一种基于声音识别方法的变电站高压设备运行状态监测方法

本发明涉及一种基于声音识别方法的变电站高压设备运行状态监测方法，属于声音识别领域。

背景技术：

近年来我国的社会经济得到了很大的发展，人们的生活水平也得到了极大的改善,对电力系统也提出了更高的要求，传统的高压电气检修没有针对性，检修时需耗费很大的财力与人力，而且检修准确率不高.状态检修是设备检修方式的必然选择，它根据设备运行状态来决定是否要进行检修的优化检修工作模式，对提高电力设备的运行可靠性起着十分重要的作用。

电力设备状态监测的目的是采用有效的检测手段和分析诊断技术，及时、准确的掌握设备运行状态，保证设备的安全、可靠和经济运行。为保证电力系统的安全运行，对系统的重要设备的运行状态进行的监视与检测。监测的目的在于及时发现设备的各种劣化过程的发展，以求在可能出现故障或性能下降到影响正常工作之前，及时维修、更换，避免发生危及安全的事故。

设备的导电材料在长期热负荷作用下，会被氧化、腐蚀，使电阻、接触电阻增大，或机械强度下降，逐渐丧失原有工作性能。设备的机械结构部件受长期负荷作用或操作，引起锈蚀、磨损而造成动作失灵、漏气漏液，或其他结构性破坏。这些变化(称为劣化)的过程一般是缓慢的渐变的过程。随着设备运行期增长，性能逐渐下降，可靠性逐渐下降，设备故障率逐渐增大，可能危及系统的安全运行，必须对这些设备的运行状态进行监测。电力设备状态监测的传统方法是经常性的人工巡视与定期预防性检修、试验。设备在运行中由值班人员经常巡视，凭外观现象、指示仪表等进行判断，发现可能的异常，避免事故发生；此外，定期对设备实行停止运行的例行检查，做预防性绝缘试验和机械动作试验，对结构缺陷及时作出处理等。这种经常巡视与定期检修的制度对于电力设备的安全运行起了重要的保证作用。

高压设备运行状态可以根据很多方式得到，可以根据高压设备的工作温度、工作声音和工作电压电流等测量。其中根据高压设备的声音来判断高压设备运行状态是否正常是最常见的，也是最高效的。

当高压设备运行状态不正常时，会发出异样的声音，不同的故障类型发出的故障声音也不同，有经验的技术检修工人也不能完全根据人耳来判断设备运行状态的异常点和异常原因，导致高压设备出现故障时需要停电检修，大范围检查寻找故障点、判断故障类型。只有找到故障点、判断出故障类型才能实施修理工作，这样耗时耗力。

电力检修行业，很多时候单凭人体的听觉和经验，由电气设备的声音判断故障往往是比较困难的，特别是局部放电或电晕放电声很微弱时往往还得要配合其他手段进行检查和试验，如绝缘试验、油色谱分析、局部放电检查、超声波检查等。通过对异常声音的判断可以初步发现和确定故障，以采取相应的防范措施。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于声音识别方法的变电站高压设备运行状态监测方法，以解决现有技术中的相关技术问题。

一种基于声音识别方法的变电站高压设备运行状态监测方法，包括基于单片机的声音传感器系统设计方法和终端设计方法；单片机的声音传感器系统和终端系统之间通过wifi模块进行声音数据的传输；在变电站每台高压设备周边安装三个基于单片机的声音传感器系统，设备工作时声音基于单片机的声音传感器系统寻找到高压设备最大声音的位置及并且将数据上传终端系统，终端系统将声音信息和高压设备故障声音信息匹配，得到高压设备故障类型。

优选地，通过声音传感器和拾音器驻极体采集的数据传输至单片机，单片机进行声音信息处理，然后通过wifi模块传输至终端，并且所述单片机控制指示灯发出信号。

优选地，所述声音信息处理采用快速傅里叶变换计算方法。

优选地，拾音器驻极体包括一个振膜、垫片和极板。

优选地，所述单片机的声音传感器系统外侧设有绝缘外壳和均压罩。

有益效果：

1)电力检修需要人工成本，而此方法检测变电站高压设备运行状态可以免去巡检的人工成本，具有良好的经济效益。

2)本发明克服了需要人员凭借经验或者仪表仪器判断高压设备运行状态，大大提高了效率，提高准确性。

3)本发明可以检测到高压设备故障类型做到实时监测高压设备运行状态。

附图说明

图1为本发明一种基于声音识别方法的变电站高压设备运行状态监测方法示意图；

图2为本发明一种基于声音识别方法的变电站高压设备运行状态监测方法示意图；

图3为本发明一种基于声音识别方法的变电站高压设备运行状态监测方法示意图；

图中：1-基于单片机的声音传感器系统、2-高压设备和3-终端系统。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

