CN113253015A - 一种开关柜的在线异常监测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种在线监测开关柜开关量输入异常的方法，通过对开关柜开关量输入采集，把开关量输入信号转化为数字信号，转化过后的各路数字信号进行组合按照字或者字节的方式传输给DSP，滤除外界的电磁干扰对信号产生影响，对滤波后的数据依照开关量的特征进行异常判断，根据算法的结果进行开关量输入异常的判断，并滤除异常做后续控制逻辑的数据。本发明既可以进行开关量输入异常的实时判断、快速发现柜内隐患点，同时也能滤除异常状态防止故障扩大化。

Description

一种开关柜的在线异常监测方法
技术领域
本发明属于直流牵引供电***开关柜状态监测及诊断领域，具体涉及一种开关柜内开关量输入信号异常的在线监测方法。
背景技术
开关柜是直流牵引供电***中关键的一种电气设备，用来监测和控制后端用电设备的运行状态，把后端设备投入使用或者退出使用。开关柜集成有断路器、继电保护装置、电流电压传感器、操作控制面板等多个电气设备，各个设备之间的信号连线复杂。根据信号特征可以分为开关量信号、模拟量信号、通讯信号，其中模拟量信号和通讯信号状态异常均能通过数据直观判断，但是开关量信号仅有‘1’或‘0’的区分，代表着常开和常闭，无其它状态用于判断异常。往往在操作使用时才发现问题而影响设备供电。
随着开关柜功能的发展完善，柜内电气连接***越来越复杂。复杂一方面降低了可靠性，另一方面导致排除故障的难度增加，突发故障影响运行。
如在地铁直流牵引供电***中单一馈线开关柜的开关量输入信号近30路，其它很少，重要开关量输出信号4路、模拟信号3路、通讯1路。开关柜中的模拟信号、通讯信号均实时变化，故障可以直接判断，只有开关量信号无法识别。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种开关柜开关量异常的在线监测方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种开关柜的在线异常监测方法，基于输入板和主控板连接形成的监测模块，其中基于FPGA的输入板由输入采集模块和高频滤波算法模块构成，用于开关柜开关量输入的采集，将开关量输入信号转换为数字信号，按照字或者字节的方式传输给主控板的运算处理器进行读取，其中主控板由输入数据解析模块、DSP和异常识别校正模块构成，用于异常报警及过滤输出；包括如下步骤
步骤一，输入采集模块把开关柜开关量输入直流信号采集转化为数字信号，高频滤波算法模块对电路中数字信号进行预处理，滤除外界的电磁干扰；
步骤二，输入数据解析模块将数字信号还原成单个的位数据，每一个位代表着一路开关量输入信号，主控板的DSP对读取的字或者字节进行读取解析后对每一个位数据单独进行异常判断，根据异常判断的结果进行开关量输入异常的判断，并滤除异常状态的结果输出；
步骤三，异常识别校正模块进行两个方面的算法处理：根据实际使用的开关量输入信号的频率分为高频滤波算法和异常判断算法两个阶段，通过高频滤波算法用于滤除外界的电磁干扰对信号产生影响，在此滤波后数据基础上依照开关量的特征进行异常判断算法；处理器根据异常判断算法的结果进行开关量输入异常的判断，滤除异常状态的结果输出。如有异常实时监测报警，算法对异常滤除后作为后续控制功能的数据。
所述的一种开关柜的在线异常监测方法，其高频滤波算法步骤如下：
高频滤波算法是以开关量输入信号整体组合字或者字节为数据基础，定义当前数据为Dn，其前面一个数据为Dn-1，其上一个数据为Dn-1，当Dn等于Dn-1时计数值k加1，否则k清零；当k达到预设的Kset时，认为开关量信号为Dn的状态；Kset选取不小于10次，判断总体时间不超过处理器每次对开关量输入处理时间；设定处理器的算法运算频率fp，开关量信号采集频率为fc，三者关系为Kset＜fp/fc。
所述的一种开关柜的在线异常监测方法，异常判断算法是以高频滤波算法后的数据作为基础，针对数据中的单个位进行运算，异常判断算法步骤如下：
