基于模糊神经网络的避雷器在线监测系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于供电系统技术领域，涉及到一种跌落式避雷器，具体涉及一种基于模 糊神经网络的避雷器在线监测系统。
【背景技术】
[0002] 跌落式（可投式、可卸式）避雷器是将配电型氧化锌避雷器改装后巧妙地安装在 跌落式熔断器的跌落式机构上，达到在不断电的情况下，可以借助绝缘拉闸操纵杆方便地 对避雷器进行检测、维修与更换，不但保证了线路的畅通，而且大大地减少了电力维护人员 的工作强度和时间，特别适合于不宜停电的场所如通信、机场、车站、医院、繁华商业区等。
[0003] 由于目前采用的氧化锌避雷器大多不带间隙，这样氧化锌阀片长期承受工频电 压，运行期间总有电流流过阀片，另外再加上冲击电压及内部受潮等因素的作用，会引起避 雷器阀片的老化，阻性泄露电流增加和功耗加剧，导致避雷器阀片温度升高直至发生热奔 溃，从而引发电网事故。因此，对氧化锌避雷器的长期在线监测是保证其安全运行的重要手 段。
【发明内容】
[0004] 为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于模糊神经网络的避雷器在线监测 系统，通过传感器获取设备电压、电流信号，经电缆传送至前置处理箱，在单片机进行转换 后，根据不同设备类型的特点和要求进行数据分析、处理，得到监测结果，进而存数据，显示 结果，做出各种判断。
[0005] 本发明的技术方案是：一种基于模糊神经网络的避雷器在线监测系统，包括在线 监测就地模块、数据采集控制模块和后台在线监测模块，在线监测就地模块采集各相避雷 器的泄漏电流和放电次数，数据通过总线方式传给数据采集控制模块，将数据汇总处理后 上传至后台在线监测模块，后台在线监测模块根据上传数据进行避雷器的在线监测与故障 诊断；所述在线监测就地模块包括电流取样单元、电压取样单元、温度采集单元、湿度采集 单元和信号处理单元，电流取样单元安装在接地线上进行泄流电流采样，电压取样单元经 过电压互感器输出电阻两端的电压，信号处理单元将所有信号量都转化成数模线性度高的 信号；所述监测系统包括如下方法：首先选定系统电压、温度和阻性电流为模糊神经网络 的确定特征因素，相对湿度为不确定输入因素，对于确定性因素，首先按照线性函数σ:(?) =对其所有的样本值进行规范化处理，处理后的结果构成精确分量子空间Xi，直接输 入组合模糊神经网络，对于特征因素集中的模糊因素X2，建立描述各因素的模糊子集，以 =e___(Mwa)为模糊特征因素的激活函数及馮为由输入层到规则层的网络权值矩 阵，B矩阵为模糊子集隶属函数的参数。所述在线监测就地模块还包括放电计数单元，放电 计数单元通过DSP进行数据处理，根据脉冲原理实现放电次数计数。
[0006] 所述后台在线监测模块包括用户管理单元、通讯管理单元、故障分析诊断单元、数 据管理单元，用户管理单元用于用户权限管理功能，通讯管理单元用于管理通讯类型、通讯 方式、路由信息和通讯指示，故障分析诊断单元用于分析年月度统计报表、设备趋势曲线、 综合诊断结论，数据管理单元包括数据库管理功能、实时历史数据编辑功能、各种数据记录 处理功能、数据维护导入导出功能、以及数据模拟仿真测试功能。所述在线监测就地模块、 数据采集控制模块和后台在线监测模块之间采用CAN总线作为数据传输方式。所述的监测 系统包括两路CAN总线通信线路，系统在同一个时间节点上有且仅有其中一路CAN通道工 作，另一路为监听状态，若主CAN总线线路发生故障，从CAN总线则自动切入运行。所述 监测系统还包括远程监控模块，远程监控模块与后台在线监测模块通过3G通信方式进行 数据传输，所述远程监控模块运行于Web服务器上。所述远程监控模块包括安全访问控制 单元、实时情况监测单元、数据查询单元和故障分析报告单元，安全访问控制单元是对登录 系统IP的人员进行身份认证，实时情况监测单元是将通过3G网络上传的避雷器的状态参 数和周围环境的参数，通过后台程序录入数据库并显示在系统的界面上，数据查询单元是 提供给授权用户避雷器运行状态、环境数据等有关记录的查询，故障分析报告单元是根据 数据库内的避雷器和环境监测的数据进行分析和往期数据预计可能出现故障时及时向有 关用户组报警提示。所述在线监测就地模块还包括电源单元，所述电源单元使用电源芯片 LM1117转换，使用3. 3V和1. 8V两路电源供电。所述电流取样单元使用单匝穿芯式结构，外 壳采用铝合金结构。
[0007] 本发明有如下积极效果：本发明系统通过传感器获取设备电压、电流信号，经电缆 传送至前置处理箱，在单片机进行转换后，根据不同设备类型的特点和要求进行数据分析、 处理，得到监测结果，进而存数据，显示结果，做出各种判断。
【附图说明】
[0008]图1为本发明【具体实施方式】的系统结构图。
[0009]图2为本发明【具体实施方式】的神经网络结构图。
