一种基于物联网的瓷支柱绝缘子振动声学在线监测系统

本实用新型涉及瓷支柱绝缘子检测技术领域，特别是涉及一种基于物联网的瓷支柱绝缘子振动声学在线监测系统。

背景技术：

瓷支柱绝缘子是电网系统的重要组成设备，起着支撑导线和绝缘的作用。由于电瓷产品是一种混成的材质，主要由分布在玻璃态基体里的石英粒子组成，由于基体与石英粒子线膨胀系数不同，导致瓷件内部容易出现微裂纹缺陷。而由于陶瓷材料是典型的脆性材料，裂纹非常容易扩展从而导致严重的后果。目前，国内外对瓷支柱绝缘子检测技术均进行了一定的理论基础研究。而绝缘子的缺陷机理分为两种：第一，绝缘子在工作的过程中会受到一定的应力，产生疲劳损坏；第二，在温差大的地区，绝缘子由于其制作工艺的原因，材料的膨胀系数不同带来的法兰盘与瓷体脱粘，使得产生缺陷。根据相关的统计数据，瓷支柱绝缘子的损坏形式中90％出现在下法兰到第一瓷群间的部位。

常规检测瓷绝缘子的方法，如超声波检测法、红外成像法等，存在对微裂纹缺陷检测差、干扰因素多、不能在线带电检测等问题，难以满足对瓷绝缘子进行有效检测及诊断的需求。而振动声学检测法虽能实现带电检测，且已经有相关检测仪器出现，但是现有检测过程繁琐，最重要的是在两个检测周期内无法得知绝缘子机械性能，不能实时监测绝缘子状态并及时防止灾难性事故发生。因此，研究采用可靠性高、现场适应性强的绝缘子在线监测系统对瓷绝缘子的机械性能进行实时诊断成为一种迫切要求，具有十分重大的安全及经济效益。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种基于物联网的瓷支柱绝缘子振动声学在线监测系统，结构简单、操作方便，可实时监测变电站瓷支柱绝缘子的振动信号，动态识别其机械性能变化，进而判别其故障。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

一种基于物联网的瓷支柱绝缘子振动声学在线监测系统，该系统包括物联网云服务器以及多个瓷支柱绝缘子振动声学监测仪，所述瓷支柱绝缘子振动声学监测仪包括瓷支柱绝缘子以及压电式激振器、压电式加速度传感器和控制器，所述瓷支柱绝缘子包括上下固定连接的绝缘子瓷瓶和绝缘子下法兰，所述压电式激振器和压电式加速度传感器设置在所述绝缘子下法兰的下端，所述控制器设置在所述压电式激振器和压电式加速度传感器的下端，所述控制器分别与所述压电式激振器和压电式加速度传感器电性连接；所述控制器还连接有无线通信模块，所述控制器通过无线通信模块与所述物联网云服务器通信连接；所述物联网云服务器与用户终端通信连接。

