一种接地绝缘检测及诊断系统

技术领域

本发明涉及接地绝缘检测的技术领域，尤其涉及一种接地绝缘检测及诊断系统。

背景技术

变电站接地网对于电力系统以及电网的正常运行具有重要的现实意义，不仅对变电站的电力设备以及电力系统等都具有一定的保护作用，对于变电站的工作人员的生命财产安全也是一种有力的保障。但是从当前我国变电站的接地网的建设来看，现阶段我国多采用的是由镀锌钢制成的接地材料，由于长时间接地，这种材料容易遭受腐蚀或是出现接触不好、线路短路等问题，严重威胁了变电站接地网和整个变电站系统的安全。

变电站站内接地故障分为瞬时、永久性绝缘接地，特别是瞬时性绝缘接地故障，由于故障持续时间短，未达到拉路要求，时间一久，站内会有较多接地信息未能几时统计和归类，不便于统计和管理和分析。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明提供了一种接地绝缘检测及诊断系统，解决了接地故障信息不能及时诊断和处理的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种接地绝缘检测及诊断系统，其包括选线模块，用于变电站站内接地故障信息的采集；故障诊断模块，通过网络模块与所述选线模块连接，所述故障诊断模块用于对所述选线模块的故障进行筛选；远方调度模块，通过所述网络模块与所述故障诊断模块连接，所述远方调度模块用于对所述故障诊断模块筛选的故障进行处理；电源模块，与所述远方调度模块连接，并通过通断模块外接电源；所述通断模块通过继电器输出模块控制电路的通断。

作为本发明所述的接地绝缘检测及诊断系统的一种优选方案，其中：所述故障诊断模块内部设置有解析单元和分类单元；所述解析单元能够对所述接地故障信息进行解析和翻译。

作为本发明所述的接地绝缘检测及诊断系统的一种优选方案，其中：所述故障诊断模块还包括显示单元，所述显示单元包括数码管驱动芯片和数码管，所述数码管通过所述数码管驱动芯片与所述网络模块连接。

作为本发明所述的接地绝缘检测及诊断系统的一种优选方案，其中：所述数码管包括互相并联的第一数码管和第二数码管，所述第一数码管和第二数码管均与所述数码管驱动芯片进行连接。

作为本发明所述的接地绝缘检测及诊断系统的一种优选方案，其中：所述网络模块包括通信单元和收发单元，所述通信单元与所述选线模块连接，并将来自所述选线模块的第一信号通过所述收发单元发送至所述故障诊断模块。

作为本发明所述的接地绝缘检测及诊断系统的一种优选方案，其中：所述通信单元还与所述故障诊断模块连接，并将来自所述故障诊断模块的第二信号通过所述收发单元发送至所述远方调度模块。

作为本发明所述的接地绝缘检测及诊断系统的一种优选方案，其中：所述远方调度模块内部设置有单片机和存储单元；所述单片机用于对所述故障诊断模块筛选的故障进行处理，并用于对接地波形特征进行分析；所述存储单元与所述单片机连接，其用于存储所述接地波形特征的分析结果。

作为本发明所述的接地绝缘检测及诊断系统的一种优选方案，其中：所述通断模块包括，预先设定有功率阈值，并将所述接地故障信息与所述功率阈值进行比较，根据不同的比较结果控制系统电路的通断。

作为本发明所述的接地绝缘检测及诊断系统的一种优选方案，其中：所述电源模块内部设置有交流电源和蓄电池，用于提供系统内器件正常使用所需的电能。

作为本发明所述的接地绝缘检测及诊断系统的一种优选方案，其中：所述通断模块包括控制单元、监测单元、和转化单元；所述控制单元通过所述转化单元与所述监测单元进行连接。

本发明的有益效果：本发明能够及时诊断故障信息并对相应故障进行及时处理。同时，本发明能够对故障信息进行分类和筛选，极大地降低运行人员的工作量，提高了变电站的安全度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明第一个实施例所述选线模块的结构示意图；

