基于物联网技术的中压成套开关设备自诊断系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于物联网技术的中压成套开关设备自诊断系统及方法，包括贴敷RFID电子标签的一次回路装置、能识别RFID电子标签的无线传感器、用于收集无线传感器数据的数据监测模块、用于数据处理的集中数据处理单元、用于分析设备参数数据的嵌入式实时数据库单元、用于将参数数据进行对比的状态监测诊断搜索引擎、用于为状态监测诊断搜索引擎提供判断依据的数据知识库单元、用于观察和操作的人机交互装置和可对过程控制单元进行控制的集中控制引擎、可根据RFID电子标签判别控制装置身份，并通过它遥控控制装置进行操作运转的过程控制单元。本发明能充分发挥物联网技术强大的物物互联优势，以提升中压成套开关设备智能自诊断和处置能力。
【专利说明】基于物联网技术的中压成套开关设备自诊断系统及方法
【【技术领域】】
[0001]本发明涉及电力开关设备领域，尤其是基于物联网技术的中压成套开关设备自诊断系统及方法。
【【背景技术】】
[0002]中压成套开关设备在电力系统发电、输电和配电各环节广泛存在，具有控制和保护功能。
[0003]对于电力开关设备所用的诊断故障的系统，大部分数据采集、数据分析的不够全面，可扩展性差，这就导致检测系统配置不灵活，用途不广泛。对整个设备的状态判断不准确，造成检修不及时，造成电力设备潜在风险。
【
【发明内容】
】[0004]本发明要解决的技术问题是:克服现有技术中之不足，提供一种能够基于物联网技术的中压成套开关设备自诊断系统及方法。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:基于物联网技术的中压成套开关设备自诊断系统，若干贴敷RFID电子标签的一次回路装置；
[0006]若干无线传感器，用于识别对应一次回路装置上所贴敷RFID电子标签和监测对应一次回路装置；
[0007]数据监测模块，用于收集所有无线传感器上传RFID身份信息及监测数据；
[0008]集中数据处理单元，用于接收数据监测模块上传的RFID身份信息及监测数据并进行状态监测诊断；
[0009]人机交互装置，用于观察集中数据处理单元上传的状态监测诊断结果和对综合监测控制单元发出操作指令；
[0010]综合监测控制单元，用于根据集中数据处理单元上传的状态监测诊断结果和人机交互装置发出的操作指令控制集中控制引擎；
[0011]集中控制引擎，用于根据RFID电子标签判别控制装置身份，并通过带RFID识别的无线控制器遥控控制装置进行操作运转。
[0012]基于物联网技术的中压成套开关设备智能自诊断系统，包括贴敷RFID电子标签的一次回路装置、能识别RFID电子标签的无线传感器、用于收集无线传感器数据的数据监测模块、用于数据处理的集中数据处理单元、用于分析设备参数数据的嵌入式实时数据库单元、用于将参数数据进行对比的状态监测诊断搜索引擎、用于为状态监测诊断搜索引擎提供判断依据的数据知识库单元、用于观察和操作的人机交互装置和可对过程控制单元进行控制的集中控制引擎、可根据RFID电子标签判别控制装置身份，并通过它遥控控制装置进行操作运转。
[0013]本发进一步改进在于，集中数据处理单元将处理好的设备数据输送到嵌入式实时数据库单元进行分析和整理，把监测数据传输到状态监测诊断搜索引擎，状态监测诊断搜索引擎依据知识库里存储的判断数据、规则、逻辑结构、信号模型及辅助信息对嵌入式实时数据库单元传输过来的设备数据通过专家系统进行自诊断。
