变压器声音在线监测与诊断的装置的制作方法

本实用新型涉及技术领域，具体而言，涉及一种变压器声音在线监测与诊断的装置。

背景技术：

目前，变压器在运行过程中由于受到电磁力、机械应力的作用，铁芯、绕组、操纵机构等会发生振动并产生机械波，经过绝缘介质与腔体的传播，产生的振动声学信号包含了大量的设备状态信息。尤其是当设备发生缺陷或故障后，内部组件或结构发生机械形变，会使其声学指纹(以下简称声纹)改变，可以作为诊断缺陷及故障的重要特征参量。另一方面，基于振动声学信号的声纹检测法与许多传统检测方法相比，可以实现在设备外部对其运行状态进行不停电检测，与电气设备没有任何电气连接，不影响系统的正常运行；在安全的监测设备状态的同时，又能解决红外、紫外等远距离成像手段检测特征有限与检测纵深不足的问题。因此，有足够的理论和实践依据表明，声纹不停电检测在电网主设备状态检修领域中具有良好的应用前景。而现有的声纹不停电检测设备存在防水性能差的问题。

技术实现要素：

鉴于此，本实用新型提出了一种变压器声音在线监测与诊断的装置，旨在解决提高变压器声音在线监测与诊断的装置的防水性能的问题。

一个方面，本实用新型提出了一种变压器声音在线监测与诊断的装置，包括：声音采集单元、采集箱和站端服务器，若干所述声音采集单元设置在变压器防火墙上，并朝向变压器设置，所述声音采集单元用于获取所述变压器的声音信息和所述变压器周围的环境声音信息；所述采集箱固定在所述变压器的其中一侧，所述采集箱与所述声音采集单元连接，所述采集箱用于采集所述声音采集单元获取的所述变压器的声音信息和所述变压器周围的环境声音信息；所述站端服务器设置在主控室内，并与所述采集箱连接，所述站端服务器用于接收所述采集箱采集的声音信号；其中，所述声音采集单元的外侧壁上设置有防风防水层。

进一步地，所述声音采集单元包括拾音器、外壳和第一金属网，所述外壳的一端开口；所述拾音器设置在所述外壳内，所述拾音器与所述采集箱电连接，其用于采集所述变压器的声音信息和所述变压器周围的环境声音信息；所述第一金属网设置在所述外壳的开口端。

进一步地，所述声音采集单元还包括盒盖，所述盒盖的中部开设有通孔，所述第一金属网覆盖在所述通孔上，且所述盒盖与所述外壳的开口端螺纹连接。

进一步地，所述声音采集单元还包括第一防水檐，所述第一防水檐设置在所述外壳开口端的正上方，并与所述外壳的边缘连接。

进一步地，所述外壳的侧壁上设置有条形孔，所述条形孔上覆盖有第二金属网。

进一步地，所述外壳的外侧壁上设置有第二防水檐，所述第二防水檐设置在所述条形孔的上方。

进一步地，所述外壳远离所述第一金属网的一端设置有接线座，所述接线座的一侧与所述外壳相连通，所述接线座的下侧面上设置有接线孔。

进一步地，所述采集箱包括箱体，所述箱体内设置有采集卡，所述箱体的下侧面上设置有若干传感器接口，所述箱体内设置有光纤转换器，所述箱体的下侧面上还设置有电源接口和网线接口。

进一步地，所述箱体内还设置有一电源模块和换相电源，所述电源模块用于将220v电源转换为12v电源为所述采集卡供电；所述声音采集单元通过所述换相电源与所述采集卡连接；

所述箱体内还设置有光纤转换器，所述光纤转换器与所述采集卡连接，所述光纤转换用于将采集的声音数字信号转换为光信号，并通过光纤传输至所述站端服务器。

进一步地，所述的变压器声音在线监测与诊断的装置还包括云服务器，所述云服务器与所述站端服务器通信连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于，通过设置声音采集单元采集变电站和变电站周围的声音信息，采集箱将声音采集单元采集的声音信息输出至站端服务器，通过站端服务器自动识别声音及异常类型，实现变电站异常的智能诊断，从而能够高效的对变电站进行的监测与诊断，同时，通过在声音采集单元上设置防水层，能够极大地提高设备的憎水性，进而提高了变压器声音在线监测与诊断的装置的防水性能。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本实用新型实施例提供的变压器声音在线监测与诊断的装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的变压器声音在线监测与诊断的装置的连接结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的采集箱接口示意图；

