背景技術(shù)：
：高壓斷路器在線監(jiān)測(cè)及故障診斷技術(shù)就是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)高壓斷路器的狀態(tài)參數(shù)，根據(jù)狀態(tài)參數(shù)的變化確定高壓斷路器的故障性質(zhì)、成都、類別和部位，明確故障征兆，并指明故障的發(fā)展趨勢(shì)。傳統(tǒng)故障診斷技術(shù)分為比較法和機(jī)理分析診斷法兩種，比較法是以統(tǒng)計(jì)學(xué)為基礎(chǔ)的一種判別高壓斷路器狀態(tài)的方法，機(jī)理分析法是建立在高壓斷路器或狀態(tài)參數(shù)數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上開展的。傳統(tǒng)的故障診斷技術(shù)過(guò)于依賴歷史數(shù)據(jù)及需要建立精準(zhǔn)的數(shù)學(xué)模型，故障診斷方式單一、智能化水平差。由于不同廠家、不同應(yīng)用環(huán)境及不同時(shí)間段高壓斷路器特性的差異性，導(dǎo)致故障診斷結(jié)果可靠性差、穩(wěn)定性低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
：

發(fā)明目的：本發(fā)明提供一種人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)高壓斷路器在線監(jiān)測(cè)故障診斷系統(tǒng)及方法，其目的是解決以往所存在的問(wèn)題。

技術(shù)方案：發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)高壓斷路器在線監(jiān)測(cè)故障診斷系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括DSP、電流互感器、電壓互感器、溫度傳感器、振動(dòng)傳感器、速度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換電路、電壓轉(zhuǎn)換、光耦隔離、編程接口、復(fù)位單元、顯示驅(qū)動(dòng)、顯示單元、報(bào)警單元、操作面板、通訊單元、工業(yè)計(jì)算機(jī)、存儲(chǔ)器、打印機(jī)和高壓斷路器，其中電流互感器、電壓互感器、溫度傳感器、振動(dòng)傳感器、速度傳感器的測(cè)量端口與高壓斷路器相連接，電流互感器、電壓互感器、溫度傳感器、振動(dòng)傳感器的信號(hào)輸出端口與A/D轉(zhuǎn)換電路的輸入端口相連接，速度傳感器的信號(hào)輸出端口與電壓轉(zhuǎn)換的信號(hào)輸入端口相連接，A/D轉(zhuǎn)換電路、電壓轉(zhuǎn)換的輸出端口與光耦隔離的輸入端口相連接，光耦隔離的信號(hào)輸出端口與DSP的數(shù)字信號(hào)輸入端口相連接，編程接口的信號(hào)輸入端口與工業(yè)計(jì)算機(jī)的信號(hào)輸出端口相連接，編程接口的信號(hào)輸出端口與DSP的編程信號(hào)輸入端口相連接，復(fù)位單元的信號(hào)輸出端口與DSP的復(fù)位端口相連接，操作面板的信號(hào)輸出端口與DSP的信號(hào)輸入端口相連接，報(bào)警單元的信號(hào)輸入端口與DSP的信號(hào)輸出端口相連接，顯示單元的信號(hào)輸出端口經(jīng)過(guò)顯示驅(qū)動(dòng)與DSP的信號(hào)輸出端口相連接，工業(yè)計(jì)算機(jī)的通訊端口經(jīng)過(guò)通訊單元與DSP的通訊端口相連接，存儲(chǔ)器、打印機(jī)的信號(hào)輸入端口與工業(yè)計(jì)算機(jī)的U口相連接。

顯示單元連接電壓轉(zhuǎn)換。

溫度傳感器通過(guò)臨時(shí)固定架固定，該固定架包括支撐盒、上V形支撐卡、下V形支撐卡和調(diào)整螺桿；在支撐盒的兩端設(shè)置有限位滑道，限位滑道為沿支撐盒長(zhǎng)度方向設(shè)置的條形滑道；

上V形支撐卡包括上卡臂和上隨動(dòng)臂，上卡臂和上隨動(dòng)臂通過(guò)扭簧連接形成V形結(jié)構(gòu)；下V形支撐卡包括下卡臂和下隨動(dòng)臂，下卡臂和下隨動(dòng)臂通過(guò)另一個(gè)扭簧連接形成V形結(jié)構(gòu)；兩個(gè)扭簧均套在移動(dòng)滾筒上，移動(dòng)滾筒的中心設(shè)置有滾動(dòng)軸，滾動(dòng)軸的兩端伸進(jìn)限位滑道內(nèi)并在使用時(shí)沿限位滑道移動(dòng)；

上隨動(dòng)臂與下隨動(dòng)臂通過(guò)活動(dòng)軸活動(dòng)連接，活動(dòng)軸連接帶有螺紋的拉動(dòng)桿，拉動(dòng)桿沿與限位滑道垂直的方向穿過(guò)支撐盒并通過(guò)螺紋與支撐盒螺紋配合；

