CN108287288B - 一种开关柜热缺陷监测系统及分析方法及综合测控装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种开关柜热缺陷监测系统及分析方法及综合测控装置，所述系统包括：信息检测模块、通讯模块、数据处理模块；其中，信息检测模块包括多个低压侧的数据采集单元，所述数据采集单元分别安装在同一母线所连接的各开关柜中；数据采集单元包括：至少4个空气温度检测回路和至少1个电流检测回路，第一路空气温度检测回路用于检测开关柜外部的环境温度，第二至第四路空气温度检测回路用于检测相应开关柜各隔室的空气温度，电流检测回路用于检测开关柜的负荷电流，检测数据通过通讯模块传输给数据处理模块，数据处理模块基于通讯模块传输的数据判断开关柜是否存在热缺陷，该系统还可用于对开关柜多种缺陷的监测。

Description

一种开关柜热缺陷监测系统及分析方法及综合测控装置

技术领域

本发明涉及开关柜在线监测领域，特别是涉及因接触不良等可能导致开关柜过热引发事故的热缺陷的发现、监测。

背景技术

高压开关柜是供电系统的常用设备，其结构通常包括：母线室、断路器室、电缆室和二次室及其内部元件等几部分构成。由于制造质量和设备老化等原因，在运行过程中开关柜内部会出现各种各样的缺陷和故障，如过热、绝缘老化、放电、闪络、机械卡涩、动作失灵等各种缺陷，而这些缺陷常常最终会发展成严重的开关柜事故。在开关柜的各种缺陷中，由于接触不良这一热缺陷所造成的过热是电力现场最为头疼的问题。而目前关于热缺陷监测技术却非常少而且还不成熟。开关柜热缺陷检测和开关柜在线测温，二者之间虽然有联系但不是一回事。在线测温通过监测当时的温度以判断开关柜是否出现热了过热；而热缺陷监测虽然也要对温度进行检测，但目的是要确定开关柜是否存在接触不良的缺陷，是对开关柜是否可能会出现过热的预判。许多时候虽然当时的温度不高，但是仍然可能存在接触不良的缺陷。

因接触不良产生过热是导致高压开关柜事故的主要原因，为了及时发现开关柜是否出现过热，长期以来，人们研究了各种各样的检测方法，比如红外测温、光纤测温等，但是这些方法基本上都是属于在线测温的范畴。公开号为CN102243285A的文件公开了“一种基于温度和电流分析的故障检测装置及方法”，该发明一定程度上解决了接头温度与电流相结合来判断母线搭接故障的热缺陷的问题，但是由于该方案在高压侧安装温度传感器、电流传感器、高压侧数据采集模块和高、低压数据传输模块，因而存在着安全隐患。为了实现小型化，目前高压开关柜的尺寸做得越来越小，内部空间也越来越狭窄，其空间的绝缘裕度本来已很紧张，在这种情况下在开关柜内部加装设备会进一步挤压其空间的绝缘裕度，特别是在高压部位安装部件更有可能会显著改变开关柜内部电场的分布，增加绝缘击穿的风险。在线监测的目的是为了使设备更安全，但如果为了监测又带来其他的安全风险，显然存在很大的不足；另外，该方案把测温传感器安装在高压回路某几个发热点上，还存在着监测盲区的问题。一台开关柜的接触点可能有几十个，这种逐点检测的方式只可能实现对个别的部位进行检测，不可能对每一个接触点都检测到，否则，测试系统将会变得过于庞大，过于复杂。即便如此，这种仅能对少数接触点测温的局部监测方式，就已经使得系统非常复杂了，复杂的接线和众多的相关部件的安装，显著地改变了开关柜设备原有的状态，这对开关柜日后的运行维护都会带来很大困难。

在专利号为ZL201310519918.2的文件中，提出了通过检测开关柜各隔室的空气温度而不是某个具体的接触点、并结合其负荷电流来帮助发现开关柜因接触不良而可能过热的热缺陷的方法，此方案虽然较好地解决了监测系统的安全性问题、监测部位不全面的问题、以及系统过于复杂等问题。该方案的具体作法是：“温度传感器安装在高压开关柜内各载流隔室空间的上部，或是安装在开关柜顶盖板上与隔室空间相通的腔体中，”(0008)，同时该方案提出：高压开关柜“各载流隔室通过的电流相同”(0031)，并以此作为依据来分析、判断开关柜的热缺陷。发明人进一步研究发现：在现场实践中如果按照现有方案对开关柜的热缺陷进行检测、分析结果常常会出现错误，往往难于判断是否存在缺陷，以及缺陷大致发生在什么部位。

开关柜除了热缺陷以外，与高电压有关的缺陷以及机械缺陷等都是威胁开关柜安全运行的重要因素。对于这些缺陷，人们研究了很多方案，虽取得了一定的的成绩但仍有不足，而最根本的问题是，现有的各种监测方案往往过于复杂，而且都是自成系统，一台开关柜很难把这么多系统都装上，所以难于普及。虽然很早就有人提出希望能把各种缺陷监测集合在一个统一的系统中，但是由于各种缺陷、特别是高压缺陷监测的工作原理、信号检测的部位以及检测方式差别太大，很难整合在一起而难于实现。正由于此问题没有得到解决，所以目前绝大多数开关柜，仍然处于无监控状态。但是另一方面，随着时代的进步，人们对电的依赖度越来越大，电力系统非常需要一种结构简单、尽量不改变开关柜的原有结构，同时具有能全面监测各种缺陷功能的高压开关柜监测控制设备，特别是由于无人值守变电站的普遍推行，更需要一种兼有能远控断路器手车进、出车等功能的开关柜，便于管理和维护，减少停电检查维修的时间。

发明内容

鉴于目前现有的检测手段和分析方法还存在着各种不足，本(发明)的第一目的在于提供一种开关柜热缺陷监测系统及分析方法，能克服现有方案不足，希望找到结构简单、安全可靠、能全面、准确发现开关柜接触不良等热缺陷、适合于广泛推广应用的监测系统和方法，避免过热事故的发生。

本(发明)提供了一种结构简单适合普及推广的热缺陷监测装置，其能避免在高电压环境下进行温度和电流测量的风险，并解决现有技术可能带来的监测结果不正确等问题。

为了达成上述目的，本(发明)的解决方案是：

一种热缺陷监测系统，由信息检测模块、通讯模块、数据处理模块等几部分组成，信息检测模块由多个分别安装于同一母线所连接的各开关柜中的低压侧数据采集单元所组成，且每个低压侧数据采集单元至少包含4个空气温度检测回路和至少包含1个低压侧电流检测回路，第一路空气温度检测回路用于检测开关柜外部的环境温度，第二至第四路空气温度检测回路用于检测相应开关柜各隔室的空气温度，电流检测回路用于检测相应开关柜的负荷电流，检测数据通过通讯模块以有线或无线的方式传输给数据处理模块，数据处理模块根据环境温度、本隔室的温度、相邻隔室的温度、邻柜与本隔室相邻隔室的温度以及本柜的负荷电流同时根据同一母线上的其它开关柜的负荷电流值以确定本柜是否存在非正常的发热-热缺陷。

现有技术对于热缺陷或是过热问题的研究，都是把开关柜以及隔室看作一个孤立系统来研究的。发明人发现，隔室的发热不仅与本隔室的元件发热有关，还与相邻隔室、甚至与邻柜的相邻隔室的发热情况有关。这是由于这些开关柜在物理位置上上彼此相邻而互相影响，所以为了正确判断是否存在热缺陷就必须对相邻隔室甚至邻柜的相邻隔室的温度加以考虑；而且，对于母线室而言，其发热不仅与本柜的负荷电流有关，还与同一母线上其它柜的负荷电流有关，因为这些开关柜的负荷电流流经本柜的母线时也会产生热量，所以为了弄清热缺陷情况，本(发明)的信息采集模块不仅包含本柜的数据采集单元，还包含同一母线所连接的各开关柜的数据采集单元。

