CN110794253B - 一种开关柜健康状态评价方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种开关柜健康状态评价方法，包括：采集第一电气连接点的温度；计算第一电气连接点的温升值；拟合温升变化曲线，估算第一电气连接点的温升预测值；计算第一电气连接点的接触电阻相对值；拟合电流变化曲线，计算温升变化曲线和电流变化曲线的相关系数；对开关柜进行发热仿真，估算第二电气连接点的温升值；根据第一电气连接点的温度、温升值、温升预测值、接触电阻相对值、相关系数和第二电气连接点的温升值评价开关柜的健康状态。本发明还公开了一种开关柜健康状态评价装置。采用本发明实施例，能够从多方面对开关柜健康状态进行综合评价，提高开关柜健康状态评价的全面性和准确度。

Description

一种开关柜健康状态评价方法及装置

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种开关柜健康状态评价方法及装置。

背景技术

中压开关柜广泛应用在电力用户供配电系统中，主要起电能分配、控制和保护功能，其运行过程中产生的温升值直接影响开关柜的寿命以及电力系统的稳定性。在中压开关柜的使用过程中，主回路电气连接点常因为使用磨损或安装缺陷导致导体连接点接触电阻增大，造成触头发热甚至烧毁，威胁供电安全，严重者造成重大事故。

随着智能供配电技术的发展和工业用户对设备安全监测的需求增长，都需要对开关柜内容易发热的电气连接点予以持续监测。目前常用的监测手段仅限于使用固定的阈值报警功能，但在实际使用的过程中，其他的例如：连接点温升未超过报警阈值但接触电阻异常的情况，不能直接测量到温升值的连接点(如真空灭弧室内动静触头)的情况，电流和温度的相关性异常情况等诸多因素均会对开关柜健康状态造成影响，仅进行固定的阈值报警功能无法完整反应开关柜运行状态的健康状况，造成开关柜的健康状态评价偏差大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种开关柜健康状态评价方法及装置，能够从多方面对开关柜健康状态进行综合评价，提高开关柜健康状态评价的全面性和准确度。

为了解决现有技术存在的问题，本发明实施例提供了一种开关柜健康状态评价方法，包括：

实时采集开关柜所处环境温度和开关柜内第一电气连接点的温度；

根据所述环境温度和所述第一电气连接点的温度计算所述第一电气连接点的温升值；

根据第一预设时间段内的所述第一电气连接点的温升值拟合温升变化曲线，根据所述温升变化曲线估算第一电气连接点的温升预测值；

根据所述第一电气连接点的温升值计算所述第一电气连接点的接触电阻相对值；

采集第二预设时间段内开关柜内一次导体的电流值，根据所述电流值拟合电流变化曲线，计算所述温升变化曲线和所述电流变化曲线的相关系数；

对开关柜进行发热仿真，获得所述第一电气连接点和与所述第一电气连接点连接的一次导体长度方向的温升差值，根据所述第一电气连接点的温升值和所述温升差值估算第二电气连接点的温升值；

根据所述第一电气连接点的所述温度、所述温升值、所述温升预测值、所述接触电阻相对值、所述相关系数和所述第二电气连接点的所述温升值评价开关柜的健康状态。

优选地，所述根据所述第一电气连接点的所述温度、所述温升值、所述温升预测值、所述接触电阻相对值、所述相关系数和所述第二电气连接点的所述温升值评价开关柜的健康状态，具体为：

判断所述第一电气连接点的所述温度、所述温升值、所述温升预测值、所述接触电阻相对值和所述第二电气连接点的所述温升值是否大于对应的故障阈值；判断所述相关系数是否小于第一预设阈值；

当所述第一电气连接点的所述温度、所述温升值、所述温升预测值、所述接触电阻相对值和所述第二电气连接点的所述温升值中任意一个值大于对应的故障阈值时或相关系数小于第一预设阈值时，判定开关柜的健康状态为故障状态；

当所述第一电气连接点的所述温度、所述温升值、所述温升预测值、所述接触电阻相对值和所述第二电气连接点的所述温升值均小于对应的故障阈值且所述相关系数大于第一预设阈值时，判断所述第一电气连接点的所述温度、所述温升值、所述温升预测值、所述接触电阻相对值和所述第二电气连接点的所述温升值是否大于相应的隐患阈值；判断所述相关系数是否小于第二预设阈值；

