一种开关柜运行状态的综合诊断方法、系统及手持巡检仪与流程

1.本发明涉及一种开关柜运行状态的综合诊断方法、系统及手持巡检仪，属于输变配电电力设备巡检、诊断技术领域。


背景技术：

2.手持巡检仪为一种新型输变设备“一种便携式移动巡检仪”，是手持巡检终端通过usb、蓝牙、wifi等方式连接智能手机端，组成手持巡检仪，对电力设备进行检测工作。
3.手持巡检仪可实现红外测试仪、局放测试仪，超声测试仪、温湿度测试仪、陀螺仪、加速计、磁力计、卫星定位模块、移动通讯模块、前后置摄像头、红外温度计、红外扫描仪、气压传感器、信号激光灯、数据存储器等多种仪器的功能，具有可视双视拍照、可视双视录像、强光照明，卫星定位和rfid读卡的功能。
4.手持巡检仪搭配运维巡检app，通过终端内置系统对巡视数据进行智能分析和智能告警，现场巡视检测数据通过巡检专用app与国网pms系统实时共享，通信方式包括蓝牙、4g、wifi等方法。巡检app内置多种电力设备综合诊断算法，现场测量数据自动生成数据分析曲线和图谱，并得出诊断结果，通过rfid标签识别生成诊断报告并上传后台系统。
5.现有技术在手持巡检仪、手持红外热像仪方面如专利cn113903098a中一种供电设备的巡检方法、系统和红外巡检终端，通过巡检终端获取巡检任务信息，根据电力设备类型、分类信息及拍摄位置，操作巡检终端拍摄获取设备铭牌图像，检测位置红外图像。同时通过巡检终端诊断电力设备的温度状态，生成诊断数据并储存。
6.现有技术在声纹识别技术、开关柜机械故障诊断，振动信号监测技术方面如专利cn1139297922a中一种高压开关柜故障诊断方法、装置及储存介质。基于振动传感器、声音传感器采集的声音信号通过卷积神经网络模型做高压开关柜的机械安全隐患诊断。
7.现有技术在开关柜在线监测技术方面如专利cn214706610u中一种开关柜在线监测装置，通过pc端接收电流电压监测单元，振动监测单元，温湿度监测单元，局放监测单元数据，结合不同区域的电力、环境参数做监测分析。
8.现有技术主要存在以下几点不足：
9.巡检工作分析诊断难：目前巡检人员素质的提高不能紧跟配电站房日益复杂的功能结构运维要求，随着城区的建设发展，配电站房的数量越来越多，分布也越来越广，里面的设备也越来越复杂，对巡检人员的数量和技能要求也越来越高，耗费大量的人力物力，甚至有些时候不可能全面巡检，这又留下安全隐患。
10.现有的手持巡检仪如：通过rfid/pda识别的巡检仪、红外热像仪等功能单一，不具备诊断功能。
11.现有的高压开关设备在线监测系统在温度和局部放电方面已有一定的发展，在结合声纹监测方面特别是结合手持巡检仪方面的诊断方法缺失。
12.现有的高压开关设备投运以后除了检修维护、少有机会停电在内部加装传感器。


技术实现要素：

13.本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种开关柜运行状态的综合诊断方法、系统及手持巡检仪，能够提高开关柜运行维护、诊断的效率。为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
14.第一方面，本发明提供了一种开关柜运行状态的综合诊断方法，包括：
15.获取开关柜运行状态下的诊断数据；其中，诊断数据包括温度数据、超声波信号、声纹信号和噪声信号；
16.根据诊断数据进行故障状态识别，确定故障状态对应的等级；
17.根据故障状态的等级进行设备健康度评估，得到设备健康度评估结果。
18.结合第一方面，进一步地，所述获取开关柜运行状态下的诊断数据，包括：
19.所述开关柜运行状态包括：安装和带载运行，
20.对运行状态为安装的开关柜，采用手持巡检仪听觉诊断对开关柜设备断路器的安装过程进行检查调试；
21.对运行状态为带载运行的开关柜，采用手持巡检仪听觉诊断和视觉诊断同时对开关柜进行诊断数据采集。
22.结合第一方面，进一步地，所述听觉诊断包括：超声波监测、振动监测和声纹监测；
23.所述超声波监测用于输出超声波信号，所述超声波信号用于进行放电位置监测和放电类型诊断；
24.所述振动监测用于对开关柜设备断路器的安装过程中机械振动信号进行诊断；
25.所述声纹监测用于输出声纹信号和噪声信号，所述声纹信号用于建立声纹特征数据库，所述噪声信号用于进行噪声识别。