这里隔室的空气温度实际上是一个区间的综合温度，此方法实质上就是通过对这个区间综合温度的变化情况的监测来确定是否存在热缺陷的。在热缺陷的分析判断中，各隔室的空气温度作为独立变量对本隔室的温度产生影响，参与分析的独立变量只有足够独立，由这些变量进行的相关性分析才会得到良好的结果，反之，如果参与分析的变量之间已经存在明显的交叉，就会显著影响分析结果，但是，实际情况是各隔室的温度又往往是相互影响的。

发明人在实践中发现，不仅各隔室的温度不同、而且即使是同一隔室内各点的温度也是不同的。发明人发现，在实际运行中，母线室往往是温度最高的隔室，对其它隔室温度的影响也最大，所以其它隔室的温度传感器就应该尽可能避开母线室的影响，尽量远离母线室；而且即使是母线室自身，其内部的温度分布也是不均匀的，越靠近上部温度越高，如在实践中发现，母线室下部的温升往往只有上部温升的一半，甚至更低。如某次测得母线室上部的温升为13.4℃时，而中部的温升仅为6.6℃。所以，对于断路器室、电缆室温度传感器的安装还应当尽量远离母线室的高温区；发热部位与传感器之间热传导的路径越短，所发生的热交换几率就越小，也就越有可能获得正确的分析结果。所以在隔室温度的检测中如何正确选择传感器的安装位置，如何避开相邻隔室温度的影响，对于能否正确分析热缺陷就显得至关重要。实践证明：如果温度传感器的安装位置不恰当，效果就会很差，甚至不能发现问题。

发明人经过进一步研究发现，对于电缆室、断路器室而言，如果按照对比文件ZL201310519918.2的方案：把“温度传感器安装在高压开关柜内各载流隔室空间的上部，或是安装在开关柜顶盖板上与隔室空间相通的腔体中(0009)”的方法，将会由于热空气在上升的过程中，沿途会与相邻隔室存在较多的热量交换，所检测的温度数据将难于正确反映接触点发热的状态和特点，由这些数据得出的分析结果可能会产生明显的偏差导致判断错误，而且即使能检测到温度存在异常升高，也会由于存在太多热量交换而难于分辨究竟是哪个隔室出现问题？问题有多严重？因此，本方案必须很好地确定传感器的安装位置以克服现有方案存在的不足。

进一步，低压侧数据采集单元的第一路空气温度检测回路中的温度传感器用于检测柜外空气的环境温度；

第二路空气温度检测回路中的温度传感器位于电缆室中部、断路器下出线的上方，距断路器下出线的高度J为10—40厘米处，且处于距断路器B相出线的中心线0—10厘米的位置；

第三路空气温度检测回路中的温度传感器位于断路器室中部，断路器B相上方，处于断路器B相的中心线0—10厘米的位置上，且距断路器顶部的距离h为10-40厘米处；

第四路空气温度检测回路中的温度传感器位于开关柜母线室内顶盖下方0-2厘米处，且处于盖板下面的两相母排之间的竖直中心线0—3厘米、距开关柜宽度方向的中心线0—20厘米的位置上。各温度传感器与低压侧数据采集单元的各相应空气温度检测回路相连接。

本监测系统希望达到的目标有两个：第一，发现是否存在异常、是否存在接触不良的热缺陷；第二，发现异常后，还能够帮助分辨缺陷大致部位，缺陷发生在哪个隔室？本系统中温度传感器实际上反映的是一个区间中某一点的温度，气流到达传感器的路径中，如果中途发生的热交换越多，对于故障反映的正确性就越低，对故障发生区域的分辨能力就越差。原则上传感器离故障点越近越准确，但又必须考虑到发热点处于高电压部位，要有足够的绝缘距离，以及还必须兼顾到多个可能发热部位的监测，同时还须考虑热气流的路径以及在此路径上如何尽可能少受到其它发热源的影响以及如何减少自身的热量损失。

所以，对于断路器室、电缆室的温度传感器应当尽量远离母线室的高温区。也就是说，传感器应当在满足绝缘要求的情况下尽可能向下安装以接近发热区域，同时尽量远离母线室，而不是对比文件ZL201310519918.2所说“安装在各载流隔室的上方”。

对于电缆室而言，在电缆室中部，第2路温度传感器即温度传感器14位于断路器下出线的上方，距断路器下出线的高度J为10—40厘米处，且处于距断路器B相出线的中心线0—10厘米的位置上(见图2)，如果下连接头或是电缆室其它元件发热，那么温度传感器14就处于热空气流上升尽量短的路径上，有利于提高检测结果的可信度。同时由于断路器下出线处于母线室的下方，对应母线室温度最低的部位，所以对检测结果的影响最小；而且由于传感器14的实际安装位置处于开关柜的中、下部也有利于帮助分辨故障是否出现在电缆室内与母线室间的横隔板以下的部位。反之，如果按照对比文件ZL201310519918.2的方案将传感器14安装在电缆室上部，实践证明在这种情况下，由于存在太多的热量交换，传感器14几乎发现不了电缆室中元件的过热故障，更不可能分析发现热缺陷。由于断路器B相在空间位置上处于A相和C相之间，温度传感器14处于断路器B相出线的中心线附近0—10厘米的位置上，也就同时很好兼顾了对两侧发热情况的监测。

对断路器室而言，在断路器室的中部，第3路温度传感器即温度传感器13位于断路器室内断路器B相上方，距断路器顶部的距离h为10--40厘米处。这样，在保证绝缘要求的前提下将传感器尽量接近发热部位，也使得该温度传感器相对处于母线室下部温度较低的部位，从而受母线室温度的影响尽可能比较小。同时由于断路器B相的空间位置处于A相和C相之间，温度传感器13位于断路器室内断路器B相上方，处于断路器B相的中心线附近0—10厘米的位置上，同样很好兼顾了对两侧发热情况的监测。反之，如果将传感器13安装在断路器室的上部，由于热交换，特别是受母线室的影响，传感器13很难正确反映断路器及相关连接部位的发热情况，实践也表明这种安装方式曾多次发生误报；

由于开关柜内部空间狭小，空气绝缘裕度不大，为了不因传感器的装入而降低绝缘水平，故将第4路温度传感器即母线室温度传感器12安装在开关柜顶盖以下0―2厘米的低电压区域、与盖板下面的两相母排之间的距离大致相等的位置，即处于盖板下面的两相母排之间的竖直中心线附近0—3厘米、的位置上。这样尽管安装了传感器，其与高压母线间的空气绝缘距离仍然不会减小，安全得到保证。将母线室的传感器12安装在距开关柜宽度方向的中心线0—20厘米的位置上，使得该传感器处于母线室居中的位置，此处的温度能很好地反映母线室综合平均温度。

进一步地，为了实现在上述合理位置上传感器的安装，也就是说希望在满足绝缘要求的情况下，能够使得传感器尽可能地抵近需要监测的部位，以减少可能发生的热量交换，达到理想的检测效果，同时也是为能进一步让开关柜高压元件的多种缺陷检测都集中到同一处并减少信号衰减，从而最终实现开关柜的各种缺陷的监测能集中到统一的监测中心的目标，本(发明)在开关柜的相应部位设置了特制的金属屏蔽罩。

在开关柜电缆室内，在电缆室中部，在其电缆室与母线室间的隔板上设置有用于安装传感器的第一金属屏蔽罩，第一金属屏蔽罩的第一预设部分位于距断路器下出线10—40厘米的高度J，且对着断路器B相出线的中心线0—15厘米的位置上，并且至少第一预设部分的局部被镂空，电缆室空气温度传感器设置在此镂空部位。

在开关柜断路器室内，断路器室中部，位于断路器的上方设置有用于安装传感器的第二金属屏蔽罩，第二金属屏蔽罩的第二预设部分位于距断路器顶部的高度h为10—40厘米处，且处于断路器B相的中心线0—10厘米的位置上，并且至少第二预设部分有局部被镂空。断路器室空气温度传感器设置在此镂空部位。

在开关柜母线室的顶盖内侧沿着与母线平行方向、且在位于盖板下面的距离两相母排之间的竖直中心线0至4厘米的位置上，设置有用于安装传感器的长条形的第三金属屏蔽罩，第三金属屏蔽罩的第三预设部分位于距离开关柜宽度方向的中心线0至20厘米处，并且至少第三预设部分有局部被镂空。母线室空气温度传感器设置在此镂空部位。