当所述第一电气连接点的所述温度、所述温升值、所述温升预测值、所述接触电阻相对值和所述第二电气连接点的所述温升值中任意一个值大于对应的隐患阈值时或所述相关系数小于第二预设阈值时，判定开关柜的健康状态为隐患状态；

当所述第一电气连接点的所述温度、所述温升值、所述温升预测值、所述接触电阻相对值和所述第二电气连接点的所述温升值均小于对应的隐患阈值且所述相关系数大于第二预设阈值时，判定开关柜的健康状态为正常状态。

优选地，所述第一电气连接点为A相母排连接点、B相母排连接点、C相母排连接点、A相上梅花触头、B相上梅花触头、C相上梅花触头、A相下梅花触头、B相下梅花触头、C相下梅花触头、A相出线电缆接头、B相出线电缆接头和C相出线电缆接头中的一个或多个。

优选地，所述根据所述第一电气连接点的所述温度、所述温升值、所述温升预测值、所述接触电阻相对值、所述相关系数和所述第二电气连接点的所述温升值评价开关柜的健康状态之后，还包括：

当判定开关柜的健康状态为故障状态时，获取大于对应的故障阈值的值或相关系数小于第一预设阈值的所述第一电气连接点；

当判定开关柜的健康状态为隐患状态时，获取大于对应的隐患阈值的值或相关系数小于第二预设阈值的所述第一电气连接点。

优选地，所述根据所述环境温度和所述第一电气连接点的温度计算所述第一电气连接点的温升值，具体为：

将所述第一电气连接点的温度减去所述环境温度，获得所述第一电气连接点的温升值。

优选地，所述根据第一预设时间段内的所述第一电气连接点的温升值拟合温升变化曲线，具体为：

采用温升模型对第一预设时间段内的所述第一电气连接点的温升值进行计算，获得L组稳态温升值和一次导体时间常数，其中L≥2；

根据所述L组稳态温升值和一次导体时间常数，利用回归算法拟合温升变化曲线。

优选地，所述温升模型为：

τ＝τ_w(1-e^-t/T)；

其中，式中τ为第一电气连接点的实时温升值；t为时间；τw为时间t趋向无穷时的稳态温升值；T为一次导体时间常数。

优选地，所述根据所述第一电气连接点的所述温升值计算所述第一电气连接点的接触电阻相对值，具体为：

将所述第一电气连接点按照类型划分为M组第一电气连接点，其中，M≥1；

根据每组第一电气连接点的温升值计算每组第一电气连接点的平均温升值；

根据所述每组第一电气连接点的温升值和所述每组第一电气连接点平均温升值计算每个电气连接点的温升相对值；

根据所述每个电气连接点的所述温升相对值换算所述每个电气连接点的所述接触电阻相对值。

优选地，所述根据所述每组第一电气连接点的温升值和所述每组第一电气连接点平均温升值计算每个电气连接点的温升相对值的公式为：

τ_-＝(τ₁+τ₂+…+τ_n)/n；

其中，式中τ_-为第N组第一电气连接点的平均温升值；τ₁—τ_n为第N组第一电气连接点的温升值；n为第N组第一电气连接点中所包含的第一电气连接点的个数；1≤N≤M；

所述根据所述每个电气连接点的所述温升相对值换算所述每个电气连接点的所述接触电阻相对值的公式为：

其中，式中

为第N组第一电气连接点中的第i个电气连接点的温升相对值；

为第N组第一电气连接点中的第i个电气连接点的接触电阻相对值；I为通过一次导体的电流；R_i为一次导体的直流电阻；K_f为附加损耗系数；K_T为综合散热系数；A_τ为有效散热面积；1≤i≤n。

优选地，所述对开关柜进行发热仿真，获得所述第一电气连接点和与所述第一电气连接点连接的一次导体长度方向的温升差值，具体为：

实时采集一次导体的电压和电流，获取开关柜尺寸参数和一次导体的材质；

根据所述开关柜尺寸参数建立仿真模型，根据一次导体的材质、电压和电流建立约束条件，利用有限元分析工具仿真确定所述第一电气连接点和与所述第一电气连接点连接的一次导体长度方向的温升差值。