图4为本实用新型实施例提供的变压器声音在线监测与诊断的装置的各模块的控制逻辑示意图；

图5为本实用新型实施例提供的信息传输示意图；

图6为本实用新型实施例提供的声音采集单元的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

参阅图1所示，本实施例提供了一种变压器声音在线监测与诊断的装置，包括：声音采集单元1、采集箱2和站端服务器，若干声音采集单元1设置在变压器3的防火墙上，并朝向变压器3设置，声音采集单元1用于获取变压器3的声音信息和变压器3周围的环境声音信息；采集箱2固定在变压器3的其中一侧，采集箱2与声音采集单元1连接，采集箱2用于采集声音采集单元1获取的变压器3的声音信息和变压器3周围的环境声音信息；站端服务器设置在主控室内，并与采集箱2电连接，站端服务器用于接收采集箱2采集的声音信息；其中，声音采集单元1的外侧壁上设置有防水层，采集箱2的外侧壁上设置有防尘防水层。

具体而言，变压器3的防火墙上设置有连接金属板6，声音采集单元1设置在连接金属板6上，优选的，声音采集单元1通过螺栓连接的方式设置在连接金属板6上。

具体而言，采集箱2设置变压器3的其中一侧，或者设置在变压器3的防火墙，采集箱2的设置位置可根据实际情况进行设置。

结合图2所示，声音采集单元1与变压器3的防火墙连接时，通过一连接板7与连接金属板6通过螺栓连接在一起，在连接板7设置一支架8，支架8与声音采集单元1通过可调节的方式进行连接，即，在支架与声音采集单元1连接的一端设置一云台9，从而便于声音采集单元1调节角度。

具体而言，声音采集单元1通过导线与采集箱2连接，在变压器3的防火墙上设置有走线槽，从而将导向敷设在导线槽内，以将声音采集单元1与采集箱2连接在一起。同时，还设置有电源线的走线槽，从而便于为采集箱2进行220v电源4的供电。

具体而言，声音采集单元1优选设置三个，一个朝向变压器3的有载分接开关5设置，一个朝向变压器3本体设置，一个朝向变压器3边缘设置，从而通过三个声音采集单元1同时采集变压器3有载分接开关5、变压器3本体中心和变压器3边缘的声音信号，从而能够对变压器3的不同位置进行检测。

结合图3所示，具体而言，采集箱2包括一箱体，箱体上设置有背板，背板与变压器3的防火墙上的连接金属板6通过螺栓连接在一起，从而将采集箱2固定在变压器3的防火墙上。

具体的，箱体内设置有采集卡，箱体的下侧面上设置有若干传感器接口10，传感器接口10用于使采集卡与声音采集单元1连接在一起，传感器接口10优选为卡侬母口，传感器接口10优选设置三个。箱体的下侧面上还设置有电源接口12和网线接口13，电源接口12用于与220v电源4连接，以为采集箱2供电，网线接口13用于通过网线与工控机连接。

具体而言，箱体内还设置有一电源模块和换相电源，电源模块用于将220v电源4转换为12v电源为采集卡供电；声音采集单元1通过换相电源与采集卡连接。

结合图4所示，电源模块与220v电源4连接，并且在电源模块与220v电源4之间设置空气开关，电源模块还与采集卡连接，通过电源模块进行电压的转换，将220v电压转换为12v电压，从而为采集卡供电。换相电源通过220v电源4进行供电，并且换相电源通过空气开关与220v电源4连接。各个声音采集单元1通过换相电源上相应的通道与采集卡上各通道连接，从而将采集的声音信息传输至采集卡。

具体而言，箱体内还设置有温度传感器，用于检测箱体内的温度，通过检测温度当箱体内温度过高时，停止工作，防止箱体内温度过高造成箱体内的部件损坏。

具体而言，采集卡可以通过无线通信的方式与站端服务器连接通信，优选的，在箱体内设置4g模块，4g模块与采集卡连接，从而通过4g网络使采集卡采集的数据传输至站端服务器。

具体而言，采集箱2的箱体下侧面上设置有天线接口23，天线接口23与4g模块连接，天线接口23用于连接天线。

具体而言，采集卡还可以通过有线通信的方式与服务器连接通信，优选的，在箱体内设置光纤转换器，所述光纤转换器与所述采集卡连接，所述光纤转换用于将采集的声音数字信号转换为光信号，并通过光纤传输至所述站端服务器。

具体的，可以在采集箱2的箱体下侧面设置光纤接口，光纤转换器通过光纤接口与站端服务器连接。

具体而言，采集卡上设置有第一网口，第一网口与光纤转换器连接，以使得采集卡与站端服务器通过光纤通信；采集卡上还设置有第二网口，第二网口用于与工控机连接，即，将第二网口与网线接口13连接。

结合图5所示，在具体实施时，为了尽量不为运行人员增加负担、占用额外人力，通过采用4g信号的方式将声信号采集箱2计算后的结果上传至云服务器中。可以通过远程访问云服务器的方式将采集的声音信号文件进行下载。另外，考虑到部分变电站地区未覆盖4g网络，4g模块可以在没有4g信号时自动转为2g传输模式。经过计算，2g传输能够胜任传输数据量。