为了达到理想的检测效果、为了把传感器抵近到理想的检测部位，该金属屏蔽罩的外形被加工成恰当的弧度，同时屏蔽罩与开关柜壳体或者隔板相连通，与开关柜壳体形成等电位体。

这是由于在高压环境中安装传感器，即使传感器很小、而且是安装在低电压区域，但是凸起的导电物体的存在仍然可能会导致局部电场过强，使得空气绝缘水平下降。这里设置该特制金属屏蔽罩最重要的是要利用它的弧度起到均匀空间电场、防止局部的电场强度过强的作用。对于电场的电极而言，电极表面的电场强度与其曲率半径的平方成反比，其曲率半径越大，其表面的电场强度就越低，电场分布就越均匀，空气的绝缘水平也就越高。实验数据表明，曲率半径等于5mm的电极和一个普通加工的元件对比，其表面电场强度将较低几十倍以上，而对于开关柜的具体结构而言，其空气的击穿电压水平将提高一倍甚至数倍，也就是说，采用适当曲率半径的屏蔽罩可以显著地提高传感器与高压带电部位间的绝缘水平，从而达到在不降低绝缘水平的条件下使得传感器尽可能抵近理想的检测部位的目的。本(发明)中各屏蔽罩根据开关柜电场的实际情况，将其曲率半径范围选定为R＝3―40mm。这样，通过此屏蔽罩的设置很好地解决了在低电压区域监测高压载流部位的发热的问题，同时也为其它高压缺陷的集中监测奠定了基础。

本(发明)还提供了一种能全面、正确地判断开关柜是否存在可能导致过热的接触不良等缺陷的方法。

高压开关柜热缺陷在线监测的分析方法，包括以下步骤：

信息检测模块所属的分布在各开关柜中的低压侧数据采集单元，通过环境温度传感器和安装在各开关柜内的空气温度传感器12、13、14、电流传感器16、将检测到的环境温度、各隔室的空气温度以及检测到的各开关柜的负荷电流数据通过通讯模块2传送給数据处理模块3进行分析处理；

数据处理模块基于通讯模块传输的数据判断开关柜是否存在热缺陷；其中，所述数据采集单元分别安装在同一母线所连接的各所连接的各开关柜中；每个数据采集单元包括：至少4个空气温度检测回路和至少1个电流检测回路，第一路空气温度检测回路用于检测开关柜设备的环境温度，第二至第四路空气温度检测回路用于检测相应开关柜各隔室的空气温度，电流检测回路用于检测各开关柜的负荷电流。

发明人发现，为了正确分析开关柜的热缺陷，除了需要对前述各隔室温度传感器位置正确设置；还需要对本柜或相邻柜相邻隔室的温度进行检测及分析；对母线室而言，同时需要对其它开关柜的负荷电流通过本柜母线时——母线电流所产生的热量加以考虑。因此对于母线室而言，数据处理模块除了获得不同环境温度、邻柜相邻隔室的温度以及本柜负荷电流条件下本隔室温度外，同时还需得到本开关柜母线电流数据。反之在这种情况下，如果按照对比文件ZL201310519918.2所提出的“各载流隔室通过的电流相同”(0031)的方案进行分析，就可能导致错误结果。

设备投运初期，数据处理模块根据传输的数据，获得在不同环境温度T_H、相邻隔室的温度或邻柜与本隔室相邻的隔室温度T_Z、T_Y，、本柜的负荷电流I_F以及同一母线上它柜的负荷电流条件下的关于本隔室温度T的一组数据表1；

表1

进而对上述数表利用数学拟合的方法，得到在设备投运初期时该隔室温度数据对于这些参数的数学表达式T＝f(I_负荷、I_母、T_环温、T_邻1、T_邻2)或T＝f(I_负荷、T_环温、T_邻1、T_邻2)即数学表达式T＝f(T_H、T_Z、T_Y、I_F、I_M)或T＝f(T_H、T_Z、T_Y、I_F)；设定一个偏差值△d；在运行中将检测到的隔室温度值与表达式的计算数值进行对比，若检测到的温度高于计算值，且大于设定值△d，则认为设备发热状况劣化而发出报警，反之，则认为正常。

这里，温度和温升，以及电流或是电流平方是同一物理量的不同表达方式，在应用中选用哪种参数作自变量可根据实际情况灵活掌握。由于隔室温升＝隔室温度—环境温度，温升参数中已经包含了环境温度，所生成的表达式已经反映了环境因素的影响，在具体应用时也可以不把环境温度作为自变量放进数据表中。

数学拟合的方法有多种，下面结合最基本、最常用的最小二乘法为例来加以说明。比如在开关柜设备投运初期数据处理模块根据传输的数据，得到了某母线室在不同的环境温度、邻柜相邻隔室的温升、负荷电流以及母线电流条件下的一系列温度数据，列成数表2如下：

表2

这里，T_邻1n、T_邻2n分别是左右紧邻柜母线室的温升，而I_母n为母线电流。数据分析和处理时，将本隔室温升T_1――T_n作为因变量，而左邻柜母线室温升T_邻11――T_邻1n、右邻柜母线室温升T_邻21――T_邻2n、本柜负荷电流I_{负荷1――}I_负荷n、以及母线电流I_母1――I_母n的平方作为自变量，得到本母线室温升T的关于以这些参量为自变量的表达式T＝aT_邻1+bT_邻2+cI_负荷 ²+dI_母 ²，通过对试验数据的最小二乘拟合，得到系数a，b，c，d，从而建立了本母线室温升T的预测公式。如前所述，本例中就未把环境温度作为独立的自变量放入数据表中。在日后的运行过程中，将当时测到的左邻柜母线室温升T_Z、右邻柜母线室温升T_Y、本柜负荷电流I_F以及母线电流I_M电流等参数代入此预测公式中，即可得到与开关柜投运初期状态相对应的温度或者温升值。再用实际测得的温度或者温升值与之进行比较，如果偏高而且高于预先设定的偏差值△d，则认为开关柜的运行状态偏离常态，出现劣化，需要进行检查，进而发出警示，反之则认为没有问题。如果对其他隔室如断路器室、电缆室，由于通过的电流只有本柜的负荷电流，因此在预测公式的自变量中没有母线电流，只有本柜的负荷电流、相邻隔室的温度，必要时也可以考虑邻柜相邻隔室的温度，在此不再赘述。

进一步地，信息检测模块所属的分布在各开关柜中的低压侧数据检测单元，通过环境温度传感器和安装在各开关柜内的空气温度传感器、电流传感器将检测到的环境温度、各隔室的空气温度以及检测到的各开关柜的负荷电流数据通过通讯模块传送給数据处理模块进行分析处理，数据处理模块还用于通过对同一母线所连接的它柜负荷电流的检测数据获得本开关柜母线电流数据，并将此母线电流数据用于本隔室热缺陷的分析中。

由于在开关柜的母线上本没有电流互感器，为了使得系统的结构简化，更重要的是避免在高压区域设置电流传感器带来的安全风险，为此本(发明)巧妙地通过在同一母线所连接的各开关柜中设置低压侧数据采集单元的方式，检测各开关柜的负荷电流，并利用检测到的各柜的负荷电流值来计算母线电流值的方法，并将此母线电流数据用于数据表中以对于本隔室热缺陷进行分析。

进一步地，开关柜在线监测方法，母线上某任意柜n的母线电流值i_n由检测到的该同一母线所连接的各开关柜的负荷电流计算得到，包括以下几种情况：

对于单侧供电：该处母线电流i_n＝I_I-I₁-I₂…I_n-1或i_n＝I_n+I_n+1+I_n+2…I_n+m；I_I为进线柜负荷电流，1、2…n-1为从进线柜以后至本计算点间的各个出线柜顺序号；n、n+1、n+2…n+m则为从计算点往后算起远离进线柜方向所有出线柜编号；

对于双侧供电且联络开关合：先从某一进线端开始试算，若I_I-I₁-I₂…I_n-1＞＝0且大于或等于本柜负荷电流I_n，则该处母线电流i_n＝I_I-I₁-I₂…I_n-1；若I_I-I₁-I₂…I_n-1＞＝0但小于I_n，则i_n＝I_n；若I_I-I₁-I₂…I_n-1＜0，则i_n＝I_II-I_n+1-I_n+2…-I_n+m；I_I、I_II分别为两进线柜的负荷电流。

