基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的避雷器在線監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于供電系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，涉及到一種跌落式避雷器，具體涉及一種基于模 糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的避雷器在線監(jiān)測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 跌落式（可投式、可卸式）避雷器是將配電型氧化鋅避雷器改裝后巧妙地安裝在 跌落式熔斷器的跌落式機(jī)構(gòu)上，達(dá)到在不斷電的情況下，可以借助絕緣拉閘操縱桿方便地 對避雷器進(jìn)行檢測、維修與更換，不但保證了線路的暢通，而且大大地減少了電力維護(hù)人員 的工作強(qiáng)度和時間，特別適合于不宜停電的場所如通信、機(jī)場、車站、醫(yī)院、繁華商業(yè)區(qū)等。
[0003] 由于目前采用的氧化鋅避雷器大多不帶間隙，這樣氧化鋅閥片長期承受工頻電 壓，運行期間總有電流流過閥片，另外再加上沖擊電壓及內(nèi)部受潮等因素的作用，會引起避 雷器閥片的老化，阻性泄露電流增加和功耗加劇，導(dǎo)致避雷器閥片溫度升高直至發(fā)生熱奔 潰，從而引發(fā)電網(wǎng)事故。因此，對氧化鋅避雷器的長期在線監(jiān)測是保證其安全運行的重要手 段。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的避雷器在線監(jiān)測 系統(tǒng)，通過傳感器獲取設(shè)備電壓、電流信號，經(jīng)電纜傳送至前置處理箱，在單片機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)換 后，根據(jù)不同設(shè)備類型的特點和要求進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、處理，得到監(jiān)測結(jié)果，進(jìn)而存數(shù)據(jù)，顯示 結(jié)果，做出各種判斷。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的避雷器在線監(jiān)測系統(tǒng)，包括在線 監(jiān)測就地模塊、數(shù)據(jù)采集控制模塊和后臺在線監(jiān)測模塊，在線監(jiān)測就地模塊采集各相避雷 器的泄漏電流和放電次數(shù)，數(shù)據(jù)通過總線方式傳給數(shù)據(jù)采集控制模塊，將數(shù)據(jù)匯總處理后 上傳至后臺在線監(jiān)測模塊，后臺在線監(jiān)測模塊根據(jù)上傳數(shù)據(jù)進(jìn)行避雷器的在線監(jiān)測與故障 診斷；所述在線監(jiān)測就地模塊包括電流取樣單元、電壓取樣單元、溫度采集單元、濕度采集 單元和信號處理單元，電流取樣單元安裝在接地線上進(jìn)行泄流電流采樣，電壓取樣單元經(jīng) 過電壓互感器輸出電阻兩端的電壓，信號處理單元將所有信號量都轉(zhuǎn)化成數(shù)模線性度高的 信號；所述監(jiān)測系統(tǒng)包括如下方法：首先選定系統(tǒng)電壓、溫度和阻性電流為模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 的確定特征因素，相對濕度為不確定輸入因素，對于確定性因素，首先按照線性函數(shù)σ:(?) =對其所有的樣本值進(jìn)行規(guī)范化處理，處理后的結(jié)果構(gòu)成精確分量子空間Xi，直接輸 入組合模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，對于特征因素集中的模糊因素X2，建立描述各因素的模糊子集，以 =e___(Mwa)為模糊特征因素的激活函數(shù)及馮為由輸入層到規(guī)則層的網(wǎng)絡(luò)權(quán)值矩 陣，B矩陣為模糊子集隸屬函數(shù)的參數(shù)。所述在線監(jiān)測就地模塊還包括放電計數(shù)單元，放電 計數(shù)單元通過DSP進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，根據(jù)脈沖原理實現(xiàn)放電次數(shù)計數(shù)。
[0006] 所述后臺在線監(jiān)測模塊包括用戶管理單元、通訊管理單元、故障分析診斷單元、數(shù) 據(jù)管理單元，用戶管理單元用于用戶權(quán)限管理功能，通訊管理單元用于管理通訊類型、通訊 方式、路由信息和通訊指示，故障分析診斷單元用于分析年月度統(tǒng)計報表、設(shè)備趨勢曲線、 綜合診斷結(jié)論，數(shù)據(jù)管理單元包括數(shù)據(jù)庫管理功能、實時歷史數(shù)據(jù)編輯功能、各種數(shù)據(jù)記錄 處理功能、數(shù)據(jù)維護(hù)導(dǎo)入導(dǎo)出功能、以及數(shù)據(jù)模擬仿真測試功能。所述在線監(jiān)測就地模塊、 數(shù)據(jù)采集控制模塊和后臺在線監(jiān)測模塊之間采用CAN總線作為數(shù)據(jù)傳輸方式。