本发明涉及变压器监测领域，尤其涉及一种变压器噪声监测系统。
背景技术：
电力变压器是交流电力系统中的核心设备，是电能转换、传输的核心，是电网中最重要和最关键的设备。随着社会的发展，在住宅及公共场所已经越来越多地使用大型电力变压器，而变压器在绝大多数情况下产生的低频噪声会对人体产生慢性损伤，容易使人烦躁、易怒，有时甚至失去理智，长期受袭扰的话还可能造成神经衰弱、失眠等，这就对大型电力变压器及中小型电力变压器的噪声监测分析等提出了一定的要求，电力变压器的噪声问题越来越多地受到人们的关注。
目前，变压器噪声监测设备功能单一，辨识度差，不具备智能识别能力，难以为运行维护提供有价值的参考，检修人员尽管可以通过经验对噪声的含义有一定了解，但难以自动化应用在大量的变压器监测上，而人工的逐个现场听测噪音存在浪费人力且效率低的技术问题。
技术实现要素：
本发明提供了一种变压器噪声监测系统，解决了现有的变压器噪声监测设备功能单一，辨识度差，不具备智能识别能力，导致的人工现场听测噪音存在浪费人力且效率低的技术问题。
本发明提供了一种变压器噪声监测系统，包括：噪声采集装置、工控机、现地交换机和报警装置；
所述噪声采集装置的输出端与所述工控机的输入端通信连接；
所述工控机的第一输出端与所述报警装置通信连接；
所述工控机的第二输出端与所述现地交换机的输入端通信连接；
所述噪声采集装置用于采集声波信号，并将所述声波信号转化为音频电信号发送给所述工控机；
所述工控机用于对所述噪声采集装置发送的音频电信号进行计算和分析，判断变压器的故障情况并发送预置报警信号至所述报警装置；
所述现地交换机用于实现至少两个所述工控机之间数据的通信连接；
所述报警装置用于根据所述预置报警信号进行报警。
作为优选，所述工控机包括：
声波信号计算模块，用于计算所述噪声采集装置发送的音频电信号的关键状态参量，包括幅值、均方根值、频谱和功率谱；
声压级计算分析模块，用于根据所述噪声采集装置发送的音频电信号对测点处的声压级进行计算，判断所述测点处的声压级高于声压级阈值时发送声压级报警信号至所述报警装置；
声强级计算分析模块，用于根据所述噪声采集装置发送的音频电信号对测点处的声强级进行计算，判断所述测点处的声强级高于声强级阈值时发送声强级报警信号至所述报警装置；
声功率级计算分析模块，用于根据所述噪声采集装置发送的音频电信号对测点处的声功率级进行计算，判断所述测点处的声功率级高于声功率级阈值时发送声功率级报警信号至所述报警装置。
作为优选，所述工控机还包括：
声波频谱分析模块，用于对所述噪声采集装置发送的音频电信号进行离散傅氏变换，并绘制噪声频谱图，根据所述噪声频谱图分析变压器的故障情况。
作为优选，所述工控机还包括：
声波波形分析模块，用于对所述声波信号转化为音频电信号中的波形信号进行分析，结合预置资料库识别到所述波形信号中的故障特征信号时发送波形报警信号至所述报警装置。
作为优选，所述工控机还包括：
音色识别模块，用于对所述噪声采集装置发送的音频电信号中的音色进行识别，与预置音色进行比对，当所述音频电信号中的音色与所述预置音色的偏差值高于预设偏差值阈值时，发送音色报警信号至所述报警装置；
音色更新模块，用于对所述预置音色进行更新。
作为优选，所述工控机还包括：
阈值设定模块，用于根据变压器的音素，包括运行工况、综合温度和湿度季节动态设定所述声压级阈值、所述声强级阈值、所述声功率级阈值和所述误差阈值，或根据用户需求静态自定义所述声压级阈值、所述声强级阈值、所述声功率级阈值和所述误差阈值。
作为优选，所述工控机还包括：
同步关联分析模块，用于确认所述噪声采集装置在每相不同测点和/或相与相之间的数据采集的同步性，以及对相间的所述噪声采集装置发送的音频电信号进行相间关联分析。
作为优选，所述工控机还包括：智能存储模块；
所述智能存储模块分别与所述声波信号计算模块、所述声压级计算分析模块、所述声强级计算分析模块、所述声功率级计算分析模块、所述声波频谱分析模块、所述声波波形分析模块和所述音色识别模块连接；
所述智能存储模块用于根据预置存储策略，对所述声波信号计算模块、所述声压级计算分析模块、所述声强级计算分析模块、所述声功率级计算分析模块、所述声波频谱分析模块、所述声波波形分析模块和所述音色识别模块中的数据和/或波形图进行保存。
作为优选，本发明提供的一种变压器噪声监测系统还包括：
振动测量仪；
所述振动测量仪与所述工控机连接，所述振动测量仪用于采集变压器冷却器的振动频率并发送至所述工控机；
