背景技術：
：高壓斷路器在線監(jiān)測及故障診斷技術就是實時監(jiān)測高壓斷路器的狀態(tài)參數，根據狀態(tài)參數的變化確定高壓斷路器的故障性質、成都、類別和部位，明確故障征兆，并指明故障的發(fā)展趨勢。傳統(tǒng)故障診斷技術分為比較法和機理分析診斷法兩種，比較法是以統(tǒng)計學為基礎的一種判別高壓斷路器狀態(tài)的方法，機理分析法是建立在高壓斷路器或狀態(tài)參數數學模型基礎上開展的。傳統(tǒng)的故障診斷技術過于依賴歷史數據及需要建立精準的數學模型，故障診斷方式單一、智能化水平差。由于不同廠家、不同應用環(huán)境及不同時間段高壓斷路器特性的差異性，導致故障診斷結果可靠性差、穩(wěn)定性低。

技術實現要素：
：

發(fā)明目的：本發(fā)明提供一種人工神經網絡高壓斷路器在線監(jiān)測故障診斷系統(tǒng)及方法，其目的是解決以往所存在的問題。

技術方案：發(fā)明是通過以下技術方案實現的：

人工神經網絡高壓斷路器在線監(jiān)測故障診斷系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括DSP、電流互感器、電壓互感器、溫度傳感器、振動傳感器、速度傳感器、A/D轉換電路、電壓轉換、光耦隔離、編程接口、復位單元、顯示驅動、顯示單元、報警單元、操作面板、通訊單元、工業(yè)計算機、存儲器、打印機和高壓斷路器，其中電流互感器、電壓互感器、溫度傳感器、振動傳感器、速度傳感器的測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、振動傳感器的信號輸出端口與A/D轉換電路的輸入端口相連接，速度傳感器的信號輸出端口與電壓轉換的信號輸入端口相連接，A/D轉換電路、電壓轉換的輸出端口與光耦隔離的輸入端口相連接，光耦隔離的信號輸出端口與DSP的數字信號輸入端口相連接，編程接口的信號輸入端口與工業(yè)計算機的信號輸出端口相連接，編程接口的信號輸出端口與DSP的編程信號輸入端口相連接，復位單元的信號輸出端口與DSP的復位端口相連接，操作面板的信號輸出端口與DSP的信號輸入端口相連接，報警單元的信號輸入端口與DSP的信號輸出端口相連接，顯示單元的信號輸出端口經過顯示驅動與DSP的信號輸出端口相連接，工業(yè)計算機的通訊端口經過通訊單元與DSP的通訊端口相連接，存儲器、打印機的信號輸入端口與工業(yè)計算機的U口相連接。

顯示單元連接電壓轉換。

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

上V形支撐卡包括上卡臂和上隨動臂，上卡臂和上隨動臂通過扭簧連接形成V形結構；下V形支撐卡包括下卡臂和下隨動臂，下卡臂和下隨動臂通過另一個扭簧連接形成V形結構；兩個扭簧均套在移動滾筒上，移動滾筒的中心設置有滾動軸，滾動軸的兩端伸進限位滑道內并在使用時沿限位滑道移動；

上隨動臂與下隨動臂通過活動軸活動連接，活動軸連接帶有螺紋的拉動桿，拉動桿沿與限位滑道垂直的方向穿過支撐盒并通過螺紋與支撐盒螺紋配合；

在上卡臂的上部設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。

在上卡臂上設置一個橫向限位孔，在橫向限位孔前端設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左右移動，在橫向限位孔的前端設置有能左右移動的頂帽，頂帽的尾端端連接拉緊彈簧的前端，拉緊彈簧的后端伸進橫向限位套內并與橫向限位套的側壁連接，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網絡高壓斷路器在線監(jiān)測故障診斷系統(tǒng)所實施的診斷方法，在人工神經網絡中，神經元處理單元可以表示不同的對象，神經元的數學表達式為：

式中：為權向量；為輸入向量，為的轉置；b用于調節(jié)輸出的偏置；f為激活函數；可見，一個神經元的功能是求得輸入向量與權向量內積后，經一個激活函數得到一個標量結果；單神經元的作用是將一個n維向量空間用一個超平面分割成兩部分，給定一個輸入向量，神經元可判斷出這個向量位于超平面的哪一邊；該超平面方程為：

