CN110793647A - 一种基于高压开关柜温度场分布的温度探测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于高压开关柜温度场分布的温度探测方法，通过非接触方式检测高压开关柜外表面温度分布实现监测高压开关柜内对应区域的温度变化；利用偏最小二乘回归法，结合影响因子计算出相应监测点的温度值；本发明采用非接触式测温，不会影响原开关柜内部结构、不会影响温场分布，同时根据开关柜温度场分布原理利用偏最小二乘回归法，准确计算出触头温度，保证测试精准。此外，本发明提供的温度探测系统具有自动巡检功能，一间配电室仅需安装一套即可，安装及运行成本较低，经济实惠、安全可靠。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统状态监测技术领域，具体涉及一种基于高压开关柜温度场分布的温度探测方法及系统。
背景技术
高压开关柜是`电网运行中使用最广泛、使用量最大的高压开关设备，它的存在为检修人员的人身安全带来了保障。在长期运行的过程中，高压开关柜内部触头、接点等部位容易出现材料老化、接触不良等状况，导致触头位置接触电阻突增，温度上升。当热源温度持续升高，会逐渐出现氧化、膨胀、收缩等现象，如果放任设备热源部位继续恶化，最终将会导致设备故障，引发严重停电事故，危及检修人员的人身安全。因而，针对高压开关柜进行温度监测对于确保电网安全、可靠性具有重要的意义。
现有高压开关柜温度监测装置存在以下缺陷：接触式测温影响原开关柜内部机械结构、电气绝缘，同时影响其温度场分布，若处理不当还会因为测试传感器掉落等造成开关柜二次事故，得不偿失；非接触式红外测温，由于安装位置限制一般很难测试准确的触头温度。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了解决上述问题的一种基于高压开关柜温度场分布的温度探测方法及系统，采用非接触式测温，不会影响原开关柜内部结构、不会影响温场分布，同时根据高压开关柜温度场分布原理利用偏最小二乘回归法，准确计算出触头温度，保证测试精准。
本发明通过下述技术方案实现：
一种基于高压开关柜温度场分布的温度探测方法，通过非接触方式检测高压开关柜外表面温度分布实现监测高压开关柜内对应区域的温度变化；利用偏最小二乘回归法，结合影响因子计算出相应监测点的温度值；
进一步地，所述高压开关柜内部包括电缆室、断路器室、仪表室和母线室；通过检测高压开关柜前面板外表面温度分布实现监测仪表室、断路器室、电缆室温度变化，通过检测高压开关柜顶板外表面温度分布实现监测仪表室、断路器室、母线室、电缆室温度变化。
进一步地，所述监测点包括开关柜仪表室、断路器室、母线室和电缆室内实际温度，以及关键接点温度，所述关键点包括母排、动静触头、电缆接头。
进一步地，所述影响因子包括加入负荷电流、环境温度、环境湿度、高压开关柜外表面温度分布。
进一步地，所述非接触方式包括远景红外探测方法；通过非接触方式连续或间断扫描检测高压开关柜。
一种基于高压开关柜温度场分布的远景红外温度探测系统，包括巡检机构、远景红外探测器、负荷电流传感器和控制系统；
所述巡检机构包括悬臂、滑轮、滑杆；所述悬臂安装于高压开关柜内部，悬臂上设有滑轨，滑轮沿滑轨滑动连接，滑杆的一端固定有远景红外探测器、另一端与滑轮连接；通过滑轮沿滑轨移动，依次同步带动滑杆、远景红外探测器扫描检测高压开关柜外表面；所述远景红外探测器用于检测高压开关柜外表面温度场分布；
所述控制系统用于向巡检机构发生控制命令、控制巡检机构移动，带动远景红外探测器检测设定位置的高压开关柜外表面温度；控制系统包括巡检控制单元、大数据单元、温度测试单元；所述大数据单元用于存储远景红外探测器检测到的高压开关柜外表面温度场分布数据以及温度测试单元计算温度数据，并支撑历史温度场分布数据查询功能；所述温度测试单元，用于采用偏最小二乘回归法，结合影响因子计算得高压开关柜监测点温度值；所述负荷电流传感器安装至高压开关柜内部，用于采集高压开关柜进和/或出线的负荷电流；