26.结合第一方面，进一步地，所述视觉诊断包括：可见光视像和红外热成像；
27.所述可见光视像用于识别设备铭牌、站房信息和rfid标签；
28.所述红外热成像用于输出温度数据，所述温度数据包括红外热成像显示的温度和非介入算法推算的温度值。
29.结合第一方面，进一步地，所述故障状态的等级，包括：
30.等级ⅰ：设备状态诊断为正常；等级ⅱ：设备状态诊断为关注；
31.等级ⅲ：设备状态诊断为预警；等级ⅳ：设备状态诊断为报警。
32.结合第一方面，进一步地，对等级ⅲ进行故障预警，基于当前巡检记录及设备历史巡检记录，响应于开关柜多次出现故障预警，根据故障类型进行隐患预测。
33.结合第一方面，进一步地，根据诊断数据进行故障状态识别，包括：
34.根据温度数据，进行温度阈值识别，得到“正常”、“过热关注”、“过热预警”、“过热报警”四种情况，对应故障状态的等级分别为等级ⅰ、等级ⅱ、等级ⅲ、等级ⅳ；
35.根据超声波信号和噪声信号，进行状态识别，得到“不存在局放”、“存在轻微放电”、“存在明显放电”三种情况，对应故障状态的等级分别为等级ⅰ、等级ⅱ、等级ⅲ，当噪声信号的测试值大于20db，，对应故障状态的等级为等级ⅳ；
36.根据声纹信号，进行声纹识别，得到“设备运行正常”、“存在局部放电”、“噪声”、“设备运行异常”四种状态，对应故障状态的等级分别为等级ⅰ、等级ⅱ、等级ⅲ、等级ⅳ。
37.结合第一方面，进一步地，所述根据故障状态的等级进行设备健康度评估，包括：
38.若诊断数据对应的故障状态的等级，各项均为等级ⅰ，则设备健康度评估结果为“健康”；
39.若诊断数据对应的故障状态的等级中有两项或以上为等级ⅱ且无等级ⅲ或等级ⅳ，则设备健康度评估结果为“亚健康”；
40.若诊断数据对应的故障状态的等级中存在一项为等级ⅲ或等级ⅳ，则设备健康度评估结果为“故障隐患”；
41.若诊断数据对应的故障状态的等级中有两项或以上为等级ⅲ或等级ⅳ，则设备健康度评估结果为“严重故障隐患”。
42.第二方面，本发明提供了一种开关柜运行状态的综合诊断系统，包括：
43.获取模块：用于获取开关柜运行状态下的诊断数据；其中，诊断数据包括温度数据、超声波信号、声纹信号和噪声信号；
44.识别模块：用于根据诊断数据进行故障状态识别，确定故障状态对应的等级；
45.评估模块：用于根据故障状态的等级进行设备健康度评估，得到设备健康度评估结果。
46.第三方面，本发明提供了一种手持巡检仪，包括第二方面所述的一种开关柜运行状态的综合诊断系统。
47.与现有技术相比，本发明实施例所提供的一种开关柜运行状态的综合诊断方法、系统及手持巡检仪所达到的有益效果包括：
48.本发明获取开关柜运行状态下的诊断数据；其中，诊断数据包括温度数据、超声波信号、声纹信号和噪声信号；根据诊断数据进行故障状态识别，确定故障状态对应的等级；本发明通过手持巡检仪在视觉、听觉相结合的巡检综合诊断方法，可以显著提升电力设备运行维护、诊断的效率。通过温度、振动、超声、噪声多功能监测，提高了巡检的可靠性，同时降低了巡检工作的设备成本和维护成本；
49.本发明根据故障状态的等级进行设备健康度评估，得到设备健康度评估结果；本发明将巡检与综合诊断功能相结合，实时采集更丰富的设备信息同时更有益于适应实际的故障诊断需求，能提高缺陷检出率，切实提升了巡检工作的技术手段以及工作质量。
附图说明
50.图1为本发明实施例1提供的一种开关柜运行状态的综合诊断方法的流程图；
51.图2为本发明实施例1提供的一种开关柜运行状态的综合诊断方法的功能结构图；
52.图3为本发明实施例1提供的一种开关柜运行状态的综合诊断方法中视觉诊断的流程图；
53.图4为本发明实施例1提供的一种开关柜运行状态的综合诊断方法中开关柜的示意图；
54.图5为本发明实施例1提供的一种开关柜运行状态的综合诊断方法中画面捕捉示意图；
55.图6为本发明实施例1提供的一种开关柜运行状态的综合诊断方法中振动监测的流程图；
56.图7为本发明实施例1提供的一种开关柜运行状态的综合诊断方法中振动监测采
集的示意图；
57.图8为本发明实施例1提供的一种开关柜运行状态的综合诊断方法中超声波监测的流程图；
58.图9为本发明实施例1提供的一种开关柜运行状态的综合诊断方法中超声波监测采集的示意图；
59.图10为本发明实施例1提供的一种开关柜运行状态的综合诊断方法中声纹监测的流程图；
