GIS/GIL设备机械振动状态在线监测及机械故障云诊断系统技术方案

本发明专利技术涉及一种GIS/GIL设备机械振动状态在线监测及机械故障云诊断系统，属于设备监测领域。GIS/GIL设备机械振动状态在线监测及机械故障云诊断系统，该系统包括GIS/GIL设备不同气室及构件的振动分布式感知层、GIS/GIL设备云诊断系统运行信息的网络通信层和GIS/GIL设备云诊断系统应用层。本发明专利技术建立了分布式的振动模态监测网络，开展了全方位的实时振动信号采集。基于振动智能检测终端，对分布式网络开展采集、通信和分析，引入边缘计算技术并基于现场数据开展GIS/GIL设备运行模态监测操作。通过GIS/GIL设备云诊断平台对多变电站交互数据的接入、处理等功能，实现电力设备的智能运维。

【技术实现步骤摘要】
GIS/GIL设备机械振动状态在线监测及机械故障云诊断系统
本专利技术属于设备监测领域，涉及GIS/GIL设备机械振动状态在线监测及机械故障云诊断系统。
技术介绍
气体绝缘开关设备(Gasinsulatedswitchgear，GIS)和气体绝缘输电线路(Gasinsulatedtransmissionline,GIL)具有占地面积小、输送容量大、可靠性高、环境兼容性好等独特优势而得到广泛推广。然而，近年来运行中的GIS/GIL设备由潜伏性机械性缺陷引起的异响振动现象频发，如操作机构卡涩、导电回路接触异常、壳体对接不平衡、零部件疲劳松动或螺栓松动等。长期的GIS/GIL设备的异响振动会导致设备气体泄漏、回路温升提高、盆式绝缘子或绝缘支柱损伤、外壳接地点悬浮等现象的发生，严重时将造成绝缘事故。振动信号分析和监测可以反映GIS/GIL设备内部机构的机械状态特征变化、且易于实现设备的带电监测。因此，开展GIS/GIL设备振动状态的实时监测和缺陷诊断，有利于及早排除安全隐患，保障设备的安全稳定运行。专利技术专利《一种GIS母线振动情况监测装置及监测方法》提供了GIS母线在运行过程中的异常振动的监控终端，可根据振动阈值做出预警操作。专利技术专利《一种GIS异常振动分析及机械故障诊断装置及方法》提供了一种本地数据异常振动分析和故障诊断服务器和远程监控结合的GIS异常振动分析和诊断装置，其系统运算和诊断功能集中于本地，远程监控主要对本地运算结果进行实时显示。专利技术专利《GIS振动缺陷辨识的细节特征量提取及智能分析方法》提供了一种集合GIS设备振动信号采集、特征提取和缺陷诊断为一体的系统和方法，主要针对被试GIS设备整体开展机械缺陷诊断。归纳起来，目前已有的GIS/GIL设备机械振动在线监测装置和诊断系统方面仍存在以下问题：1)在GIS/GIL设备信号采集和方面，传统的振动测量终端多针对单一气室或设备整体开展振动检测或监测，没有考虑设备GIS/GIL设备的不同气室的结构性差异和负荷大小的影响。另一方面，已有的GIS/GIL设备振动检测终端仅针对振动信号进行诊断分析，然而设备振动与电能质量、局部放电、机构操作等因素也存在一定关联，因此有必要针对GIS/GIL设备多类数据开展信息交互和融合的智能诊断。2)在GIS/GIL设备机械缺陷诊断方面，传统GIS/GIL设备振动分析系统多基于在地的检测终端的诊断分析模块，分析功能单一，然而GIS/GIL设备数量多，缺陷类型和工况复杂，在地终端的数据库数据量小，计算能力有限，以致诊断系统难以开展在运GIS/GIL设备的深层次分析。3)在GIS/GIL设备云服务系统方面，传统的物联网平台数据采用云端统一处理、统一管理的集中化处理和管理方式，且GIS/GIL设备运行过程中大部分是有效信息水平比较低的数据，集中化处理会产生处理效率低、数据传输量大、延时性强等问题。针对上述技术和不足，本专利技术提供了一种基于物联网平台的GIS/GIL设备机械状态在线监测及故障智能云诊断系统。与已有的GIS/GIL设备机械状态辨识和诊断技术相比，本专利技术主要由三方面的
技术实现思路
