CN111123002A - 串联补偿装置的非接触式信息采集健康判别***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及串联补偿装置的数据采集与分析技术领域，公开了一种串联补偿装置的非接触式信息采集健康判别***，包括用于监测串联补偿装置工作声音的噪音传感器、监测二次回路电流的电流传感器、监测断路器及隔离开关操作杆位移量变化的位移传感器和监测串联补偿装置图谱的热成像模块，直流信号隔离器将测得的各信号转化为0‑5V电压接入单片机分析，以判断串联补偿装置的健康状态，并予以显示，同时，也公开了一种判断串联补偿装置健康状态的方法，即利用传感器实时监测串联补偿装置相关数据参数变化，并由单片机分析处理。本发明能够从多个角度采用多种手段对串联补偿装置及其二次回路控制元件进行实时监测，分析判断串联补偿装置的工作状态是否正常。
Description
技术领域
本发明属于串联补偿装置的数据采集与分析技术领域，特别是涉及一种串联补偿装置的非接触式信息采集健康判别***及方法。
背景技术
目前国内外电力***中应用的串联补偿装置的在线监测主要采用有线接线的方式进行的，其采集的信号主要包含与串联补偿装置所接的电流互感器和电压互感器信号、断路器和隔离开关的分合闸辅助接点传递出的断路器和隔离开关的分合位置信号，专利申请号为201810436298.9，专利名称为“一种具有实时状态监测集成平台的串联补偿装置”，其公开的内容虽然能实时监测串联补偿装置平台上的电容器、限压器以及火花间隙等设备是否正常工作，但是也存在以下缺陷：
1、上述监测装置基本上未能对串联补偿装置的二次控制回路元件，例如：分合闸线圈、断路器操作杆、隔离开关操作杆等各部分进行全面监视诊断，也未能通过声纹信号和热成像信号对串联补偿装置进行更进一步的健康判定。
2、上述监测装置缺点在于采集的信号比较单一且信号量较少，判断串联补偿装置健康状况的手段不足，手段单一。
因此，如何解决上述问题成为本领域人员研究的重点。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种串联补偿装置的非接触式信息采集健康判别***及方法，已解决现有技术不足。
本发明的实施例是这样实现的：
串联补偿装置的非接触式信息采集健康判别***，包括：
位移传感器，所述串联补偿装置的断路器操作杆、隔离开关操作杆各与一组位移传感器的探杆连接，所述位移传感器测量上述各操作杆的位移变化量，并将位移变化量转换成数字量电流信号；
电流传感器，所述串联补偿装置的断路器分合闸线圈二次回路、隔离开关分合闸线圈二次回路各与一组电流传感器连接，所述电流传感器用于采集上述各二次回路的电流；
噪音传感器，所述断路器操作杆的机构箱、隔离开关操作杆的机构箱内各设置有一组所述噪音传感器，所述噪音传感器用于采集上述各机构箱内的声音分贝信号、并将声音分贝信号转化为模拟量电流信号；
红外热成像模组，其设置于所述串联补偿装置的箱体内，用于采集串联补偿装置的红外图谱和热点信号、并将采集的信号转化为模拟量电流信号；
直流信号隔离器，所述位移传感器、电流传感器、噪音传感器和红外热成像模组均连接一组所述直流信号隔离器，所述直流信号隔离器用于将上述各传感器采集的信号转化为0-5V的电压信号；
单片机，上述各直流信号隔离器均连接所述单片机，所述单片机用于分析处理各直流信号隔离器转换的电压信号；
显示器，其与单片机连接，用于显示单片机的分析结果。
进一步地，所述位移传感器采用光栅位移传感器。
进一步地，所述电流传感器为开环式霍尔电流传感器。
一种基于所述串联补偿装置的非接触式信息采集健康判别***判断串联补偿装置健康状态的方法，包括以下步骤：
1)在单片机中预设各传感器信号的特征数据库；
