[发明专利]一种矿用高压电缆在线故障诊断及预警方法

摘要

一种矿用高压电缆在线故障诊断及预警方法，目的是利用多个传感器采集到的特征信号对矿用高压电缆进行在线故障诊断及预警，以获得准确信息；本发明包括单片机采集发送、FPGA采集发送、工控机通讯、局部放电特征提取、局部放电模式识别、故障诊断及预警、数据库存储和人机界面显示八个步骤；STC89C51单片机采集电缆温度和绝缘电阻后将数据发送至FPGA；FPGA采集局部放电信号，并将全部特征信号发送至工控机；工控机接收到全部特征信号后在虚拟仪器LabVIEW中提取局部放电统计特征量，识别放电模式，预警电缆潜在故障，并将实时数据和预警信息存储在工控机数据库中；井上调度中心计算机通过以太环网对监测数据、预警信息、静态参数、测试数据和检修记录进行显示和查询。

主权项

1.一种矿用高压电缆在线故障诊断及预警方法，其特征是：(1)单片机采集发送；利用STC89C51单片机接收到现场可编程门阵列FPGA的采集电缆温度和绝缘电阻指令后，启动模数转换器AD0809采集10个转换周期的电缆温度和绝缘电阻数据，去除采样数据的最大值和最小值后计算出平均值，将计算得到的电缆温度和绝缘电阻特征量通过串口通信发送给FPGA；(2)FPGA采集发送；FPGA在接收到工控机采集的电缆温度和绝缘电阻指令后，通过RS232向单片机发送采集指令；FPGA接收到单片机通过RS232发送来的电缆温度和绝缘电阻特征量后，经CAN总线通讯发送至工控机；FPGA在接收到工控机采集局部放电指令后，通过对高速模数转换器AD9283进行控制，按10MHz采样率采集一个工频周期局部放电信号，将采集得到的局部放电信号存储到FPGA宏功能Mega function定义的先进先出存储器中，采集结束后将局部放电采集数据通过CAN总线通讯发送至工控机；(3)工控机通讯；工控机定时向FPGA发送采集指令，工控机通过CAN总线接收步骤(2)发送来的电缆温度、绝缘电阻和局部放电特征信号，利用虚拟仪器LabVIEW的数据库连接工具包将全部特征信号存储在SQL Sever数据库的电缆监测实时数据表中；同时工控机利用虚拟仪器LabVIEW的数据通信工具包的TCP协议，通过以太环网与井上调度中心计算机通讯，将监测数据和预警信息发送给井上调度中心；(4)局部放电特征提取；根据步骤(3)接收得到的局部放电特征信息，在虚拟仪器LabVIEW中提取谱图，计算放电量因数Q、相位不对称度Φ、相关系数cc和正(负)半波偏斜度S_K⁺(S_K^-)等统计特征量；(5)局部放电模式识别；在虚拟仪器LabVIEW中编写三层BP神经网络，利用局部放电试验数据训练三层BP神经网络，得到三层BP神经网络的权值和阈值；将步骤(4)提取的局部放电统计特征量作为三层BP神经网络的输入，识别矿用高压电缆绝缘局部损伤、绝缘受潮、绝缘气泡、电缆线芯有毛刺、绝缘水树等局部放电现象；(6)故障诊断及预警；根据步骤(3)采集得到的电缆温度和绝缘电阻特征量及步骤(5)得到的局部放电类型，利用电缆特征量与故障的关系树，在虚拟仪器LabVIEW中编写规则库，预警矿用高压电缆的潜在故障类型；(7)数据库存储；根据步骤(3)和(4)得出的数据，将电缆温度、绝缘电阻和局部放电统计特征量存储在电缆监测实时数据表中，将步骤(5)和(6)输出结果存储在电缆实时预警信息表中；在下一次存储步骤(3)、(4)、(5)和(6)的数据前，将监测实时数据和预警实时信息转存到电缆监测历史数据表中和电缆预警历史信息表中；为保证系统的完整性，给工作人员提供更全面的信息，数据库在存储监测数据和预警信息的同时，存储矿用高压电缆的静态参数、测试数据和检修记录；(8)人机界面显示；井上调度中心计算机通过以太环网读取工控机数据库中存储的数据信息，在虚拟仪器LabVIEW中对电缆监测实时数据和电缆预警实时信息进行显示，同时可以对电缆的静态参数、测试数据、检修记录、监测历史数据和预警历史信息进行查询。