相应地，本发明实施例还提供了一种开关柜健康状态评价装置，包括：

温度采集模块，用于实时采集开关柜所处环境温度和开关柜内第一电气连接点的温度；

温升计算模块，用于根据所述环境温度和所述第一电气连接点的温度计算所述第一电气连接点的温升值；

温升预测模块，用于根据第一预设时间段内的所述第一电气连接点的温升值拟合温升变化曲线，根据所述温升变化曲线估算第一电气连接点的温升预测值；

相对值计算模块，用于根据所述第一电气连接点的温升值计算所述第一电气连接点的接触电阻相对值；

相关系数计算模块，用于采集第二预设时间段内开关柜内一次导体的电流值，根据所述电流值拟合电流变化曲线，计算所述温升变化曲线和所述电流变化曲线的相关系数；

发热仿真模块，用于对开关柜进行发热仿真，获得所述第一电气连接点和与所述第一电气连接点连接的一次导体长度方向的温升差值，根据所述第一电气连接点的温升值和所述温升差值估算第二电气连接点的温升值；

评价模块，用于根据所述第一电气连接点的所述温度、所述温升值、所述温升预测值、所述接触电阻相对值、所述相关系数和所述第二电气连接点的所述温升值评价开关柜的健康状态。

优选的，所述评价模块具体包括：

第一判断单元，用于判断所述第一电气连接点的所述温度、所述温升值、所述温升预测值、所述接触电阻相对值和所述第二电气连接点的所述温升值是否大于对应的故障阈值；判断所述相关系数是否小于第一预设阈值；

第一判定单元，用于当所述第一电气连接点的所述温度、所述温升值、所述温升预测值、所述接触电阻相对值和所述第二电气连接点的所述温升值中任意一个值大于对应的故障阈值时或相关系数小于第一预设阈值时，判定开关柜的健康状态为故障状态；

第二判断单元，用于当所述第一电气连接点的所述温度、所述温升值、所述温升预测值、所述接触电阻相对值和所述第二电气连接点的所述温升值均小于对应的故障阈值且所述相关系数大于第一预设阈值时，判断所述第一电气连接点的所述温度、所述温升值、所述温升预测值、所述接触电阻相对值和所述第二电气连接点的所述温升值是否大于相应的隐患阈值；判断所述相关系数是否小于第二预设阈值；

第二判定单元，用于当所述第一电气连接点的所述温度、所述温升值、所述温升预测值、所述接触电阻相对值和所述第二电气连接点的所述温升值中任意一个值大于对应的隐患阈值时或所述相关系数小于第二预设阈值时，判定开关柜的健康状态为隐患状态；

第三判定单元，用于当所述第一电气连接点的所述温度、所述温升值、所述温升预测值、所述接触电阻相对值和所述第二电气连接点的所述温升值均小于对应的隐患阈值且所述相关系数大于第二预设阈值时，判定开关柜的健康状态为正常状态。

本发明提供的开关柜健康状态评价方法及装置，实时采集开关柜所处环境温度和开关柜内第一电气连接点的温度；根据所述环境温度和所述第一电气连接点的温度计算所述第一电气连接点的温升值；根据第一预设时间段内的所述第一电气连接点的温升值拟合温升变化曲线，根据所述温升变化曲线估算第一电气连接点的温升预测值；根据所述第一电气连接点的所述温升值计算所述第一电气连接点的接触电阻相对值；采集第二预设时间段内开关柜内一次导体的电流值，根据所述电流值拟合电流变化曲线，计算所述温升曲线和所述电流曲线的相关系数；对开关柜进行发热仿真，获得所述第一电气连接点和与所述第一电气连接点连接的一次导体长度方向的温升差值，根据所述第一电气连接点的温升值和所述温升差值估算第二电气连接点的温升值；集合所述第一电气连接点的所述温度、所述温升值、所述温升预测值、所述接触电阻相对值、所述相关系数和所述第二电气连接点的所述温升值对开关柜的健康状态进行综合评价，提高了开关柜健康状态评价的全面性和准确度。

附图说明

图1是本发明提供的开关柜健康状态评价方法的一个实施例的流程示意图；

图2是第一电气连接点的温升变化曲线示意图；

图3是本发明提供的开关柜健康状态评价装置的一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，是本发明提供的开关柜健康状态评价方法的一个实施例的流程示意图。