[0014]本发明基于物联网技术的中压成套开关设备自诊断系统的自诊断方法:在被监测的设备部位贴敷若干RFID电子标签，若干无线传感器能够对应识别该若干RFID电子标签并在线监测其状态，数据监测模块收集无线传感器传来的RFID身份信息及监测数据，并将RFID身份信息及监测数据传输给集中数据处理单元进行数据的处理，集中数据处理单元然后将处理好的设备数据输送到嵌入式实时数据库单元进行分析和整理，嵌入式实时数据库单元把监测数据传输到状态监测诊断搜索引擎，状态监测诊断搜索引擎依据知识库里存储的判断数据、规则、逻辑结构、信号模型及辅助信息对嵌入式实时数据库单元传输过来的设备数据通过专家系统进行自诊断，诊断结束后一方面其将诊断结果传输给远方后台进行报警，另一方面将诊断结果传输进人机交互装置，人机交互装置对综合监测控制单元发出操作指令，综合监测控制单元根据集中数据处理单元上传的状态监测诊断结果和人机交互装置发出的操作指令控制集中控制引擎，最后，集中控制引擎RFID电子标签判别控制装置身份，并通过带RFID识别的无线控制器遥控控制装置进行操作运转。
[0015]基于物联网技术的中压成套开关设备智能自诊断系统的自诊断方法:被监测的设备部位贴敷RFID电子标签，能识别RFID电子标签的无线传感器用于在线监测其状态，数据监测模块收集无线传感器传来的RFID身份信息及监测数据，并将上述数据传输给集中数据处理单元进行数据的处理，然后将整理好的设备参数输送到嵌入式实时数据库单元进行分析和整理，把监测数据传输到状态监测诊断搜索引擎，状态监测诊断搜索引擎依据知识库里存储的判断数据、规则、逻辑结构、信号模型、辅助信息等内容对嵌入式实时数据库单元传输过来的设备数据通过专家系统进行自诊断，诊断结束后一方面传输给远方后台进行报警，另一方面诊断结果也传输进人机交互装置，工作人员根据人机交互装置上的数据人员根据其建议和指导进行操作、维护。同时，系统对能够进行自调节的如温控器、加热器、通风等手段，通过集中控制引擎及可根据RFID电子标签判别控制单元身份，并通过它遥控控制装置进行操作运转。
[0016]本发明的有益效果是:本发明能充分发挥物联网技术强大的物物互联优势，增强系统的扩展性和配置灵活性，提升系统采集数据和数据分析与处理的手段，提升中压成套开关设备智能自诊断的能力。
[0017]具体地，当设备出现故障时，本发明基于物联网技术的中压成套开关设备自诊断系统及方法能够发现、诊断、报警及处置，使工作人员能够及时排除故障，达到了无人值守时仍能高可靠性地保证电力系统安全运行，提高了工作效率，降低了设备的维修成本，提高了整个设备供电系统的稳定性和安全性。
【【专利附图】
【附图说明】】
[0018]图1是本发明基于物联网技术的中压成套开关设备自诊断系统及方法的流程图。【【具体实施方式】】
[0019]现在结合附图和优选实施例对本发明作进一步的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。[0020]如图1所示，基于物联网技术的中压成套开关设备自诊断系统，若干贴敷RFID电子标签的一次回路装置；
[0021]若干无线传感器，用于识别对应一次回路装置上所贴敷RFID电子标签和监测对应一次回路装置；
[0022]数据监测模块，用于收集所有无线传感器上传RFID身份信息及监测数据；
[0023]集中数据处理单元，用于接收数据监测模块上传的RFID身份信息及监测数据并进行状态监测诊断；
[0024]人机交互装置，用于观察集中数据处理单元上传的状态监测诊断结果和对综合监测控制单元发出操作指令；
[0025]综合监测控制单元，用于根据集中数据处理单元上传的状态监测诊断结果和人机交互装置发出的操作指令控制集中控制引擎；
[0026]集中控制引擎，用于根据RFID电子标签判别控制装置身份，并通过带RFID识别的无线控制器遥控控制装置进行操作运转。