组成：首先在GIS/GIL设备感知层，本系统建立了分布式的振动模态监测网络，对GIS/GIL设备不同间隔和气室的主要功能构件开展了全方位的实时振动信号采集。同时，对GIS/GIL设备局放、超声、电压、电流等多信号进行接入。然后，在网络层，本系统基于振动智能检测终端，对分布式网络开展采集、通信和分析，引入边缘计算技术并基于现场数据开展GIS/GIL设备运行模态监测、在地智能分析、功能远程维护、设备安全管控、数据上载通信等操作。最后，在应用层，通过GIS/GIL设备云诊断平台对多变电站交互数据的接入、处理、维护、诊断、数据挖掘和事故维护等功能，实现电力设备的智能运维。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种GIS/GIL设备机械振动状态在线监测及机械故障云诊断系统。该系统通过分布式振动信号感知、多终端数据融合、边缘智能分析、云端维护诊断等方式实现变电站GIS/GIL设备机械状态的智能运维，具有交互性、全局性和可视性的特点，具有重要的工程实际意义。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：GIS/GIL设备机械振动状态在线监测及机械故障云诊断系统，该系统包括GIS/GIL设备不同气室及构件的振动分布式感知层、GIS/GIL设备云诊断系统运行信息的网络通信层和GIS/GIL设备云诊断系统应用层。可选的，所述GIS/GIL设备不同气室及构件的振动分布式感知层由信号监测网络组成，包括振动分布式模态监测网络和设备其他运行信息感知网络，进而由信号调理终端、数据采集终端、数据分析处理终端和数据通信终端开展进一步的数据接入和分析。可选的，所述振动分布式模态监测网络的监测对象为站内不同GIS/GIL设备间隔的隔离和接地开关、电流电压互感器、断路器、避雷器以及母线气室，监测网络的传感器根据内部导电回路、异响结构的几何分布和功能部件进行布置，在工作面和关键连接结构处进行加密布置；传感器选择压电加速度传感器，并根据机构类型、响应水平、振动形式的不同匹配不同的带宽和灵敏度；设备其他运行信息感知网络对GIS/GIL设备的局放特高频信号、超声信号、运行的电压电流信息、现场噪声水平、红外测温信息、断路器操作状态、泄露或接地电流信息进行接入和分析，实现对GIS/GIL设备绝缘状态、温度水平、负荷水平和电能质量状态进行充分掌握。可选的，所述GIS/GIL设备云诊断系统运行信息的网络通信层包括硬件系统和软件系统；硬件系统用于数据高速采集汇总、数据解析存储、数据交互通信和设备运行状态显示，软件系统基于智能终端硬件资源，利用边缘计算和人工智能技术开展设备运行模态监测、在地智能分析、功能远程维护、设备安全管控和数据上载通信操作；所述硬件系统由机械振动状态智能数据采集、通信和处理终端、站内其他物理信息在线监测终端和云诊断服务单元组成；智能数据采集、通信和处理终端是对振动分布式模态网络数据进行高速采集、在地存储、通信和分析的作用，包括以下单元：信号调理单元：将振动分布式模态监测网络的多路传感器输出的小信号进行放大并定标为适合于模/数转换的模拟信号；高速AD和滤波单元：将信号调理单元的输出信号进行高速的A/D采集，将多路振动模拟信号并行转化为数字信号；同时对信号的环境噪声进行滤波处理；数据通信单元：实现站内设备的局域网通信和与云服务器的远程通信功能；站内设备通过有线、Wi-Fi和ZigBee通信方式与振动智能终端进行局域信息连接和交互，智能终端将数据上载、运维服务和软件更新请求与云服务单元建立即时通信，通信方式包括VPN有限和GPRS无线；信号接入单元：对站内GIS/GIL设备局放、温度、电压/电流在线监测设备提供数据结构API，实现不同类型测量信号的接入和汇总；数据存储单元：实现在线实时监测数据、GIS/GIL设备机械缺陷图谱数据库、软件系统资源、设备资料信息的批量存储和管理功能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.GIS/GIL设备机械振动状态在线监测及机械故障云诊断系统，其特征在于：该系统包括GIS/GIL设备不同气室及构件的振动分布式感知层、GIS/GIL设备云诊断系统运行信息的网络通信层和GIS/GIL设备云诊断系统应用层。/n