所述监测点包括开关柜仪表室、断路器室、母线室和电缆室内实际温度，以及关键接点温度，所述关键点包括母排、动静触头、电缆接头；所述影响因子包括加入负荷电流、环境温度、环境湿度、高压开关柜外表面温度分布；
所述一种基于高压开关柜温度场分布的远景红外温度探测系统用于实现上述方法。
进一步地，所述控制命令包括巡检启动命令、巡检周期、单柜观测时长、缺陷重点观测时长、巡检停止命令。
进一步地，所述控制系统还包括报警单元，所述报警单元根据温度测试单元发出的报警命令进行温度缺陷报警；所述温度测试单元，还用于横向对比相同间隔的开关柜温度场分布、纵向对比历史温度场分布，若发现温差超过预设温差阈值则发布报警命令。
进一步地，所述报警单元发出的报警信号种类包括单柜报警信号和柜内报警信号；所述单柜报警信号包括对应高压开关柜柜号，所述柜内报警信号为监测点位置，包括开关柜仪表室、断路器室、母线室和电缆室内实际温度，以及关键接点温度，所述关键点包括母排、动静触头、电缆接头。
进一步地，所述远景红外探测器还用于检测高压开关柜周围环境湿度。
在高压开关柜断路器手车室、母线室和电缆室的上方均设有泄压装置，当断路器或母线发生内部故障电弧时，伴随电弧的出现，开关柜内部气压升高，装设在门上的特殊密封圈把柜前面封闭起来，顶部装备的泄压金属板将被自动打开，释放压力和排泄气体，以确保操作人员和开关柜的安全。热量的传播是具有方向性的，只能自发地从高温传到低温，当高压开关柜中由于缺陷产生热源时，热量的传导也是符合方向性的。高压开关柜内部的热量是靠热传导、热对流、热辐射进行散发的，从高压开关柜内部缺陷位置的固体绝缘层内侧传递到外侧，造成固体绝缘介质外表面温度与周围空气的温差，使热量经对流、辐射的形式扩散到周围环境中，并沿着泄压通道传递到开关柜外表面，通过监测开关柜外表面温度场分布，即可判断开关柜内部热源位置。高压开关柜温度场分布及热量传导方向如下所示：
(1)电缆室热传导方向：电缆室主要发热点为接头处，电缆接头处因为接触不良、局部放电缺陷、材料老化等都有可能形成发热源，造成温度升高。电缆室由于缺陷形成热源之后的热量传导方向为向外传导至开关柜前表面，以及随着泄压通道传至开关柜上表面。
(2)母线室热传导方向：母线室主要发热点为母排处，母排处因为接触不良、材料老化等都有可能形成发热源，造成温度升高。母线室由于缺陷形成热源之后的热量传导方向为随着泄压通道传至开关柜上表面。
(3)断路器室热传导方向：断路器室主要发热点为动静触头处，动静触头处因为接触不良、材料老化、断路器机械故障等都有可能形成发热源，造成温度升高。断路器室由于缺陷形成热源之后的热量传导方向为向外传导至开关柜前表面，以及随着泄压通道传至开关柜上表面。
(4)仪表室室热传导方向：仪表室由于仅安装仪器仪表一般产生热源可能性不大，但若形成热源之后的热量传导方向为向外传导至开关柜前表面，以及随着泄压通道传至开关柜上表面。
根据高压开关柜温度场分布及热量传导方向可知，通过检测开关柜前面板外表面温度分布即可监测仪表室、断路器室、电缆室温度变化，通过检测开关柜上表面温度分布即可监测仪表室、断路器室、母线室、电缆室温度变化；再通过偏最小二乘回归法，加入负荷电流、环境温湿度、高压开关柜外表面温度分布等影响因子，即可计算出开关柜仪表室、断路器室、母线室、电缆室的实际温度，以及关键接点如母排、动静触头、电缆接头等的温度。
本发明具有如下的优点和有益效果：
本专利提供一种基于高压开关柜温度场分布的温度探测方法及系统，采用非接触式测温，同时根据开关柜温度场分布原理利用偏最小二乘回归法，准确计算出触头温度，保证测试精准。本方法设备具有自动巡检功能，一间配电室仅需安装一套即可，经济实惠、安全可靠。