2)通过位移传感器、电流传感器、噪音传感器和红外热成像模组采集对应的传感信号，并传送至直流信号隔离器；
3)直流信号隔离器将步骤2)中采集的各传感信号转化为0-5V的实时电压信号，并传送至单片机；
4)单片机将实时电压信号与预设的特征数据库进行分析比较，判断串联补偿装置的健康状态，并在显示器上显示。
进一步地，所述预设特征数据库的内容包括：
预设位移传感器特征数据库：在串联补偿装置处于正常工作状态下，利用位移传感器测得断路器操作杆、隔离开关操作杆所在位置的传感信号，并将该传感信号由直流信号隔离器转化为电压值A1、A2，并将A1、A2作为健康状态下的参考值存储于单片机；
预设电流传感器特征数据库：在串联补偿装置处于正常工作状态下，利用电流传感器测得断路器分合闸线圈二次回路、隔离开关分合闸线圈二次回路的传感信号，并将该传感信号由直流信号隔离器转化为电压值B1、B2，并将B1、B2作为健康状态下的参考值存储于单片机；
预设噪音传感器特征数据库：在串联补偿装置处于正常工作状态下，利用噪音传感器测量串联补偿装置的工作噪音分贝信号，将该传感信号由直流信号隔离器转化为电压值C1，并将C1作为健康状态下的参考值存储于单片机；
预设红外热成像模组特征数据库：在串联补偿装置处于正常工作状态下，利用红外热成像模组测量串联补偿装置的红外图谱和热点信号，将该传感信号由直流信号隔离器转化为电压值D1，并将D1作为健康状态下的参考值存储于单片机。
进一步地，单片机将实时电压信号与预设的特征数据库进行分析比较的方法为：
若由位移传感器测得的断路器操作杆的传感信号经转化后得到的实时电压信号>A1，则表明串联补偿装置存在短路现象，相反，则表明串联补偿装置存在老化或接触不良的现象；
若由位移传感器测得的隔离开关操作杆的传感信号经转化后得到的实时电压信号>A2，则表明串联补偿装置存在短路现象，相反，则表明串联补偿装置存在老化或接触不良的现象；
若由电流传感器测得断路器分合闸线圈二次回路的传感信号经转化后得到的实时电压信号>B1,则表明串联补偿装置存在短路现象，相反，则表明串联补偿装置存在老化或接触不良的现象；
若由电流传感器测得隔离开关分合闸线圈二次回路的传感信号经转化后得到的实时电压信号>B2,则表明串联补偿装置存在短路现象，相反，则表明串联补偿装置存在老化或接触不良的现象；
若由噪音传感器测得的声音分贝信号经转化后得到的实时电压信号>C1，则表明串联补偿装置存在短路现象，相反，则表明串联补偿装置存在老化或接触不良的现象；
若由红外热成像模组测得的红外图谱和热点信号经转化后得到的实时电压信号>D1，则表明串联补偿装置存在短路现象，相反，则表明串联补偿装置存在老化或接触不良的现象。
本发明的有益效果是：
本发明将噪音传感器内置于串联补偿装置的机构箱内、采集串补装置动作时的声音分贝，电流传感器套接在需要采集的分合闸线圈二次回路的电流线路上，用于采集二次回路的电流，位移传感器采集串联补偿装置的断路器和隔离开关等部件的位移信号；利用红外热成像模组采集串联补偿装置各部件的热成像图谱，直流信号隔离器将以上测量值转化为0-5V以内的电压接入单片机，由单片机分析以上的测量值进行判断串联补偿装置的健康状态，并将测量值及计算出的设备健康状态显示在液晶显示器，本发明能够从多个角度采用多种手段对串联补偿装置及其串联补偿装置的二次回路控制元件进行实时监测，分析判断串联补偿装置的工作状态是否正常。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明提供的一种串联补偿装置的非接触式信息采集健康判别***的结构示意图；
图2是本发明提供的一种判断串联补偿装置健康状态的方法流程图。