在上卡臂的上部設(shè)置有用于在水平方向壓住的顯示單元邊緣的橫向固定壓片。

在上卡臂上設(shè)置一個(gè)橫向限位孔，在橫向限位孔前端設(shè)置有與橫向限位孔同軸且連通的橫向限位套，橫向固定壓片上連接有橫桿，該橫桿穿過(guò)橫向限位孔及橫向限位套并能在橫向限位孔及橫向限位套內(nèi)左右移動(dòng)，在橫向限位孔的前端設(shè)置有能左右移動(dòng)的頂帽，頂帽的尾端端連接拉緊彈簧的前端，拉緊彈簧的后端伸進(jìn)橫向限位套內(nèi)并與橫向限位套的側(cè)壁連接，拉緊彈簧套在橫固定壓片的橫桿的前端。

利用上述的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)高壓斷路器在線監(jiān)測(cè)故障診斷系統(tǒng)所實(shí)施的診斷方法，在人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，神經(jīng)元處理單元可以表示不同的對(duì)象，神經(jīng)元的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

式中：為權(quán)向量；為輸入向量，為的轉(zhuǎn)置；b用于調(diào)節(jié)輸出的偏置；f為激活函數(shù)；可見(jiàn)，一個(gè)神經(jīng)元的功能是求得輸入向量與權(quán)向量?jī)?nèi)積后，經(jīng)一個(gè)激活函數(shù)得到一個(gè)標(biāo)量結(jié)果；單神經(jīng)元的作用是將一個(gè)n維向量空間用一個(gè)超平面分割成兩部分，給定一個(gè)輸入向量，神經(jīng)元可判斷出這個(gè)向量位于超平面的哪一邊；該超平面方程為：

式中，為權(quán)向量；為超平面的向量，b為偏置。

該方法將高壓斷路器故障報(bào)警信息進(jìn)行數(shù)字量化作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入量；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出量代表故障診斷類型；首先對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練學(xué)習(xí)，即將特定故障對(duì)應(yīng)的報(bào)警信息作為樣本，建立全面的樣本庫(kù)，然后用所有的樣本對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)將樣本庫(kù)的知識(shí)以網(wǎng)絡(luò)的形式存儲(chǔ)在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的連接權(quán)中，最后通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入量計(jì)算并完成故障診斷；采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高壓斷路器在線監(jiān)測(cè)及故障診斷技術(shù)過(guò)程：

(1)系統(tǒng)上電，進(jìn)行自檢，操作面板發(fā)送監(jiān)測(cè)指令給DSP；

(2)DSP接收監(jiān)測(cè)指令，采集高壓斷路器電壓、電流、溫度、振動(dòng)、行程、速度等狀態(tài)信息，并進(jìn)行信號(hào)處理；

(3)工業(yè)計(jì)算機(jī)對(duì)高壓斷路器狀態(tài)電壓、電流、溫度、振動(dòng)、行程、速度等狀態(tài)信息進(jìn)行提??；

(4)確定要識(shí)別故障的類型；

(5)設(shè)計(jì)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，包括：輸入層結(jié)點(diǎn)數(shù)、輸出層結(jié)點(diǎn)數(shù)、隱層節(jié)點(diǎn)數(shù)和初始權(quán)值設(shè)置；

(6)訓(xùn)練人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，主要包括對(duì)樣本集的訓(xùn)練和測(cè)試；

(7)根據(jù)訓(xùn)練結(jié)果，判別高壓斷路器有無(wú)故障及故障類型，并進(jìn)行預(yù)警。

優(yōu)點(diǎn)效果：本發(fā)明提供一種人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)高壓斷路器在線監(jiān)測(cè)故障診斷系統(tǒng)及方法，該人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)高壓斷路器在線監(jiān)測(cè)及故障診斷技術(shù)利用DSP的強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力、響應(yīng)速度和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)、自組織、實(shí)時(shí)學(xué)習(xí)的特征，實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓斷路器運(yùn)行參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和故障診斷，具有操作簡(jiǎn)單、響應(yīng)速度快、穩(wěn)定性好、自我學(xué)習(xí)能力強(qiáng)、容錯(cuò)率低等優(yōu)點(diǎn)。專利技術(shù)的應(yīng)用將大大提高高壓斷路器在線監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)的發(fā)展，為智能化電器和智能化電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