本发明实施例提供的一种开关柜健康状态评价方法，包括步骤S1至S7，具体如下：

S1，实时采集开关柜所处环境温度和开关柜内第一电气连接点的温度。

S2，根据所述环境温度和所述第一电气连接点的温度计算所述第一电气连接点的温升值。

S3，根据第一预设时间段内的所述第一电气连接点的温升值拟合温升变化曲线，根据所述温升变化曲线估算第一电气连接点的温升预测值。

S4，根据所述第一电气连接点的温升值计算所述第一电气连接点的接触电阻相对值。

S5，采集第二预设时间段内开关柜内一次导体的电流值，根据所述电流值拟合电流变化曲线，计算所述温升变化曲线和所述电流变化曲线的相关系数。

需要说明的是，第二预设时间段可以是一天内的24小时中的任何时间段，当电流和温度刚开始出现不同步变化的情况时，近24小时和近12小时的相关系数变化不大，近6小时的相关系数有所变化，近1小时的相关系数变化明显。所以可以通过分时段对开关柜内的第一电气连接点的温升变化曲线和电流变化曲线进行相关性分析，得到相关系数，使得相关异常识别更加精确。其中，第一预设时间段包含第二预设时间段，计算相关系数可采用皮尔逊相关系数算法。

S6，对开关柜进行发热仿真，获得所述第一电气连接点和与所述第一电气连接点连接的一次导体长度方向的温升差值，根据所述第一电气连接点的温升值和所述温升差值估算第二电气连接点的温升值。

S7，根据所述第一电气连接点的所述温度、所述温升值、所述温升预测值、所述接触电阻相对值、所述相关系数和所述第二电气连接点的所述温升值评价开关柜的健康状态。

在具体实施时，实时采集开关柜所处环境温度和开关柜内第一电气连接点的温度；根据所述环境温度和所述第一电气连接点的温度计算所述第一电气连接点的温升值；根据第一预设时间段内的所述第一电气连接点的温升值拟合温升变化曲线，根据所述温升变化曲线估算第一电气连接点的温升预测值；根据所述第一电气连接点的所述温升值计算所述第一电气连接点的接触电阻相对值；采集第二预设时间段内开关柜内一次导体的电流值，根据所述电流值拟合电流变化曲线，计算所述温升曲线和所述电流曲线的相关系数；对开关柜进行发热仿真，获得所述第一电气连接点和与所述第一电气连接点连接的一次导体长度方向的温升差值，根据所述第一电气连接点的温升值和所述温升差值估算第二电气连接点的温升值；集合所述第一电气连接点的所述温度、所述温升值、所述温升预测值、所述接触电阻相对值、所述相关系数和所述第二电气连接点的所述温升值对开关柜的健康状态进行综合评价，提高了开关柜健康状态评价的全面性和准确度。

需要说明的是，对开关柜进行发热仿真，获得所述第一电气连接点和与所述第一电气连接点连接的一次导体长度方向的温升差值，根据所述第一电气连接点的温升值和所述温升差值估算第二电气连接点的温升值之后，可以通过生成开关柜内一次导体温度场云图，对开关柜内部导电体整体发热进行温度可视化呈现，能够进行更加直观的观察。

在本发明实施例中，上述步骤S7中的根据所述第一电气连接点的所述温度、所述温升值、所述温升预测值、所述接触电阻相对值、所述相关系数和所述第二电气连接点的所述温升值评价开关柜的健康状态，具体为：

判断所述第一电气连接点的所述温度、所述温升值、所述温升预测值、所述接触电阻相对值和所述第二电气连接点的所述温升值是否大于对应的故障阈值；判断所述相关系数是否小于第一预设阈值；

当所述第一电气连接点的所述温度、所述温升值、所述温升预测值、所述接触电阻相对值和所述第二电气连接点的所述温升值中任意一个值大于对应的故障阈值时或相关系数小于第一预设阈值时，判定开关柜的健康状态为故障状态；

当所述第一电气连接点的所述温度、所述温升值、所述温升预测值、所述接触电阻相对值和所述第二电气连接点的所述温升值均小于对应的故障阈值且所述相关系数大于第一预设阈值时，判断所述第一电气连接点的所述温度、所述温升值、所述温升预测值、所述接触电阻相对值和所述第二电气连接点的所述温升值是否大于相应的隐患阈值；判断所述相关系数是否小于第二预设阈值；