可选的，所述压电式激振器和压电式加速度传感器分别通过强力磁铁吸附连接在所述绝缘子下法兰的下端。

可选的，所述瓷支柱绝缘子振动声学监测仪还包括控制器壳体，所述控制器和无线通信模块设置在所述控制器壳体内。

可选的，所述用户终端为pc端、平板或智能手机。

可选的，所述压电式加速度传感器为ca-yd-1182型压电式加速度传感器。

可选的，所述控制器为以32单片机作为主控cpu，集振动激励模块、振动采集模块、信号降噪滤波模块、信号临时存储模块为一体的下位机。

可选的，所述物联网云服务器选用onenet物联网平台。

根据本实用新型提供的具体实施例，本实用新型公开了以下技术效果：本实用新型提供的基于物联网的瓷支柱绝缘子振动声学在线监测系统，通过物联网云服务器与多个瓷支柱绝缘子振动声学监测仪进行通信，通过无线网络通讯技术，使变电站各个绝缘子间形成一个互联互通的网络，变电站每一个绝缘子的振动数据通过网络上传到统一的云平台，并根据绝缘子的编号进行特定存储，随时可以查看；采用压电式激振器、压电式加速度传感器实现数据远程采集，避免了人工振动声学检测时的采集位置偏差，实用易行，大大减少了劳动力，既可弥补现有大部分检测技术不能带电检测的问题，如超声波检测法，也能大大降低现有绝缘子检测过程的繁琐性，实现了采用振动声学检测方法对瓷支柱绝缘子的在线监测；并可以有效且长期的对绝缘子机械性能进行监测，及时识别出绝缘子的故障特征，并对每一只绝缘子进行追踪观察，具有很大的推广应用价值。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例基于物联网的瓷支柱绝缘子振动声学在线监测系统的结构示意图；

图2为本实用新型压电式激振器的结构示意图；

图3为本实用新型压电式加速度传感器采集端的结构示意图；

图4为本实用新型实施例物联网云服务器的工作流程图；

图5为本实用新型实施例瓷支柱绝缘子故障判断流程图；

图6为本实用新型实施例绝缘子在线监测流程图。

附图标记：1、绝缘子瓷瓶；2、绝缘子下法兰；3、强力磁铁；4、压电式激振器；5、压电式加速度传感器；6、控制器壳体；7、控制器；8、物联网云服务器；9、压电陶瓷片组；10、隔离片；11、配重块；12、垫圈；13、m4螺母；14、m4螺杆。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的目的是提供一种基于物联网的瓷支柱绝缘子振动声学在线监测系统，结构简单、操作方便，可实时监测变电站瓷支柱绝缘子的振动信号，动态识别其机械性能变化，进而判别其故障。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1所示，本实用新型实施例提供的基于物联网的瓷支柱绝缘子振动声学在线监测系统，包括：物联网云服务器8以及多个瓷支柱绝缘子振动声学监测仪，所述瓷支柱绝缘子振动声学监测仪包括瓷支柱绝缘子以及压电式激振器4、压电式加速度传感器5和控制器7，所述瓷支柱绝缘子包括上下固定连接的绝缘子瓷瓶1和绝缘子下法兰2，所述压电式激振器4和压电式加速度传感器5设置在所述绝缘子下法兰2的下端，所述控制器7设置在所述压电式激振器4和压电式加速度传感器5的下端，所述控制器7分别与所述压电式激振器4和压电式加速度传感器5电性连接；所述控制器7还连接有无线通信通信模块，所述控制器7通过无线通信模块与所述物联网云服务器8通信连接；所述物联网云服务器8与用户终端通信连接。

其中，所述压电式激振器4和压电式加速度传感器5分别通过强力磁铁3吸附连接在所述绝缘子下法兰2的下端。

所述瓷支柱绝缘子振动声学监测仪还包括控制器壳体6，所述控制器7和无线通信模块设置在所述控制器壳体6内。

所述用户终端为pc端、平板或智能手机。所述压电式加速度传感器5为ca-yd-1182型压电式加速度传感器，如图3所示，所述电式加速度传感器5通过螺母与强力磁铁3连接。如图2所示，所述压电式激振器4采用现有的常规结构，如图2所示，由压电陶瓷片组9、隔离片10、配重块11、垫圈12、m4螺母13、m4螺杆14组成，还设置有强力磁铁3。

所述控制器7为以32单片机作为主控cpu，集振动激励模块、振动采集模块、信号降噪滤波模块、信号临时存储模块为一体的下位机。所述物联网云服务器8选用onenet物联网平台。平台能够帮助开发者轻松实现设备接入与设备连接，onenet平台支持多种传输协议，如http、edp、modbus、tcp等，具有良好的可视化应用。

本发明是融合了振动声学检测法和物联网技术，针对变电站瓷支柱绝缘子的故障诊断过程中大部分诊断方法不仅不能实现带电检测，而且检测过程效率较低，数据处理繁琐而专门设计的。

第一，为有效激励起绝缘子的振动，以及准确的测量该振动信号并进行后续处理，如图1、图2、图3，本发明测取的是瓷支柱绝缘子在垂向振动，首先需要使绝缘子产生振动，通过以下方法实现：压电式激振器控制器的控制下，持续产生白噪声激励，使绝缘子产生振动，间隔一秒之后，压电式传感器开始采集振动信号，采样频率为48000hz，采集时长为300毫秒，重复测量三次，完成一次数据采集周期，然后将采集到的振动信号通过降噪滤波数模转换并临时存储。

