[发明专利]一种基于声-振一体化的大型变压器运行状态感知系统

权利要求书

1.一种基于声-振一体化的大型变压器运行状态感知系统，其特征在于：包括感知层、网络层和诊断层，其中，

感知层：实时监测包括变压器铁心、绕组、夹件及外壳的耦合振动信号和声音信号状态参量，有载分接开关档位变换过程中的振动信号和声音信号状态参量，对监测数据进行初步诊断分析；

网络层：负责将监测信号可靠传输到后台；

诊断层：实现被测有载分接开关设备基本信息管理；感知层分析用到的参数配置；接收感知层发送的监测数据；实时分析并显示被测设备监测状态及高级智能分析结果；对具体监测数据进行故障数据分析、原始图谱分析、包络分析、能量谱分析功能；案例库生成及管理功能；标准库生成及管理功能；报告生成功能；接收并管理数据接入节点发送的设备基本信息及被测设备状态；对异常状态进行告警，提示用户；对被测设备状态进行故障档位分布、故障类型分布等统计分析。

2.根据权利要求1所述的基于声-振一体化的大型变压器运行状态感知系统，其特征在于：所述感知层共有二类感知终端，分别采集振动信号和声纹信号，感知终端内集成传感器、数据采集板、无线模块和电池，通过无线方式传输到就地集控单位；

其中，MCU模块作为主控芯片，负责配置传感器和通信单元，采集传感器信息并处理，最后发送给通信单元；传感器单元负责感知并采集环境信息；通信单元负责接收调制MCU发送过来的信号或解调从天线接收到信号；天线负责信号的收发，声振信号由传感器经微功耗晶体放大器至超低功耗电压比较器，当声振信号达到极限值，FET场效应开关被激活。

3.根据权利要求2所述的基于声-振一体化的大型变压器运行状态感知系统，其特征在于：感知终端接收汇聚节点下发的命令后，首先对数据进行CRC16校验确保数据准确无误，其次根据报文中帧命令执行相应的操作，执行完将相应数据信息上传给网关。

4.根据权利要求2所述的基于声-振一体化的大型变压器运行状态感知系统，其特征在于：感知终端还配置有一感知终端软件，感知终端既要完成数据采集，也需通过LoRa网络上传和接收数据及命令，汇聚节点接收到集抄管理中心下发报文或采集节点上传报文数据时，也会对报文数据进行CRC校验确保数据准确无误，同时通过报文中命令，判断是服务器下发的报文还是感知终端上传的报文；如为下发报文，则通过设备号判断是自己还是对感知终端；如为上传报文，且对接收的数据CRC校验正确，则上传数据到服务器。

5.根据权利要求1所述的基于声-振一体化的大型变压器运行状态感知系统，其特征在于：感知层还包括一集控单元，集控单元实时、连续在线监测，采用工控机和多路采集卡。

6.根据权利要求1所述的基于声-振一体化的大型变压器运行状态感知系统，其特征在于：网络层采用LoRa通信方式，提高传感器通信可靠性和系统的智能化水平。

7.根据权利要求1所述的基于声-振一体化的大型变压器运行状态感知系统，其特征在于：诊断层布置于站端服务器，用于实时获取感知层发送的监测数据和初步分析结果。

8.根据权利要求1所述的基于声-振一体化的大型变压器运行状态感知系统，其特征在于：系统采用国密算法，采用2个原始密钥AppKey和NwkKey分别分散出AppSKey和NwkSkey，其分散算法如下：

AppSKey＝SM1_encrypt(AppKey,AppNonce|NetID|DevNonce|pad16)

NwkSKey＝SM1_encrypt(NwkKey,AppNonce|NetID|DevNonce|pad16)

其中：DevNonce是由终端产生的16位随机数，在每次会话建立请求消息中由终端发送给LoRa服务器和应用服务器，服务器会记录最近曾经使用过的DevNonce，如果会话建立请求消息中携带的DevNonce与以前的消息的随机数相同，则认为该消息为重放消息，不予处理；AppNonce为应用服务器产生的16位随机数，在每次会话建立接受消息中由应用服务器发送给终端；NetID为网络编号；pad16为填充位；2个随机数保证了AppSKey和NwkSKey的一次性和随机性，每次会话建立的AppSKey和NwkSKey都会改变，可以有效防止重放攻击并保障了原始密钥的机密性。