基于labview和音频分析的换流变故障检测装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于LABVIEW和音频分析的换流变故障检测装置，安装在换流变上，所述的故障检测装置包括线缆、传感器、信号调理电路、光纤收发器、工控机和服务器，所述的传感器安装在换流变的外壳上，输出端与信号调理电路的输入端连接，所述的信号调理电路的输出端连接光纤收发器的输入端，所述的光纤收发器的输出端通过线缆连接工控机，所述的工控机通过线缆连接换流变，通过局域网与服务器双向连接。与现有技术相比，本发明具有可靠、合理、设备巡检工作效率和检测质量高等优点。
【专利说明】基于LABVIEW和音频分析的换流变故障检测装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种故障检测装置，尤其是涉及一种基于LABVIEW和音频分析的换流变故障检测装置。
【背景技术】
[0002]换流变是高压直流输电工程中的关键设备，换流变通常都安装有温度传感器、气体继电器、油流继电器、压力释放阀等换流变组件，前3者也是换流变与其它设备连接的纽带，它们在一定程度上保证换流变安全可靠运行。但它们都是在换流变内部故障发展到一定程度甚至是在比较严重的程度后才起作用。另外，如:稳态比率差动保护、工频变化量比率差动保护、后备保护，包括过 流、零序过流、过电压、零序过压、饱和保护等换流变保护也是有其相应的针对性或也要等换流变故障发展到一定程度才能动作。
[0003]到目前为止，换流变在线监测系统对直流偏磁造成的声音增大、放电异常、内外部机械性故障等异常运行状态缺乏监测，日常运维过程中主要依靠运维人员在巡视时辨识换流变运行是否存在异音进行其异常运行状态的判别，难以及时发现此类异常运行状况，且人工巡检方式存在着劳动强度大、工作效率低、检测质量与工作经验相关度高、手段单一等不足，巡检到位率也无法保证。因此，换流变运行中的异音辨识是换流变安全运行的一个薄弱环节，急需一种方便、可靠、合理、设备巡检工作效率和检测质量高的环流变故障检测装置，确保电网的安全运行。
[0004]中国专利200720058805.7公开了一种基于音频监测的工业设备实时在线故障报警器，此发明包括安装在所监测现场设备区域的传声器、放大器、发射器和安装在监测室里的接收器、数模转换器、单片机、发光二极管，存在着无线发射在电磁环境中会发生信号干扰、未详细介绍音频分析的处理系统等缺点。
【发明内容】
[0005]本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有可靠、合理、设备巡检工作效率和检测质量高等优点的基于LABVIEW和音频分析的换流变故障检测
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[0006]本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
[0007]一种基于LABVIEW和音频分析的换流变故障检测装置，安装在换流变上，所述的故障检测装置包括线缆、传感器、信号调理电路、光纤收发器、工控机和服务器，所述的传感器安装在换流变的外壳上，输出端与信号调理电路的输入端连接，所述的信号调理电路的输出端连接光纤收发器的输入端，所述的光纤收发器的输出端通过线缆连接工控机，所述的工控机通过线缆连接换流变，并通过局域网与服务器双向连接。
[0008]所述的传感器采用电容式声传感器。
[0009]所述的信号调理电路包括放大器、滤波器和A/D转化器，所述的放大器输入端连接传感器的输出端，输出端连接滤波器的输入端，所述的滤波器输出端连接A/D转化器的输入端，所述的a/d转化器的输出端连接光纤收发器的输入端。
[0010]所述的线缆设置在预埋管、线槽或电缆沟内。
[0011]所述的线缆为铠装电源电缆或电力光缆。
[0012]所述的工控机包括显示器、控制处理器和预警器，所述的控制处理器分别与光纤收发器的输出端、显示器、预警器和服务器相连接。
[0013]所述预警器为声光式。
[0014]所述的服务器包括多画面显示器、控制处理器、数据库和预警器，所述的控制处理器分别与工控机、多画面显示器、数据库和预警器相连接。
[0015]所述的控制处理器采用16位单片机，所述的数据库采用扩展存储芯片。
[0016]所述的工控机、光纤收发器、信号调理电路和传感器均设有多个。
[0017]与现有技术相比，本发明具有以下优点:
[0018]I)本发明使用的电容式声传感器具有本体噪声较低而且动态范围较广可提供正确的频谱数据，全响应稳定性好，可保证振幅值固定等优点，适合在高温、腐蚀性场所以及高电压、强电场等恶劣电磁环境下对换流变的运行状态进行检测；安装在换流变箱体上，安装和检修都可在线运行，声信号传播不影响换流变的正常运行。
[0019]2)本发明减小了因换流变的电磁环境而产生的信号干扰。换流变外壳固定安装方式的音频传感器均采用有线传输方式，本发明中使用的线缆，用铠装电源电缆及电力专用光缆，电缆沟以外部分全部外套热镀锌管，以避免换流变的强电场、强磁场对系统造成的干扰，每个测点的音频传感器连接到光纤收发器，收发器为单向的，通过光纤收发器将音频数据传输到监控后台。光纤的使用保障了音频信号的稳定性和高质量，使其不会在电站强磁场的影响下发生信号干扰。
[0020]3)本发明的服务器是基于LABVIEW系统的在线音频特征量分析、设备状态监测和故障预警系统，一台服务器可以集中监视数台设备，所有工控机通过企业局域网与服务器相连。LabVIEW8.X提供了更简单的数据通信方法——共享变量。共享变量还可以与OPCServer相连接，并包含很多其他工业监视系统所需要的属性功能。传感器采集到的数据经工控机处理后通过共享变量传给服务器。服务器对数据进行小波分析，并和数据库中的标准特征相比较并确定设备当前状态。确定设备状态后，服务器将当前数据存入数据库以供之后查阅，同时还将设备状态信息和故障信息返回工控机。
[0021]4)在后台监控中心与各前端现场检查单元通过网络构建一套完善的换流变异音智能识别分析系统，进行多画面监控现场音频监测情况，可同时观测所有投运变流变的实时情况，实现实时监听、记录、数据归档、历史曲线、报警等功能，更好的监视设备运行情况，当系统判断换流变存在故障，则自动以声光形式进行报警，提醒运行人员安排检修，实现提升运维智能化水平和工作质量，降低生产人员劳动强度和人身安全风险。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为基于音频信号分析的换流变故障检测装置结构图；
[0023]图2为基于音频信号分析的换流变故障检测装置实物示意图；
[0024]图3为基于音频信号分析的换流变故障检测装置实施前后情况对比图；
[0025]图中:1、换流变2、传感器3、信号调理电路4、工控机5、服务器6、放大器7、滤波器8、A/D转化器9、光纤收发器10、控制处理器11、预警器12、显示器13、多画面显示器14、数据库15、线缆。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0027]如图1所示，一种基于LABVIEW和音频分析的换流变故障检测装置，安装在换流变I上，故障检测装置包括线缆15、传感器2、信号调理电路3、光纤收发器9、工控机4和服务器5，传感器2安装在换流变I的外壳上，输出端与信号调理电路3的输入端连接，信号调理电路3的输出端连接光纤收发器9的输入端，光纤收发器9的输出端通过线缆15连接工控机4，工控机4通过线缆15连接换流变1，通过局域网与服务器5双向连接。工控机4、光纤收发器9、信号调理电路3和传感器4设有多个。
[0028]传感器2采用电容式声传感器。本发明要求音频传感器具有一定的特殊性。首先尺寸较小便于安放，能够与换流变箱体贴近以获得更加真实的原声资料；其次，不影响被测设备的正常运行。最后，传感器获取声频范围可足以覆盖包括换流变在内的电气设备运行发出的可听声音。电容式声传感器具有本体噪声较低而且动态范围较广可提供正确的频谱数据，全响应稳定性好，可保证振幅值固定等优点，可考虑应用于本项目。
[0029]传感器安装在换流变箱体上，安装和检修都可在线运行，声信号传播不影响换流变的正常运行。系统可在高温、腐蚀性场所以及高电压、强电场等恶劣电磁环境下对换流变的运行状态进行监测。
[0030]信号调理电路3包括放大器6、滤波器7和A/D转化器8，放大器6输入端连接传感器2的输出端，输出端连接滤波器7的输入端，滤波器7输出端连接A/D转化器8的输入端，A/D转化器8的输出端连接光纤收发器9的输入端。
[0031]线缆15设在预埋管、线槽或电缆沟内，采用铠装电源电缆或电力专用光缆。线缆15若设在电缆沟内，电缆沟以外部分全部外套热镀锌管。因为考虑到换流变的电磁环境，换流变外壳固定安装方式的音频传感器均采用有线传输方式。光纤的使用保障了音频信号的稳定性和高质量，使其不会在电站强磁场的影响下发生信号干扰。
[0032]工控机4包括显示器12、控制处理器10和预警器11，控制处理器10分别与光纤收发器9的输出端、显示器12、预警器11和服务器5相连接。所述预警器11为声光式。