附圖說(shuō)明

圖1高壓斷路器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖；

圖2神經(jīng)元示意圖；

圖3為固定架的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為圖3的A部放大圖。

1、DSP；2、電流互感器；3、電壓互感器；4、溫度傳感器；5、振動(dòng)傳感器；6、速度傳感器；7、A/D轉(zhuǎn)換電路；8、電壓轉(zhuǎn)換；9、光耦隔離；10、編程接口；11、復(fù)位單元；12、顯示驅(qū)動(dòng)；13、顯示單元；14、報(bào)警單元；15、操作面板；16、通訊單元；17、工業(yè)計(jì)算機(jī)；18、存儲(chǔ)器；19、打印機(jī)；20、高壓斷路器；a₁～a_n為輸入向量的各個(gè)分量；w₁～w_n為神經(jīng)元各個(gè)突觸的權(quán)值；b為用于調(diào)節(jié)輸出的偏置；sun是求數(shù)組元素的和；f為激活函數(shù)；t為神經(jīng)元輸出。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，發(fā)明提供一種人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)高壓斷路器在線監(jiān)測(cè)故障診斷系統(tǒng)及方法，高壓斷路器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括DSP1、電流互感器2、電壓互感器3、溫度傳感器4、振動(dòng)傳感器5、速度傳感器6、A/D轉(zhuǎn)換電路7、電壓轉(zhuǎn)換8、光耦隔離9、編程接口10、復(fù)位單元11、顯示驅(qū)動(dòng)12、顯示單元13、報(bào)警單元14、操作面板15、通訊單元16、工業(yè)計(jì)算機(jī)17、存儲(chǔ)器18、打印機(jī)19、高壓斷路器20，其中電流互感器2、電壓互感器3、溫度傳感器4、振動(dòng)傳感器5、速度傳感器6的測(cè)量端口與高壓斷路器20相連接，電流互感器2、電壓互感器3、溫度傳感器4、振動(dòng)傳感器5的信號(hào)輸出端口與A/D轉(zhuǎn)換電路7的輸入端口相連接，速度傳感器6的信號(hào)輸出端口與電壓轉(zhuǎn)換8的信號(hào)輸入端口相連接，A/D轉(zhuǎn)換電路7、電壓轉(zhuǎn)換8的輸出端口與光耦隔離9的輸入端口相連接，光耦隔離9的信號(hào)輸出端口與DSP1的數(shù)字信號(hào)輸入端口相連接，編程接口10的信號(hào)輸入端口與工業(yè)計(jì)算機(jī)17的信號(hào)輸出端口相連接，編程接口10的信號(hào)輸出端口與DSP1的編程信號(hào)輸入端口相連接，復(fù)位單元11的信號(hào)輸出端口與DSP1的復(fù)位端口相連接，操作面板15的信號(hào)輸出端口與DSP1的信號(hào)輸入端口相連接，報(bào)警單元14的信號(hào)輸入端口與DSP1的信號(hào)輸出端口相連接，顯示單元13的信號(hào)輸出端口經(jīng)過(guò)顯示驅(qū)動(dòng)12與DSP1的信號(hào)輸出端口相連接，工業(yè)計(jì)算機(jī)17的通訊端口經(jīng)過(guò)通訊單元16與DSP1的通訊端口相連接，存儲(chǔ)器18、打印機(jī)19的信號(hào)輸入端口與工業(yè)計(jì)算機(jī)17的U口相連接。顯示單元13連接電壓轉(zhuǎn)換8。

溫度傳感器4通過(guò)臨時(shí)固定架固定，該固定架包括支撐盒111、上V形支撐卡、下V形支撐卡和調(diào)整螺桿888；在支撐盒111的兩端設(shè)置有限位滑道666，限位滑道666為沿支撐盒111長(zhǎng)度方向設(shè)置的條形滑道；

上V形支撐卡包括上卡臂333和上隨動(dòng)臂333-1，上卡臂333和上隨動(dòng)臂333-1通過(guò)扭簧連接形成V形結(jié)構(gòu)；下V形支撐卡包括下卡臂222和下隨動(dòng)臂222-1，下卡臂222和下隨動(dòng)臂222-1通過(guò)另一個(gè)扭簧444連接形成V形結(jié)構(gòu)；兩個(gè)扭簧均套在移動(dòng)滾筒上，移動(dòng)滾筒的中心設(shè)置有滾動(dòng)軸555，滾動(dòng)軸555的兩端伸進(jìn)限位滑道666內(nèi)并在使用時(shí)沿限位滑道666移動(dòng)；

上隨動(dòng)臂333-1與下隨動(dòng)臂222-1通過(guò)活動(dòng)軸777活動(dòng)連接，活動(dòng)軸777連接帶有螺紋999的拉動(dòng)桿888，拉動(dòng)桿888沿與限位滑道666垂直的方向穿過(guò)支撐盒111并通過(guò)螺紋999與支撐盒111螺紋配合；