当所述第一电气连接点的所述温度、所述温升值、所述温升预测值、所述接触电阻相对值和所述第二电气连接点的所述温升值中任意一个值大于对应的隐患阈值时或所述相关系数小于第二预设阈值时，判定开关柜的健康状态为隐患状态；

当所述第一电气连接点的所述温度、所述温升值、所述温升预测值、所述接触电阻相对值和所述第二电气连接点的所述温升值均小于对应的隐患阈值且所述相关系数大于第二预设阈值时，判定开关柜的健康状态为正常状态。

在本发明实施例中，第一电气连接点包括但不限于以下的一个或多个：A相母排连接点、B相母排连接点、C相母排连接点、A相上梅花触头、B相上梅花触头、C相上梅花触头、A相下梅花触头、B相下梅花触头、C相下梅花触头、A相出线电缆接头、B相出线电缆接头和C相出线电缆接头。

需要说明的是，在进行对比判断时，分别为所述第一电气连接点的所述温度、所述温升值、所述温升预测值、所述接触电阻相对值和所述第二电气连接点的所述温升值设置一一对应的隐患阈值和故障阈值，将所述第一电气连接点的所述温度、所述温升值、所述温升预测值、所述接触电阻相对值和所述第二电气连接点的所述温升值与其对应的隐患阈值和故障阈值分别进行对比判断。

在本发明实施例中，用于对比判断所述第一电气连接点的所述温度、所述温升值和所述第二电气连接点的所述温升值的故障阈值采用电气连接点在使用环境中的最高允许温度和最高允许温升值。该故障阈值来源于相关国家标准和行业规范中导体和绝缘材料可长期耐受的最高温度值和以40℃为环境温度时的最高温升值。国标《GB/T 11022-2011高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求》规定的开关触头等部位的最高允许温度和温升如表1所示。

表1、高压开关设备和控制设备各种部件、材料和绝缘介质的温度和温升极限。

在本发明实施例中，用于对比判断温升变化曲线和电流变化曲线相关系数的第一预设阈值为0.6，第二预设阈值为0.8，相关系数的最大值为1.0。温升变化曲线和电流变化曲线的相关系数与第一电气连接点对应的温升状态如表2所述。当相关系数低于第二预设阈值0.8时，温升趋势和电流趋势相关性异常，当相关系数大于0.6且低于0.8时，表明连接点温升存在隐患；当相关系数小于0.6时，表明第一电气连接点温升存在故障；当相关系数大于0.8时，温升趋势和电流趋势相关性正常，表明第一电气连接点温升正常。

表2、温升变化曲线和电流变化曲线相关系数与对应的温升状态

相关系数	温升状态
		＜0.6	故障
0.6-0.8	隐患
		0.8-1.0	正常

在本发明实施例中，所述根据所述第一电气连接点的所述温度、所述温升值、所述温升预测值、所述接触电阻相对值、所述相关系数和所述第二电气连接点的所述温升值评价开关柜的健康状态之后，还包括：

当判定开关柜的健康状态为故障状态时，获取大于对应的故障阈值的值或相关系数小于第一预设阈值的所述第一电气连接点；

当判定开关柜的健康状态为隐患状态时，获取大于对应的隐患阈值的值或相关系数小于第二预设阈值的所述第一电气连接点。

需要说明的是，本发明实施例以开关柜内第一电气连接点的温度数据为基础，集成温度和温升值监测、温升趋势预测、接触电阻异常鉴别、温升和电流相关性分析、第二电气连接点温升监测的多维度开关柜健康状态评价方法，实现温度和温升越限告警，对负载电流突然增大时的温升进行预测和告警，在温升不高时发现人工难以察觉的接触电阻异常、识别异常发热引起的温升和电流趋势异常，对开关柜内部导电体整体发热进行温度估算，分析更加全面，并在实际应用中获得了较高的准确率。

例如，当真空灭弧室内动触头(第二电气连接点)的温升值大于其对应的故障阈值35K时，则判定开关柜健康状态为故障状态，此时获取大于其对应的故障阈值的值，即真空灭弧室内动触头的温升值，以便运维人员进行维护，从而实现第二电气连接点的温升监测；当第一电气连接点的所述温度、所述温升值、所述温升预测值、所述接触电阻相对值和所述第二电气连接点的所述温升值均小于对应的故障阈值且所述相关系数大于第一预设阈值，且C相出线电缆接头的相关系数小于第二预设阈值0.8时，则判定开关柜健康状态为隐患状态，此时获取相关系数小于第二预设阈值的第一电气连接点，即为C相出线电缆接头，实现了识别异常发热引起的温升和电流趋势异常。