60.图11为本发明实施例1提供的一种开关柜运行状态的综合诊断方法中声纹监测采集的示意图。
具体实施方式
61.下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
62.实施例一：
63.一种开关柜运行状态的综合诊断方法，通过各项功能监测所得信息进行开关柜运行状态、故障状态、故障预警、隐患预测、健康度评估的综合诊断分析，得到综合诊断方法结果。如图1所示，具体包括：
64.获取开关柜运行状态下的诊断数据；其中，诊断数据包括温度数据、超声波信号、声纹信号和噪声信号；
65.根据诊断数据进行故障状态识别，确定故障状态对应的等级；
66.根据故障状态的等级进行设备健康度评估，得到设备健康度评估结果。
67.需要说明的是，温度数据、超声波信号、声纹信号和噪声信号那个在手持巡检仪查看。
68.其中，获取开关柜运行状态下的诊断数据，包括：
69.开关柜运行状态包括：安装和带载运行，
70.对运行状态为安装的开关柜，采用手持巡检仪听觉诊断对开关柜设备断路器的安装过程进行检查调试；
71.对运行状态为带载运行的开关柜，采用手持巡检仪听觉诊断和视觉诊断同时对开关柜进行诊断数据采集。
72.视觉诊断包括：可见光视像和红外热成像。如图3所示，视觉诊断的流程为：按要求在画面捕捉区域进行拍摄，通过非介入方法进行温度诊断，手持巡检仪显示温度数据和故障预警。
73.如图2所示，可见光视像用于识别设备铭牌、站房信息和rfid标签，红外热成像用于输出温度数据，所述温度数据包括红外热成像显示的温度和非介入算法推算的温度值。可见光视像与红外热成像可同时展示在手持巡检仪屏幕界面。
74.巡检过程从如图4所示的开关柜的正面位置、顶部位置进行拍摄及画面捕捉。从开关柜设备正面进行拍摄，通过可见光摄像识别设备rfid标签(rfid标签识别可生成设备对应铭牌信息、站房信息、投运日期、带载情况及监测历史)、通过红外热像图从正面监测开关柜设备表面温度。从开关柜设备顶部进行拍摄，主要通过红外摄像头进行画面捕捉，通过图
像识别对测温区域自动锁定最高温度点，执行专利号cn113794857a中的非介入方法做温度诊断，推算开关柜设备的集总热源。
75.其中，画面捕捉需要令拍摄画面覆盖在手持巡检仪屏幕显示区域内如图5所示。
76.如图2所示，听觉诊断包括：超声波监测、振动监测和声纹监测。超声波监测用于输出超声波信号，所述超声波信号用于进行放电位置监测和放电类型诊断。振动监测用于对开关柜设备断路器的安装过程中机械振动信号进行诊断。声纹监测用于输出声纹信号和噪声信号，所述声纹信号用于建立声纹特征数据库，所述噪声信号用于进行噪声识别。
77.如图6所示，振动监测的过程为：按要求布置传感器，传感器采集振动信号；手持巡检仪对振动信号进行分析，响应于振动信号中出现异常信号，对开关柜进行检查，重新布置传感器。
78.具体的，在断路器安装与拆卸过程中运用振动监测。首先避免周围环境噪声，携手持巡检仪，令连接的声音传感器在测量时距离里面高度约为1m，正前方为开关柜手车侧面位置。安装时采集过程，从手车推入至断路器充能合闸，为一个完整的断路器安装过程声纹采集；拆卸时采集过程，从断路器分闸至手车完全退出，为一个完整的断路器拆卸过程声纹采集；采集过程中保持手持巡检仪不移动，如图7所示。采集完成后经过手持巡检仪的振动监测做振动信号分析，安装过程出现异常信号时，分闸推出手车进行设备检查，排除隐患后重新安装。
79.如图8所示，超声波监测的过程为：在检测部位及传感器上涂抹耦合剂，手持巡检仪对超声波信号进行分析，响应于超声波信号中出现异常信号，使用超声波诊断判断放电类型。
80.如图9所示为超声波监测采集的示意图，涂抹耦合剂能够消除传感器与壳体之间的气隙以减少信号衰弱，同时能够减少手持操作带来的轻微机械抖动噪声。在测量过程保持静止状态。
81.响应于超声波信号中出现异常信号，挪动传感器位置寻找信号最大值，检测可能的放电位置，并通过手持巡检仪中的fft积累图和相位检测模式图谱功能检测脉冲判断放电类型。
82.如图10所示，声纹监测的流程为：按要求对检测部位进行声纹信号采集，手持巡检仪对声纹信号进行特征量计算分析，与正常运行状态特征量进行对比，偏差超出阈值范围显示异常。
83.具体的，通过手持巡检仪采集开关柜运行状态的声音信息；使用手持巡检仪从开关柜设备正面两处、以及顶部母排室泄压窗口中间进行声纹信号采集，保持传感器与开关柜设备距离约0.2m，如图11所示。其中，开关柜运行状态为带载工作状态。