图标：1-位移传感器，2-电流传感器，3-噪音传感器，4-红外热成像模组，5-直流信号隔离器，6-单片机，7-显示器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、
“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
请参照图1所示，本实施例提供一种串联补偿装置的非接触式信息采集健康判别***，包括位移传感器1、电流传感器2、噪音传感器3、红外热成像模组4、直流信号隔离器5、单片机6和显示器7。
所述位移传感器1采用光栅位移传感器，型号为AMT公司的RS系列光栅尺直线位移传感器，所述串联补偿装置的断路器操作杆、隔离开关操作杆各与一组位移传感器1的探杆连接，串联补偿装置的断路器及隔离开关的操作杆行程属于机械位置信号，其带动光栅位移传感器的探杆移动，光栅位移传感器是成对的，由红外对射形成类似栅栏的“光栅”，当物体进入光栅，就挡住了红外对射，光栅位移传感器就能发出模拟量电流信号。
所述电流传感器2采用开环式霍尔电流传感器，型号为：50-E6,量程0-50A，所述串联补偿装置的高压断路器及隔离开关的二次回路分别接有分、合闸线圈，当相应的线圈通过电流后，线圈的电磁力带动相应的接点开闭合以控制高压断路器和隔离开关的分、合，监测到此回路的电流，可以作为串联补偿装置发生状态变动的一个判据，开环式的霍尔电流传感器套接在高压断路器及隔离开关的二次回路的电流线路上，用于采集二次回路的电流。霍尔电流传感器体积小、电气性能好，精度高、线性度动态特性好，相应回路电流的输入由穿心线圈采集，可以在不接触设备的前提下对设备的电流信号进行采集，因为与设备不相接触，避免影响现有设备的安全运行。
所述噪音传感器3采用工业级噪音传感器，485型信号输出，所述断路器操作杆的机构箱、隔离开关操作杆的机构箱内各设置有一组所述噪音传感器，所述噪音传感器用于采集上述各机构箱内的声音分贝信号、并将声音分贝信号转化为模拟量电流信号。
所述红外热成像模组4的型号为型号MLF-M11，其设置于所述串联补偿装置的箱体内，用于采集串联补偿装置的红外图谱和热点信号、并将采集的信号转化为模拟量电流信号。
所述位移传感器1、电流传感器2、噪音传感器3和红外热成像模组4的输出端均连接一组所述直流信号隔离器5，所述直流信号隔离器5用于将上述各传感器采集的信号转化为0-5V的电压信号，所述直流信号隔离器型号为MIK-401Y。
所述单片机6为Arduino系列单片机；所述与红外热成像模组4连接的直流信号隔离器的输出端连接单片机6的端口D8，所述与噪音传感器3连接的直流信号隔离器的输出端连接单片机6的端口D2，所述与位移传感器1连接的直流信号隔离器的输出端连接单片机6的端口A0，所述与电流传感器2连接的直流信号隔离器的输出端连接单片机6的端口A2，所述显示器7与单片机6的信号输出接口连接，用于显示单片机的分析结果。另外所述单片机6还与电源模块8连接，所述电源模块8采用9V锂电池或变压后的直流电源。
参见图2所示，本实施例还提供了一种基于上述串联补偿装置的非接触式信息采集健康判别***判断串联补偿装置健康状态的方法，包括以下步骤：
1)在单片机中预设各传感器信号的特征数据库；具体的包括以下内容：
预设位移传感器特征数据库：在串联补偿装置处于正常工作状态下，利用位移传感器测得断路器操作杆、隔离开关操作杆所在位置的传感信号，并将该传感信号由直流信号隔离器转化为电压值A1、A2，并将A1、A2作为健康状态下的参考值存储于单片机；
预设电流传感器特征数据库：在串联补偿装置处于正常工作状态下，利用电流传感器测得断路器分合闸线圈二次回路、隔离开关分合闸线圈二次回路的传感信号，并将该传感信号由直流信号隔离器转化为电压值B1、B2，并将B1、B2作为健康状态下的参考值存储于单片机；