式中，為權向量；為超平面的向量，b為偏置。

該方法將高壓斷路器故障報警信息進行數字量化作為神經網絡的輸入量；神經網絡的輸出量代表故障診斷類型；首先對神經網絡進行訓練學習，即將特定故障對應的報警信息作為樣本，建立全面的樣本庫，然后用所有的樣本對神經網絡進行訓練，實現將樣本庫的知識以網絡的形式存儲在神經網絡的連接權中，最后通過神經網絡輸入量計算并完成故障診斷；采用人工神經網絡技術高壓斷路器在線監(jiān)測及故障診斷技術過程：

(1)系統(tǒng)上電，進行自檢，操作面板發(fā)送監(jiān)測指令給DSP；

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

(3)工業(yè)計算機對高壓斷路器狀態(tài)電壓、電流、溫度、振動、行程、速度等狀態(tài)信息進行提取；

(4)確定要識別故障的類型；

(5)設計人工神經網絡模型，包括：輸入層結點數、輸出層結點數、隱層節(jié)點數和初始權值設置；

(6)訓練人工神經網絡，主要包括對樣本集的訓練和測試；

(7)根據訓練結果，判別高壓斷路器有無故障及故障類型，并進行預警。

優(yōu)點效果：本發(fā)明提供一種人工神經網絡高壓斷路器在線監(jiān)測故障診斷系統(tǒng)及方法，該人工神經網絡高壓斷路器在線監(jiān)測及故障診斷技術利用DSP的強大數據處理能力、響應速度和神經網絡自適應、自組織、實時學習的特征，實現對高壓斷路器運行參數的實時監(jiān)測和故障診斷，具有操作簡單、響應速度快、穩(wěn)定性好、自我學習能力強、容錯率低等優(yōu)點。專利技術的應用將大大提高高壓斷路器在線監(jiān)測和故障診斷技術的發(fā)展，為智能化電器和智能化電網技術的發(fā)展奠定基礎。

附圖說明

圖1高壓斷路器在線監(jiān)測系統(tǒng)結構簡圖；

圖2神經元示意圖；

圖3為固定架的結構示意圖；

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、振動傳感器；6、速度傳感器；7、A/D轉換電路；8、電壓轉換；9、光耦隔離；10、編程接口；11、復位單元；12、顯示驅動；13、顯示單元；14、報警單元；15、操作面板；16、通訊單元；17、工業(yè)計算機；18、存儲器；19、打印機；20、高壓斷路器；a₁～a_n為輸入向量的各個分量；w₁～w_n為神經元各個突觸的權值；b為用于調節(jié)輸出的偏置；sun是求數組元素的和；f為激活函數；t為神經元輸出。

具體實施方式

如圖1所示，發(fā)明提供一種人工神經網絡高壓斷路器在線監(jiān)測故障診斷系統(tǒng)及方法，高壓斷路器在線監(jiān)測系統(tǒng)結構簡圖如圖1所示，監(jiān)測系統(tǒng)包括DSP1、電流互感器2、電壓互感器3、溫度傳感器4、振動傳感器5、速度傳感器6、A/D轉換電路7、電壓轉換8、光耦隔離9、編程接口10、復位單元11、顯示驅動12、顯示單元13、報警單元14、操作面板15、通訊單元16、工業(yè)計算機17、存儲器18、打印機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、振動傳感器5、速度傳感器6的測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、振動傳感器5的信號輸出端口與A/D轉換電路7的輸入端口相連接，速度傳感器6的信號輸出端口與電壓轉換8的信號輸入端口相連接，A/D轉換電路7、電壓轉換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的信號輸出端口與DSP1的數字信號輸入端口相連接，編程接口10的信號輸入端口與工業(yè)計算機17的信號輸出端口相連接，編程接口10的信號輸出端口與DSP1的編程信號輸入端口相連接，復位單元11的信號輸出端口與DSP1的復位端口相連接，操作面板15的信號輸出端口與DSP1的信號輸入端口相連接，報警單元14的信號輸入端口與DSP1的信號輸出端口相連接，顯示單元13的信號輸出端口經過顯示驅動12與DSP1的信號輸出端口相連接，工業(yè)計算機17的通訊端口經過通訊單元16與DSP1的通訊端口相連接，存儲器18、打印機19的信號輸入端口與工業(yè)計算機17的U口相連接。顯示單元13連接電壓轉換8。