84.手持巡检仪对声纹信号进行计算处理，过程为：预处理
→
mfcc分析
→
特征参数计算
→
与声纹数据库特征对比识别。
85.预处理过程使用短时能量法消除所得声音数据的静音片段，即使用matlab工具通过汉宁窗函数做加窗处理，增强有用信号并提高信噪比。
86.预处理过后的声音片段做mfcc分析，即通过对预处理的信号做快速傅里叶变换得到各帧的频谱，平方以后得到语音信号的能量谱。将所得能量谱通过梅尔滤波器计算其对数值可得mfcc系数即特征参数。
87.进行mfcc特征参数提取后的特征量按照工况采集情况以lstm神经网络做学习并储存到声纹数据库。
88.故障状态的等级，包括：
89.等级ⅰ：设备状态诊断为正常；等级ⅱ：设备状态诊断为关注；
90.等级ⅲ：设备状态诊断为预警；等级ⅳ：设备状态诊断为报警。
91.根据诊断数据进行故障状态识别，包括：
92.根据温度数据，进行温度阈值识别，得到“正常”、“过热关注”、“过热预警”、“过热报警”四种情况，如表1所示对应故障状态的等级分别为等级ⅰ、等级ⅱ、等级ⅲ、等级ⅳ。
93.表1温度故障等级
94.红外热成像温度非介入计算温度状态识别等级＜51＜80正常ⅰ5180过热关注ⅱ5789过热预警ⅲ6595过热报警ⅳ95.根据超声波信号和噪声信号，进行状态识别，得到“不存在局放”、“存在轻微放电”、“存在明显放电”三种情况，对应故障状态的等级分别为等级ⅰ、等级ⅱ、等级ⅲ，当噪声信号的测试值大于20db，对应故障状态的等级为等级ⅳ。
96.具体的，无放电声，且测试值在0db以下，表示设备不存在局放，属于等级ⅰ；有放电声，且测试值在0db以下，表示设备存在轻微放电，属于等级ⅱ；有放电声，且测试值在2db～20db，表示设备存在明显放电，属于等级ⅲ；有放电声，且测试值在20db以上，表示设备存在明显放电，属于等级ⅳ。
97.根据声纹信号，进行声纹识别，与开关柜正常运行状态的特征量进行匹配对比，根据相似度做故障预警。100％为满量程，0为最低值；得到“设备运行正常”、“存在局部放电”、“噪声”、“设备运行异常”四种状态，如表2所示对应故障状态的等级分别为等级ⅰ、等级ⅱ、等级ⅲ、等级ⅳ。
98.表2声纹识别故障预警
99.匹配度等级大于或等于90％ⅰ大于70％且小于90％ⅱ大于35％且小于70％ⅲ小于35％ⅳ100.根据故障状态的等级进行设备健康度评估，包括：
101.若诊断数据对应的故障状态的等级，各项均为等级ⅰ，则设备健康度评估结果为“健康”；
102.若诊断数据对应的故障状态的等级中有两项或以上为等级ⅱ且无等级ⅲ或等级ⅳ，则设备健康度评估结果为“亚健康”；
103.若诊断数据对应的故障状态的等级中存在一项为等级ⅲ或等级ⅳ，则设备健康度评估结果为“故障隐患”；
104.若诊断数据对应的故障状态的等级中有两项或以上为等级ⅲ或等级ⅳ，则设备健
康度评估结果为“严重故障隐患”。
105.诊断结果通过rfid技术扫码识别设备标签自动生成诊断报表上传到后台系统中。
106.本实施例通过手持巡检仪在视觉、听觉相结合的综合诊断方法，可以显著提升电力设备运行维护、诊断的效率。通过温度、振动、超声、噪声多功能监测，提高了巡检的可靠性，同时降低了巡检工作的设备成本和维护成本。巡检与综合诊断功能相结合，实时采集更丰富的设备信息同时更有益于适应实际的故障诊断需求，能提高缺陷检出率，切实提升了巡检工作的技术手段以及工作质量。
107.实施例二：
108.本发明实施例提供了一种开关柜运行状态的综合诊断系统，包括：
109.获取模块：用于获取开关柜运行状态下的诊断数据；其中，诊断数据包括温度数据、超声波信号、声纹信号和噪声信号；
110.识别模块：用于根据诊断数据进行故障状态识别，确定故障状态对应的等级；
111.评估模块：用于根据故障状态的等级进行设备健康度评估，得到设备健康度评估结果。
112.实施例三：
113.本发明实施例提供了一种手持巡检仪，包括实施例二所述的一种开关柜运行状态的综合诊断系统。
114.尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，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。