图2为本发明第一个实施例所述故障诊断模块的结构示意图；

图3为本发明第一个实施例所述网络模块的结构示意图；

图4为本发明第一个实施例所述远方调度模块的结构示意图；

图5为本发明第一个实施例所述电源模块的结构示意图；

图6为本发明第一个实施例所述接地绝缘检测及诊断系统的整体结构示意图；

图7为本发明第一个实施例所述选线模块与所述故障诊断模块连接的结构示意图；

图8为本发明第一个实施例所述故障诊断模块与所述远方调度模块连接的结构示意图；

图9为本发明第一个实施例所述远方调度模块与所述电源模块连接的结构示意图；

图10为本发明第二个实施例所述通断模块的结构示意图；

图11为本发明第二个实施例所述继电器输出模块的结构示意图；

图12为本发明第二个实施例所述电源模块与所述通断模块连接的结构示意图；

图13为本发明第二个实施例所述通断模块与所述继电器输出模块连接的结构示意图；

图14为本发明第二个实施例所述接地绝缘检测及诊断系统的结构示意图；

图15为本发明第三个实施例所述分类单元202采用的分类方法的流程示意图；

图16为本发明第三个实施例所述分类单元202采用的分类方法的字符卷积神经网络模型结构示意图；

图17为本发明第三个实施例所述分类单元202采用的分类方法的分类测试结果示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

参照图1～图9，为本发明的第一个实施例，该实施例提供了一种接地绝缘检测及诊断系统，其包括选线模块100，故障诊断模块200，网络模块300，远方调度模块400和电源模块500，选线模块100用于变电站站内接地故障信息的采集；故障诊断模块200用于筛选选线模块100的故障；网络模块300用作于选线模块100、故障诊断模块200和远方调度模块400之间的连接介质；远方调度模块400用于对故障诊断模块200筛选的故障进行处理；电源模块500能够提供系统内器件正常使用所需的电能。

具体的，本发明的选线模块100可以为采集器，如AD7524JR SOP数据采集器，其能够采集变电站站内接地故障信息，并通过网络模块300向故障诊断模块200发送第一信号。此处的“第一信号”是指符合用户指令的，且用于传输故障信息的初始指令信号，其来源于服务器，由用户在终端上操作产生，并直接作用于选线模块100上。此处的“终端上操作”可以为按键选取(数字按键指定，回传服务器)等。

故障诊断模块200内部设置有解析单元201、分类单元202和显示单元203，如图2所示；解析单元201能够对接地故障信息进行解析、翻译为程序所能识别的文字段，例如可采用动态数据解析器；接着通过分类单元202将解析出来的接地检测结果、故障时间和故障量大小与故障信息库中的信息进行分类匹配，从而确定故障所对应的设备以及故障类型，分类单元202例如可以采用机器学习算法中的随机森林分类器或神经网络模型，通过PC端输入随机森林算法或神经网络模型程序运行实现；显示单元203用于对分类单元202的分类结果进行显示，以供用户进行监控查看，其包括数码管驱动芯片203a和数码管203b，数码管驱动芯片203a能够在分类单元202的指令作用下使得驱动数码管203b进行发光显示；数码管203b包括互相并联的第一数码管203b-1和第二数码管203b-2，第一数码管203b-1和第二数码管203b-2均与数码管驱动芯片203a进行连接，并通过同一块数码管驱动芯片203a汇集到网络模块300上，如此能够减少并节省远方调度模块400的管脚使用率，简化集成电路板的线路和空间。

参照图3，网络模块300包括通信单元301和收发单元302，其中的通信单元301可以采用GPRS模块或4G模块进行网络通讯，收发单元302为用于直接收发信号的天线，如BRA-01CR；通信单元301与选线模块100连接，并将来自选线模块100的第一信号通过收发单元302发送至故障诊断模块200；通信单元301还与故障诊断模块200连接，并将来自故障诊断模块200的第二信号通过收发单元302发送至远方调度模块400，“第二信号”是指故障诊断模块200根据第一信号的指令而向远方调度模块400发送的对应指令信号，用于命令远方调度模块400处理指定的故障设备。