进一步地，该系统和方法还可以用于开关柜未来发热趋势的预测，方法是：

信息检测模块包括多个低压侧数据采集单元，信息检测模块将检测数据通过通讯模块传输至数据处理模块，数据处理模块基于通讯模块传输的数据判断开关柜是否存在过热风险；其中，所述数据采集单元分别安装在同一母线所连接的各开关柜中；数据采集单元包括：至少4个空气温度检测回路和至少1个电流检测回路，第一路空气温度检测回路用于检测开关柜设备的环境温度，第二至第四路空气温度检测回路用于检测相应开关柜各隔室的空气温度，电流检测回路用于检测各开关柜的负荷电流；

数据处理模块根据传输的数据，获得在不同环境温度T_环温、相邻隔室的温度或邻柜与本隔室相邻的隔室温度T_邻1、T_邻2、本柜的负荷电流I_负荷以及同一母线上它柜的负荷电流I_母条件下的关于本隔室温度T的一组数据表；

根据这些数据表利用数学拟合的方法得到开关柜某隔室的温度表达式T＝f(I_负荷、T_环温、T_邻1、T_邻2、I_母)或T＝f(I_负荷、T_环温、T_邻1、T_邻2)；；根据这些表达式推算出当I_负荷以及I_母等于某个预定的电流值时，隔室温度T可能达到的数值，从而预测该隔室在此电流下是否存在过热的风险。

本(发明)还可用于隔室温度的监测，方法是预先设定一个最高温度许可值，如果运行过程中，监测的温度值超过设定值即可报警。

本(发明)在应用过程中，还可根据现场需要增加温度传感器的个数，以加强对某些重点部位的监测。

进一步地，本申请还提供了一种开关柜综合测控装置，所述开关柜综合测控装置上安装有所述的开关柜热缺陷监测系统。即在现有的开关柜综合测控装置增加了相应的热缺陷检测功能，该热缺陷检测采用本申请中的开关柜热缺陷监测系统实现。该开关柜综合测控装置至少设置有4个空气温度检测回路和至少1个电流检测回路，以检测环境温度、各隔室空气温度以及本柜负荷电流以确定开关柜是否存在热缺陷。

开关柜综合测控装置是现代开关柜中安装的常用的测量控制设备，兼具传统开关柜的电参数测量显示装置、继电保护装置及通讯等功能，集测量、控制、保护、操作、显示于一体。电力参数测量包括测量主回路的电流、电压、有功功率、功率因数、电能等电力参数。但是现有的开关柜测控装置不具备开关柜热缺陷检测等监测功能。

对开关柜综合测控装置增加本热缺陷检测功能后，可进一步实现测控装置对于开关柜各高压隔室空气温度的监测以及发现可能存在的热缺陷，提高了开关柜的安全性，同时整合了两种设备，使系统得到简化。

本(发明)的第二个目的是在攻克热缺陷检测的基础上，改进并整合现有的监测手段，提供一种能把开关柜各种缺陷的监测、电气参数测量以及开关柜的操作控制集合于一体的综合测控装置。把高压部位缺陷监测的检测点有机地集成到同一处，从而最终达到将开关柜各类缺陷的监测、控制集中到一个统一的智能中心的技术目标。

为了实现这一目的，方法是：

进一步地，一种开关柜综合测控装置，在上述开关柜综合测控装置上还设置有至少1路超声检测回路和/或至少1路气体检测回路和/或至少1路光电检测回路，相应的超声、气体、光电传感器则分别设置于前述金属屏蔽罩的镂空部位，并通过导线与开关柜测控装置的相应回路相连接。

如前面所述，通过对于热缺陷检测传感器合理位置的确定，以及金属屏蔽罩的设置也使得将开关柜高压部位的其它缺陷的检测集中到一起奠定了基础，从而最终使开关柜的各种缺陷的集中监测有了可能。

由于制造缺陷、绝缘老化或是受潮，高压开关柜在运行过程中有可能出现局部的放电现象，这种放电现象开始往往很微弱，但常常最终发展成严重的短路事故，所以非常需要对开关柜的高压绝缘状态进行监测。一般来讲，对于高压缺陷的检测通常都是在高压部位进行，比如对于热缺陷，对比文件CN102243285A的方案就是在高压侧安装温度传感器、电流传感器、高压侧数据采集模块等的方式来实现的，而在低电压区域进行监测的方案目前只有本发明人提出，且还存在着不足。又例如，对于高压绝缘缺陷的检测，通常是在高压部位通过电荷法、泄漏电流法等电信号检测的方法，这要在开关柜内实施是非常困难的。现虽有可在低电压区域进行放电信号监测的超声信号法方案，实践表明，现有的这种模式目前效果并不理想，漏报、误报率还比较高，难于成为绝缘缺陷检测的主要手段。这是由于开关柜原本并没有用于信号检测的相应结构和通道，高压隔室中安装有各种高电压元件，因此传感器的安装要受到种种因素的限制，尤其是要避开遮挡是非常困难的。而局部放电的超声信号、弧光放电信号检测等绝缘缺陷监测都需要在高压隔室进行，实践证明，在高压隔室中的不同位置安装传感器效果是不同的，特别是传感器与信号源间有遮挡的情况下差别甚至会很大。尽管超声信号和光信号在隔室内有一定的的反射效应，但是如果传感器的安装位置不当，特别是存在遮挡物的情况下，信号经过多次反射后到达传感器的信号强度可能仅有原来的10％--20％，甚至更低，从而会大幅度降低检测效果，所以对于超声、放电等信号的检测，传感器的安装位置选择同样是非常重要的。也正是由于传感器的安装受到各种制约，所以在实际应用中难于在合理的位置安装传感器，常常只能在相对方便的地方进行安装。比如超声传感器、光电传感器通常只好安装在开关柜高压隔室的侧壁上，导致传感器与隔室内各元件的距离远近不一，差别很大，对于有些部位之间甚至要隔好几个遮挡物，严重影响检测效果，所以尽管超声局部放电检测、光电放电信号检测技术早有应用，但是最终实际检测效果并不理想，误报、漏报的情况时有发生。

本发明在开关柜综合测控装置上设有气体和/或超声和/或光电检测回路，通过设置在前述各隔室金属屏蔽罩中镂空部位的超声/气体/光电传感器，这些传感器在此位置上能够很好地实现对于相应隔室内所出现的放电信号进行检测。另外发明人还发现，开关柜内开始出现放电的时候往往会伴随某些特殊气体的出现，如臭氧、一氧化氮、二氧化氮等，以及发出超声信号，可以通过对这些特殊气体的检测来帮助发现早期的放电，从而克服现有技术仅用超声检测所带来的误报、漏报的问题。由于本方案设定的传感器安装位置在满足绝缘要求的条件下实际上尽可能抵近了理想的检测部位，而且很好地兼顾了对于周围部位的检测，与各元件间很少存在遮挡，因此该屏蔽罩的设置不仅很好地满足了热缺陷的检测需要，同时也是隔室内其它高压缺陷信号检测的理想位置，对超声信号、气体信号、光电信号等的衰减都很小，极大地提高了对于这些缺陷的检测效果。比如对于原来的超声信号检测方案，过去只能作为高压局部放电的辅助检测手段，经过这样的技术改进后，完全可能成为开关柜高压局部放电的基本检测手段。

如果在开关柜内部出现微小的放电，安装在屏蔽罩中镂空部位的气体和超声传感器就能在最短的距离上和几乎无遮挡的条件下可靠地探测到并发出报警信号，在缺陷出现的早期发现故障并及时发出报警，避免事故的发生。

而短路事故一旦发生，将会产生弧光，安装在金属屏蔽罩镂空部位的光电传感器由于与光源之间由于距离很短而且极少遮挡，灵敏度得到显著的提升，所以能够在弧光出现的早期，弧光发展还处于初始阶段就灵敏地检测到光信号，第一时间将检测信号传送給本开关柜的综合测控装置，测控装置作出判断后可以就地在最短的时间(＜4/1000秒)内发出跳闸命令和出口信号，为防止事故的扩大争取到宝贵的切断电源时间。也就是说通过在此金属屏蔽罩中设置光电传感器的措施，也使得光电跳闸保护技术的效果得到显著的提升。