【具体实施方式】
[0010] 下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的【具体实施方式】如所涉及的各构件 的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及 操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术 方案有更完整、准确和深入的理解。
[0011] 本发明的避雷器在线监测系统包括避雷器在线监测就地模块、数据采集控制模 块、后台在线监测模块和远程监控模块，在线监测就地模块采集各相避雷器的泄漏电流和 放电次数，数据通过总线方式传给数据采集控制模块，将数据汇总处理后上传至后台在线 监测模块，后台在线监测模块根据上传数据进行避雷器的在线监测与故障诊断。在线监测 就地模块是本发明的数据采集模块，它由传感节点和传感网关组成，具体的，在线监测就地 模块包括电流取样单元、电压取样单元、信号处理单元、放电计数单元和电源单元。提供两 路光纤接，用于装置间通讯、装置与后台包括通讯。当装置采用光纤以太网通讯时，使用多 模光纤作为通讯物理媒介。单路光口可以支持个10个TCP连接，以保证多个监测后台或能 够对装置数据进行监测。数据采集控制模块实现对感知数据的管理与处理功能，可以对采 集的数据进行存储、分析、发掘、处理等，是本发明的数据处理中心。通过数据线或者网络传 送到后台在线监测模块，对数据进行分析处理后，对于设备已经出现、可能出现的故障进行 报警，同时，调用历史数据和相关问题的解决方案，为维修、巡检提供依据。
[0012] 可将电流取样单元安装在接地线上进行泄流电流采样，并采用运算放大器进行信 号协调，运算发大器同相输入端电压作为参考电压。电压取样单元的被测电压经过50千欧 姆电阻限流，产生微小的电流信号，经过电压互感器可以感应出对应范围内的电流信号，经 过放大器结合电阻输出被测电压。信号处理单元将所有信号量都转化成数模线性度很好的 信号。放电计数单元通过DSP进行数据处理，根据脉冲原理实现放电次数计数，通常一个典 型的雷电放电包括二次、二次或多次持续时间较短、脉冲幅值较高的闪电，雷电流不稳定， 波长约50us。
[0013] 电流取样单元具备动补偿功能，不受温度、振动及磁滞回线的影响；使用单匝穿芯 式结构，不影响被铡设备的安全性；外壳采用铝合金结构设计，能防雨、防潮、防锈、抗电磁 干扰等。
[0014] 本发明的电源单元使用3. 3V和1. 8V两路电源供电，输入输出和编程使用3. 3V电 源，CPU内核使用1. 8V电源，因一般电路都使用5V电源，所以这里使用电源芯片LM1117转 换。
[0015] 后台在线监测模块包括用户管理单元、通讯管理单元、故障分析诊断单元、数据管 理单元，用户管理单元用于用户权限管理和各种操作功能，通讯管理单元用于管理通讯类 型、通讯方式、路由信息和通讯指示，故障分析诊断单元用于分析年月度统计报表、设备趋 势曲线、综合诊断结论，数据管理单元包括数据库管理功能、实时历史数据编辑功能、各种 数据记录处理功能、数据维护导入导出功能、以及数据模拟仿真测试功能。
[0016] 本发明系统用户管理单元设置了多个安全访问级别，从系统管理员到操作工级别 依次降低，使用树形结构管理界面，其中系统管理员级别可以设置其他各级别使用者的访 问权限，可以添加、删除、修改数据信息；操作工级别仅可以进行部分操作。访问者可以通过 各的用户名和密码进入应用系统。
[0017] 另外，后台在线监测模块还包括对感知数据的存储功能，将数据文件保存在本地 局域网中，以免由于网络故障导致数据丢失，既起到备份数据的作用，也可以用于设备状态 的本地诊断。
[0018] 具体的，本发明的在线监测就地模块、数据采集控制模块、后台在线监测模块之间 采用CAN总线作为数据传输方式，CAN总线作为一种先进的控制总线，具有较强的检错和纠 错能力，但在复杂工况条件下，难免出现传输介质损坏、插头松动以及CAN控制器或收发器 故障等现象，从而造成系统通信暂时中断或无法正常工作的局面，为了提高系统通信的可 靠性和稳定性，有效的办法是采用通信冗余机制，即系统采用2套总线，每套均包含总线电 缆、驱动器和控制器，在物理层、数据链路层以及应用层实现全系统的冗余，与部分冗余方 法相比，不需采用判断切换电路，大大降低了系统的故障率。在底层管理节点正常复位或上 电工作后，将其中一个CAN总线控制器默认为主CAN总线（主CANA);另外一个作为系统 的备用CAN(从CANB)，作为主CAN的冗余。换言之，系统在同一个时间节点上有且仅有其 中一路CAN通道工作，另一路为监听状态或处于故障状态（当发生故障时）。系统正常运 行时，主CAN总线（CANA)投入使用。若主CAN总线线路发生故障，从CAN总线（CANB) 则自动切入运行。若在上电检测时主CAN总线已经发