【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于gis母线筒内异物检测，具体而言，涉及一种gis母线筒内异物检测系统。
技术介绍
1、目前，架空送配电线路规模日益扩大，牵引母线作为重要设备，其内部常因长期操作、维护活动引入各类金属异物，隐患较大。已有统计显示，异物遗留是gis部件事故隐患的重要来源之一。当异物在运输和操作过程中损坏内部电气结构时，会对系统的安全运行产生严重威胁。gis母线筒内异物的存在会导致严重安全隐患,主要体现在以下几个方面:一是电气事故隐患。母线筒内异物一旦发生移动或接触,极易损坏内部电气结构,引发故障甚至是事故。比如金属异物接触母线或其他带电体,会产生弧击、短路,造成电力系统的跳闸停运。严重时可能酿成火灾爆炸。又例如异物机械撞击和切割绝缘子、导线等结构,会使其失效,降低受电设备的安全防护水平。二是负荷影响。存在异物会改变母线筒内部的电磁场环境。导电异物本身会形成新的电流通路,影响原有的电流分布；磁性异物会产生扰动磁场,影响电磁环境。这些变化最终会增加母线的传输损耗,同时可能激发电磁兼容问题,对负荷设备产生噪声干扰。严重时,异物还可能导致电气参数超出设备额定范围,推高运行温度,影响负荷的正常工作状态。三是检修维护困难。母线筒内异物,尤其是尖锐的金属异物,会对检修过程带来物理伤害。操作人员在进行手动内检、设备拆解和维修时可能受伤。这增加了正常维护的风险成本。此外,异物存在还会增加检修的工作量。需要对异常情况进行标记、清理,部分情况还需要更换损坏的内部设备,延长系统的停机时间。四是设备损耗加速。异物与母线筒内壁或其它部件的长期接触和碰撞,会加剧机
2、然而，针对gis母线等封闭电气设备的内部检测技术研究还处于起步阶段。现有的x射线机、超声波或红外热像技术需要暂停供电才能实施检测，使用周期较长，且成本高昂。常规电磁检测技术对内部微小异物的检测效果较差。总体来说，目前亟需一种能实现gis母线筒内异物的自动定位与分析的在线检测方法，以期实现gis的安全在线监测与预警。
技术实现思路
1、本专利技术是这样实现的：
2、本专利技术提供一种gis母线筒内异物检测系统，其中，包括上位机、振动加速传感器组以及声压传感器，其中，所述振动加速传感器组按照指定规则粘贴设置在待检测的gis母线筒本体上，所述声压传感器设置在gis母线筒本体旁0.3m处；所述振动加速传感器组以及所述声压传感器与所述上位机通信连接，所述上位机内设置有异物检测模块，用于对gis母线筒内的异物影响进行判断；指定规则包括预先根据历史试验中的信号检测的匹配位置；
3、所述振动加速传感器组粘贴的指定规则获取步骤包括：
4、步骤1、将所述振动加速传感器组均匀粘贴设置在待检测的gis母线筒本体上；
5、步骤2、获取振动加速传感器组内每个振动加速传感器采集的振动信号作为测试信号；
6、步骤3、对每个测试信号使用历史实验中gis母线筒内无异物情况下利用振动加速传感器采集的振动信号进行匹配，以匹配度最差的多个测试信号对应的位置，作为所述振动加速传感器组粘贴的指定规则；
7、采用上述步骤获取指定规则，是因为gis母线筒的壳体并非均匀的，比如包括多个节，有螺栓紧固等，会造成不同区域的振动规律存在差别，对于有异物影响情况下，不同区域的振动规律也会体现出来不同，上述步骤有助于获取gis母线筒的对异物造成的振动规律变化明显的区域，用于作为粘贴振动加速传感器组的位置，提高对异物检测的效果；
8、另外的，还可以用下面的步骤获得所述振动加速传感器组粘贴的指定规则：
9、步骤1、将所述振动加速传感器组采用阵列方式均匀粘贴设置在待检测的gis母线筒本体上；
10、步骤2、构建振动加速传感器组的拓扑图，其中每个振动加速传感器作为一个节点，节点的值为节点振动信号与基础振动信号的区别度；节点之间的边的值为两个节点采集的振动信号的相似度；所述基础振动信号为历史实验中gis母线筒内无异物情况下利用振动加速传感器采集的振动信号；