进一步地，所述开关柜综合测控装置上还设有至少2路断路器分闸、合闸线圈电流检测回路。

进一步地，所述开关柜综合测控装置上还设有至少2路断路器辅助开关动作信号检测回路。

开关柜中的断路器在操作过程中，由于机械故障而发生事故也一直是威胁开关柜安全重大隐患，如何能及时发现断路器可能存在的机械缺陷同样是电力现场急需解决的重要问题。虽然人们也开发了不少用于监测断路器机械特性的在线监测装置，但是这些装置的结构普遍过于复杂、成本过高而难于普及。特别是现在对于供电的要求越来越高，不容许开关柜轻易停电检修的现状下，电力现场迫切需一种结构简单、准确可靠，能够同时对多种缺陷进行监测的在线监测装置，以减少停电检查测试的时间。为此，本(发明)所述的开关柜综合测控装置设置有断路器机械特性的监测功能。

断路器的合闸、分闸动作都是通过启动合、分闸电磁铁来实现的。由于电磁感应的作用，电磁铁在动作过程中由于衔铁位置的变化，就会反过来影响电磁铁线圈电流的变化，也就是说衔铁的位置与电磁铁线圈电流有一种对应关系。另外，分、合闸线圈电流是依靠辅助开关来接通和切断的，由于辅助开关与断路器之间是通过机械连接，故辅助开关与断路器之间的动作存在对应的关系，所以，通过对分、合闸线圈电流的分析，可以了解电磁铁以及断路器动作状态的大量信息，如果断路器存在某些机械缺陷就有可能在线圈电流的波形中反映出来。本(发明)利用这一原理，在所述的开关柜综合测控装置中设置一路合闸线圈电流检测回路、一路分闸线圈电流检测回路。比如断路器由于种种原因造成动作时间偏长，就会造成线圈电流的波形拉长而被发现。

另外合闸、分闸速度也是反映断路器机械状态的十分重要的技术参数，需要密切关注。由于断路器辅助开关的动作与断路器的动作存在对应的关系，两路辅助开关之间切换时间的长短反映了断路器速度的快慢。比如辅助开关的切换时间加长必然对应着断路器的速度偏慢。基于这一原理，所述开关柜综合测控装置上还设有至少2路断路器辅助开关动作信号检测回路，通过监测两辅助开关动作时间的变化，以了解断路器动作速度的变化。

进一步，所述开关柜测控装置还设有至少2路控制断路器小车进、出的开关量输出回路；和/或有2路控制接地刀操作的开关量输出回路；和/或至少1路断路器分、合闸位置开关量输入回路；和/或有至少2路断路器工作、试验位置开关量输入回路；和/或有至少1路接地刀合、分位置开关量输入回路；和/或有至少1路开关柜后面板开启开关量输入回路，以控制手车进、出车和接地开关分、合闸操作。

在对开关柜进行检查、维护、检修和试验时，常常需要对开关柜的断路器手车以及接地刀等设备进行进、出车以及开、合操作，而这些操作需要严格按照规定程序进行，否则可能会造成严重事故，所以断路器手车和接地刀的操作是一件麻烦而且可能存在安全风险的操作。如果采用智能控制就能大大提高工作效率、降低安全风险。特别是无人值守变电站的普遍推行，更需要一种兼有能远控断路器手车进、出车等功能的开关柜，便于管理和维护，减少停电检查维修的时间。

本申请提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本(发明)通过在开关柜高压隔室的相应部位设置特制金属屏蔽罩，把传感器抵近到理想检测位置的技术措施，同时通过对本隔室和相邻隔室空气温度的检测、以及除了本柜负荷电流外、还对同一组母线所通过的各个开关柜的负荷电流进行检测并作为独立变量进行相关性分析，从根本上克服了现有技术对热缺陷监测结果出现错误和缺陷部位难于判断等问题，很好地解决了在低压区域监测热缺陷的问题。在此基础上，本(发明)同时将开关柜各种高压缺陷传感器设置到此金属屏蔽罩镂空部位，巧妙而近乎完美地解决了开关柜各种高压缺陷的检测难于统一于一处的难题。把高压部位的热缺陷、绝缘缺陷的监测都集中到此低电压部位进行检测，既很好地克服了现有技术对于热缺陷监测出现的不正确甚至错误的弊病；同时很好地解决了其它高压缺陷监测传感器安装困难和安装位置不当的问题、并显著提高了对于这些缺陷的检测效果，从而把各种高压缺陷集中检测这一业界曾经看似遥不可及的愿望变成了切实可行的方案。正是基于这一技术瓶颈的突破，最终实现了把开关柜的各类缺陷的监测及控制集合在一个统一的智能监测管理中心——开关柜综合测控装置中的目标，极大地简化了开关柜的监测和控制，很好地解决了各种缺陷监测难于兼顾这一长期以来困扰电力现场的老大难问题，为结束开关柜长期以来一直得不到监测的局面提供了切实可行的方案。

本(发明)的实施，将在尽量不改变开关柜原有结构和在尽可能少的资源投入的前提下，实现把开关柜这一传统的供电设备转变成一个具有自我监测、自我诊断、自我防护、自我控制的智能供电设备，为现代社会对于电力的需求提供可靠保障。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定；

图1为检测系统的结构框图；1—信息检测模块，2—通讯模块，3—数据处理模块，11—低压侧数据采集单元，12、13、14—隔室温度传感器，15—环境温度传感器，16、17—电流传感器；

图2为开关柜的内部结构示意图，以及屏蔽罩的安装示意图；7、8、9、10分别为开关柜的母线室、断路器室、电缆室，二次室，12、13、14分别为母线室、断路器室、电缆室内的传感器，15—环境温度传感器，72为母线，81为断路器，91为电缆室与母线室间的隔板，101为断路器室与二次室间的隔板、111、121、131为金属屏蔽罩，92-断路器下出线，h为屏蔽罩与81间的距离，J为屏蔽罩与92间的距离；

图3为单侧供电工况时同一母线上的各开关柜的主接线图；

图4为双侧供电工况时，同一母线上的各开关柜的主接线图，两段母线间的联络开关K处于合闸状态示意图；

图5为母线室温度传感器安装位置剖面示意图，71为母线室顶盖，a为高压母线72与母线室顶盖71间的距离；b为两母线间的距离；c为12(或111)与71间的最大距离；l为当12(或111)处于两相母排之间的竖直中心线位置上时，与母线72间的距离；

图6为开关柜顶视图及宽度方向中线示意图；

图7a-c为金属屏蔽罩的结构示意图(横剖)；

图8为实施例断路器室金属屏蔽罩121的剖面(纵剖)示意图；112—为镂空状屏蔽罩头，122-连接线；

图9为实施例中母线室金属屏蔽罩111的剖面(纵剖)示意图；

图10为具有多种缺陷监测功能的综合测控装置示意图，4-开关柜综合测控装置；18—气体传感器，19—超声传感器，20—光电传感器，21、22—断路器线圈电流传感器，23、24—辅助开关信号回路；25、26、27、28为DO输出回路DO1—DO4；29、30、31、32、33、34、35为DI输入回路DI1—DI7。

具体实施方式

本(发明)提供了一种开关柜热缺陷监测系统及分析方法及综合测控装置，以克服现有方案不足，本方案结构简单、安全可靠、能全面、准确发现开关柜接触不良等热缺陷、适合于广泛推广应用的检测系统和方法，避免过热事故的发生，从而使绝大多数的开关柜摆脱目前无监控的现实状态。

为了能够更清楚地理解本(发明)的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本(发明)进行进一步地详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

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范围内的其他方式来实施，因此，本(发明)的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

实施例1，请参考图1-图7本实施例热缺陷监测系统，包括：信息检测模块1、通讯模块2、数据处理模块3；信息检测模块1由多个分别安装于同一组母线所连接的各开关柜中的低压侧数据采集单元所组成。每个低压侧数据采集单元11包含4个空气温度检测回路和2个低压侧电流检测回路，检测环境温度、相应开关柜各隔室的空气温度以及这些开关柜的负荷电流。各数据采集单元11与通讯模块2相连接，通讯模块2与数据处理模块3相连。环境温度传感器15、隔室内温度传感器12，13，14，电流传感器16、17，这些传感器与数据采集单元相连接。其中，各数据采集单元安装在开关柜低电压的二次隔室10中。

