基于无线传输技术的开关柜局部放电故障多源信息融合检测预警系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于无线传输技术的开关柜局部放电故障多源信息融合检测预警系统，属于电气安全技术领域，包括检测终端、供电模块、无线通讯模块和系统后台模块；所述检测终端与系统后台模块通过无线通讯模块连接；所述检测终端包括暂态地电压检测传感器、特高频传感器、超声波传感器；所述系统后台模块包括数据处理模块、中央处理器、储存模块和显示模块。本发明专利技术还提供一种基于无线传输技术的开关柜局部放电故障多源信息融合检测预警方法。本发明专利技术提高了检测结果的可靠性，满足了检测终端与系统后台间的快速通讯需求，采用BP神经算法和多贝叶斯估计法得到更准确的故障检测结果。

【技术实现步骤摘要】
基于无线传输技术的开关柜局部放电故障多源信息融合检测预警系统及方法
本专利技术属于电气安全
，涉及一种基于无线传输技术的开关柜局部放电故障多源信息融合检测预警系统及方法。
技术介绍
近年来，城市配网中由开关柜绝缘特性劣化导致的电力事故数量逐年攀升，导致配网系统供电可靠性差、不稳定等问题。随着逐渐电力设备容量的增大、开关柜数量的增多，提前的定期的检查维修已不能够达到目前快速增长的电力需求，检修方式正在发展为状态检修。带电检测技术作为状态检修中的重要技术组成部分，与传统预防性停电试验相比，采用具有高灵敏度的传感器来采集运行中设备的绝缘劣化、局部放电等信息，信息量的处理和识别采用基于软件支持的计算机网络，真实地反映设备的运行状态，从而实现设备故障或缺陷的综合诊断。在众多非侵入式检测方法中，目前使用最多的是特高频法、暂态地电压检测法及超声波检测法。特高频局部放电检测时，容易受到环境中特高频电磁干扰的影响、外置式传感器对全金属封闭的电力设备无法实施检测等。虽然特高频技术在GIS设备中得到广泛成熟应用，但在以空气绝缘为主的开关柜设备中具有一定局限性，只对尖端对空气和悬浮放电(板对板)敏感，其他类型缺陷要么检测不到异常信号，要么检测到的异常信号没有典型放电特征，不利于缺陷判断。超声波技术对缺陷识别具有明显优势，并且幅值随着缺陷严重程度的增加而增加，但在现场检测条件下，有些设备振动声响较为严重，超声波信号易淹没到背景噪声中；有些设备具有良好的密封性，超声波信号从放电源经开关柜缝隙传出来，会有较大的衰减，这一定程度上导致了缺陷检出率的降低。与单一的局放源检测方法相比，联合检测方法具有检测灵敏度高、精度高等优点。相关技术方案有：CN201910703631.2-开关柜局部放电检测系统及开关柜局部放电检测方法；CN201911364295.X-一种利用机器人进行开关柜局部放电检测的方法；CN201910907648.X-一种高压开关柜局部放电检测电路及其检测方法。现存单一检测技术均存在一定缺陷：暂态地电压法检测法对多数缺陷的检测灵敏度较低；特高频局部放电检测时，容易受到环境中特高频电磁干扰的影响、外置式传感器对全金属封闭的电力设备无法实施检测等；超声波技术对缺陷识别具有明显优势，并且幅值随着缺陷严重程度的增加而增加，但在现场检测条件下，有些设备振动声响较为严重，超声波信号易淹没到背景噪声中，有些设备具有良好的密封性，超声波信号从放电源经开关柜缝隙传出来，会有较大的衰减，这一定程度上导致了缺陷检出率的降低。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于解决单一传感技术诊断稳定性差，误判率高的问题，并避免以往检测过程中操作人员于设备间距离过近导致的安全性不高的弊端，提供一种基于无线传输技术的开关柜局部放电故障多源信息融合检测预警系统及方法。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一方面，本专利技术提供一种基于无线传输技术的开关柜局部放电故障多源信息融合检测预警系统，包括检测终端、供电模块、无线通讯模块和系统后台模块；所述检测终端与系统后台模块通过无线通讯模块连接；所述检测终端包括暂态地电压检测传感器、特高频传感器、超声波传感器；所述系统后台模块包括数据处理模块、中央处理器、储存模块和显示模块。进一步，所述暂态地电压检测传感器用于检测信号的包括地电压幅值信号和地电压脉冲信号，测量的幅值范围在0到80dBmV，频率范围在75MHz到500MHz。进一步，所述特高频传感器中设有阿基米德螺旋天线，满足工作频带400MHz～800MHz，通频带中电压驻波比小于2，通频带内总回波损耗小于-10dB，通频带内接收增益大于-60dB。进一步，所述超声波传感器用于采集超声信号的实时脉冲，检测50Hz和100Hz脉冲信号的相关性。进一步，所述无线通讯模块采用NB-IoT技术通信，上行采用QPSK调制解调，下行采用BPSK或QPSK调制解调。进一步，所述数据处理模块用于对所采集的信号进行小波去噪及滤波，选择Daubechies小波基作为小波包分解的基函数，并对频率满足400MHz～800MHz的数据信号进行滤波。进一步，所述中央处理器用于实现对故障状态及信息的处理判断，其通过BP神经网络实现对局部放电信号的频带能量和时域特征的提取与分类，再采用多贝叶斯估计法实现多检测信息的融合，建立局部放电多信号融合识别模型，判断所开关柜检测处采集的各信号是否超过安全阈值，并做出响应判断及预测。另一方面，本专利技术提供一种基于无线传输技术的开关柜局部放电故障多源信息融合检测预警方法，包括以下步骤：S1：检测终端判断是否接受到使用某种特性传感器的指令；若收到指令，按指令执行相应信号的采集工作；若无特殊指令，则地电压、特高频及超声波局部放电信号的采集模块同时工作，分别在开关柜的不同位置进行检测，并通过无线传输模块将采集的信号实时传输到系统后台的数据处理模块中；S2：数据处理模块对放电信号进行小波去噪及滤波处理；S3：中心处理器通过BP神经网络及多贝叶斯估计法对处理后的信号进行特征采集及建模分析，通过与内部局部放电特征信号信息库及开关柜历史运行数据对比，判断开关柜运行情况、故障位点以及是否有局部放电故障趋势；S4：中心处理器处理后的信号及结果存储于与之相连的存储器中；S5：中心处理器的决策结构通过无线传输模块发送至显示器模块，若接收到局部放电警报信号，将显示出局部放电位置；若未收到局部放电警报信号，将显示出对开关柜未来运行状态的预测结果。进一步，所述BP神经网络分别作为超声波、特高频、地电波检测信号的识别分类器，拓扑结构包含三层，分别为输入层、隐含层和输出层，层与层之间通过神经元的连接权传递信息，同层内的神经元相互独立；对于超声波信号的识别分类，输入层的神经元为4个，分别对应于超声波信号的特征量：周期最大值、有效值、50Hz相关性以及100Hz相关性；对于特高频信号的识别分类，输入层的神经元为3个，分别对应于超声波信号的特征量：周期最大值、有效值以及频率；对于地电波信号的识别分类，输入层的神经元为8个，分别对应于开关柜不同位置处的暂态电压信号，输出层神经元与缺陷类型编码相对应，设置为2个，分别对应正常状态、不正常状态；运行过程为：输入层神经元将输入特征量通过连接圈传递至隐层，输入信息不断被放大、衰减或抑制，在训练中获取最优连接权值，从而建立最优的分类器模型。进一步，所述多贝叶斯估计法包括以下步骤：(1)按照特征向量结构和故障模式分类确定网络的输出和输入节点，输入结点为3个，分别为：特高频信号状态、超声波信号状态以及地电波信号状态，输出结点为5个：正常运行、即将发生局部放电、尖端局部放电、沿面局部放电以及金属颗粒局部放电；(2)初始化模型中的参数，根据经验设定为随机较小数值；(3)选取开关柜信号样本数据集，其中包含较大部分的未标记数据样本和较小部分的标签样本数据，将数据均进行标准化处理，再将标签样本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于无线传输技术的开关柜局部放电故障多源信息融合检测预警系统，其特征在于：包括检测终端、供电模块、无线通讯模块和系统后台模块；所述检测终端与系统后台模块通过无线通讯模块连接；/n所述检测终端包括暂态地电压检测传感器、特高频传感器、超声波传感器；/n所述系统后台模块包括数据处理模块、中央处理器、储存模块和显示模块。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于无线传输技术的开关柜局部放电故障多源信息融合检测预警系统，其特征在于：包括检测终端、供电模块、无线通讯模块和系统后台模块；所述检测终端与系统后台模块通过无线通讯模块连接；
所述检测终端包括暂态地电压检测传感器、特高频传感器、超声波传感器；
所述系统后台模块包括数据处理模块、中央处理器、储存模块和显示模块。