所述的監(jiān)測 系統(tǒng)包括兩路CAN總線通信線路，系統(tǒng)在同一個時間節(jié)點上有且僅有其中一路CAN通道工 作，另一路為監(jiān)聽狀態(tài)，若主CAN總線線路發(fā)生故障，從CAN總線則自動切入運行。所述 監(jiān)測系統(tǒng)還包括遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊，遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊與后臺在線監(jiān)測模塊通過3G通信方式進(jìn)行 數(shù)據(jù)傳輸，所述遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊運行于Web服務(wù)器上。所述遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊包括安全訪問控制 單元、實時情況監(jiān)測單元、數(shù)據(jù)查詢單元和故障分析報告單元，安全訪問控制單元是對登錄 系統(tǒng)IP的人員進(jìn)行身份認(rèn)證，實時情況監(jiān)測單元是將通過3G網(wǎng)絡(luò)上傳的避雷器的狀態(tài)參 數(shù)和周圍環(huán)境的參數(shù)，通過后臺程序錄入數(shù)據(jù)庫并顯示在系統(tǒng)的界面上，數(shù)據(jù)查詢單元是 提供給授權(quán)用戶避雷器運行狀態(tài)、環(huán)境數(shù)據(jù)等有關(guān)記錄的查詢，故障分析報告單元是根據(jù) 數(shù)據(jù)庫內(nèi)的避雷器和環(huán)境監(jiān)測的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和往期數(shù)據(jù)預(yù)計可能出現(xiàn)故障時及時向有 關(guān)用戶組報警提示。所述在線監(jiān)測就地模塊還包括電源單元，所述電源單元使用電源芯片 LM1117轉(zhuǎn)換，使用3. 3V和1. 8V兩路電源供電。所述電流取樣單元使用單匝穿芯式結(jié)構(gòu)，外 殼采用鋁合金結(jié)構(gòu)。
[0007] 本發(fā)明有如下積極效果：本發(fā)明系統(tǒng)通過傳感器獲取設(shè)備電壓、電流信號，經(jīng)電纜 傳送至前置處理箱，在單片機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)換后，根據(jù)不同設(shè)備類型的特點和要求進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、 處理，得到監(jiān)測結(jié)果，進(jìn)而存數(shù)據(jù)，顯示結(jié)果，做出各種判斷。
【附圖說明】
[0008]圖1為本發(fā)明【具體實施方式】的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0009]圖2為本發(fā)明【具體實施方式】的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0010] 下面對照附圖，通過對實施例的描述，本發(fā)明的【具體實施方式】如所涉及的各構(gòu)件 的形狀、構(gòu)造、各部分之間的相互位置及連接關(guān)系、各部分的作用及工作原理、制造工藝及 操作使用方法等，作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，以幫助本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思、技術(shù) 方案有更完整、準(zhǔn)確和深入的理解。
[0011] 本發(fā)明的避雷器在線監(jiān)測系統(tǒng)包括避雷器在線監(jiān)測就地模塊、數(shù)據(jù)采集控制模 塊、后臺在線監(jiān)測模塊和遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊，在線監(jiān)測就地模塊采集各相避雷器的泄漏電流和 放電次數(shù)，數(shù)據(jù)通過總線方式傳給數(shù)據(jù)采集控制模塊，將數(shù)據(jù)匯總處理后上傳至后臺在線 監(jiān)測模塊，后臺在線監(jiān)測模塊根據(jù)上傳數(shù)據(jù)進(jìn)行避雷器的在線監(jiān)測與故障診斷。在線監(jiān)測 就地模塊是本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集模塊，它由傳感節(jié)點和傳感網(wǎng)關(guān)組成，具體的，在線監(jiān)測就地 模塊包括電流取樣單元、電壓取樣單元、信號處理單元、放電計數(shù)單元和電源單元。提供兩 路光纖接，用于裝置間通訊、裝置與后臺包括通訊。當(dāng)裝置采用光纖以太網(wǎng)通訊時，使用多 模光纖作為通訊物理媒介。單路光口可以支持個10個TCP連接，以保證多個監(jiān)測后臺或能 夠?qū)ρb置數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測。數(shù)據(jù)采集控制模塊實現(xiàn)對感知數(shù)據(jù)的管理與處理功能，可以對采 集的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、分析、發(fā)掘、處理等，是本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理中心。通過數(shù)據(jù)線或者網(wǎng)絡(luò)傳 送到后臺在線監(jiān)測模塊，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理后，對于設(shè)備已經(jīng)出現(xiàn)、可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行 報警，同時，調(diào)用歷史數(shù)據(jù)和相關(guān)問題的解決方案，為維修、巡檢提供依據(jù)。