在本发明实施例中，在上述步骤S2中的根据所述环境温度和所述第一电气连接点的温度计算所述第一电气连接点的温升值，具体为：

将所述第一电气连接点的温度减去所述环境温度，获得第一电气连接点的温升值。

在本发明实施例中，上述步骤S3中的根据第一预设时间段内的所述第一电气连接点的温升值拟合温升变化曲线，具体为：

采用温升模型对第一预设时间段内的所述第一电气连接点的温升值进行计算，获得L组稳态温升值和一次导体时间常数，其中L≥2；

根据所述L组稳态温升值和一次导体时间常数，利用回归算法拟合温升变化曲线。

在本发明实施例中，所述温升模型为：

τ＝τ_w(1-e^-t/T) (1)

其中，式(1)中τ为第一电气连接点的实时温升值；t为时间；τ_w为时间t趋向无穷时的稳态温升值；T为一次导体时间常数，反应了温度上升的速度。

需要说明的是：当封闭箱体内一次导体在恒定电流下产生恒定发热功率，箱体内第一电气连接点的温升τ随时间t变化的关系可以描述为：τ＝τ_w(1-e^-t/T)，式中时间t和温升值τ为已经测得的时间-温升数据，稳态温升值τ_w和一次导体时间常数T是未知量，通过测得的多组时间-温升数据可以得到多组稳态温升值τ_w和一次导体时间常数T，通过回归算法即可确定一组最符合已有数据的稳态温升值τ_w和一次导体时间常数T，即可确定具体的温升变化曲线表达式，拟合温升变化曲线。其中回归算法采用最小二乘法。

如图2所示，是第一电气连接点的温升变化曲线示意图。为电流升高时，以一次导体的热时间常数为特性的温度上升与时间关系的曲线。当开关柜内一次导体电流突然增大后，一次导体上连接点的温度必然持续增长，图中“第一电气连接点温度”即为采集到的温度持续上升的数据点；图中“温升变化曲线”为根据温升模型的公式，得到最符合已有温度数据上升趋势的曲线，由于理论上曲线上升到最终稳定值需要无穷大的时间，工程应用中以实时温升到达“极限温升的98％”值，即b(X,Y)点为温升到达稳定状态的值。图2中对应的X值为温升稳定的时刻，Y值为预测的温升上升最大值，即为所述第一电气连接点的温升预测值。

在本发明实施例中，上述步骤S4中的根据所述第一电气连接点的所述温升值计算所述第一电气连接点的接触电阻相对值，具体为：

将所述第一电气连接点按照类型划分为M组第一电气连接点，其中，M≥1；

根据每组第一电气连接点的温升值计算每组第一电气连接点的平均温升值；

根据所述每组第一电气连接点的温升值和所述每组第一电气连接点平均温升值计算每个电气连接点的温升相对值；

根据所述每个电气连接点的所述温升相对值换算所述每个电气连接点的所述接触电阻相对值。

在本发明实施例中，所述根据所述每组第一电气连接点的温升值和所述每组第一电气连接点平均温升值计算每个电气连接点的温升相对值的公式为：

τ_-＝(τ₁+τ₂+…+τ_n)/n (2)

其中，式(2)中τ_-为第N组第一电气连接点的平均温升值；τ₁—τ_n为第N组第一电气连接点中所包含的第一电气连接点的温升值；n为第N组第一电气连接点中所包含的第一电气连接点的个数；1≤N≤M；

所述根据所述每个电气连接点的所述温升相对值换算所述每个电气连接点的所述接触电阻相对值的公式为：

其中，式(3)中

为第N组第一电气连接点中的第i个电气连接点的温升相对值；

为第N组第一电气连接点中的第i个电气连接点的接触电阻相对值；I为通过一次导体的电流；R_i为一次导体的直流电阻；K_f为附加损耗系数；K_T为综合散热系数；A_τ为有效散热面积；1≤i≤n。