【技术特征摘要】
1.GIS/GIL设备机械振动状态在线监测及机械故障云诊断系统，其特征在于：该系统包括GIS/GIL设备不同气室及构件的振动分布式感知层、GIS/GIL设备云诊断系统运行信息的网络通信层和GIS/GIL设备云诊断系统应用层。


2.根据权利要求1所述的GIS/GIL设备机械振动状态在线监测及机械故障云诊断系统，其特征在于：所述GIS/GIL设备不同气室及构件的振动分布式感知层由信号监测网络组成，包括振动分布式模态监测网络和设备其他运行信息感知网络，进而由信号调理终端、数据采集终端、数据分析处理终端和数据通信终端开展进一步的数据接入和分析。


3.根据权利要求2所述的GIS/GIL设备机械振动状态在线监测及机械故障云诊断系统，其特征在于：所述振动分布式模态监测网络的监测对象为站内不同GIS/GIL设备间隔的隔离和接地开关、电流电压互感器、断路器、避雷器以及母线气室，监测网络的传感器根据内部导电回路、异响结构的几何分布和功能部件进行布置，在工作面和关键连接结构处进行加密布置；
传感器选择压电加速度传感器，并根据机构类型、响应水平、振动形式的不同匹配不同的带宽和灵敏度；
设备其他运行信息感知网络对GIS/GIL设备的局放特高频信号、超声信号、运行的电压电流信息、现场噪声水平、红外测温信息、断路器操作状态、泄露或接地电流信息进行接入和分析，实现对GIS/GIL设备绝缘状态、温度水平、负荷水平和电能质量状态进行充分掌握。


4.根据权利要求3所述的GIS/GIL设备机械振动状态在线监测及机械故障云诊断系统，其特征在于：所述GIS/GIL设备云诊断系统运行信息的网络通信层包括硬件系统和软件系统；硬件系统用于数据高速采集汇总、数据解析存储、数据交互通信和设备运行状态显示，软件系统基于智能终端硬件资源，利用边缘计算和人工智能技术开展设备运行模态监测、在地智能分析、功能远程维护、设备安全管控和数据上载通信操作；
所述硬件系统由机械振动状态智能数据采集、通信和处理终端、站内其他物理信息在线监测终端和云诊断服务单元组成；
智能数据采集、通信和处理终端是对振动分布式模态网络数据进行高速采集、在地存储、通信和分析的作用，包括以下单元：
信号调理单元：将振动分布式模态监测网络的多路传感器输出的小信号进行放大并定标为适合于模/数转换的模拟信号；
高速AD和滤波单元：将信号调理单元的输出信号进行高速的A/D采集，将多路振动模拟信号并行转化为数字信号；同时对信号的环境噪声进行滤波处理；
数据通信单元：实现站内设备的局域网通信和与云服务器的远程通信功能；站内设备通过有线、Wi-Fi和ZigBee通信方式与振动智能终端进行局域信息连接和交互，智能终端将数据上载、运维服务和软件更新请求与云服务单元建立即时通信，通信方式包括VPN有限和GPRS无线；
信号接入单元：对站内GIS/GIL设备局放、温度、电压/电流在线监测设备提供数据结构API，实现不同类型测量信号的接入和汇总；
数据存储单元：实现在线实时监测数据、GIS/GIL设备机械缺陷图谱数据库、软件系统资源、设备资料信息的批量存储和管理功能；
数据处理单元：基于SIMD架构配置多核加强型MCU处理器，采用加速器IP升级计算功能；数据处理单元为系统运算、数据筛选和边缘诊断提供高效的数据处理能力；
界面显示单元：界面显示单元实现对系统主控界面、GIS/GIL设备振动频谱、电力设备运行结构模态、设备机械状态评估结果的实时显示；
输入控制单元：实现运维人员的系统操作、请求命令和外部信息的录入功能；
所述软件系统包括数据管理、界面交互、机械状态诊断、软件...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝建，钟尧，王旭鹏，简政，丁屹林，刘丛，戴锡泽，叶文郁，高晨煜，徐晴，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50