一种一二次融合环网箱、状态监测系统及状态监测方法与流程

本技术涉及电力设备，尤其是涉及一种一二次融合环网箱、状态监测系统及状态监测方法。

背景技术：

1、一二次融合环网箱是将一次设备（如负荷开关、断路器、电流互感器等）与二次设备（如保护测控装置、通信模块等）深度集成的配电设备，广泛应用于城市配电网的环网供电系统中。相比传统的分体式环网柜，一二次融合环网箱具有体积小、接线简单、安装便捷等优点。

2、现有技术中，环网箱内的一次开关设备的操作机构（如分合闸弹簧、传动连杆等）在经过数千次分合闸操作后会发生机械疲劳、磨损或锈蚀，导致分合闸动作不可靠，甚至出现拒动或误动故障；同时，箱内的电缆接头在长期运行中可能因接触不良、绝缘老化等原因产生局部放电，最终导致绝缘击穿和短路事故。这些潜在缺陷在故障发生前往往没有明显征兆，难以通过常规的定期巡检发现，只能采用事后检修的方式处理，导致供电可靠性下降和经济损失。

3、因此，如何解决环网箱供电可靠性下降的问题，已经成为本领域亟待解决的难题。

技术实现思路

1、为了解决环网箱供电可靠性下降的问题，本技术提供一种一二次融合环网箱、状态监测系统及状态监测方法。

2、第一方面，本技术提供一种一二次融合环网箱，采用如下的技术方案：

3、一种具有状态监测功能的一二次融合环网箱，包括箱体，所述箱体内安装有一次开关设备和二次融合终端，所述一次开关设备包含用于分合闸动作的机械操作机构以及用于驳接外部进出线线缆的高压电缆终端，其特征在于：所述箱体内物理悬挂或嵌装有处理组件以及传感器群组，所述传感器群组包括振动传感器、超声波传感器、气压传感器及湿度传感器；所述振动传感器附着于所述机械操作机构的外部刚性受力机壳表面；所述超声波传感器通过卡具或磁吸底座夹附在所述高压电缆终端的接地屏蔽层外侧；所述气压传感器与所述湿度传感器均悬空布设于所述箱体的内部；所述处理组件收纳于所述箱体侧面或顶部的二次仪表低压舱内。

4、通过采用上述技术方案，将多源异构传感器科学地分布于一次设备的特定物理位置，在不破坏原有一次设备绝缘性能和机械强度的前提下，对早期隐性机械疲劳和电气微放电特征进行定向捕捉，并将处理组件隔离在低压舱内，利用处理组件处理各传感器的参数，当一次设备在长期运行中出现疲劳、磨损或锈蚀以及电缆接头老化或接触不良时，传感器群组接收到的参数也会产生变化，处理组件对这些参数经过处理后即可向工作人员发送报警信息，提示一次设备存在缺陷，不会等事故出现后才能处理，有效提高了环网箱供电的可靠性

5、优选的，所述振动传感器设置在所述操作机构机壳的结构刚性区，且所述振动传感器的安装中心坐标与所述机械操作机构主传动轴线的物理空间距离被限定在预设距离半径内。

6、通过采用上述技术方案，振动传感器设置在结构刚性区，避开薄壁易变形区域安装，可以剔除机壳自身的谐振频率干扰，锁定主传动轴线周边能够确保分合闸瞬态的弹簧冲击力、凸轮撞击力等高频有效机械波以最小的衰减率直达探头，大幅提升了机械状态监测的信噪比。

7、优选的，所述箱体内设置有半导体制冷片，所述半导体制冷片的冷端朝向所述箱体内部，所述半导体制冷片的热端背向箱内；所述半导体制冷片的冷端设置有冷凝导流翅片；所述半导体制冷片的热端压接有匀热板，所述匀热板上连接有导热管，所述导热管贯穿所述箱体并通过垫片与箱体壁面抱紧，所述高导热管组件延伸至所述箱体外部的末端延展有散热片；所述冷凝导流翅片下方设置有导流管，所述导流管末端连接有单向排液阀，所述单向排液阀的出液端连接有延伸至箱体外的出液管。

8、通过采用上述技术方案，利用半导体制冷片的冷端将箱体内的湿气主动凝结为液态水，并通过单向排液阀以及与单向排液阀连接的出液管排出至箱体外，半导体制冷片的热端则通过导热管将热量导出至箱体外，并通过散热片加快散热，并且导热管上还设置有与箱体抱紧的垫片，在保证箱体封闭的同时，将热量导出箱体，消除了因环境变化导致的箱内凝露现象，切断了高压电缆终端发生沿面放电的外部诱因。

9、优选的，所述箱体的检修门内壁上粘接有检修辅助照明灯带，所述检修辅助照明灯带通过门状态开关控制通断；所述机械操作机构以及所述高压电缆终端表面均贴附有包含唯一设备台账和防伪三维数据标识的识别贴片，所述识别贴片为无源二维码标贴或射频识别贴片。

