一种开关柜的故障检测与预警系统的制作方法

本发明涉及电力设备监控检测，特别涉及一种开关柜的故障检测与预警系统。

背景技术：

1、开关柜是电力系统变电与配电环节的重要组成部分，承担着电能传输过程中的开关开合与保护任务。如果高压室内开关柜保持长期异常振动运行容易引起部件松动缺陷，导致导电接头接触电阻增大，产生过热与放电故障，进而引发区域性停电事故，造成严重的经济损失和不良的社会影响，因此对开关柜进行故障检测可以保障电网的安全与稳定运行，具有重要的研究意义。

2、现阶段关于开关柜的故障监测与诊断技术主要集中在开关柜局部放电检测、过热检测、现场运行故障分析等方面，故障形成后的红外图像、局放等状态量的检测为主，存在事故滞后性，检测成本较高，难以实现状态监测全覆盖。为了提前发现设备缺陷，提高开关柜状态监测水平，需要研究具有更高及时性的状态检测新技术。

3、通过声纹数据检测开关柜故障能在局部放电和过热现象发生之前实现故障的检测与诊断，可以满足及时性的要求，能有效提高保障电力系统的稳定运行。目前，大部分的开关柜声纹故障检测的设备通常将采集的开关柜声纹信号传输到服务器或云平台进行处理和分析。

4、但是，依赖于外部服务器或云平台进行声纹信号处理和分析，需要保证其稳定性和可靠性，如果服务器或云平台发生故障或网络中断，将导致无法进行开关柜故障检测。

技术实现思路

1、本发明提供一种开关柜的故障检测与预警系统，可以解决现有技术中，开关柜故障检测依赖远程服务器或云平台的问题。

2、本发明提供一种开关柜的故障检测与预警系统，包括至少一个终端，还包括:

3、盒体；

4、所述盒体内底部设有单片机，所述单片机中储存有开关柜故障检测算法的执行代码，所述开关柜故障检测算法包括：

5、基于广义s变换获得开关柜声纹数据对应的特征向量；

6、将特征向量输入到残差神经网络中进行声纹识别；

7、所述单片机与位于所述盒体内壁一侧的录音器、位于所述盒体外顶部的声光报警器、位于单片机旁的4g无线通讯设备电连接；

8、所述录音器用于采集开关柜声纹数据；

9、所述声光报警器用于发出开关柜故障警示；

10、所述单片机用于通过开关柜故障检测算法的执行代码对录音器采集的开关柜声纹数据进行处理，获得故障检测结果；用于根据故障检测结果控制声光报警器的开关；用于将采集的开关柜声纹数据和故障检测结果传送至4g无线通讯单元；

11、所述4g无线通讯设备用于将采集的开关柜声纹数据和故障检测结果发送至所述终端。

12、进一步的，所述盒体远离所述录音器的一侧外壁四个角固定连接有磁铁，所述磁铁用于将所述盒体吸附在开关柜上。

13、进一步的，所述盒体外顶部设有开关，所述单片机旁设有与所述单片机电连接的电池，所述开关与所述电池电连接，打开所述开关后，所述电池通过所述单片机为各个部件供电。

14、进一步的，所述单片机中储存有开关柜故障检测算法的执行代码，包括：

15、使用c语言编写用于开关柜故障检测算法的源代码；

16、将所述源代码编译为二进制可执行代码；

17、将所述二进制可执行代码加载到所述单片机的存储器中。

18、进一步的，所述根据故障检测结果控制声光报警器的开关，包括：

19、当开关柜存在故障时，将单片机与声光报警器连接的输出引脚设置为高电平，触发声光报警器；

20、当开关柜不存在故障时，将单片机与声光报警器连接的输出引脚设置为低电平，不触发声光报警器。

21、进一步的，所述4g无线通讯设备用于将采集的开关柜声纹数据和故障检测结果发送至所述终端，包括：

22、将采集的开关柜声纹数据和故障检测结果进行处理和压缩；

23、建立所述4g无线通讯设备建立与所述终端的网络连接；

24、将处理和压缩后的开关柜声纹数据和故障检测结果通过建立的4g网络连接传输至所述终端。

25、进一步的，所述基于广义s变换获得开关柜声纹数据对应的特征向量，包括：

26、使用mono非线性混合模型对声纹数据进行去噪；

27、使用广义s变换对去噪后的声纹数据进行变换，获得时频矩阵；

28、使用主成分分析提取时频矩阵中的特征向量。

29、进一步的，所述将特征向量输入到残差神经网络中进行声纹识别，包括：

30、构建残差神经网络，所述残差神经网络包括：

31、输入层：用于接收输入的声纹特征向量；

32、残差模块，用于提取特征提取，所述残差模块由若干个残差块串联而成，每个残差块包含主路径和跳跃连接，其中，主路径用于学习输入数据的特征，包括卷积层和激活函数；跳跃连接用于跨层传递信息，将输入的声纹特征向量绕过主路径，直接连接到输出上；