[0012] 可將電流取樣單元安裝在接地線上進(jìn)行泄流電流采樣，并采用運算放大器進(jìn)行信 號協(xié)調(diào)，運算發(fā)大器同相輸入端電壓作為參考電壓。電壓取樣單元的被測電壓經(jīng)過50千歐 姆電阻限流，產(chǎn)生微小的電流信號，經(jīng)過電壓互感器可以感應(yīng)出對應(yīng)范圍內(nèi)的電流信號，經(jīng) 過放大器結(jié)合電阻輸出被測電壓。信號處理單元將所有信號量都轉(zhuǎn)化成數(shù)模線性度很好的 信號。放電計數(shù)單元通過DSP進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，根據(jù)脈沖原理實現(xiàn)放電次數(shù)計數(shù)，通常一個典 型的雷電放電包括二次、二次或多次持續(xù)時間較短、脈沖幅值較高的閃電，雷電流不穩(wěn)定， 波長約50us。
[0013] 電流取樣單元具備動補(bǔ)償功能，不受溫度、振動及磁滯回線的影響；使用單匝穿芯 式結(jié)構(gòu)，不影響被鍘設(shè)備的安全性；外殼采用鋁合金結(jié)構(gòu)設(shè)計，能防雨、防潮、防銹、抗電磁 干擾等。
[0014] 本發(fā)明的電源單元使用3. 3V和1. 8V兩路電源供電，輸入輸出和編程使用3. 3V電 源，CPU內(nèi)核使用1. 8V電源，因一般電路都使用5V電源，所以這里使用電源芯片LM1117轉(zhuǎn) 換。
[0015] 后臺在線監(jiān)測模塊包括用戶管理單元、通訊管理單元、故障分析診斷單元、數(shù)據(jù)管 理單元，用戶管理單元用于用戶權(quán)限管理和各種操作功能，通訊管理單元用于管理通訊類 型、通訊方式、路由信息和通訊指示，故障分析診斷單元用于分析年月度統(tǒng)計報表、設(shè)備趨 勢曲線、綜合診斷結(jié)論，數(shù)據(jù)管理單元包括數(shù)據(jù)庫管理功能、實時歷史數(shù)據(jù)編輯功能、各種 數(shù)據(jù)記錄處理功能、數(shù)據(jù)維護(hù)導(dǎo)入導(dǎo)出功能、以及數(shù)據(jù)模擬仿真測試功能。
[0016] 本發(fā)明系統(tǒng)用戶管理單元設(shè)置了多個安全訪問級別，從系統(tǒng)管理員到操作工級別 依次降低，使用樹形結(jié)構(gòu)管理界面，其中系統(tǒng)管理員級別可以設(shè)置其他各級別使用者的訪 問權(quán)限，可以添加、刪除、修改數(shù)據(jù)信息；操作工級別僅可以進(jìn)行部分操作。訪問者可以通過 各的用戶名和密碼進(jìn)入應(yīng)用系統(tǒng)。
[0017] 另外，后臺在線監(jiān)測模塊還包括對感知數(shù)據(jù)的存儲功能，將數(shù)據(jù)文件保存在本地 局域網(wǎng)中，以免由于網(wǎng)絡(luò)故障導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失，既起到備份數(shù)據(jù)的作用，也可以用于設(shè)備狀態(tài) 的本地診斷。
[0018] 具體的，本發(fā)明的在線監(jiān)測就地模塊、數(shù)據(jù)采集控制模塊、后臺在線監(jiān)測模塊之間 采用CAN總線作為數(shù)據(jù)傳輸方式，CAN總線作為一種先進(jìn)的控制總線，具有較強(qiáng)的檢錯和糾 錯能力，但在復(fù)雜工況條件下，難免出現(xiàn)傳輸介質(zhì)損壞、插頭松動以及CAN控制器或收發(fā)器 故障等現(xiàn)象，從而造成系統(tǒng)通信暫時中斷或無法正常工作的局面，為了提高系統(tǒng)通信的可 靠性和穩(wěn)定性，有效的辦法是采用通信冗余機(jī)制，即系統(tǒng)采用2套總線，每套均包含總線電 纜、驅(qū)動器和控制器，在物理層、數(shù)據(jù)鏈路層以及應(yīng)用層實現(xiàn)全系統(tǒng)的冗余，與部分冗余方 法相比，不需采用判斷切換電路，大大降低了系統(tǒng)的故障率。在底層管理節(jié)點正常復(fù)位或上 電工作后，將其中一個CAN總線控制器默認(rèn)為主CAN總線（主CANA);另外一個作為系統(tǒng) 的備用CAN(從CANB)，作為主CAN的冗余。換言之，系統(tǒng)在同一個時間節(jié)點上有且僅有其 中一路CAN通道工作，另一路為監(jiān)聽狀態(tài)或處于故障狀態(tài)（當(dāng)發(fā)生故障時）。系統(tǒng)正常運 行時，主CAN總線（CANA)投入使用。若主CAN總線線路發(fā)生故障，從CAN總線（CANB) 則自動切入運行。若在上電檢測時主CAN總線已經(jīng)發(fā)