10、通过采用上述技术方案，开门即亮的灯带为夜间或昏暗环境下的应急抢修提供安全视距；数字身份标签为设备的数字化巡检提供了物联锚点，维保人员通过扫描二维码标贴或射频识别贴片即可将现场物理实体与云端数字孪生状态和历史故障波形相绑定，提升了运维效率。

11、第二方面，本技术提供一种状态监测系统，采用如下的技术方案：

12、一种状态监测系统，包括传感模块群组、信号调理模块和边缘计算模块；所述传感器群组包括振动传感模块、超声波传感模块、气压传感模块和湿度传感模块；所述信号调理模块分别与所述振动传感模块和所述超声波传感模块的信号输出端电连接，用于对捕获的原始模拟电信号执行过滤、初级放大及模数转换调理；所述边缘计算模块分别与所述信号调理模块的输出端、所述气压传感模块的高低电平输出端以及所述湿度传感模块的输出端电耦合，所述边缘计算模块内部固化有状态评估评估算法，用于接收经过调理的数据并运算输出设备健康状态信号与预警控制信号。

13、通过采用上述技术方案，信号调理模块对振动传感模块和超声波传感模块接收到的信号进行预处理，边缘计算模块用于对信号调理模块输出的信号、气压传感模块和湿度传感模块输出的信号进行计算，原始高频微弱信号不再长距离传输，而是在本地由信号调理模块进行硬件级的波形修整和数字化，边缘计算模块就地执行复杂的矩阵运算和图谱分析，有效降低了通信带宽压力，实现了微秒级的断路器拒动预测预警。

14、优选的，所述信号调理模块内部构建有振动信号调理支路和超声波信号调理支路；所述振动信号调理支路包括依次电连接的仪表前置放大电路、宽频带滤波器电路和高速模数转换芯片；所述超声波信号调理支路包括依次串联的带通滤波频段选择电路、包络检波整流电路和电压比较器，且所述电压比较器的基准参考电压引脚与所述边缘计算模块的数模转换输出端闭环电连接，以实现比较阈值的自适应偏置。

15、通过采用上述技术方案，针对不同性质的信号设计了不同的特征提取电路，特别是对于超声波信号，对采集的超声波信号进行带通滤波和包络检波，提取局部放电脉冲，并结合边缘计算模块的比较阈值，能够有效剔除现场复杂的电磁白噪声干扰，精准框定真实局部放电脉冲。

16、优选的，还包括环境驱动执行电路，所述环境驱动执行电路的控制使能端与所述边缘计算模块的脉宽调制脚位电连接，其大功率输出侧引出有用于驱动外部半导体器件和发光器件的直流供电端子对。

17、通过采用上述技术方案，边缘计算模块不仅是数据分析枢纽，更是环境闭环控制核心，通过pwm脉宽调制技术，能够以低损耗方式平滑调节防凝露制冷片的工作功率，实现了微环境的自感知、自决策与自执行，无需额外配置昂贵的外部工业plc。

18、第三方面，本技术还提供一种状态监控方法。

19、一种状态监控方法，包括以下步骤：

20、s1.分别通过传感模块群组采集实时信号，并提取需要的参数；

21、s2.根据提取到的参数进行计算或绘制图谱；

22、s3.将计算得到的结果或绘制的图谱与标准进行比对，判断箱体状态并报警。

23、通过采用上述技术方案，提供了一套从感知、特征剥离到模式识别的完整软件执行逻辑流程，将无序的物理观测转化为标准化的数值阵列和可视化图谱，实现了多维参数的归一化处理。

24、优选的，所述步骤s2中所述振动传感模块需要通过计算得出当前特征参数与基准特征参数之间的马氏距离；所述气压传感模块需要通过计算箱体内外压差以及泄露指数。

25、通过采用上述技术方案，机械振动信号涉及峰宽、能量、频带等多个互为关联的参数，传统欧氏距离无法解决多维变量的协方差问题，引入马氏距离算法能够消除多维度特征间的量纲干扰，显著提高卡涩阻滞识别率。压差泄露指数算法则能在不注水不打压的情况下，通过极微弱的自然呼吸压差提前捕捉柜体密封胶条的老化开裂失效。

26、优选的，所述步骤s2中，所述超声传感模块需要记录每个局部放电脉冲的相位位置和幅值，构建相位分布统计图。

27、通过采用上述技术方案，利用局部放电相位分辨图谱技术，将无序散落的声学局放脉冲与工频交流电的50hz正弦半波建立同步时间映射。不同类型的绝缘缺陷在图谱上展示的内容不同，系统依据该相序图谱不仅能报警告知放电情况的产生，还有诊断出具体是放哪种电，从而有效指导了维修策略。

28、综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：

29、1.通过在箱体内特定位置设置不同的传感器，利用传感器检测箱体内一次设备的参数，在一次设备产生老化或缺陷时及时报警通知，使器件老化成为可测内容，有效提高了环网箱供电可靠性；

30、2.在箱体内设置半导体制冷片，利用半导体制冷片的冷端将箱体内的湿气凝结为液态水并排出，排水采用单向阀避免空气流入箱体内；半导体制冷片的热端通过导热管将热量导出箱体，且导热管外设置有垫片，将导热管与箱体之间的缝隙进行封堵，保证箱体高等级防护。