33、池化层，用于降采样和减少特征图的维度；

34、全局平均池化层，用于将最后一个残差模块的输出特征图转换为固定长度的特征向量；

35、全连接层，用于将全局平均池化层的特征向量与最终的输出类别之间建立映射关系；

36、softmax层，用于输出声纹特征向量的类别概率。

37、将开关柜声纹数据对应的特征向量输入到构建的残差神经网络中对进行训练，采用交叉熵损失函数和随机梯度下降法，通过反向传播算法来更新残差神经网络的参数，获得最终的残差神经网络。

38、本发明实施例提供一种开关柜的故障检测与预警系统，与现有技术相比，其有益效果如下：

39、本发明通过一种嵌入式设备实时处理现场开关柜声纹数据，将采集到的声纹数据在嵌入式设备上实时处理，通过调用设计的声纹识别模型来识别开关柜运行状态，以达到开关柜故障检测与预警的目的，在无网络连接、无远程服务器或云平台的环境下，也可以实现对开关柜的故障检测。

40、并且，相对于直接对原始声纹信号进行处理，本发明所设计的声纹识别模型首先基于广义s变换进行特征提取，然后将特征向量输入到残差神经网络中进行声纹识别，可以减少算法的计算复杂度和内存占用，适应嵌入式设备的资源限制。

41、附图说明

42、附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

43、图1是本发明提出的一种开关柜的故障检测与预警系统的外部结构示意图；

44、图2是本发明提出的一种开关柜的故障检测与预警系统的内结构示意图；

45、图3是本发明提出的一种开关柜的故障检测与预警系统的流程图。

技术特征：

1.一种开关柜的故障检测与预警系统，包括至少一个终端，其特征在于，还包括:

2.如权利要求1所述的一种开关柜的故障检测与预警系统，其特征在于，所述盒体(1)远离所述录音器(2)的一侧外壁四个角固定连接有磁铁(8)，所述磁铁(8)用于将所述盒体(1)吸附在开关柜上。

3.如权利要求1所述的一种开关柜的故障检测与预警系统，其特征在于，所述盒体(1)外顶部设有开关(9)，所述单片机(4)旁设有与所述单片机(4)电连接的电池(6)，所述开关(9)与所述电池(6)电连接，打开所述开关(9)后，所述电池(6)通过所述单片机(4)为各个部件供电。

4.如权利要求1所述的一种开关柜的故障检测与预警系统，其特征在于，所述单片机(4)中储存有开关柜故障检测算法的执行代码，包括：

5.如权利要求1所述的一种开关柜的故障检测与预警系统，其特征在于，所述根据故障检测结果控制声光报警器(3)的开关，包括：

6.如权利要求1所述的一种开关柜的故障检测与预警系统，其特征在于，所述4g无线通讯设备(5)用于将采集的开关柜声纹数据和故障检测结果发送至所述终端，包括：

7.如权利要求1所述的一种开关柜的故障检测与预警系统，其特征在于，所述基于广义s变换获得开关柜声纹数据对应的特征向量，包括：

8.如权利要求1所述的一种开关柜的故障检测与预警系统，其特征在于，所述将特征向量输入到残差神经网络中进行声纹识别，包括：

技术总结本发明公开了一种开关柜的故障检测与预警系统，涉及电力设备监控检测技术领域。包括：盒体；盒体内底部设有储存基于广义s变换和残差神经网络的声纹识别模型执行代码的单片机；单片机与录音器、声光报警器、4G无线通讯设备电连接；单片机用于对采集的开关柜声纹数据进行处理获得故障检测结果；用于根据故障检测结果控制声光报警器的开关；用于将开关柜声纹数据和故障检测结果传送至4G无线通讯单元。本发明通过一种嵌入式设备，将采集到的声纹数据在嵌入式设备上现场实时处理，通过调用所设计的声纹识别模型来识别开关柜运行状态，以达到监测与诊断设备故障的目的，在无网络连接、无远程服务器或云平台的环境下，也可以实现对开关柜的故障检测。技术研发人员：王胜,高康,艾君迪,李锦,刘玮,邹耀,李万建,赵娇娇,马雪倩,陈胜泉,刘天宇受保护的技术使用者：国网湖北省电力有限公司超高压公司技术研发日：技术公布日：2024/1/25