一种一体式开关柜局部放电智能传感器及其信息融合状态评估方法与流程

文档序号:21962038发布日期:2020-08-25 18:46阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种一体式开关柜局部放电智能传感器,其特征在于,包括集成在一起的信号采集模块、调理模块、信号发生模块、mcu模块、通讯模块和供电模块,所述局部放电智能传感器磁吸在开关柜的外表面,其中:

所述信号采集模块由超声波传感器、地电波传感器和温度传感器组成,所述超声波传感器采集开关柜局部放电时产生的超声波信号,并将超声波信号发送给所述调理模块;所述地电波传感器采集开关柜局部放电时产生的暂态地电波信号,并将暂态地电波信号发送给所述调理模块;所述温度传感器采集开关柜局部放电时柜体表面温度,并将柜体表面温度发送给所述调理模块;

所述调理模块与所述信号采集模块连接,所述调理模块用于将接收的超声波信号和暂态地电波信号分别转换为局放数字信号,并将转换后的局放数字信号发送给所述mcu模块,所述调理模块进行自检判断;

所述信号发生模块与所述调理模块连接,所述信号发生模块用于生成超声模拟信号和地电波模拟信号,为设备自检提供标准模拟信号源;

所述mcu模块分别与所述调理模块和信号发生模块连接,所述mcu模块用于处理分析接收的局放数字信号,评估判断开关柜的运行状态,控制所述信号发生模块发出模拟信号;

所述通讯模块与所述mcu模块连接,所述通讯模块将所述mcu模块的数据和自检结果通过有线和无线方式传输至外部数据收集节点,并接收外部数据收集节点发出的自检命令;

所述供电模块用于为所述调理模块、信号发生模块、mcu模块和通讯模块供电。

2.如权利要求1所述的一种一体式开关柜局部放电智能传感器,其特征在于,所述调理模块包括放大单元、滤波单元、检波单元、模数转换单元和自检判断单元,所述放大单元、滤波单元、检波单元、模数转换单元和自检判断单元依次相连,所述模数转换单元与所述放大单元相连,其中:

所述放大单元与所述信号采集模块连接,所述放大单元用于放大所述信号采集模块输出的超声波信号和暂态地电波信号;所述放大单元将放大后的超声波信号传输给所述滤波单元,所述放大单元将放大后的暂态地电波信号传输给所述模数转换单元;

所述滤波单元用于对所述放大单元输出的超声波信号进行滤波处理;

所述检波单元用于对所述滤波单元输出的超声波信号进行检波处理;

所述模数转换单元用于将所述检波单元输出的超声波信号和所述放大单元输出的地电波信号分别转换为数字信号;

所述自检判断单元通过对比所述模数转换单元输出的自检结果和预先设定的阈值,判断局部放电智能传感器是否工作正常。

3.如权利要求2所述的一种一体式开关柜局部放电智能传感器,其特征在于,

所述放大单元包括超声信号放大电路和地电波信号放大电路,所述超声信号放大电路用于对来自所述超声波传感器的超声波信号进行放大;所述地电波信号放大电路用于对来自所述地电波传感器的暂态地电波信号进行非线性放大;

所述模数转换单元包括超声信号模数转换电路和地电波模数转换电路,所述超声信号模数转换电路用于将来自所述信号发生模块的超声模拟信号转换为数字信号,所述地电波信号模数转换电路用于将来自所述信号发生模块的地电波模拟信号转换为数字信号。

4.如权利要求1所述的一种一体式开关柜局部放电智能传感器,其特征在于,所述信号发生模块包括信号发生控制单元、超声模拟信号发生单元和地电压模拟信号发生单元,所述超声模拟信号发生单元和地电压模拟信号发生单元分别与所述信号发生控制单元相连,其中:

所述信号发生控制单元用于控制所述超声模拟信号发生单元和地电压模拟信号发生单元发出相应的模拟信号;

所述超声模拟信号发生单元用于生成标准的固定特征的超声模拟信号;