第二，参看图4及图6，将数据上传到云平台数据库：(1)、首先在onenet平台上注册登陆账号，进入开发者中心；(2)、onenet平台支持多种设备接入协议，而每种传输协议有其合适的应用场景，本申请选择创建tcp透传协议下的产品，因为tcp透传能保持长连接，而且能双向通讯，不局限于单一数据格式，用户可自定义数据格式；(3)、创建产品后会提示立即添加设备，即进入产品，切换到设备列表页面，点击创建设备，填写设备信息，确认添加后即完成一个设备的添加；(4)、上传数据，设备上传并存储数据时，必须以key-value的格式上传数据，其中key即为数据流(stream)名称，value为实际存储的数据点(point)，value格式可以为int、float、string、json等多种自定义格式，数据流中的数据在存储的同时可以“流向”后续服务，数据流中的数据平台会默认以时序存储，用户可以查询数据流中的不同时间的数据点的值；(5)、通过onenet应用编辑器，用户可以方便快捷地实现onenet平台上的设备数据流可视化。

第三，准确的对相应数据进行处理，以及根据处理结果对绝缘子机械性能进行对比分类：参看图5和图6，即将云数据库中编号管理的数据进行后续处理，查看该振动信号的频谱图，同一只绝缘子规定每一次监测过程中一共测量三次，对三次测量信号做频谱分析，超过两个以上的频谱图具有很高一致性，则证明测量过程无误；在此基础上如果频谱图出现了2000hz左右的峰值，即可判别为绝缘子下法兰附近有故障；如果频谱图出现了8000hz左右的峰值，则可判别为上法兰端有故障，如果故障特征不明显，但又区别于正常绝缘子频谱图，即可特别标定，继续跟踪观察，在下次测量过程中，重点注意其频谱变化；而且每一只绝缘子都可将近几次处理结果进行对比分析，根据其机械性能的变化来预防故障的发生。

所述基于物联网的瓷支柱绝缘子振动声学在线监测系统将云端数据库中的振动信号进行故障分析并分类预警的方法为：首先将同一只绝缘子每一次所测振动信号做频谱分析，进行fft变换，查看其振动信号的固有频率，根据现有理论，正常110kv和220kv的瓷支柱绝缘子的特征固有频率范围在3000hz～5000hz以内，如果其上端出现故障，其频谱图会在8000hz左右出现另一个波峰，如果其下端出现故障，则在2000hz左右出现另一个峰值。将同一绝缘子同期所测的振动信号进行比对，可判别其是否出现故障，另外将同一绝缘子上期所测信号与这期所测信号进行比对，可以动态追踪绝缘子的机械状况。可根据处理结果将绝缘子分为三类，分别为正常、疑似故障以及故障。而将处理结果分别保存到云端数据库，电脑端可以随时查看，此方法能有效的预防事故发生。

本实用新型提供的基于物联网的瓷支柱绝缘子振动声学在线监测系统，通过物联网云服务器与多个瓷支柱绝缘子振动声学监测仪进行通信，通过无线网络通讯技术，使变电站各个绝缘子间形成一个互联互通的网络，变电站每一个绝缘子的振动数据通过网络上传到统一的云平台，并根据绝缘子的编号进行特定存储，随时可以查看；采用压电式激振器、压电式加速度传感器实现数据远程采集，避免了人工振动声学检测时的采集位置偏差，实用易行，大大减少了劳动力，既可弥补现有大部分检测技术不能带电检测的问题，如超声波检测法，也能大大降低现有绝缘子检测过程的繁琐性，实现了采用振动声学检测方法对瓷支柱绝缘子的在线监测；并可以有效且长期的对绝缘子机械性能进行监测，并及时的识别出绝缘子的故障特征，并对每一只绝缘子进行追踪观察，具有很大的推广应用价值。

本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。