11、步骤3、对拓扑图中每个节点，计算到达所有值大于这一节点值的全部节点的路径长度之和，作为达到长度；
12、步骤4、根据到达长度对所有的节点进行排序；
13、步骤5、选择排序靠前的多个点的位置作为所述振动加速传感器组粘贴的指定规则。
14、通过上述步骤，可以有效地识别出gis母线筒中异物引起的振动规律变化显著的区域，并以此确定振动加速传感器的最优布局位置。这种方法可以增强传感器对异物检测的敏感度，并提高检测的准确性。通过拓扑图的构建和节点间相似度的计算，可以量化分析每个传感器采集的振动信号与基础信号的差异性，以及不同传感器之间信号的相似性。这可以帮助理解不同位置的传感器对异物的响应差异，从而更精确地定位可能存在异物的区域。此外，通过节点的排序和选择，可以优化传感器的数量和位置，避免在不必要的位置浪费资源，同时确保检测系统的高效性。
15、其中，所述异物检测模块用于执行以下步骤：
16、s10、获取所述振动加速传感器组采集得到的多个振动信号，形成振动信号集；获取所述声压传感器采集的声音信号；
17、s20、对所述振动信号以及声音信号进行预处理；
18、s30、利用预处理后的多个振动信号对异物位置进行定位；
19、s40、以与异物位置最接近的振动加速传感器采集到振动信号为第一振动信号，提取所述第一振动信号的特征，得到第一特征信号；
20、s50、对所述预处理后的声音信号进行特征提取，得到第二特征信号；
21、s60、对第一特征信号和第二特征信号进行融合，得到融合特征信号；
22、s70、利用预先训练好的声振异物检测模型对融合特征信号进行分析，得到异物的力学参数，包括三维尺寸和质量；
23、s80、将异物的力学参数发送给运维人员。
24、在上述技术方案的基础上，本专利技术的一种gis母线筒内异物检测系统还可以做如下改进:...
【技术保护点】
1.一种GIS母线筒内异物检测系统，其特征在于，包括上位机、振动加速传感器组以及声压传感器，其中，所述振动加速传感器组按照指定规则粘贴设置在待检测的GIS母线筒本体上，所述指定规则，包括预先根据历史试验中的信号检测的匹配位置；
2.根据权利要求1所述的一种GIS母线筒内异物检测系统，其特征在于，所述获取所述振动加速传感器组采集得到的多个振动信号，形成振动信号集；获取所述声压传感器采集的声音信号的步骤，具体包括：获取所述振动加速传感器组采集的GIS母线筒的振动信号，采样时间不少于10秒；后去所述声压传感器采集的GIS母线筒旁的声音信号，采样频率设置为44.1kHz，位深设为16bit；将振动加速传感器组采集到的多个振动时域信号进行汇总，构成振动信号矩阵；将声压传感器采集到的声音信号构成声音信号序列。
3.根据权利要求2所述的一种GIS母线筒内异物检测系统，其特征在于，所述对所述振动信号以及声音信号进行预处理的步骤，具体包括：对振动信号矩阵进行均方根运算，获取信号的平均能量作为信号强度；对振动信号进行放大处理、滤波；对声音信号序列进行短时快速傅里叶变换，获取声
4.根据权利要求3所述的一种GIS母线筒内异物检测系统，其特征在于，所述利用预处理后的多个振动信号对异物位置进行定位的步骤，具体包括：计算预处理后的多个振动信号的相关系数；根据相关系数确定与第一振动信号相关性最大的三个第二振动信号；构建第一振动信号和三个第二振动信号之间的差分方程；求解差分方程，建立出振动信号在空间上的传播模型；基于传播模型分析信号传播时间差，计算出异物的定位坐标。
5.根据权利要求4所述的一种GIS母线筒内异物检测系统，其特征在于，所述提取所述第一振动信号的特征，得到第一特征信号的步骤，具体包括：对第一振动信号进行小波变换，获取时频图；计算时频图的声学熵值，检测信号中与异物直接相关的分量；构建AR模型，模拟信号的自回归过程；进行AR模型参数分析，获得反映异物特征的参数向量；结合声学熵值对参数向量重新加权，构成第一特征信号。