所述地电压模拟信号发生单元用于生成标准的固定特征的地电波模拟信号。

5.如权利要求4所述的一种一体式开关柜局部放电智能传感器,其特征在于,所述信号发生控制单元在所述局部放电智能传感器上电启动时发出控制信号,或者通过设置时间间隔定时发出控制信号,或者通过接收外部设备发出的自检请求发出控制信号,所述信号发生控制单元通过控制信号控制所述超声模拟信号发生单元和地电压模拟信号发生单元发出相应的模拟信号。

6.如权利要求1所述的一种一体式开关柜局部放电智能传感器,其特征在于,所述通讯模块采用有线和无线两种通信方式,所述通讯模块用于传输超声波、暂态地电波、柜体表面温度的数字信号和自检结果,所述通讯模块具备接收局部放电智能传感器启动自检命令的功能,并将启动自检命令发送至所述mcu模块。

7.如权利要求1所述的一种一体式开关柜局部放电智能传感器,其特征在于,所述供电模块内设置有锂电池,所述供电模块预留有外接电源接口。

8.如权利要求1所述的一种一体式开关柜局部放电智能传感器的信息融合状态评估方法,其特征在于,包括以下步骤:

s1,根据地电波传感器、超声波传感器和温度传感器的三种检测结果,分别计算每个检测项的分数,公式为:

其中,mi为第i个检测项的评分,检测项分别为地电波、超声波和温度;当mi<0时,令mi=0;当mi>1时,令mi=1;为第i个检测项的警示值,为1.3倍注意值,地电波信号注意值为地电波20db,超声波信号注意值为8db,温度注意值为t+20℃,其中t为环境温度;为被测设备第i个检测项的环境值;为第i个检测项的实测值;kf为家族缺陷系数,对存在家族缺陷的部件,取家族缺陷系数为0.95,无家族缺陷的部件,取家族缺陷系数为1;kt为寿命系数,kt=(100-运行年数×0.3)/100;

s2,根据各检测项的评分,计算各检测项的权重系数,公式为:

其中,wi为第i个检测项的权重系数;为第i个检测项的常权重系数,地电波检测、超声波检测、温度检测的常权重系数为0.15、0.35、0.5;mi为第i个检测项的评分;j为检测项个数;为第j个检测项的常权重系数;mj为第j个检测项的评分;

s3,根据各检测项分数和权重系数,计算综合状态得分,公式为:

其中,x为开关柜信息融合后的总体得分;i为检测项个数;mi为第i个检测项的评分;wi为第i个检测项的权重系数;

s4,根据综合得分和隶属函数求出隶属度矩阵,隶属函数公式为:

健康状态:

正常状态:

异常状态:

预警状态:

报警状态:

隶属度矩阵:f={f1(x),f2(x),f3(x),f4(x),f5(x)};

s5,根据隶属度矩阵评估设备状态等级,采用最大隶属度原则选取隶属度最大值对应的等级作为开关柜综合的状态等级,其中f1(x)、f2(x)、f3(x)、f4(x)、f5(x)一一对应的等级是健康、正常、异常、预警和报警。


技术总结
本发明公开了一种一体式开关柜局部放电智能传感器,包括集成在一起的信号采集模块、调理模块、信号发生模块、MCU模块、通讯模块和供电模块,所述局部放电智能传感器磁吸在开关柜的外表面;信号采集模块由超声波传感器、地电波传感器和温度传感器组成;本发明的一体式开关柜局部放电智能传感器,集成采集、信号处理、通信和供电与一个物理结构中,并具备传感器自我诊断功能,实现了传感器的智能化、微型化、集成化和无源化。本发明还公开了一种一体式开关柜局部放电智能传感器的信息融合状态评估方法,建立了开关柜的综合状态评估体系,融合超声波、地电波和柜体温度的测试结果,判断开关柜的运行状态。

技术研发人员:黄成军;郭灿新;黄志方;刘丹丹
受保护的技术使用者:华乘电气科技股份有限公司
技术研发日:2020.05.21
技术公布日:2020.08.25
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