在上卡臂333的上部設(shè)置有用于在水平方向壓住的顯示單元邊緣的橫向固定壓片000。

在上卡臂333上設(shè)置一個(gè)橫向限位孔001，在橫向限位孔001前端設(shè)置有與橫向限位孔001同軸且連通的橫向限位套002，橫向固定壓片000上連接有橫桿，該橫桿穿過(guò)橫向限位孔001及橫向限位套002并能在橫向限位孔001及橫向限位套002內(nèi)左右移動(dòng)，在橫向限位孔001的前端設(shè)置有能左右移動(dòng)的頂帽004，頂帽004的尾端端連接拉緊彈簧003的前端，拉緊彈簧003的后端伸進(jìn)橫向限位套002內(nèi)并與橫向限位套002的側(cè)壁連接，拉緊彈簧003套在橫固定壓片000的橫桿的前端。

固定架使用時(shí)，將拉動(dòng)桿888向內(nèi)旋擰(也就是圖中的右上方向)，使得上卡臂333與下卡臂222之間向外張開，然后將上卡臂333與下卡臂222分別置于被固定位置的上表面和下表面，將待固定物置于垂直固定壓片000底部，然后反向旋擰動(dòng)桿888，使得上卡臂333與下卡臂222之間向內(nèi)收攏并逐漸夾緊被固定物，使得待固定的裝置與被固定的位置緊密接觸完成操作，卸下或更換傳感器時(shí)重復(fù)旋擰拉動(dòng)桿888的動(dòng)作即可。

而在夾緊時(shí)，橫向固定壓片000的橫桿穿過(guò)橫向限位套002并頂起頂帽004，進(jìn)而拉伸拉緊彈簧003，這樣一來(lái)，被夾緊物就始終保持一種彈性的壓緊，使得壓緊更加的穩(wěn)固，使得被夾緊物與被固定位置之間的接觸為柔性連接，避免硬性連接帶來(lái)的對(duì)被夾緊物的損壞及當(dāng)被固定位置不平時(shí)所帶來(lái)的夾緊配合不可調(diào)整的問(wèn)題。

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種非程序化、適應(yīng)性、大腦風(fēng)格的信息處理，其本質(zhì)是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的變換和動(dòng)力學(xué)行為得到一種并行分布式的信息處理功能，并在不同層次和程度上模擬人腦神經(jīng)系統(tǒng)的信息處理功能。在人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，神經(jīng)元處理單元可以表示不同的對(duì)象。附圖2為神經(jīng)元示意圖，神經(jīng)元的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

式中：為權(quán)向量；為輸入向量，為的轉(zhuǎn)置；b用于調(diào)節(jié)輸出的偏置；f為激活函數(shù)。可見(jiàn)，一個(gè)神經(jīng)元的功能是求得輸入向量與權(quán)向量?jī)?nèi)積后，經(jīng)一個(gè)激活函數(shù)得到一個(gè)標(biāo)量結(jié)果。單神經(jīng)元的作用是將一個(gè)n維向量空間用一個(gè)超平面分割成兩部分，給定一個(gè)輸入向量，神經(jīng)元可判斷出這個(gè)向量位于超平面的哪一邊。該超平面方程為：

式中，為權(quán)向量；為超平面的向量，b為偏置。

采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)高壓斷路器故障診斷技術(shù)基本原理：將高壓斷路器故障報(bào)警信息進(jìn)行數(shù)字量化作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入量。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出量代表故障診斷類型。首先對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練學(xué)習(xí)，即將特定故障對(duì)應(yīng)的報(bào)警信息作為樣本，建立全面的樣本庫(kù)，然后用所有的樣本對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)將樣本庫(kù)的知識(shí)以網(wǎng)絡(luò)的形式存儲(chǔ)在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的連接權(quán)中，最后通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入量計(jì)算并完成故障診斷。采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高壓斷路器在線監(jiān)測(cè)及故障診斷技術(shù)過(guò)程：

(1)系統(tǒng)上電，進(jìn)行自檢，操作面板發(fā)送監(jiān)測(cè)指令給DSP；

(2)DSP接收監(jiān)測(cè)指令，采集高壓斷路器電壓、電流、溫度、振動(dòng)、行程、速度等狀態(tài)信息，并進(jìn)行信號(hào)處理；

(3)工業(yè)計(jì)算機(jī)對(duì)高壓斷路器狀態(tài)電壓、電流、溫度、振動(dòng)、行程、速度等狀態(tài)信息進(jìn)行提??；

(4)確定要識(shí)別故障的類型；

(5)設(shè)計(jì)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，包括：輸入層結(jié)點(diǎn)數(shù)、輸出層結(jié)點(diǎn)數(shù)、隱層節(jié)點(diǎn)數(shù)和初始權(quán)值設(shè)置；

(6)訓(xùn)練人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，主要包括對(duì)樣本集的訓(xùn)練和測(cè)試；

(7)根據(jù)訓(xùn)練結(jié)果，判別高壓斷路器有無(wú)故障及故障類型，并進(jìn)行預(yù)警。