一种基于声音识别方法的变电站高压设备运行状态监测方法，包括基于单片机的声音传感器系统设计方法和终端设计方法；单片机的声音传感器系统1和终端系统3之间通过wifi模块进行声音数据的传输；在变电站每台高压设备2周边安装三个基于单片机的声音传感器系统1，设备工作时声音基于单片机的声音传感器系统1寻找到高压设备2最大声音的位置及并且将数据上传终端系统3，终端系统3将声音信息和高压设备故障声音信息匹配，得到高压设备2故障类型。

优选地，通过声音传感器和拾音器驻极体采集的数据传输至单片机，单片机进行声音信息处理，然后通过wifi模块传输至终端，并且所述单片机控制指示灯发出信号。

优选地，所述声音信息处理采用快速傅里叶变换计算方法。

优选地，拾音器驻极体包括一个振膜、垫片和极板。

优选地，所述单片机的声音传感器系统1外侧设有绝缘外壳和均压罩。

本发明中声音信息处理需要使用快速傅里叶变换(简称fft)，采用这种计算方法能使计算机离散傅里叶变换所需的乘法次数大大减少，特别是被变换的抽样点数n越多fft算法计算量的节省就越显著，所以单片机可以选择使用stm32，因为其自带dsp库进行fft运算，只需调用三个函数。

第一个函数：

arm_status

arm_cfft_radix4_init_f32(arm_cfft_radix4_instance_f32*s,unit16_tfftlen,uint8_tifftflag,uint8_tbitreverseflag)

在使用时，这个函数用于初始化傅里叶变换运算的相关配置。fftlen用于确定fft变换长度，其默认有5种不同的设置，分别是(16/64/256/1024/4096)，为提高精度系统可以采用4096点傅里叶变换；ifftflag这个参数为0或者是1，为0是傅里叶变换，为1时为傅里叶反变换，系统应该采用傅里叶变换设置为0；bitreverseflag的取值为0或者1，为1时是按位取反，系统配置为1，最后这些参数存储在一个结构体指针s里面。

第二个函数是:

voidarm_cfft_radix4_f32(const

arm_cfft_radix4_instance_f32*s,float32_t*psrc)

通过指针psrc传入采集到的输入信号数据(复数形式)。要注意输入信号应该以复数形式传入，实部放在奇数位，虚部放在偶数位。进行4096点fft运算，则psrc指向4096个复数，在实际应用中，系统通过a/d采样，这样的偶数位全部为0，奇数位为a/d转换器采集到的电压值。同时fft变换后的数据也存放在psrc里面，psrc必须不小于fftlen的长度。另外，s结构体指针参数是由先该函数设置好，然后传入该函数的。

第三个函数是：

void

arm_cmplx_f32(float32_t*psrc,float32_t*pdst,uint32_tnumsamples)

系统通过这个函数来计算复数模值，可以对第二个函数*psrc指向的输出结果进行傅里叶变换进行取模操作。psrc指向第二个函数傅里叶变换的结果，为复数输入数组指针；pdst为输入数组指针，存储取模后的值；numsamples是进行取模的点数，系统进行4096点的傅里叶变换，在此配置为4096即可。

通过以上三个函数，三个节点可以分别将收集到的声音信息分别处理，得到声音幅值、频率信息。

由物理学可知：平板电容器电容的容量c与电容器相对面积a、介电常数ε及两平板之间的距离d有关系：c＝aε/d，当电容器充有一定电荷q后，在其两个平板之间有一定的电压v，则有c＝q/v。

拾音器驻极体内部振膜上充有电荷，并且是一个塑料膜片，振膜受到声压强的作用，产生振动，从而改变振膜与极板之间的距离，从而改变电容器两个极板之间的距离，导致电容量发生变化，由于充电电荷不变，使两极板之间的电压差发生变化，这就是声音信号到电信号的转换，但是这个信号非常弱，内阻较高，不能直接使用，需要进行阻抗变换和信号放大，可以利用压控型场效应管进行信号放大。

本发明中前面的两个基于单片机的声音传感器系统1是为了缩小声源所在的区域，而通过增加第三个基于单片机的声音传感器系统1为了得到声源的确切位置。

通过设置第三点的位置，最终可以确定准确的位置，声源为(x,y)，声音传感器节点为(xi,yi)，距离声源的距离为ri，则有三个方程:

(x-x1)²+(y-y1)²＝r1²

通过简单的数学规则，我们可以这样表示这些方程:

因此，通过将每个方块展开得到:

通过从第一个方程减去第二个方程，从第二个方程减去第三个方程，我们得到:

将上述方程应用于该系统，可表示为:

ax+by＝c

dx+ey＝f

位置由每个基于单片机的声音传感器系统1的位置表达式推导出来，因为所有基于单片机的声音传感器系统1都有给定的位置，所以可以计算出最大声源位置。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。