2.根据权利要求1所述的基于无线传输技术的开关柜局部放电故障多源信息融合检测预警系统，其特征在于：所述暂态地电压检测传感器用于检测信号的包括地电压幅值信号和地电压脉冲信号，测量的幅值范围在0到80dBmV，频率范围在75MHz到500MHz。


3.根据权利要求1所述的基于无线传输技术的开关柜局部放电故障多源信息融合检测预警系统，其特征在于：所述特高频传感器中设有阿基米德螺旋天线，满足工作频带400MHz～800MHz，通频带中电压驻波比小于2，通频带内总回波损耗小于-10dB，通频带内接收增益大于-60dB。


4.根据权利要求1所述的基于无线传输技术的开关柜局部放电故障多源信息融合检测预警系统，其特征在于：所述超声波传感器用于采集超声信号的实时脉冲，检测50Hz和100Hz脉冲信号的相关性。


5.根据权利要求1所述的基于无线传输技术的开关柜局部放电故障多源信息融合检测预警系统，其特征在于：所述无线通讯模块采用NB-IoT技术通信，上行采用QPSK调制解调，下行采用BPSK或QPSK调制解调。


6.根据权利要求1所述的基于无线传输技术的开关柜局部放电故障多源信息融合检测预警系统，其特征在于：所述数据处理模块用于对所采集的信号进行小波去噪及滤波，选择Daubechies小波基作为小波包分解的基函数，并对频率满足400MHz～800MHz的数据信号进行滤波。


7.根据权利要求1所述的基于无线传输技术的开关柜局部放电故障多源信息融合检测预警系统，其特征在于：所述中央处理器用于实现对故障状态及信息的处理判断，其通过BP神经网络实现对局部放电信号的频带能量和时域特征的提取与分类，再采用多贝叶斯估计法实现多检测信息的融合，建立局部放电多信号融合识别模型，判断所开关柜检测处采集的各信号是否超过安全阈值，并做出响应判断及预测。


8.一种基于无线传输技术的开关柜局部放电故障多源信息融合检测预警方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：检测终端判断是否接受到使用某种特性传感器的指令；若收到指令，按指令执行相应信号的采集工作；若无特殊指令，则地电压、特高频及超声波局部放电信号的采集模块同时工作，分别在开关柜的不同位置进...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹平，易鹏飞，黄浩川，周渠，张单，简瑜，姚远，廖雪林，王婧璇，
申请(专利权)人：国家电网有限公司，国网重庆市电力公司长寿供电分公司，西南大学，
类型：发明
国别省市：北京;11