6.根据权利要求5所述的一种GIS母线筒内异物检测系统，其特征在于，所述对所述预处理后的声音信号进行特征提取，得到第二特征信号的步骤，具体包括：基于声音信号的频谱图，提取梅尔频率倒谱系数和声学差分倒谱系数；计算倒谱的动态特性参数，反映声音信号的时变情况；融合梅尔系数、差分系数和动态参数，利用主成分分析进行降维，构成第二特征信号。
7.根据权利要求6所述的一种GIS母线筒内异物检测系统，其特征在于，所述对第一特征信号和第二特征信号进行融合，得到融合特征信号的步骤，具体包括：对第一特征信号和第二特征信号分别进行归一化处理；构建向量空间模型，将归一化后的两特征信号映射到高维空间；计算特征向量之间的距离度量，根据距离度量进行特征的动态加权融合，生成融合特征信号。
8.根据权利要求7所述的一种GIS母线筒内异物检测系统，其特征在于，所述声振异物检测模型的预训练的步骤，具体包括：构建卷积神经网络，网络由卷积层、池化层和全连接层组成；将历史多次试验得到的融合特征信号及其对应的已知异物的具体力学参数输入网络，通过迭代训练获得特征-参数映射模型。
9.根据权利要求8所述的一种GIS母线筒内异物检测系统，其特征在于，所述将异物的力学参数发送给运维人员的步骤中，还包括对异物的力学参数与常见异物进行匹配的步骤，具体是：构建异物参数数据库，内容包括常见金属工具的三维尺寸范围和质量分布；将预测得到的异物参数与数据库中参数范围进行匹配比较，设定阈值，判断越限的参数为异常；当异物参数异常时，向系统界面发出异物检测警报，并显示异物的三维尺寸、质量、检测时间、检测传感器编号。
10.根据权利要求1-9任一项所述的一种GIS母线筒内异物检测系统，其特征在于，所述振动加速传感器组粘贴的指定规则获取步骤包括：
...【技术特征摘要】
1.一种gis母线筒内异物检测系统，其特征在于，包括上位机、振动加速传感器组以及声压传感器，其中，所述振动加速传感器组按照指定规则粘贴设置在待检测的gis母线筒本体上，所述指定规则，包括预先根据历史试验中的信号检测的匹配位置；
2.根据权利要求1所述的一种gis母线筒内异物检测系统，其特征在于，所述获取所述振动加速传感器组采集得到的多个振动信号，形成振动信号集；获取所述声压传感器采集的声音信号的步骤，具体包括：获取所述振动加速传感器组采集的gis母线筒的振动信号，采样时间不少于10秒；后去所述声压传感器采集的gis母线筒旁的声音信号，采样频率设置为44.1khz，位深设为16bit；将振动加速传感器组采集到的多个振动时域信号进行汇总，构成振动信号矩阵；将声压传感器采集到的声音信号构成声音信号序列。
3.根据权利要求2所述的一种gis母线筒内异物检测系统，其特征在于，所述对所述振动信号以及声音信号进行预处理的步骤，具体包括：对振动信号矩阵进行均方根运算，获取信号的平均能量作为信号强度；对振动信号进行放大处理、滤波；对声音信号序列进行短时快速傅里叶变换，获取声音信号的频谱特征。
4.根据权利要求3所述的一种gis母线筒内异物检测系统，其特征在于，所述利用预处理后的多个振动信号对异物位置进行定位的步骤，具体包括：计算预处理后的多个振动信号的相关系数；根据相关系数确定与第一振动信号相关性最大的三个第二振动信号；构建第一振动信号和三个第二振动信号之间的差分方程；求解差分方程，建立出振动信号在空间上的传播模型；基于传播模型分析信号传播时间差，计算出异物的定位坐标。
5.根据权利要求4所述的一种gis母线筒内异物检测系统，其特征在于，所述提取所述第一振动信号的特征，得到第一特征信号的步骤，具体包括：对第一振动信号进行小波变换，获取时频图；计算时频图的声学熵值，检测信号中与异物直接相关的分量；构建ar模型，模拟信...
【专利技术属性】
技术研发人员：钱勇，严岩，吴杨，夏旭卫，韩利，马吉，宋泽炜，王一波，郝金鹏，方济中，马晓云，潘洁，许心研，霍耀佳，马莉，马锐，
申请(专利权)人：国网宁夏电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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