另外，在不允许使用4g网络以及信息不能向外网传输的情况下，可采用光纤传输的方式将信息传入主控室布置的连接内网的站端服务器进行数据存储和计算。在设置好端口后，可通过内网机实现数据和判断结果的远程实时访问。若采集地区的站端服务器无法设置内网传输端口，可选择工作人员在站端服务器定期拷贝的方式进行数据汇总工作。

具体而言，变压器3声音在线监测与诊断的装置还包括云服务器，云服务器与站端服务器通信连接。

具体而言，采集卡包括定时传输模块、突变信号判定传输模块和云-边交互模块，定时传输模块用于定时传输数据，突变信号判定传输模块用于进行信号检测，云-边交互模块用于与云服务器进行交互。

为减少网络传输压力，本套采集系统传输方案采用定时传输结合突变信号传输的模式。设备始终保持定时传输的情况下，同时监测环境中是否有突变信号，一旦检测到异常信号，将对该信号进行保存。

具体而言，在定时传输时：系统将每30分钟对变压器3进行声音信号进行一次稳定信号传输，每次采集的样本时长为10s，并对这些声音传输至云服务器进行保存与运行状态识别。

在突变信号判定传输时：采集箱2flash闪存中将布置简单的边缘计算算法，可以通过判断声信号能量平稳度实现对突变信号的实时检测(敲击声、说话声、有载分接开关5动作声音等)，并将这些声音传输至云服务器，在服务器上进行突变信号类型识别。

在云-边交互时：云服务器将布置深度学习算法程序，对从声信号采集箱2处获得信号进行声纹识别处理，并生成监测结果，以达到在线智能监测的目的。收集到的数据将用于进行基于深度学习的变压器3声纹识别模型训练，随着数据越来越丰富，识别模型的精度将不断提高。每次识别模型的版本迭代将通过数据管理员对云服务器进行维护时进行。另外，可通过服务器，远程对声信号采集装置内部的软件进行更新，保证采集装置内置算法的先进性。

可以看出，本实施例的装置可每过一定间隔进行声音采集，一旦当现场变压器3出现外部异响(说话声、鸟鸣、自然环境声音、施工声音)、内部异响(绕组变形、直流偏磁、过励磁、过负荷)、以及有载分接开关5动作时，装置可自动将异常信号回传，后端布置深度学习算法的云服务器可对异常类型进行自动识别。

可以理解的是，本发明可应用在500kv及以上电压等级变电站/换流站，可现场采集变压器3异常声音。除采集并定时传输变压器3本体声音外，当现场变压器3出现外部异响(说话声、鸟鸣、自然环境声音、施工声音)、内部异响(绕组变形、直流偏磁、过励磁、过负荷)、以及有载分接开关5动作时，装置可自动判断，并将采集的信息传回服务器。服务器端依据深度学习算法，可自动识别声音及异常类型，实现设备异常的智能诊断。

结合图6所示，具体而言，声音采集单元1包括拾音器、外壳14和第一金属网15，外壳14为一一端开口的空心盒体，其一端开口设置；拾音器设置在外壳14内，拾音器与采集箱2电连接，其用于采集变压器3的声音信息和变压器3周围的环境声音信息；第一金属网15设置在外壳14的开口端。

具体而言，由于声音采集单元1需要在户外进行工作，因此在设计过程中要考虑抗风噪。通过在麦克风前附加海绵防风罩来达到防风的目的。拾音器装有内部框架，将防风罩紧紧固定住。可抑制强风噪音，在户外等应用环境中，能够有效保护拾音器，避免拾音器直接接触风产生的巨大噪音。

具体而言，声音采集单元1还包括盒盖16，盒盖16的中部开设有通孔，第一金属网15覆盖在通孔上，且盒盖16与外壳14的开口端螺纹连接。

具体而言，盒盖16与外壳14连接的缝隙处设置有橡胶圈。由于声音采集单元1需要在户外进行工作，因此在设计过程中要考虑雨水侵蚀电路。通过将声音采集单元1包裹在金属外壳14内部并在连接缝隙处使用橡胶圈做好密封，达到防水的目的。

具体而言，声音采集单元1还包括第一防水檐17，第一防水檐17设置在外壳14开口端的正上方，并与外壳14的边缘连接。

具体而言，外壳14的侧壁上设置有条形孔18，条形孔18上覆盖有第二金属网20。外壳14的外侧壁上设置有第二防水檐19，第二防水檐19设置在条形孔18的上方。可以看出通过设置防水檐，极大地提高了防水性能，并且，通过设置条形孔18，不仅便有内部散热，还提高了声音的收纳范围。

具体而言，外壳14远离第一金属网15的一端设置有接线座21，接线座21的一侧与外壳14相连通，接线座21的下侧面上设置有接线孔22。接线孔22用于使连接线通过。

具体而言，外壳14及麦克风组件表面涂装纳米防水涂层，增强憎水性，使雨水在仪器表面停留时间大幅缩短。

上述实施例在具体实施时，变压器声音在线监测与诊断的装置的硬件参数为：

表1硬件参数

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。