣設(shè)備(主要為變壓器、電容器、電抗器等)運(yùn)行過程中的聲音，根據(jù)其聲音的變化強(qiáng)弱來判斷設(shè)備故障。本發(fā)明通過采集設(shè)備運(yùn)行中的聲音信號(hào)，對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)的在線檢測(cè)，通過音頻傳感器將信號(hào)送至微機(jī)集控室，然后根據(jù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行參照比較，分析并解決設(shè)備故障。本發(fā)明的思路是采用聲音傳感器采集設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)下的聲音信號(hào)，將其傳送給集控中心的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與處理。將分析結(jié)果與設(shè)備正常情況下的參數(shù)進(jìn)行比較，從而有效地發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障、分辨故障類別。
文檔編號(hào)H02J13/00GK102270879SQ20101018925
公開日2011年12月7日 申請(qǐng)日期2010年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月2日
發(fā)明者劉源, 張?chǎng)? 李景祿, 楊德倫 申請(qǐng)人:劉源, 張?chǎng)? 李景祿, 楊德倫