[0027]其中，集中数据处理单元将处理好的设备数据输送到嵌入式实时数据库单元进行分析和整理，把监测数据传输到状态监测诊断搜索引擎，状态监测诊断搜索引擎依据知识库里存储的判断数据、规则、逻辑结构、信号模型及辅助信息对嵌入式实时数据库单元传输过来的设备数据通过专家系统进行自诊断。
[0028]基于物联网技术的中压成套开关设备自诊断系统，包括贴敷RFID电子标签的一次回路装置、能识别RFID电子标签的无线传感器、用于收集无线传感器数据的数据监测模块、用于数据处理的集中数据处理单元、用于分析设备参数数据的嵌入式实时数据库单元、用于将参数数据进行对比的状态监测诊断搜索引擎、用于为状态监测诊断搜索引擎提供判断依据的数据知识库单元、用于观察和操作的人机交互装置和可对过程控制单元进行控制的集中控制引擎、可根据RFID电子标签判别控制装置身份，并通过它遥控控制装置进行操作运转的过程控制单元。
[0029]一次回路装置包括母线、电缆、断路器、电压互感应器、电流互感应器及避雷针。
[0030]无线传感器包括温度传感器、湿度传感器、弧光探头、摄像头、泄漏电流监测传感器、SF6压力传感器、SF6微水传感器、红外传感器、局放监测传感器及线圈电流检测传感器。
[0031]数据监测模块包括绝缘监测模块、电压监测模块、电流监测模块、波形监测模块、断线监测、视频监测模块、柜内温湿度监测模块、电寿命监测模块、触头温度监测模块、机械特性监测模块及环境温度监测模块。除视频监测模块之外的其他数据监测模块之间并排排列并通过插卡方式连接，并与通信模块连接，最终由通信模块通过RS485通信方式将数据传输给集中数据处理单元。视频监测模块的一端与摄像头相连，另一端与综合监测控制单元相连。
[0032]绝缘监测模块:绝缘监测模块能够对高压运行环境中绝缘子/电显传感器的绝缘状况进行实时监测。绝缘监测模块的传感器安装在绝缘子/电显传感器与柜体之间，监测A、B、C三相泄漏电流。所采集的泄漏电流为绝缘子/电显传感器表面对地产生的泄漏电流，经传感器产生的电信号通过放大、滤波、采样、量化等一系列处理，最终将处理分析好的数据通过RS485通信接口传输到综合监测装置，实现实时在线显示监测。[0033]电流监测模块、电压监测模块:电流测量模块基于单片机的测量系统，利用多功能功率/电能测量芯片测量电流、电压，并有效保护因参数越限对整个模块带来的冲击，为设备安全并网运行及电网安全提供了可靠的保障，电流测量模块将测量数据通过RS485通信接口传输到综合监测装置，在装置相应界面实时显示各测量数值。
[0034]机械特性监测模块、波形监测模块、断线监测:对断路器分/合闸回路的动触头位移、触头压力和电流以及储能回路的电流进行了记录和分析，可以精确测量、记录断路器各次动作过程的机械特性参数，通过电动分合闸，MCU处理单元根据位移传感器、霍尔传感器等获得的电信号，经过硬件滤波、软件数据分析、计算等数字处理后，在显示器呈现出三相合闸/分闸位移曲线、电流曲线等，并计算出断路器分合闸时间、分合闸速度、开距、超程、同期性等参数，并判别分合闸线圈断线等。
[0035]视频监测模块:安装于柜内母线室、手车室、电缆室，用于实时监视各室的运行状态，以确保运行状态稳定。摄像头模块通过感光元器件产生数字信号。通过图像处理芯片输出模拟信号CVBS，输出到柜内开关设备综合监测装置，综合监测装置实时显示视频，监测开关柜内运行状态。
[0036]柜内温湿度监测模块:采用己校准数字信号输出的湿敏电容数字式温湿度复合传感器，根据传感器检测到所处环境温湿度超出设定值，控制电路接通加热器，提高环境温度，降低环境湿度，当温度升至预定值和湿度值时，控制加热器自动停止加热，保护开关设备的绝缘性能。RS485通讯接口与综合监测装置连接，通过综合监测装置上的温湿度控制界面设置手动或者自动控制加热器以及设置温度底限阀值和湿度上限阀值等功能。