预设噪音传感器特征数据库：在串联补偿装置处于正常工作状态下，利用噪音传感器测量串联补偿装置的工作噪音分贝信号，将该传感信号由直流信号隔离器转化为电压值C1，并将C1作为健康状态下的参考值存储于单片机；
预设红外热成像模组特征数据库：在串联补偿装置处于正常工作状态下，利用红外热成像模组测量串联补偿装置的红外图谱和热点信号，将该传感信号由直流信号隔离器转化为电压值D1，并将D1作为健康状态下的参考值存储于单片机。
2)通过位移传感器、电流传感器、噪音传感器和红外热成像模组采集对应的传感信号，并传送至直流信号隔离器；
3)直流信号隔离器将步骤2)中采集的各传感信号转化为0-5V的实时电压信号，并传送至单片机；
4)单片机将实时电压信号与预设的特征数据库进行分析比较，判断串联补偿装置的健康状态，并在显示器上显示，具体的分析比较过程为：
若由位移传感器测得的断路器操作杆的传感信号经转化后得到的实时电压信号>A1，则表明串联补偿装置存在短路现象，相反，则表明串联补偿装置存在老化或接触不良的现象；
若由位移传感器测得的隔离开关操作杆的传感信号经转化后得到的实时电压信号>A2，则表明串联补偿装置存在短路现象，相反，则表明串联补偿装置存在老化或接触不良的现象；
若由电流传感器测得断路器分合闸线圈二次回路的传感信号经转化后得到的实时电压信号>B1,则表明串联补偿装置存在短路现象，相反，则表明串联补偿装置存在老化或接触不良的现象；
若由电流传感器测得隔离开关分合闸线圈二次回路的传感信号经转化后得到的实时电压信号>B2,则表明串联补偿装置存在短路现象，相反，则表明串联补偿装置存在老化或接触不良的现象；
若由噪音传感器测得的声音分贝信号经转化后得到的实时电压信号>C1，则表明串联补偿装置存在短路现象，相反，则表明串联补偿装置存在老化或接触不良的现象；
若由红外热成像模组测得的红外图谱和热点信号经转化后得到的实时电压信号>D1，则表明串联补偿装置存在短路现象，相反，则表明串联补偿装置存在老化或接触不良的现象。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.串联补偿装置的非接触式信息采集健康判别***，其特征在于，包括：
位移传感器(1)，所述串联补偿装置的断路器操作杆、隔离开关操作杆各与一组位移传感器(1)的探杆连接，所述位移传感器(1)用于测量上述各操作杆的位移变化量，并将位移变化量转换成数字量电流信号；
电流传感器(2)，所述串联补偿装置的断路器分合闸线圈二次回路、隔离开关分合闸线圈二次回路各与一组电流传感器(2)连接，所述电流传感器(2)用于采集上述各二次回路的电流；
噪音传感器(3)，所述断路器操作杆的机构箱、隔离开关操作杆的机构箱内各设置有一组所述噪音传感器(3)，所述噪音传感器(3)用于采集上述各机构箱内的声音分贝信号、并将声音分贝信号转化为模拟量电流信号；
红外热成像模组(4)，其设置于所述串联补偿装置的箱体内，用于采集串联补偿装置的红外图谱和热点信号、并将采集的信号转化为模拟量电流信号；
直流信号隔离器(5)，所述位移传感器(1)、电流传感器(2)、噪音传感器(3)和红外热成像模组(4)均连接一组所述直流信号隔离器(5)，所述直流信号隔离器(5)用于将上述各传感器采集的信号转化为0-5V的电压信号；
单片机(6)，上述各直流信号隔离器(5)均连接所述单片机(6)，所述单片机(6)用于分析处理各直流信号隔离器(5)转换的电压信号；
显示器(7)，其与单片机(6)连接，用于显示单片机(6)的分析结果。
2.根据权利要求1所述的串联补偿装置的非接触式信息采集健康判别***，其特征在于：所述位移传感器(1)采用光栅位移传感器(1)。