溫度傳感器4通過臨時固定架固定，該固定架包括支撐盒111、上V形支撐卡、下V形支撐卡和調整螺桿888；在支撐盒111的兩端設置有限位滑道666，限位滑道666為沿支撐盒111長度方向設置的條形滑道；

上V形支撐卡包括上卡臂333和上隨動臂333-1，上卡臂333和上隨動臂333-1通過扭簧連接形成V形結構；下V形支撐卡包括下卡臂222和下隨動臂222-1，下卡臂222和下隨動臂222-1通過另一個扭簧444連接形成V形結構；兩個扭簧均套在移動滾筒上，移動滾筒的中心設置有滾動軸555，滾動軸555的兩端伸進限位滑道666內并在使用時沿限位滑道666移動；

上隨動臂333-1與下隨動臂222-1通過活動軸777活動連接，活動軸777連接帶有螺紋999的拉動桿888，拉動桿888沿與限位滑道666垂直的方向穿過支撐盒111并通過螺紋999與支撐盒111螺紋配合；

在上卡臂333的上部設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上設置一個橫向限位孔001，在橫向限位孔001前端設置有與橫向限位孔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內左右移動，在橫向限位孔001的前端設置有能左右移動的頂帽004，頂帽004的尾端端連接拉緊彈簧003的前端，拉緊彈簧003的后端伸進橫向限位套002內并與橫向限位套002的側壁連接，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，將拉動桿888向內旋擰(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，然后反向旋擰動桿888，使得上卡臂333與下卡臂222之間向內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重復旋擰拉動桿888的動作即可。

而在夾緊時，橫向固定壓片000的橫桿穿過橫向限位套002并頂起頂帽004，進而拉伸拉緊彈簧003，這樣一來，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，避免硬性連接帶來的對被夾緊物的損壞及當被固定位置不平時所帶來的夾緊配合不可調整的問題。

人工神經網絡是一種非程序化、適應性、大腦風格的信息處理，其本質是通過網絡的變換和動力學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系統(tǒng)的信息處理功能。在人工神經網絡中，神經元處理單元可以表示不同的對象。附圖2為神經元示意圖，神經元的數學表達式為：

式中：為權向量；為輸入向量，為的轉置；b用于調節(jié)輸出的偏置；f為激活函數?？梢?，一個神經元的功能是求得輸入向量與權向量內積后，經一個激活函數得到一個標量結果。單神經元的作用是將一個n維向量空間用一個超平面分割成兩部分，給定一個輸入向量，神經元可判斷出這個向量位于超平面的哪一邊。該超平面方程為：

式中，為權向量；為超平面的向量，b為偏置。

采用人工神經網絡高壓斷路器故障診斷技術基本原理：將高壓斷路器故障報警信息進行數字量化作為神經網絡的輸入量。神經網絡的輸出量代表故障診斷類型。首先對神經網絡進行訓練學習，即將特定故障對應的報警信息作為樣本，建立全面的樣本庫，然后用所有的樣本對神經網絡進行訓練，實現將樣本庫的知識以網絡的形式存儲在神經網絡的連接權中，最后通過神經網絡輸入量計算并完成故障診斷。采用人工神經網絡技術高壓斷路器在線監(jiān)測及故障診斷技術過程：

(1)系統(tǒng)上電，進行自檢，操作面板發(fā)送監(jiān)測指令給DSP；

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

(3)工業(yè)計算機對高壓斷路器狀態(tài)電壓、電流、溫度、振動、行程、速度等狀態(tài)信息進行提??；

(4)確定要識別故障的類型；

(5)設計人工神經網絡模型，包括：輸入層結點數、輸出層結點數、隱層節(jié)點數和初始權值設置；

(6)訓練人工神經網絡，主要包括對樣本集的訓練和測試；

(7)根據訓練結果，判別高壓斷路器有無故障及故障類型，并進行預警。