[0037]电寿命监测模块:利用多功能测量芯片，准确有效的测量出每次断路器开断A、B、C三相电流，并逐相进行累加。及时了解运行断路器的安全、可靠状况，对运行断路器的安全、可靠状况及时进行多种方式预警，并指导工作人员进行检修。
[0038]触头温度监测模块:安装在开关柜内的每个开关触头上，其由悬浮取电CT、温度测量电路和无线数据发送模块构成。温度测量传感器固定在开关设备一次回路连接点上(如断路器梅花触头附近)，在测量点附近安装适当形状的悬浮取电CT，当一次回路通过电流达到一定值时，悬浮取电CT就可以为测量和通信电路提供适当的工作电源，通过2.4G无线数据传输方式温度无线接收模块发送温度数据。
[0039]环境温度监测模块:安装于柜外1.2m以外，用于实时监视变电站内的环境温度，可与断路器内触臂温度作比较，从而得到触臂温升。该模块采用了高精度温度传感器，将传感器采集到的温度信号进行处理并通过RS485总线发送到变电站内每一台开关设备综合监测装置，从而实时计算并显示出触臂温升。
[0040]集中数据处理单元可以分析、处理各类监测数据，如温度、湿度、弧光、泄漏电流、SF6压力、SF6微水、红外数据、局放、线圈电流等。
[0041]嵌入式实时数据库单元存储大量设备相关参数及历史监测数据。里面的数据可以直接传输到人机交互装置上面，譬如一些需要的设备参数、设备运行状态历史数据等都可以传输并保存到人机交互装置上及传往后台，方便工作人员随时查询当前及历史中被监测的参数、曲线、状态。
[0042]集中控制引擎可以根据RFID电子标签判别控制单元身份，自动控制或采取人机交互装置的指令来控制过程控制单元。[0043]过程控制单元主要遥控控制装置进行操作运转。
[0044]工作人员可以通过WiFi无线传输、USB传输、有限网络传输等方式随时更新知识库里面的判断依据和规则，保证知识库里面的内容更为先进、全面，从而能够更好的做出诊断。
[0045]本发明基于物联网技术的中压成套开关设备自诊断系统的自诊断方法:在被监测的设备部位贴敷若干RFID电子标签，若干无线传感器能够对应识别该若干RFID电子标签并在线监测其状态，数据监测模块收集无线传感器传来的RFID身份信息及监测数据，并将RFID身份信息及监测数据传输给集中数据处理单元进行数据的处理，集中数据处理单元然后将处理好的设备数据输送到嵌入式实时数据库单元进行分析和整理，嵌入式实时数据库单元把监测数据传输到状态监测诊断搜索引擎，状态监测诊断搜索引擎依据知识库里存储的判断数据、规则、逻辑结构、信号模型及辅助信息对嵌入式实时数据库单元传输过来的设备数据通过专家系统进行自诊断，诊断结束后一方面其将诊断结果传输给远方后台进行报警，另一方面将诊断结果传输进人机交互装置，人机交互装置对综合监测控制单元发出操作指令，综合监测控制单元根据集中数据处理单元上传的状态监测诊断结果和人机交互装置发出的操作指令控制集中控制引擎，最后，集中控制引擎RFID电子标签判别控制装置身份，并通过带RFID识别的无线控制器遥控控制装置进行操作运转。
[0046]基于物联网技术的中压成套开关设备自诊断系统的自诊断方法:数据监测模块对一次回路装置内各个部件的电流、电压、绝缘等进行监测，并将监测出的参数数据传输给集中数据处理单元进行数据的处理，然后将处理好的数据输送到嵌入式实时数据库单元进行分析和整理，把数据传输到状态监测诊断搜索引擎，状态监测诊断搜索引擎依据知识库里存储的判断数据、规则、逻辑结构、信号模型、辅助信息等内容对嵌入式实时数据库单元传输过来的数据通过专利系统进行自诊断，诊断结束后将诊断结果传输到分析转换装置上，分析转换装置将诊断数据通过自身的解释程序得出结论并给出建议和指导，将判断好的数据转换为工作人员能够识别的内容，再传输给后台及人机交互装置，如果有异常数据，人机交互装置会自动报警，并会给出建议和指导，工作人员根据其建议和指导进行操作、维护，另外，集中控制引擎中监测到的状态信息可以反馈给人机交互装置，通过自动控制或人机交互装置使集中控制引擎对过程控制单元进行控制，过程控制单元依据得到的指令遥控控制装置进行操作运转，改善设备工况。