当前数据Dn里的位数据为d1n、d2n...d8n...，每一个位数据都可以和前一个状态Dn-1中的位数据进行比较得到计数值m1、m2...m8...，各个位数据在此处理中并无关系，算法为相同处理，采用d1n作为算法举例，当前数据为d1n，其前面一个数据为d1n-1，当d1n等于d1n-1时计数值m1加1，否则m1清零，当m1达到预设的M1时，认为开关量信号为d1n的状态；当m1清零时值为m10，设置一个故障的下限M1min和一个故障的上限M1max，如果M1min＜m10＜M1max为该开关量输入有异常情况而作隐患报警，并且算法不会输出异常的状态信息，达到滤除异常数据的结果。
所述的一种开关柜的在线异常监测方法，其异常判断算法的计数参数M1min和M1max的选取根据开关量输入信号源的特征设置，如正常操作开关量的变化最大频率为f1max，开关量输入机械特性的引起抖动的最小频率为f1min，M1min＞f1min/fp，M1max＜f1max/fp。
所述的一种开关柜的在线异常监测方法，其开关量输入异常的判断方式是对各路开关量输入单独进行算法计算，识别异常后报警锁定该回路问题，同时对异常信号滤除。
本发明的有益效果是：
1，本发明方法不仅限于开关量信号，类似的可转化为数字量的信号，都可以采用本方法实现；
2，本发明对于常见的开关柜，具有核心运算模块继电保护装置，均能够在软件中实现开关量输入信号采集的同时，对开关量输入的线路的隐患报警和异常进行滤除；
3，本发明中应用的算法简单，在继电保护装置或者各类控制器中可增加软件算法实现，可用于其它的类似应用场合，增加设备应用的可靠性；
4，基于开关柜中的继电保护装置在采集开关量输入信号的同时，对采集数据通过系列算法判断其是否异常，可以对故障隐患报警、异常进行滤除，避免操作使用时才发现问题而影响设备供电。
附图说明
图1是本发明监测模块的硬件结构图；
图2是本发明所采用的算法处理流程图。
各附图标记为：11—输入板，12—主控板，13—输入采集模块，14—高频滤波算法模块，15—输入数据解析模块，16—异常识别校正模块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所提供的实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
地铁直流牵引***的馈线开关柜，使用继电保护装置实现保护和控制功能，应用此方法硬件结构实现，如图1所示。
一种开关柜的在线异常监测方法，基于输入板11和主控板12连接形成的监测模块，其中基于FPGA的输入板11由输入采集模块13和高频滤波算法模块14构成，用于通过开关柜的微机继电保护装置或者其它嵌入式控制设备进行柜内开关量输入的采集，将开关量输入信号转换为装置内的数字信号，按照字或者字节的方式传输给主控板12的DSP运算处理器进行读取，其中主控板12由输入数据解析模块15、DSP和异常识别校正模块16构成，用于异常报警及过滤输出：在继电保护装置进行开关量输入信号的采集的同时，设计两个方面的数据处理算法实现其对异常判断报警和滤除异常数据的功能，开关柜开关量输入信号在进入继电保护装置后，经过输入板11和主控板12两个处理板后参与控制逻辑运算。
监测方法包括如下步骤。
步骤一，继电保护装置开关量输入的采集：输入采集模块13通过隔离如光电耦合器或者非隔离如电压比较器的方式，把开关柜开关量输入直流信号采集转化为数字信号，高频滤波算法模块14对电路中数字信号进行预处理，滤除外界电磁信号中的高频干扰。
步骤二，输入数据解析模块15将数字信号还原成单个的位数据，每一个位代表着一路开关量输入信号，主控板12的DSP处理器对读取的字或者字节进行读取解析后（经过转化过后的各路数字信号进行组合后按照字或者字节的方式传输给运算处理器进行读取，组合的方式可根据功能复杂性做单一组合如具有片选功能的芯片，也可以使用如FPGA对字或者字节做进一步的数据校验封装，或者使用通信协议进行更安全的通讯传输）对每一个位数据单独进行异常判断，根据异常判断的结果进行开关量输入异常的判断，并滤除异常状态的结果输出。
步骤三，异常识别校正模块16进行两个方面的算法处理：根据实际使用的开关量输入信号的频率分为高频滤波算法和异常判断算法两个阶段，通过高频滤波算法用于滤除外界的电磁干扰对信号产生影响，在此滤波后数据基础上依照开关量的特征进行异常判断算法；处理器根据异常判断算法的结果进行开关量输入异常的判断，滤除异常状态的结果输出。如有异常实时监测报警，算法对异常滤除后作为后续控制功能的数据。