远方调度模块400为用于具体执行接地故障处理的功能模块，如图4所示，其内部设置有单片机401和存储单元402；单片机401与存储单元402连接，单片机401用于对故障诊断模块200筛选的故障进行处理，并用于对接地波形特征进行分析，例如可以采用STC89C51，其内部设定有程序，包括：定时、对指令进行译码和测试，控制电路通断以及执行各种逻辑运算；存储单元402包括存储体、地址译码器、读写控制电路、地址总线和数据总线，例如可以采用MICRON存储器，当要存储接地波形特征的分析结果时，首先通过读写控制电路送出RAS锁存信号，该信号的下降沿通过地址总线将地址锁存在地址译码器，接着通过地址总线将列地址加到地址译码器的A0-A7上，再送出CAS锁存信号，然后保持WE＝1并加上要写入的数据，通过数据总线存入选中的存储体，实现存储。

电源模块500用于提供系统内器件正常使用所需的电能，其内部设置有交流电源501和蓄电池502，如图5所示，本发明的交流电源501可以是大功率补偿式稳压电源，其电压调整方式为非断线，电压呈线性升降压，输出电压连续可调；且稳压范围宽、精度可调节、效率高、输出波形无附加失真，能适应各种负载。蓄电池502是将化学能直接转化成电能的一种装置，通过可逆的化学反应实现再充电，其充电时利用外部的电能使内部活性物质再生，把电能储存为化学能，需要放电时再次把化学能转换为电能输出，可以是UPS蓄电池，UPS称为不间断电源，在停电的时候，它能快速转换到"逆变"状态，不会让在使用中的电脑因为突然停电未来得及存储而失去重要文件，从而实现系统的安全稳定供电。

具体实施采用上述步骤，可以实时对故障信息进行分类、筛选，极大地降低运行人员的工作量；在对接地信息分析归纳基础上，通过故障诊断模块200筛选出需集控中心及时处理的信息，避免海量接地信息同时上传影响故障处理。远方调度模块400在实际接地故障发生时能够智能地综合分析、评估各类故障信息，明确提出故障处理方案，减轻调度员分析判断故障的难度。

为了验证本实施例的有效性，对采用接地绝缘检测及诊断系统对电网的故障处理效果进行统计，如下表所示：

表1：电网故障诊断结果表。

由表1可见，采用本系统极大地降低运行人员的工作量，提高了变电站的安全度。

实施例2

参照图10～图14，为本发明第二个实施例，该实施例不同于上一个实施例的是：接地绝缘检测及诊断系统还包括通断模块600和继电器输出模块700，通断模块600用于向继电器输出模块700发送通断指令，继电器输出模块700通断系统电路。

在上一个实施例中，接地绝缘检测及诊断系统包括选线模块100，故障诊断模块200，网络模块300，远方调度模块400和电源模块500，选线模块100用于变电站站内接地故障信息的采集；故障诊断模块200用于筛选选线模块100的故障；网络模块300用于搭建选线模块100、故障诊断模块200和远方调度模块400之间的连接介质；远方调度模块400，用于对故障诊断模块200的故障进行处理；电源模块500用于提供系统内器件正常使用所需的电能。

具体的，选线模块100能够向故障诊断模块200发送第一信号。故障诊断模块200能够接收第一信号，对其进行识别，筛选出选线模块100的故障，并向远方调度模块400发送第二信号。远方调度模块400能够接收第二信号，对其进行识别，然后对故障诊断模块200筛选出来的故障进行处理。网络模块300用于实现选线模块100、故障诊断模块200和远方调度模块400之间的无线通讯。电源模块500，与远方调度模块400连接，并通过通断模块600外接电源。