所述工控机还用于根据所述振动测量仪发送的变压器冷却器的振动频率和所述音色识别模块识别的音色结合进行分析，判断变压器冷却器的故障情况并发送预置报警信号至所述报警装置。
作为优选，本发明提供的一种变压器噪声监测系统还包括：
显示器、信号调理器和远程诊断中心；
所述显示器与所述工控机的第三输出端通信连接，所述显示器用于显示所述工控机的计算和分析结果；
所述信号调理器的输入端与所述噪声采集装置的输出端通信连接；
所述信号调理器的输出端与所述工控机的输入端通信连接；
所述远程诊断中心与所述工控机通信连接，所述远程诊断中心用于接收所述工控机发送的变压器的故障特征信号，并发送诊断结果至所述工控机。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
本发明提供了一种变压器噪声监测系统，包括：噪声采集装置、工控机、现地交换机和报警装置；所述噪声采集装置的输出端与所述工控机的输入端通信连接；所述工控机的第一输出端与所述报警装置通信连接；所述工控机的第二输出端与所述现地交换机的输入端通信连接；所述噪声采集装置用于采集声波信号，并将所述声波信号转化为音频电信号发送给所述工控机；所述工控机用于对所述噪声采集装置发送的音频电信号进行计算和分析，判断变压器的故障情况并发送预置报警信号至所述报警装置；所述现地交换机用于实现至少两个所述工控机之间数据的通信连接；所述报警装置用于根据所述预置报警信号进行报警。
本发明中通过噪声采集装置对变压器进行噪声的采集，再由工控机对采集到的音频电信号进行计算和分析，当判断变压器发生故障即发送预置报警信号至报警装置，提示工作人员对变压器进行处理，解决了现有的变压器噪声监测设备功能单一，辨识度差，不具备智能识别能力，导致的人工现场听测噪音存在浪费人力且效率低的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的实施例，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为本发明实施例提供的一种变压器噪声监测系统的结构示意图；
图2为图1中工控机的结构示意图；
其中，附图标记为：
101、噪声采集装置；102、工控机；103、现地交换机；104、报警装置；105、信号调理器；106、显示器；107、远程诊断中心；1020、声波信号计算模块；1021、声压级计算分析模块；1022、声强级计算分析模块；1023、声功率级计算分析模块；1024、声波频谱分析模块；1025、声波波形分析模块；1026、音色识别模块；1027、阈值设定模块；1028、同步关联分析模块；1029、智能存储模块。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种变压器噪声监测系统，解决了现有的变压器噪声监测设备功能单一，辨识度差，不具备智能识别能力，导致的人工现场听测噪音存在浪费人力且效率低的技术问题。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明实施例提供的一种变压器噪声监测系统的结构示意图。
本发明实施例提供的一种变压器噪声监测系统的结构示意图，包括：噪声采集装置101、工控机102、现地交换机103和报警装置104；
噪声采集装置101的输出端与工控机102的输入端通信连接；
工控机102的第一输出端与报警装置104通信连接；
工控机102的第二输出端与现地交换机103的输入端通信连接；
噪声采集装置101用于采集声波信号，并将声波信号转化为音频电信号发送给工控机102；
工控机102用于对噪声采集装置101发送的音频电信号进行计算和分析，判断变压器的故障情况并发送预置报警信号至报警装置104；
现地交换机103用于实现至少两个工控机102之间数据的通信连接；
报警装置104用于根据预置报警信号进行报警。
需要说明的是，噪声采集装置101采样时，每通道采样率为250ks/s，采样窗口为50个工频周期，采样数据的分辨率为16位，进行高分辨率采集。
当现地交换机103连接了至少两个工控机102时，分别与两个工控机102连接的噪声采集装置101采用同一触发源触发，实现同步采集。