[0033]服务器5包括多画面显示器13、控制处理器10、数据库14和预警器11，控制处理器10分别与工控机4、多画面显示器13、数据库14和预警器11相连接。控制处理器10采用16位单片机，数据库14采用扩展存储芯片。
[0034]采用LabVIEW作为基础编程软件编写整个设备状态监视和故障预警系统，一台服务器可以集中监视数台设备，所有工控机通过企业局域网与服务器相连。LabVIEWS.X提供了更简单的数据通信方法——共享变量。共享变量还可以与OPC Server相连接，并包含很多其他工业监视系统所需要的属性功能。
[0035]工作过程:
[0036]传感器采集到的数据经工控机处理后通过共享变量传给服务器。服务器对数据进行小波分析，用于噪声的滤除，并和数据库中的标准特征相比较并确定设备当前状态，得出结论后将结果传给多画面显示器，多画面显示器显示所有换流变的运行状态和参数，达到监视效果，若有故障征兆，则预警器将会发出声光报警，并自动切换到该台设备的监控台上，同时显示出诊断信息和推荐的处理方式。服务器将当前数据存入数据库以供之后查阅，同时还将设备状态信息和故障信息返回工控机，工控机主要用来进行实时数据采集和显示来自服务器的数据，以便于在现场对设备进行调试。
[0037]为了检验基于LABVIEW和音频分析的换流变故障检测装置的应用效果，对运行人员7月I日-7月30日之间的换流变巡检情况进行抽测，结果如表1:
[0038]表1
[0039]
【权利要求】
1.一种基于LABVIEW和音频分析的换流变故障检测装置，安装在换流变(I)上，其特征在于，所述的故障检测装置包括线缆(15)、传感器(2)、信号调理电路(3)、光纤收发器(9)、工控机⑷和服务器(5)，所述的传感器⑵安装在换流变⑴的外壳上，输出端与信号调理电路(3)的输入端连接，所述的信号调理电路(3)的输出端连接光纤收发器(9)的输入端，所述的光纤收发器(9)的输出端通过线缆(15)连接工控机(4)，所述的工控机(4)通过线缆(15)连接换流变(I)，并通过局域网与服务器(5)双向连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于LABVIEW和音频分析的换流变故障检测装置，其特征在于，所述的传感器(2)采用电容式声传感器。
3.根据权利要求1所述的一种基于LABVIEW和音频分析的换流变故障检测装置，其特征在于，所述的信号调理电路(3)包括放大器(6)、滤波器(7)和A/D转化器(8)，所述的放大器(6)输入端连接传感器(2)的输出端，输出端连接滤波器(7)的输入端，所述的滤波器(7)输出端连接A/D转化器(8)的输入端，所述的A/D转化器(8)的输出端连接光纤收发器(9)的输入端。
4.根据权利要求1 所述的一种基于LABVIEW和音频分析的换流变故障检测装置，其特征在于，所述的线缆(15)设置在预埋管、线槽或电缆沟内。
5.根据权利要求1所述的一种基于LABVIEW和音频分析的换流变故障检测装置，其特征在于，所述的线缆(15)为铠装电源电缆或电力光缆。
6.根据权利要求1所述的一种基于LABVIEW和音频分析的换流变故障检测装置，其特征在于，所述的工控机(4)包括显示器(12)、控制处理器(10)和预警器(11)，所述的控制处理器(10)分别与光纤收发器(9)的输出端、显示器(12)、预警器(11)和服务器(5)相连接。
7.根据权利要求6所述的一种基于LABVIEW和音频分析的换流变故障检测装置，其特征在于，所述预警器(11)为声光式。
8.根据权利要求7所述的一种基于LABVIEW和音频分析的换流变故障检测装置，其特征在于，所述的服务器(5)包括多画面显示器(13)、控制处理器(10)、数据库(14)和预警器(11)，所述的控制处理器(10)分别与工控机(4)、多画面显示器(13)、数据库(14)和预警器(11)相连接。
9.根据权利要求8所述的一种基于LABVIEW和音频分析的换流变故障检测装置，其特征在于，所述的控制处理器(10)采用16位单片机，所述的数据库(14)采用扩展存储芯片。
10.根据权利要求1所述的一种基于LABVIEW和音频分析的换流变故障检测装置，其特征在于，所述的工控机(4)、光纤收发器(9)、信号调理电路(3)和传感器(4)均设有多个。
【文档编号】G01R31/00GK103954868SQ201410197968
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年5月12日 优先权日:2014年5月12日
【发明者】阴春晓, 闫全全, 周孝法, 王和杰, 殷志良, 冷超, 林嘉扬, 刘志龙 申请人:国家电网公司, 国网上海市电力公司