在电缆室9内，在其电缆室与母线室间的隔板91朝下的一面设置有用于安装传感器的长条形金属屏蔽罩131，该屏蔽罩处于与断路器下出线间的最小距离J为13厘米的高度上，以保证其与高压带电部位的绝缘，该金属屏蔽罩的长度贯穿开关柜的整个宽度。同时在对着断路器B相出线的中心线0—7厘米的位置上，将该部分作局部镂空，镂空长度6厘米；在其断路器室内，位于断路器的上方设置有用于安装传感器的长条形金属屏蔽罩121，该屏蔽罩沿着二次室隔板101敷设并延伸到位于距断路器顶部的高度h为13厘米处，并在其末端加装了一段用于安装传感器的3厘米长的镂空段112，此镂空段处于断路器B相的中心线附近0—7厘米的位置上，且此镂空段端部为球面形，其曲率半径为1厘米；在其母线室的顶盖内侧沿着与母线平行方向、且处于位于盖板下面的距离两相母排之间的竖直中心线0至3厘米的位置上设置有用于安装传感器的长条形金属屏蔽罩111，该屏蔽罩横贯了开关柜的整个宽度方向，并在距离开关柜宽度方向的中心线0至5厘米处、即在屏蔽罩的长度为1/2柜宽处局部镂空，镂空区间的长度为5厘米。本例中各隔室的金属屏蔽罩的横截面均为半圆形，其曲率半径为1厘米。设置于开关柜二次室面板上的数据采集单元11上设置有4路空气温度检测回路、2路电流检测回路，其中1路空气温度检测回路用于检测开关柜外的环境温度、其余3路空气温度检测回路用于检测开关柜内各隔室的空气温度，电流检测回路用于检测各开关柜负荷电流。环境温度传感器15设置在柜体外，开关柜内的温度传感器12、13、14安装在各隔室金属屏蔽罩的镂空部位，12、13、14、15通过连接线与测控装置的对应的检测回路相连接。这样，通过特制屏蔽罩使得各传感器抵近了理想的检测位置，如传感器14的位置处于断路器下出线的上方，距断路器下出线的高度J为14厘米处，且处于距断路器B相出线的中心线0—7厘米的位置上，这样既保证了足够的绝缘水平，也使得温度传感器14处在相对于母线室下部温度较低的部位，从而该处受母线室温度的影响相对较小；13处于断路器B相的上方13厘米，距B相中线0—7厘米的位置，同样使13处在相对于母线室下部温度较低的部位，而且远离母线室；12位于母线室内顶盖下面0-2厘米处的低电压区域，且处于与盖板下面的两相母排之间的竖直中心线0—3厘米的位置上。这样使得传感器12或屏蔽罩111的安装，不会减少开关柜母线72与处于低压区域的111间空气绝缘距离，如图5所示。例如72离顶盖71的最小距离a＝14厘米，两母线间的最小距离b＝16厘米，屏蔽罩111安装在71下0厘米处，即c＝2厘米，可以计算出这时111与72的距离l＝14.4厘米。也就是说，把111安装在两母线间居中的1/2*b＝8厘米的位置上，这里尽管安装了屏蔽罩111以及传感器12，其与高压母线间的空气绝缘距离仍然不会减小，安全得到保证；

在低电压的二次室10中，电流传感器16、17选用精密电阻串入电流互感器的二次侧，也可以选用穿心式的电流互感器套在电流互感器的二次侧并与数据采集单元相连接。通讯模块2可以安装在某一台开关柜的二次室10中，或者单独的低压柜中。由于温度传感器体积很小并且隐藏在屏蔽罩中，这样可以认为不影响开关柜的原有状态。各数据采集单元将采集到的温度和电流数据传送给通讯模块2，通讯模块2进一步将数据传送给数据处理模块3进行分析处理。这样，数据处理单元3不仅仅收到某一台开关柜的数据，同时也收到安装于同一组母线所通过的各个彼此相邻的开关柜各隔室的温度和负荷电流数据。在通常情况下开关柜的三相电流是不平衡的，一只电流传感器难于准确的反映开关柜的负荷电流，而本方案的目的是要准确的检测缺陷，所以本方案采用了两只电流传感器，以检测开关柜的两路负荷电流，最后得到开关柜三相负荷电流的平均值。这是因为在三相制中，可以对其中两相电流的大小和相位通过矢量计算得到第三相电流的大小，最终得到三相负荷电流的平均值，这里不再赘述。

在开关柜的投运初期，数据处理模块3把收到的某台开关柜的温度和电流数据以及相关开关柜的温度和电流等数据列成一个数表，对这个数表进一步利用数学拟合方法得到开关柜某隔室的空气温度或者温升的数学表达式，这个表达式反映的就是开关柜投运初期该隔室的温度与负荷电流、邻柜相邻隔室的温度以及同一母线所穿过的开关柜的负荷电流等相关因素对应的规律，所对应的是开关柜的初始状态。在后期的运行中，不断的把检测到的温度值和表达式的运算结果进行比较，如果检测值大于运算值，而且超过预先设定的偏差值d，表明开关柜的运行状态出现劣化需要进行检查，通过警示单元发出报警；否则认为开关柜运行正常。

下面以某母线室的实测数据具体说明。在开关柜投运初期，数据处理模块根据收到的环境温度、各隔室温度：邻柜相邻隔室的温度、同一母线所连接的各开关柜的负荷电流等数据简单处理后得到如下一组数据表(这里母线电流是由检测到的各柜负荷电流计算得到，电流单位为千安)：

温度和温升，以及电流或是电流平方是同一物理量的不同表达方式。由于隔室温升＝隔室温度—环境温度，温升参数中实际上已经包含了环境温度对于因变量即本隔室温升的影响，所生成的表达式已经反映了环境因素的影响，所以在本例应用中不把环境温度作为单独的自变量放进数据表中。同样，本实施例电流参数采用电流平方作为自变量。

利用数学拟合得到数学表达式的方法有多种，这里利用普遍熟悉的OFFICE软件为例加以说明。选择“数据处理”功能，接下来将本隔室温升作为因变量，其余参数作为自变量进行“回归”运算，便可得到这些变量的相应系数a＝1.43、b＝1.48、c＝1.87、d＝-3.37，从而得到本母线室温升T的关于以这些参量为自变量的表达式：

T＝1.43*左邻隔室温升+1.48*右邻隔室温升+1.87*负荷电流平方-3.37*母线电流平方。

此表达式对应的是开关柜本隔室投运初期所的发热规律。在后期的运行过程中，不断地把所测得的相关参数代入表达式中，计算出在此条件下本隔室的温度或温升值，比如当左邻隔室的温升为7.1℃、左邻隔室的温升为5.3℃、本柜负荷电流为760A、母线电流为1950A,将其代入表达式计算得温升为5.9℃，而实际测试值为9.1℃，9.1-5.9＝3.2℃，如果预先设置最大允许值d＝2.5℃，则说明开关柜的状态已比初始状态有明显的劣化，需要进行检修。

而对其他隔室如断路器室、电缆室，由于通过的电流只有本柜的负荷电流，因此在表达式的自变量中将没有母线电流，只有本柜的负荷电流、相邻隔室的温度、必要时也可以考虑邻柜相邻隔室的温度，在此不再赘述。

由于发明人研究发现母线室的温升不仅与本柜的负荷电流有关，同时还与母线上通过的它柜的负荷电流有关，以及本柜的相邻隔室、紧邻柜的对应隔室的空气温度有关，并对相关参量进行检测和分析，以排除相关因素的影响、提高分析结果的正确性。由于在开关柜的母线上本没有电流互感器，在此本(发明)提出利用各相关开关柜负荷电流的计算的方法得到母线电流值，这使得系统的结构简化，更重要的是避免了在高压区域设置电流传感器带来的安全风险。母线电流的计算可根据母线不同的工作状态由其他柜的负荷电流计算得到。