具有如下有益效果：
1、本发明利用非接触式的远景红外温度探测方法测温，不仅不影响开关柜内部机械、电气结构及温度场分布，同时不受开关柜内部结构影响测试精度。
2、本发明利用偏最小二乘回归法，依靠开关柜外表面温度场分布、环境温湿度、负荷电流等影响因子即可准确的估算开关柜内部各室，以及动静触头、母排、电缆接头等关键接点的温度，测试精度高，准确可靠。
3、本发明具有自动巡检功能，一间变配电室安装一套设备即可，不需要每台开关柜都配置相应设备，经济实惠。
4、本发明温度判断时不采用单一阈值法，而采用多阈值温差法，温度缺陷判断更准确，不误报、不漏报。
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。在附图中：
图1为本发明的温度探测方法流程图；
图2为本发明的自动巡检流程图；
图3为本发明的高温开关柜温度场分布及热量传导方向示意图；
图4为本发明的高压开关柜前面板温度场分布示意图；
图5为本发明的高压开关柜顶部面板温度场分布示意图；
图6为本发明的温度探测系统结构示意图；
图7为本发明的巡检机构安装位置示意图，用于检测高压开关柜前侧面板温度；
图8为本发明的巡检机构安装位置示意图，用于检测高压开关柜顶部面板温度。
附图中标记及对应的零部件名称：1-电缆室，2-断路器室，3-仪表室，4-母线室，5-高压开关柜，6-悬壁，7-滑轨，8-滑块，9-滑杆，10-远景红外探测器。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
本实施例提供了一种基于高压开关柜温度场分布的温度探测方法，如图1所示，通过远景红外探测方法连续或间断扫描检测高压开关柜外表面温度分布实现，以监测高压开关柜内对应区域的温度变化；利用偏最小二乘回归法，结合影响因子计算出相应监测点的温度值。其中监测点包括开关柜仪表室、断路器室、母线室和电缆室内实际温度，以及关键接点温度，所述关键点包括母排、动静触头、电缆接头；影响因子包括加入负荷电流、环境温度、环境湿度、高压开关柜外表面温度分布。
高压开关柜内部分为电缆室、断路器室、仪表室和母线室四个小腔室；通过检测高压开关柜前面板外表面温度分布实现监测仪表室、断路器室、电缆室温度变化，通过检测高压开关柜顶板外表面温度分布实现监测仪表室、断路器室、母线室、电缆室温度变化。高压开关柜温度场分布及热量传导方向如图3-5所示。
实施例2
本实施例提供一种能够实现实施例1所示温度探测方法的、一种基于高压开关柜温度场分布的远景红外温度探测系统，由巡检机构、远景红外探测器、负荷电流传感器和控制系统四部分构成。
巡检机构包括悬臂、滑轮、滑杆；悬臂安装于变配电室墙壁或顶部适中位置，悬臂上设有滑轨，滑轮与滑轨滑动适配，滑轮沿滑轨滑动运动。滑杆的一端固定有远景红外探测器、另一端与滑轮连接；通过滑轮沿滑轨移动，依次同步带动滑杆、远景红外探测器扫描检测高压开关柜外表面；滑轮和滑轨适配机构采用现有的传动机构，如电机驱动的直线导轨、齿轮齿条传动机构，通过布置悬臂及滑轨在变配电室内分布情况，可保障滑杆上安装的远景红外探测器移动至高压开关柜前面板处或顶部处进行检测，此外滑杆可采用伸缩杆方便调整远景红外探测器的高度；或者通过设计滑杆的结构如摇把型结构，一端与滑轮转动连接、另一端设置远景红外探测器，通过转动滑杆，调整远景红外探测器移动至高压开关柜前面板处或顶部处进行检测。远景红外探测器主要用于检测高压开关柜前面板和顶部面板外表面的温度场分布、以及探测高压开关柜周围环境湿度。