本发明中通过噪声采集装置101对变压器进行噪声的采集，再由工控机102对采集到的音频电信号进行计算和分析，当判断变压器发生故障即发送预置报警信号至报警装置104，提示工作人员对变压器进行处理，解决了现有的变压器噪声监测设备功能单一，辨识度差，不具备智能识别能力，导致的人工现场听测噪音存在浪费人力且效率低的技术问题。
进一步地，工控机102包括：
声波信号计算模块1020，用于计算噪声采集装置101发送的音频电信号的关键状态参量，包括幅值、均方根值、频谱和功率谱；
声压级计算分析模块1021，用于根据噪声采集装置101发送的音频电信号对测点处的声压级进行计算，判断测点处的声压级高于声压级阈值时发送声压级报警信号至报警装置104；
声强级计算分析模块1022，用于根据噪声采集装置101发送的音频电信号对测点处的声强级进行计算，判断测点处的声强级高于声强级阈值时发送声强级报警信号至报警装置104；
声功率级计算分析模块1023，用于根据噪声采集装置101发送的音频电信号对测点处的声功率级进行计算，判断测点处的声功率级高于声功率级阈值时发送声功率级报警信号至报警装置104。
需要说明的是，声波信号计算模块1020的数据刷新时间为5秒，每5秒重新对各种数据进行计算；
由于噪声采集装置101输出的电压信号与噪声采集装置101测点处的声压成正比，因此噪声采集装置101测量的就是测点处的瞬时声压，声压级计算分析模块1021中对声压级的计算为：
其中，参考声压po＝2*10-5n/m2，p为测点处的瞬时声压。
当判断测点处的声压级高于声压级阈值时发送声压级报警信号至报警装置104。
声强级反应某一方向上声能大小情况，声强级计算分析模块1022中对声强级的计算为：
其中，参考声强i0＝1×10-12w/m2，|in|为法向声强级。
当判断测点处的声强级高于声强级阈值时发送声强级报警信号至报警装置104。
声功率反应声源在单位时间内向外辐射的声能值，因此计算声功率能更加直观反应变压器工作情况，向外辐射声功率越大，说明振动发生产生损耗越大，工作状态可能越差。声功率级计算分析模块1023中对声功率级的计算为：
其中，参考声功率w0＝1×10-12w。
当判断测点处的声功率级高于声功率级阈值时发送声功率级报警信号至报警装置104。
进一步地，工控机102还包括：
声波频谱分析模块1024，用于对噪声采集装置101发送的音频电信号进行离散傅氏变换，并绘制噪声频谱图，根据噪声频谱图分析变压器的故障情况。
需要说明的是，变压器噪声的音频电信号频谱信息包含大量信息，对音频电信号进行频域分析可以有效诊断出变压器的异常情况。对噪声采集装置101发送的音频电信号进行离散傅氏变换，并绘制噪声频谱图，根据音频电信号在频域的分布及频域分布变化情况，对变压器的故障情况进行分析。
进一步地，工控机102还包括：
声波波形分析模块1025，用于对声波信号转化为音频电信号中的波形信号进行分析，结合预置资料库识别到波形信号中的故障特征信号时发送波形报警信号至报警装置104。
需要说明的是，原始声波采样信号包含大量识别和未识别的有用信息，对声波信号转化为音频电信号中的波形信号进行分析，结合预置资料库识别到波形信号中的故障特征信号时发送波形报警信号至报警装置104。
进一步地，工控机102还包括：
音色识别模块1026，用于对噪声采集装置101发送的音频电信号中的音色进行识别，与预置音色进行比对，当音频电信号中的音色与预置音色的偏差值高于预设偏差值阈值时，发送音色报警信号至报警装置104；
音色更新模块1027，用于对预置音色进行更新。
需要说明的是，音色是声音除了音调(频率)和响度(副值)之外的第三大特征。不同的发声体发出的声音在音调和响度上有可能难以识别区分。音色却可以作出明确的区分和判断。变压器稳定运行时振动源相对单一，每台变压器所产生噪声的音色相对确定。变压器噪声与变压器的故障存在一定的联系，经过运行和检修人员的摸索总结，噪声的音色与变压器故障之间的关系如表1-1所示：
表1-1常见变压器本体声音异常分析
在音色识别模块1026中，预置了正常工作时的正常音色与异常现象发生时的异常音色。异常音色包括至少两种，分别对应至少两种不同的故障类型。当音频电信号中的音色与预置的正常音色的偏差值高于预设偏差阈值时，判定需要报警，逐一比较音频电信号中的音色与预置的至少两种异常音色之间的偏差值，选择偏差值最小的那种异常音色对应的故障类型作为音色识别结果，发送至报警装置104。
随着变压器老化等缘故，音色可能会随着发生细微变化，系统可结合人工处理更新预置音色。
进一步地，工控机102还包括：