其中高频滤波算法是以开关量输入信号整体组合字或者字节为数据基础，定义当前数据为Dn，其前面一个数据为Dn-1，其上一个数据为Dn-1，当Dn等于Dn-1时计数值k加1，否则k清零；当k达到预设的Kset时，认为开关量信号为Dn的状态；Kset选取不小于10次，判断总体时间不超过处理器每次对开关量输入处理时间；设定处理器的算法（开关量输入固有机械特性的引起抖动的最小频率）运算频率fp，开关量信号采集频率为fc，三者关系为Kset＜fp/fc。
其中异常判断算法是以高频滤波算法后的数据作为基础，针对数据中的单个位进行运算：当前数据Dn里的位数据为d1n、d2n...d8n...，每一个位数据都可以和前一个状态Dn-1中的位数据进行比较得到计数值m1、m2...m8...，各个位数据在此处理中并无关系，算法为相同处理，采用d1n作为算法举例，当前数据为d1n，其前面一个数据为d1n-1，当d1n等于d1n-1时计数值m1加1，否则m1清零，当m1达到预设的M1时，认为开关量信号为d1n的状态；当m1清零时值为m10，设置一个故障的下限M1min和一个故障的上限M1max，如果M1min＜m10＜M1max为该开关量输入有异常情况而作隐患报警，并且算法不会输出异常的状态信息，达到滤除异常数据的结果。
异常判断算法的计数参数M1min和M1max的选取根据开关量输入信号源的特征设置，如正常操作开关量的变化最大频率为f1max，开关量输入机械特性的引起抖动的最小频率为f1min，M1min＞f1min/fp，M1max＜f1max/fp。每一路开关量输入可以设定单独不同的参数，第2路是M2min和M2max，第n路是Mnmin和Mnmax。
所述的开关量输入异常的判断方式是对各路开关量输入单独进行算法计算，识别异常后报警锁定该回路问题，同时对异常信号滤除
本发明的输入采集部分13由一组16路的光电耦合器隔离把开关量输入信号隔离转换为数字信号，高频滤波算法模块14是FPGA芯片实现，FPGA芯片把16位的数字信号组合成一个字的结构体，采集频率为fc为100k，设置滤波次数Kset为10，开关量输入变化后，高频滤波算法0.1ms数据更新。
本发明的主控板12上具有输入数据解析模块15、异常识别校正算法16模块两个部分，均有主控板的DSP实现，主控板的DSP的算法运行频率fp设置为10k。输入板11的高频滤波算法的0.1ms与其对应，开关量输入组合成字后经过总线传输到主控板12，由输入数据解析模块15转换为位对应于每一个开关量输入，在程序中进入异常识别校正算法16中运算。该算法同时运算32个开关量输入状态位，采用M1min为10可避免误判正常机械抖动，M1max为100来区别实际运行工况，10ms可以响应开关量输入的变位，如M1min＜m10＜M1max，算法立即产生故障报警，提示检查对应的开关量输入回路设备或接线。
应用此方法算法逻辑实现，如图2所示：每一个开关量输入数据Dn（字或者位）在进入中断读取，与当前存储的Dn-1进行比较，随后进入两个分支流程。一个流程是数据的处理，当Dn=Dn-1时，计数器k=k+1，当k=Kset时，开关量输入D=Dn，完成此流程。另一个流程是对计数的处理，当Dn≠Dn-1时，故障监测计数m=k，然后k清零，如果M1min＜m＜M1max进行故障报警。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种开关柜的在线异常监测方法，其特征在于：基于输入板（11）和主控板（12）连接形成的监测模块，其中输入板（11）由输入采集模块（13）和高频滤波算法模块（14）构成，用于开关柜开关量输入的采集，将开关量输入信号转换为数字信号传输给主控板（12），其中主控板（12）由输入数据解析模块（15）、DSP和异常识别校正模块（16）构成，用于异常报警及过滤输出；包括如下步骤
步骤一，输入采集模块（13）把开关柜开关量输入直流信号采集转化为数字信号，高频滤波算法模块（14）对数字信号进行预处理，滤除信号中的高频干扰；
步骤二，输入数据解析模块（15）将数字信号还原成单个的位数据，每一个位代表着一路开关量输入信号，DSP对读取的字或者字节进行读取解析后对每一个位数据单独进行异常判断，根据异常判断的结果进行开关量输入异常的判断，并滤除异常状态的结果输出；
步骤三，异常识别校正模块（16）根据异常判断的结果进行开关量输入异常的判断，滤除异常状态的结果输出。