开关柜在线监测系统，其特征在于其母线上第n个出线柜的母线电流值由该同一母线所穿过的各开关柜的负荷电流计算得到，包括以下几种情况：

对于单侧供电：该处母线电流i_n＝I_I-I₁-I₂…I_n-1或i_n＝I_n+I_n+1+I_n+2…I_n+m；I_I为进线柜负荷电流，计算点1、2…n-1为从进线柜以后至本柜间的各个出线柜顺序号；n、n+1、n+2…n+m则为从本柜算起远离进线柜Ⅰ方向所有各出线柜编号，m为n柜以后所有出线柜的总数；

对于双侧供电且联络开关合：先从某一进线端开始试算，若I＝I_I-I₁-I₂…I_n-1＞＝0且大于或等于本柜负荷电流I_n，则该处母线电流i_n＝I_I-I₁-I₂…I_n-1；若I＝I_I-I₁-I₂…I_n-1＞＝0但小于I_n，则i_n＝I_n；若I＝I_I-I₁-I₂…I_n＜0，则i_n＝I_II-I_n+1-I_n+2…-I_n+m；I_I、I_II分别为两进线柜的负荷电流。

图3为单侧供电工况时，同一母线上的各开关柜的主接线图，图中示出了开关柜内部以及柜与柜之间隔室的相邻关系。这时母线上第n个出线柜的母线电流i_n＝I_I-I₁-I₂…-I_n-1或i_n＝I_n+I_n+1+I_n+2+…-I_n+m。图4为双侧供电工况时，同一母线上的各开关柜的主接线图，两段母线间的联络开关处于合闸状态。下面结合具体数据来加以说明：例如，对于图4双侧供电且联络开关合的情况：如果两进线柜负荷电流I_I＝I_II＝4000A，各出线柜负荷电流I₁＝I₂＝I₃＝1000A,I₄＝1200A,I_n+1＝I_n+2＝1000A,I_n+3＝800A,本柜电流I₅＝1000A,这里出线柜数量n＝5、m＝3，计算知:I_I-I₁-I₂-I₃-I₄＜＝0，所以，该处母线电流i_n＝I_II-I_n+1-I_n+2-I_n＝3＝1200A；如果I₁＝I₂＝I₃＝1000A,I₄＝800A,I_n+1＝I_n+2＝1000A,I_n+3＝800A,本柜电流I₅＝1400A,计算知I_I-I₁-I₂-I₃-I₄＝200＞0，但小于本柜负荷电流I_n，那么，该处母线电流i_n＝I₅＝1400A，也就是说这时该处母线电流等于此柜的负荷电流I₅。图4中I_Ⅰ、I_Ⅱ为两进线柜的负荷电流。

实施例2，本实施例2与实施例1的结构以及在开关柜中的安装方式基本相同，所不同的是，前述数据采集单元11换成了测控装置4，测控装置4除了具有前述热缺陷低压侧数据采集单元11所具有的温度检测、电流检测相应的配置外，还设置有1路气体检测回路、1路超声检测回路、1路光电检测回路和相应的传感器18、19、20；还有2路断路器合、分闸线圈电流检测回路和电流传感器21、22；以及2路辅助开关动作信号检测回路23、24；该测控装置4还设有2路控制断路器手车进、出的开关量输出回路1DO、2DO；2路控制接地刀操作的开关量输出回路3DO、4DO以及2路断路器分、合闸位置开关量输入回路1DI、2DI，2路断路器工作、试验位置开关量输入回路3DI、4DI，2路接地刀合、分位置开关量输入回路5DI、6DI，1路开关柜后面板开启的行程开关开关量输入回路7DI，从而构成路一台具有热缺陷、绝缘缺陷、机械缺陷监测功能以及自动控制断路器小车进、出车操作等功能的高压开关柜测控装置。

气体、超声及光电传感器18、19、20根据需要安装在各高压隔室的金属屏蔽罩的镂空部位，各传感器通过连接线与测控装置4的相应检测回路相连接。检测断路器分、合闸线圈电流的传感器21、22与断路器的分、合闸线圈回路相串联，并通过连接线与测控装置的断路器合、分闸线圈电流检测回路相连接。另外，将断路器辅助开关上用于接通合闸、分闸线圈的触点，习惯上称为a、b触点的信号通过连接线与测控装置4上的辅助开关动作信号检测回路23、24相连接。

测控装置4的控制断路器小车进、出的开关量输出回路1DO、2DO与断路器室中手车底盘车上的电机控制回路连接，以控制断路器手车的进、出车。3、4DO为接地开关操作输出，3、4DO与电缆室中接地刀的电机控制回路相连接。开入量(开关量输入回路)：1、2DI为指示断路器合、分闸位置的信号输入回路，与辅助开关的断路器合、分闸位置接点连接；3、4DI为断路器位置信号输入回路，分别与断路器室中的断路器工作位置、试验位置的行程开关相连，5、6DI为接地刀位置信号输入回路，分别与电缆室中接地刀的合闸、分闸位置行程开关相连接；7DI为后门位置信号输入回路，与后门的位置行程开关相连接。

在开关柜运行过程中，如果臭氧传感器18和超声传感器19都检测到信号并传送給测控装置，测控装置4据此即可判断存在绝缘缺陷有放电现象发生而发出报警；如果仅仅有超声信号或是臭氧信号则暂不报警，避免误报。而短路事故一旦发生，将会产生强烈的弧光，而弧光的发展由弱到强存在极其短暂的过程，由于屏蔽罩的镂空部位实际上尽可能抵近了需要监测的部位，而且几乎没有遮挡，设置在其中的光电传感器20可以在弧光刚开始出现的早期阶段非常灵敏地检测到，并经过检测回路直接将检测到的信号传送給本开关柜综合测控装置4，测控装置4作出判断后可以就地在最短的时间(＜0.004秒)内发出跳闸命令和出口信号，为防止事故的扩大赢得宝贵的时间。

断路器在进行合闸或分闸操作时，串联在合闸、分闸线圈回路的电流传感器21、22将电流信号传送給测控装置4，同时辅助开关也将其动作信号通过连接线传送給测控装置4，测控装置4将这些信息存储起来，工作人员在不停电的情况下定期将这些信息调出并进行分析，以了解断路器在动作过程中所曝露出来的机械状态信息。比如合闸时，电磁铁衔铁出现卡涩，这时断路器的合闸速度并不发生改变，表现出来辅助开关a触点到b触点间的转换时间未发生改变，但是合闸线圈的电流波形中相应部位的波形就会发生变化而被发现，并为检修提供依据。

测控装置4在对断路器手车以及接地刀等设备进行进、出车以及开、合控制操作时，将按照软件编制的程序进行，从而避免人工操作错误带来的安全风险。比如，测控装置4得到断路器小车出车操作命令时，测控装置会自动检查开入信号回路1、2DI以确定断路器是否处于分闸位置，只有当断路器处于分闸位置时，进行出车操作才是安全的。反之，如果断路器处于合闸状态出车，将会导致严重的短路事故。测控装置4确认断路器处于分闸状态且无进车指令时，开关量输出回路2DO接通底盘车电机控制回路，断路器小车从开关柜退出。对于其它操作，测控装置也是严格按照预先设定的程序进行，所以非常安全、高效。这样使得开关柜具备了全面监测各种缺陷等功能，而这时的开关柜测控装置也不再是原来传统意义上的控制和电参数的测量设备，而是集各种参数的检测、各种缺陷的监测和开关柜的综合控制于一身的综合智能管理中心。

各元件规格：12—15为温度传感器型号为铂电阻P_t100；16、17为电流传感器精密金属膜电阻型号—1/4W0.2Ω。18为臭氧传感器型号—MQ131；19为超声传感器，型号—RISYM16；20为光电传感器，型号—GS-ABC-28355。

尽管已描述了本(发明)的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本(发明)范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本(发明)进行各种改动和变型而不脱离本(发明)的精神和范围。这样，倘若本(发明)的这些修改和变型属于本(发明)权利要求及其等同技术的范围之内，则本(发明)也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种开关柜热缺陷监测系统，其特征在于，所述系统包括：