阈值设定模块1028，用于根据变压器的运行工况、综合温度和湿度季节等音素动态设定声压级阈值、声强级阈值、声功率级阈值和误差阈值，或根据用户需求静态自定义声压级阈值、声强级阈值、声功率级阈值和误差阈值。
进一步地，工控机102还包括：
同步关联分析模块1029，用于确认噪声采集装置101在每相不同测点和/或相与相之间的数据采集的同步性，以及对相间的噪声采集装置101发送的音频电信号进行相间关联分析。
需要说明的是，同步关联分析模块1029首先确认噪声采集装置101在每相不同测点和/或相与相之间的数据采集的同步性，保证数据同步采集。其次，同步关联分析模块1029在分析诊断时考虑相间耦合关系，对相间的噪声采集装置101发送的音频电信号进行相间关联分析。
进一步地，工控机102还包括：智能存储模块1030；
智能存储模块1030分别与声波信号计算模块1020、声压级计算分析模块1021、声强级计算分析模块1022、声功率级计算分析模块1023、声波频谱分析模块1024、声波波形分析模块1025和音色识别模块1026连接；
智能存储模块1029用于根据预置存储策略，对声波信号计算模块1020、声压级计算分析模块1021、声强级计算分析模块1022、声功率级计算分析模块1023、声波频谱分析模块1024、声波波形分析模块1025和音色识别模块1026中的数据和/或波形图进行保存。
需要说明的是，预置存储策略包括：
1、原始采样波形存储：
原始声波采样信号包含大量设别和未识别的有用信息。但是原始波形数据数据密度大，耗用存储空间，因此智能的有选择的存储有分析价值原始波形信号，对于积累专家知识库和对变压器运行状态进行后期人工诊断意义非凡。
智能存储模块1030基于声压级阈值、声强级阈值、声功率级阈值、误差阈值和频谱特征的原始波形智能存储策略，可以避免存储过多冗余数据，同时保证有用信息得以保留。
2、详细过程数据存储：
故障或者异常发生一般都会有一个发展过程，记录过去一段时间变压器噪声情况的详细过程数据，有利于在监测出异常时回放或查明故障发生原因及发展过程。
智能存储模块1030循环存储过去一段时间内的详细过程数据，并根据分析数据情况将有特征的部分详细过程数据永久存储，在控制存储空间的前提下，保证了有用数据的保留。
3、过程概览数据永久存储：
变压器某些故障或异常发生发展周期非常长，短时间的监测或者实验很难全面反映变压器健康状况。根据长期数据的趋势分析可以直观反应变压器状态变化趋势。可以根据过去的数据对未来做出估计。对于指导变压器检修决策非常关键。是未来实现状态检修的基础。
智能存储模块1030每15分钟一个点的概览过程数据，占用存储空间小，分析价值大。
进一步地，以上任意一项本发明提供的一种变压器噪声监测系统还包括振动测量仪108；
振动测量仪108与工控机102连接，振动测量仪108用于采集变压器冷却器的振动频率并发送至工控机102；
工控机102还用于根据振动测量仪108发送的变压器冷却器的振动频率和音色识别模块1026识别的音色结合进行分析，判断变压器冷却器的故障情况并发送预置报警信号至报警装置104。
需要说明的是，如表1-2所示的对于冷却器声音异常情况分析，对冷却器的故障判断除了需要对音色进行识别以外，还需要结合振动测量仪108对冷却器的振动频率进行判断。
表1-2冷却器声音异常情况分析
进一步地，本发明提供的一种变压器噪声监测系统还包括显示器106、信号调理器105和远程诊断中心107；
显示器106与工控机102的第三输出端通信连接，显示器106用于显示工控机102的计算和分析结果；
信号调理器105的输入端与噪声采集装置101的输出端通信连接；
信号调理器105的输出端与工控机102的输入端通信连接；
远程诊断中心107与工控机102通信连接，远程诊断中心107用于接收工控机102发送的变压器的故障特征信号，并发送诊断结果至工控机102。
需要说明的是，当工控机102无法确定变压器的故障情况时，将工控机102采集到的所有变压器的故障特征信号发送至远程诊断中心107，由远程诊断中心107根据变压器的故障特征信号确定变压器的故障情况，并将诊断结果发送至工控机102。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和模块，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。