在本实施例中，如图10所示，通断模块600包括控制单元601、监测单元602、和转化单元603，控制单元601通过转化单元603与监测单元602进行连接。

控制单元601为控制对应电路通断的FPGA芯片，如AT94S10AL-25BQU，通过接收主机输入的程序接通系统通电线路的信号。与此同时，监测单元602通过转化单元603开始实时监测线路功率信息，并通过转化单元603与控制单元601建立联系，将线路功率信息实时发送至控制单元601。控制单元601的内部预先设定有功率阈值以及逻辑判断的程序，来自监测单元602的线路功率信息进入控制单元601时，控制单元601通过逻辑判断程序将线路功率信息与功率阈值进行比较，并根据不同的比较结果向主机发送不同的“通断指令信号”，从而控制通断模块600的电路通断，例如：设定功率阈值为1KW，实际中表示当供电线路的功率降至1KW及以下时，系统供电几近或已经完成；当供电线路的功率仍在1KW以上时，系统供电仍未完成。因此，当电路对系统器件进行供电，若监测到的功率小于功率阈值时，控制单元601向主机发送断开的命令，若监测到的功率小于功率阈值时，则保持继续供电状态。监测单元602用于实时监测系统供电线路的功率，获得线路功率信息，并向控制单元601实时反馈，其可以采用互感器，如：ZHT102精密微型电流互感器。本发明中的转化模单元603可以采用功率计量芯片，如：HLW8012。

本发明中的“线路功率信息”是指充电线路的工作功率，可以通过此电路中电压与电流的乘积来确定，其中的电压值为居民电压标准，监测单元602主要监测电流信息，以此实时监测功率信息。

通断模块600还通过继电器输出模块700控制电路的通断。继电器输出模块700采用继电器，其能够在控制单元601的指令下控制系统电路的通断状态。

实施例3

参照图15～图17，为本发明第三个实施例，该实施例基于第一个实施例，提供了一种分类单元202采用的分类方法，包括：

S1：基于深度学习构建字符卷积神经网络模型，并将电网的接地检测结果、故障时间和故障量大小与故障信息库构建卷积网络模型的数据集。

字符卷积神经网络模型由6层卷积层、3层全连接层组成；本实施例使用1-D卷积神经网络，并在三个全连接层之间加入两个dropout层以实现模型正则化，其参数配置如下表所示：

表2：正则化参数设置表。

进一步的，基于数据集构建字母编码层，本实施例使用的字母标如下，共有69个字符，对其使用one-hot编码，外加一个全零向量(用于处理不在该字符表中的字符)，共70个：

abcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789

-；！

优选的，本实施例从字符层面进行文本分类，提取出高层抽象概念，实现了不需要使用预训练好的词向量和语法句法结构等信息；除此之外，字符级还有一个好处就是可以很容易的推广到所有语言。

S2：使用同义词库替换数据集。

为了确定要替换的单词数，从给定的文本中提取所有可替换的单词，然后随机选择“r”个要替换的单词，数字“r”的概率由参数“p”的几何分布确定，其中P[r]～p

给定单词的同义词的索引“s”由参数“q”几何分布确定，其中P[s]-q

进一步的，p取0.5，q取0.5。

S3：利用数据集对卷积网络模型进行训练和测试，直至精度符合要求，输出模型参数。

本实施例构建数据集其包含了7954个电网信息，每个类别选出1800个信息用于训练，1954个信息用于测试。

数据集如下表所示，采用二三项连接起来作为训练数据，设置每天训练数据的字符长度最大为1014，所以最终每个样本数据会被转化为1014*69的矩阵传入神经网络。

表3：字符卷积神经网络模型训练数据表。

部分训练代码如下：

为验证本实施例具有很好的分类效果，向该模型输入电网信息进行测试，训练准确率为97.7％，测试集的准确度为96％，测试结果统计如图17所示，可见采用本方法能准确的对电网信息完成分类。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。