信息检测模块、通讯模块、数据处理模块；其中，信息检测模块由多个分别安装于同一母线所连接的各开关柜中的低压侧数据采集单元所组成；每个低压侧数据采集单元包括：至少4个空气温度检测回路和至少1个电流检测回路，第一路空气温度检测回路用于检测开关柜外部的环境温度，第二至第四路空气温度检测回路用于检测相应开关柜各隔室的空气温度，电流检测回路用于检测相应开关柜的负荷电流，检测数据通过通讯模块传输给数据处理模块，数据处理模块根据通讯模块传输的环境温度、本隔室的温度、相邻隔室的温度、邻柜与本隔室相邻的隔室温度以及本柜的负荷电流，以及根据同一母线上的其它开关柜的负荷电流值，以确定本柜是否存在热缺陷；

每个低压侧数据采集单元的空气温度检测回路均设有温度传感器，第二路空气温度检测回路中的温度传感器位于电缆室内断路器下出线的上方，距断路器下出线的高度J为10-40厘米处，且处于距断路器B相下出线的中心线0—10厘米的位置；在开关柜电缆室内，在其电缆室与母线室间的隔板上设置有用于安装传感器的第一金属屏蔽罩，第一金属屏蔽罩的第一预设部分位于距断路器下出线10—40厘米的高度J，且对着断路器B相出线的中心线0—15厘米的位置上，并且至少第一预设部分的局部被镂空，所述的第二路空气温度检测回路中的温度传感器设置在此镂空部位；

第三路空气温度检测回路中的温度传感器位于断路器室内断路器B相上方，距离断路器B相的中心线0—10厘米，且距断路器顶部的距离h为10至40厘米；在开关柜断路器室内，位于断路器的上方设置有用于安装传感器的第二金属屏蔽罩，第二金属屏蔽罩的第二预设部分位于距断路器顶部的高度h为10—40厘米处，且处于断路器B相的中心线0—10厘米的位置上，并且至少第二预设部分有局部被镂空，所述的第三路空气温度检测回路中的温度传感器设置在此镂空部位；

第四路空气温度检测回路中的温度传感器位于开关柜母线室内顶盖下方0-2厘米处，且距离盖板下面的两相母排之间的竖直中心线0—3厘米、距开关柜宽度方向的中心线0—20厘米的位置上；在开关柜母线室的顶盖内侧沿着与母线平行方向、且在位于盖板下面的距离两相母排之间的竖直中心线0至4厘米的位置上，设置有用于安装传感器的长条形的第三金属屏蔽罩，第三金属屏蔽罩的第三预设部分位于距离开关柜宽度方向的中心线0至20厘米处，并且至少第三预设部分有局部被镂空，所述的第四路空气温度检测回路中的温度传感器设置在此镂空部位；

所述金属屏蔽罩的曲率半径R为3mm至40mm。

2.一种开关柜热缺陷在线监测的分析方法，其特征在于，采用权利要求1中的开关柜热缺陷监测系统进行监测分析，所述方法包括：

信息检测模块将检测数据通过通讯模块传输至数据处理模块，数据处理模块基于通讯模块传输的数据判断开关柜是否存在热缺陷；其中，

数据处理模块根据传输的数据，获得在不同环境温度T_环温、相邻隔室的温度或邻柜与本隔室相邻的隔室温度T_邻1、T_邻2、本柜的负荷电流I_负荷以及同一母线上它柜的负荷电流条件下的关于本隔室温度T的一组数据表；对上述数据表利用数学拟合的方法，得到在设备投运初期时该隔室温度数据对于表格参数的数学表达式T＝f(I_负荷、I_母、T_环温、T_邻1、T_邻2)或T＝f(I_负荷、T_环温、T_邻1、T_邻2)；设定一个偏差值△d；在运行中将检测到的隔室温度值与表达式的计算数值进行对比，若检测到的温度高于计算值，且大于设定值△d，则认为设备发热状况劣化而发出报警，反之，则认为设备状态正常；每个数据采集单元的空气温度检测回路均设有温度传感器，第二路空气温度检测回路中的温度传感器位于电缆室内断路器下出线的上方，距断路器下出线的高度J为10—40厘米处，且处于距断路器B相下出线的中心线0—10厘米；每个数据采集单元的空气温度检测回路均设有温度传感器，第三路空气温度检测回路中的温度传感器位于断路器室内断路器B相上方，距离断路器B相的中心线0—10厘米，且距断路器顶部的距离h为10至40厘米；每个数据采集单元的空气温度检测回路均设有温度传感器，第四路空气温度检测回路中的温度传感器位于开关柜母线室内顶盖下方0-2厘米处，且距离盖板下面的两相母排之间的竖直中心线0—3厘米。

3.根据权利要求2所述的开关柜热缺陷在线监测的分析方法，其特征在于，数据处理模块还用于通过对同一母线所连接的它柜负荷电流的检测数据获得本开关柜母线电流数据，并将此母线电流数据用于本隔室热缺陷的分析中。

4.根据权利要求2或3所述的开关柜热缺陷在线监测的分析方法，其特征在于，母线上任意柜n的母线电流值由该同一母线所通过的各开关柜的负荷电流计算得到，包括以下几种情况：

对于单侧供电：该处母线电流i_n＝I_I-I₁-I₂…I_n-1或i_n＝I_n+I_n+1+I_n+2…I_n+m；I_I为进线柜负荷电流，1、2…n-1为从进线柜以后至本计算点间的各个开关柜顺序号；n、n+1、n+2…n+m则为从计算点算起远离进线柜方向所有各柜编号；

对于双侧供电且联络开关合：先从某一进线端开始试算，若I＝I_I-I₁-I₂…I_n-1＞＝0且大于或等于I_n，则该处母线电流i_n＝I_I-I₁-I₂…I_n-1；若I＝I_I-I₁-I₂…I_n-1＞＝0但小于I_n，则i_n＝I_n；若I＝I_I-I₁-I₂…I_n-1＜0，则i_n＝I_II-I_n+1-I_n+2…-I_n+m；I_I、I_II分别为两进线柜的负荷电流。

5.一种开关柜发热趋势在线监测的分析方法，其特征在于，采用权利要求1中的开关柜热缺陷监测系统进行监测分析，所述方法包括：

信息检测模块将检测数据通过通讯模块传输至数据处理模块，数据处理模块基于通讯模块传输的数据判断开关柜的发热趋势；

数据处理模块根据传输的数据，获得在不同环境温度T_环温、相邻隔室的温度或邻柜与本隔室相邻的隔室温度T_邻1、T_邻2、本柜的负荷电流I_负荷以及同一母线上它柜的负荷电流I_母条件下的关于本隔室温度T的一组数据表；

根据此数据表，利用数学拟合的方法得到开关柜某隔室温度的数学表达式T＝f(I_负荷、T_环温、T_邻1、T_邻2、I_母)或T＝f(I_负荷、T_环温、T_邻1、T_邻2)；根据此表达式推算出当I_负荷等于某个预定的电流值I_e时，隔室温度T可能达到的数值，从而预测该隔室在此电流下是否存在过热的风险。

6.一种开关柜综合测控装置，其特征在于，所述开关柜综合测控装置上安装有如权利要求1所述的开关柜热缺陷监测系统。

7.根据权利要求6所述的开关柜综合测控装置，其特征在于，所述开关柜综合测控装置上设置有至少1路超声检测回路和/或至少1路气体检测回路和/或至少1路光电检测回路，相应的超声、气体、光电传感器则分别设置于前述金属屏蔽罩的镂空部位，并通过导线与开关柜测控装置的相应回路相连接。

8.根据权利要求6所述的开关柜综合测控装置，其特征在于，所述开关柜综合测控装置上还设置有至少2路断路器分闸、合闸线圈电流检测回路，和/或设置有至少2路断路器辅助开关动作信号检测回路，和/或设置有至少2路控制断路器小车进、出的开关量输出回路，和/或有2路控制接地刀操作的开关量输出回路，和/或至少1路断路器分、合闸位置开关量输入回路，和/或有至少2路断路器工作、试验位置开关量输入回路，和/或有至少1路接地刀合、分位置开关量输入回路，和/或有至少1路开关柜后面板开启开关量输入回路。

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