[0047]分析转换装置不仅能够得出结论、给出适合的建议和指导，还能将整个判断的、推理的过程显示在综合监测装置的显示系统上。
[0048]人机交互装置上面的数据库内的所有实时数据、历史数据、诊断数据的结果和建议也可以通过ffiC61850、M0DBUS、PR0FIBUS、GPRS、3G网络、USB等方式远程发送给后位机，工作人员可以远程对其进行发送、操作指令。
[0049]上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
【权利要求】
1.基于物联网技术的中压成套开关设备自诊断系统，其特征在于:包括: 若干贴敷RFID电子标签的一次回路装置； 若干无线传感器，用于识别对应一次回路装置上所贴敷RFID电子标签和监测对应一次回路装置； 数据监测模块，用于收集所有无线传感器上传RFID身份信息及监测数据； 集中数据处理单元，用于接收数据监测模块上传的RFID身份信息及监测数据并进行状态监测诊断； 人机交互装置，用于观察集中数据处理单元上传的状态监测诊断结果和对综合监测控制单元发出操作指令； 综合监测控制单元，用于根据集中数据处理单元上传的状态监测诊断结果和人机交互装置发出的操作指令控制集中控制引擎； 集中控制引擎，用于根据RFID电子标签判别控制装置身份，并通过带RFID识别的无线控制器遥控控制装置进行操作运转。
2.根据权利要求1所述的基于物联网技术的中压成套开关设备自诊断系统，其特征在于:集中数据处理单元将处理好的设备数据输送到嵌入式实时数据库单元进行分析和整理，把监测数据传输到状态监测诊断搜索引擎，状态监测诊断搜索引擎依据知识库里存储的判断数据、规则、逻辑结构、信号模型及辅助信息对嵌入式实时数据库单元传输过来的设备数据通过专家系统进行自诊断。
3.根据权利要求1所述的基于物联网技术的中压成套开关设备自诊断系统的自诊断方法，其特征在于:在被监测的设备部位贴敷若干RFID电子标签，若干无线传感器能够对应识别该若干RFID电子标签并在线监测其状态，数据监测模块收集无线传感器传来的RFID身份信息及监测数据，并将RFID身份信息及监测数据传输给集中数据处理单元进行数据的处理，集中数据处理单元然后将处理好的设备数据输送到嵌入式实时数据库单元进行分析和整理，嵌入式实时数据库单元把监测数据传输到状态监测诊断搜索引擎，状态监测诊断搜索引擎依据知识库里存储的判断数据、规则、逻辑结构、信号模型及辅助信息对嵌入式实时数据库单元传输过来的设备数据通过专家系统进行自诊断，诊断结束后一方面其将诊断结果传输给远方后台进行报警，另一方面将诊断结果传输进人机交互装置，人机交互装置对综合监测控制单元发出操作指令，综合监测控制单元根据集中数据处理单元上传的状态监测诊断结果和人机交互装置发出的操作指令控制集中控制引擎，最后，集中控制引擎通过RFID电子标签判别控制装置身份，并通过带RFID识别的无线控制器遥控控制装置进行操作运转。
【文档编号】G08C17/02GK103713259SQ201310637322
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年12月2日 优先权日:2013年12月2日
【发明者】张飞, 毛翠花, 周军, 陈谦, 郝伟, 王峰, 宋义, 刘志, 孙焰 申请人:国家电网公司, 国网陕西省电力公司咸阳供电公司