2.根据权利要求1所述的一种开关柜的在线异常监测方法，其特征在于，所述的高频滤波步骤为：定义当前数据为Dn，其前面一个数据为Dn-1，当Dn等于Dn-1时计数值k加1，否则k清零；当k达到预设的Kset时，认为开关量信号为Dn的状态；Kset选取不小于10次，判断总体时间不超过处理器每次对开关量输入处理时间；设定处理器的算法运算频率fp，开关量信号采集频率为fc，Kset＜fp/fc。
3.根据权利要求1所述的一种开关柜的在线异常监测方法，其特征在于，所述的异常判断步骤为：当前数据Dn里的位数据为d1n、d2n...d8n...，每一个位数据和前一个状态Dn-1中的位数据进行比较得到计数值m1、m2...m8...，当前数据为d1n，其前面一个数据为d1n-1，当d1n等于d1n-1时计数值m1加1，否则m1清零，当m1达到预设的M1时，认为开关量信号为d1n的状态；当m1清零时值为m10，设置一个故障的下限M1min和一个故障的上限M1max，如果M1min＜m10＜M1max为该开关量输入有异常情况而作隐患报警。
4.根据权利要求3所述的一种开关柜的在线异常监测方法，其特征在于，所述的异常判断的计数参数M1min和M1max的选取根据开关量输入信号源的特征设置，如正常操作开关量的变化最大频率为f1max，开关量输入机械特性的引起抖动的最小频率为f1min，M1min＞f1min/fp，M1max＜f1max/fp。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种开关柜的在线异常监测方法，其特征在于，所述的开关量输入异常的判断方式是对各路开关量输入单独进行算法计算，识别异常后报警锁定该回路问题，同时对异常信号滤除。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113985760A (zh) * 2021-09-30 2022-01-28 秦皇岛远舟工业气体有限公司 应用于监测报警***的基于arm的开关量处理方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101359843A (zh) * 2008-09-23 2009-02-04 宁波天安（集团）股份有限公司 开关柜监控管理装置
WO2015058687A1 (zh) * 2013-10-25 2015-04-30 国家电网公司 高压开关柜热故障检测装置及检测方法
CN205565309U (zh) * 2016-04-07 2016-09-07 徐州中铁电气有限公司 高压开关柜智能监控***
CN208128213U (zh) * 2018-04-04 2018-11-20 湖北三江航天万峰科技发展有限公司 一种开关量信号滤波电路

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101359843A (zh) * 2008-09-23 2009-02-04 宁波天安（集团）股份有限公司 开关柜监控管理装置
WO2015058687A1 (zh) * 2013-10-25 2015-04-30 国家电网公司 高压开关柜热故障检测装置及检测方法
CN205565309U (zh) * 2016-04-07 2016-09-07 徐州中铁电气有限公司 高压开关柜智能监控***
CN208128213U (zh) * 2018-04-04 2018-11-20 湖北三江航天万峰科技发展有限公司 一种开关量信号滤波电路

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
于风卫: "一种保证船舶PLC控制***开关量信息采集可靠性的方法", 《青岛远洋船员学院学报》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113985760A (zh) * 2021-09-30 2022-01-28 秦皇岛远舟工业气体有限公司 应用于监测报警***的基于arm的开关量处理方法
CN113985760B (zh) * 2021-09-30 2024-03-26 秦皇岛远舟工业气体有限公司 应用于监测报警***的基于arm的开关量处理方法

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