控制系统用于向巡检机构发生控制命令、控制巡检机构移动，带动远景红外探测器检测设定位置的高压开关柜外表面温度；控制系统包括巡检控制单元、大数据单元、温度测试单元。大数据单元用于存储远景红外探测器检测到的高压开关柜外表面温度场分布数据以及温度测试单元计算温度数据，并支撑历史温度场分布数据查询功能；此外，所述大数据单元具有温度测试算法，根据运行状况、误报、漏报、实际测温信息优化偏最小二乘回归法系数，实现温度测试算法优化。温度测试单元，用于采用偏最小二乘回归法，结合影响因子计算得高压开关柜监测点温度值；负荷电流传感器安装至高压开关柜内部，用于采集高压开关柜进和/或出线的负荷电流。监测点包括开关柜仪表室、断路器室、母线室和电缆室内实际温度，以及关键接点温度，所述关键点包括母排、动静触头、电缆接头；影响因子包括加入负荷电流、环境温度、环境湿度、高压开关柜外表面温度分布
控制命令包括巡检启动命令、巡检周期、单柜观测时长、缺陷重点观测时长、巡检停止命令。
控制系统还包括报警单元，所述报警单元根据温度测试单元发出的报警命令进行温度缺陷报警；所述温度测试单元，还用于横向对比相同间隔的开关柜温度场分布、纵向对比历史温度场分布，若发现温差超过预设温差阈值则发布报警命令。报警单元发出的报警信号种类包括单柜报警信号和柜内报警信号；所述单柜报警信号包括对应高压开关柜柜号，所述柜内报警信号为监测点位置，包括开关柜仪表室、断路器室、母线室和电缆室内实际温度，以及关键接点温度，所述关键点包括母排、动静触头、电缆接头。
温度测试单元利用偏最小二乘回归法计算温度流程如图1所示，以电缆室电缆触头接触不良造成温度升高为例介绍本专利温度测试流程：
(1)首先，远景红外探测器测试环境温度T环、环境湿度H环、开关柜前部电缆室区域温度T前、开关柜顶部电缆室区域温度T上、负荷电流I负；
(2)其次，确定电缆室偏最小二乘回归法系数分别为：a、b、c、d、e，该系数针对不同开关柜小室，不同关键点有所不同，同时受到大数据模块优化更新。
(3)最后，带入回归方程T＝a*T环+b*H环+c*T前+d*T上+e*I负，计算获得电缆室温度T。
进一步地，对比分析同间隔、同运行条件(包括环境温湿度、负荷电缆)高压开关柜温度，以及分析历史同运行条件(包括环境温湿度、负荷电缆)下高压开关柜温度，获取温差值，若超过系统预设温差阈值则报警。
巡检控制单元控制巡检机构自动巡检流程如图2所述：首先，巡检控制单元下达巡检控制命令，巡检控制命令包括每日巡检时间间隔、巡检次数、停留时间等；巡检控制单元主要用于控制滑轮的驱动伺服电机。其次，巡检机构按照巡检命令进行巡检，并记录巡检测试数据，经温度测试单元测算后形成温度值。再次，若温度值对比同间隔、历史数据后发现温差超限，则定位至超限开关柜处，巡检控制单元控制巡检机构关闭巡检功能，并控制巡检机构移动至缺陷开关柜位置进行持续观测。故障排除或用户设置即可重新进行自动巡检任务。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于高压开关柜温度场分布的温度探测方法，其特征在于，通过非接触方式检测高压开关柜外表面温度分布实现监测高压开关柜内对应区域的温度变化；利用偏最小二乘回归法，结合影响因子计算出相应监测点的温度值。
2.根据权利要求1所述的一种基于高压开关柜温度场分布的温度探测方法，其特征在于，所述高压开关柜内部包括电缆室、断路器室、仪表室和母线室；通过检测高压开关柜前面板外表面温度分布实现监测仪表室、断路器室、电缆室温度变化，通过检测高压开关柜顶板外表面温度分布实现监测仪表室、断路器室、母线室、电缆室温度变化。
3.根据权利要求1所述的一种基于高压开关柜温度场分布的温度探测方法，其特征在于，所述监测点包括开关柜仪表室、断路器室、母线室和电缆室内实际温度，以及关键接点温度，所述关键点包括母排、动静触头、电缆接头。
4.根据权利要求3所述的一种基于高压开关柜温度场分布的温度探测方法，其特征在于，所述影响因子包括加入负荷电流、环境温度、环境湿度、高压开关柜外表面温度分布。