3.根据权利要求1所述的串联补偿装置的非接触式信息采集健康判别***，其特征在于：所述电流传感器(2)为开环式霍尔电流传感器(2)。
4.一种基于权利要求1-3中任一所述串联补偿装置的非接触式信息采集健康判别***判断串联补偿装置健康状态的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在单片机(6)中预设各传感器信号的特征数据库；
2)通过位移传感器(1)、电流传感器(2)、噪音传感器(3)和红外热成像模组(4)采集对应的传感信号，并传送至直流信号隔离器(5)；
3)直流信号隔离器(5)将步骤2)中采集的各传感信号转化为0-5V的实时电压信号，并传送至单片机(6)；
4)单片机(6)将实时电压信号与预设的特征数据库进行分析比较，判断串联补偿装置的健康状态，并在显示器(7)上显示。
5.根据权利要求4所述的判断串联补偿装置健康状态的方法，其特征在于：所述预设特征数据库的内容包括：
5.1)预设位移传感器(1)特征数据库：在串联补偿装置处于正常工作状态下，利用位移传感器(1)测得断路器操作杆、隔离开关操作杆所在位置测得的传感信号，并将该传感信号由直流信号隔离器(5)转化为电压值A1、A2，并将A1、A2作为健康状态下的参考值存储于单片机(6)；
5.2)预设电流传感器(2)特征数据库：在串联补偿装置处于正常工作状态下，利用电流传感器(2)测得断路器分合闸线圈二次回路、隔离开关分合闸线圈二次回路的传感信号，并将该传感信号由直流信号隔离器(5)转化为电压值B1、B2，并将B1、B2作为健康状态下的参考值存储于单片机(6)；
5.3)预设噪音传感器(3)特征数据库：在串联补偿装置处于正常工作状态下，利用噪音传感器(3)测量串联补偿装置的工作噪音分贝信号，将该传感信号由直流信号隔离器(5)转化为电压值C1，并将C1作为健康状态下的参考值存储于单片机(6)；
5.4)预设红外热成像模组(4)特征数据库：在串联补偿装置处于正常工作状态下，利用红外热成像模组(4)测量串联补偿装置的红外图谱和热点信号，将该传感信号由直流信号隔离器(5)转化为电压值D1，并将D1作为健康状态下的参考值存储于单片机(6)。
6.根据权利要求4所述的判断串联补偿装置健康状态的方法，其特征在于：所述步骤4)中单片机(6)将实时电压信号与预设的特征数据库进行分析比较的方法为：
6.1)若由位移传感器(1)测得的断路器操作杆的传感信号经转化后得到的实时电压信号>A1，则表明串联补偿装置存在短路现象，相反，则表明串联补偿装置存在老化或接触不良的现象；
6.2)若由位移传感器(1)测得的隔离开关操作杆的传感信号经转化后得到的实时电压信号>A2，则表明串联补偿装置存在短路现象，相反，则表明串联补偿装置存在老化或接触不良的现象；
6.3)若由电流传感器(2)测得断路器分合闸线圈二次回路的传感信号经转化后得到的实时电压信号>B1,则表明串联补偿装置存在短路现象，相反，则表明串联补偿装置存在老化或接触不良的现象；
6.4)若由电流传感器(2)测得隔离开关分合闸线圈二次回路的传感信号经转化后得到的实时电压信号>B2,则表明串联补偿装置存在短路现象，相反，则表明串联补偿装置存在老化或接触不良的现象；
6.5)若由噪音传感器(3)测得的声音分贝信号经转化后得到的实时电压信号>C1，则表明串联补偿装置存在短路现象，相反，则表明串联补偿装置存在老化或接触不良的现象；
6.6)若由红外热成像模组(4)测得的红外图谱和热点信号经转化后得到的实时电压信号>D1，则表明串联补偿装置存在短路现象，相反，则表明串联补偿装置存在老化或接触不良的现象。
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