5.根据权利要求1所述的一种基于高压开关柜温度场分布的温度探测方法，其特征在于，所述非接触方式包括远景红外探测方法；通过非接触方式连续或间断扫描检测高压开关柜。
6.一种基于高压开关柜温度场分布的远景红外温度探测系统，其特征在于，包括巡检机构、远景红外探测器、负荷电流传感器和控制系统；
所述巡检机构包括悬臂、滑轮、滑杆；所述悬臂安装于高压开关柜内部，悬臂上设有滑轨，滑轮沿滑轨滑动连接，滑杆的一端固定有远景红外探测器、另一端与滑轮连接；通过滑轮沿滑轨移动，依次同步带动滑杆、远景红外探测器扫描检测高压开关柜外表面；所述远景红外探测器用于检测高压开关柜外表面温度场分布；
所述控制系统用于向巡检机构发生控制命令、控制巡检机构移动，带动远景红外探测器检测设定位置的高压开关柜外表面温度；控制系统包括巡检控制单元、大数据单元、温度测试单元；所述大数据单元用于存储远景红外探测器检测到的高压开关柜外表面温度场分布数据以及温度测试单元计算温度数据，并支撑历史温度场分布数据查询功能；所述温度测试单元，用于采用偏最小二乘回归法，结合影响因子计算得高压开关柜监测点温度值；所述负荷电流传感器安装至高压开关柜内部，用于采集高压开关柜进和/或出线的负荷电流；
所述监测点包括开关柜仪表室、断路器室、母线室和电缆室内实际温度，以及关键接点温度，所述关键点包括母排、动静触头、电缆接头；所述影响因子包括加入负荷电流、环境温度、环境湿度、高压开关柜外表面温度分布；所述一种基于高压开关柜温度场分布的远景红外温度探测系统用于实现权利要求1至5任一项所述的方法。
7.根据权利要求6所述的一种基于高压开关柜温度场分布的远景红外温度探测系统，其特征在于，所述控制命令包括巡检启动命令、巡检周期、单柜观测时长、缺陷重点观测时长、巡检停止命令。
8.根据权利要求6所述的一种基于高压开关柜温度场分布的远景红外温度探测系统，其特征在于，所述控制系统还包括报警单元，所述报警单元根据温度测试单元发出的报警命令进行温度缺陷报警；所述温度测试单元，还用于横向对比相同间隔的开关柜温度场分布、纵向对比历史温度场分布，若发现温差超过预设温差阈值则发布报警命令。
9.根据权利要8所述的一种基于高压开关柜温度场分布的远景红外温度探测系统，其特征在于，所述报警单元发出的报警信号种类包括单柜报警信号和柜内报警信号；所述单柜报警信号包括对应高压开关柜柜号，所述柜内报警信号为监测点位置，包括开关柜仪表室、断路器室、母线室和电缆室内实际温度，以及关键接点温度，所述关键点包括母排、动静触头、电缆接头。
10.根据权利要求6所述的一种基于高压开关柜温度场分布的远景红外温度探测系统，其特征在于，所述远景红外探测器还用于检测高压开关柜周围环境湿度。
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Denomination of invention: A temperature detection method and system based on the temperature field distribution of high-voltage switchgear Effective date of registration: 20230818 Granted publication date: 20200901 Pledgee: Agricultural Bank of China Limited by Share Ltd. Chengdu high tech Industrial Development Zone Branch Pledgor: CHENGDU GONGBAILI AUTOMATION EQUIPMENT Co.,Ltd. Registration number: Y2023510000200 |