需要说明的是，依据第一电气连接点的温升值和接触电阻呈现一定的线性关系，换算接触电阻相对值，当接触电阻相对值超过隐患阈值或故障阈值时，可发现第一电气连接点的接触电阻异常。

此处以第N组第一电气连接点的第i个电气连接点进行说明。由于第一电气连接点的温升值和接触电阻呈现一定的线性关系，是基于工频交流电流下，导体发热以电阻损耗为主，导体散热以表面热传导至空气为主，即τ_i≈K_fI²R_i/K_TA_τ，式中I为通过一次导体的电流，R_i为一次导体直流电阻，K_f为附加损耗系数(无量纲)；K_T为综合散热系数；A_τ为有效散热面积；

由于同类型第一电气连接点的I、K_f、K_T、A_τ可认为相同，而第N组第一电气连接点中包含的n个电气连接点的类型相同，所以得出

即第i个第一电气连接点的温升值和同类型第一电气连接点温升平均值之比，约等于第i个第一电气连接点接触电阻和同类型第一电气连接点的接触电阻平均值之比，这样每个第一电气连接点的接触电阻相对值均可被一个接近1的值所表征，当某个第一电气连接点的接触电阻相对值有较大增长超过对应的故障阈值或隐患阈值时，代表同类型第一电气连接点之中的某个第一电气连接点的接触电阻发生显著增加，由此对开关柜内电气连接点进行接触电阻监测与告警。

在本发明实施例中，上述步骤S6中的对开关柜进行发热仿真，获得所述第一电气连接点和与所述第一电气连接点连接的一次导体长度方向的温升差值，具体为：

实时采集一次导体的电压和电流，获取开关柜尺寸参数和一次导体的材质；

根据所述开关柜尺寸参数建立仿真模型，根据一次导体的材质、电压和电流建立约束条件，利用有限元分析工具仿真确定所述第一电气连接点和与所述第一电气连接点连接的一次导体长度方向的温升差值。

需要说明的是，依据开关柜的尺寸参数建立仿真模型，依据导体材质、电压、电流建立约束条件，利用有限元分析工具仿真得到的开关柜内一次导体上的温升梯度关系，温升梯度关系即为通过仿真得到的电气连接点和与其相连的一次导体长度方向的温升差值。其中，第二电气连接点包括但不限于真空灭弧室内动静触头。

本发明提供的开关柜健康状态评价方法，实时采集开关柜所处环境温度和开关柜内第一电气连接点的温度；根据所述环境温度和所述第一电气连接点的温度计算所述第一电气连接点的温升值；根据第一预设时间段内的所述第一电气连接点的温升值拟合温升变化曲线，根据所述温升变化曲线估算第一电气连接点的温升预测值；根据所述第一电气连接点的所述温升值计算所述第一电气连接点的接触电阻相对值；采集第二预设时间段内开关柜内一次导体的电流值，根据所述电流值拟合电流变化曲线，计算所述温升曲线和所述电流曲线的相关系数；对开关柜进行发热仿真，获得所述第一电气连接点和与所述第一电气连接点连接的一次导体长度方向的温升差值，根据所述第一电气连接点的温升值和所述温升差值估算第二电气连接点的温升值；集合所述第一电气连接点的所述温度、所述温升值、所述温升预测值、所述接触电阻相对值、所述相关系数和所述第二电气连接点的所述温升值对开关柜的健康状态进行综合评价，提高了开关柜健康状态评价的全面性和准确度。

参见图3，是本发明提供的开关柜健康状态评价装置的一个实施例的结构示意图。

本发明实施例提供的一种开关柜健康状态评价装置，能够实施上述开关柜健康状态评价方法的全部流程，该装置具体包括：

温度采集模块10，用于实时采集开关柜所处环境温度和开关柜内第一电气连接点的温度；

温升计算模块20，用于根据所述环境温度和所述第一电气连接点的温度计算所述第一电气连接点的温升值；

温升预测模块30，用于根据第一预设时间段内的所述第一电气连接点的温升值拟合温升变化曲线，根据所述温升变化曲线估算第一电气连接点的温升预测值；

相对值计算模块40，用于根据所述第一电气连接点的温升值计算所述第一电气连接点的接触电阻相对值；

相关系数计算模块50，用于采集第二预设时间段内开关柜内一次导体的电流值，根据所述电流值拟合电流变化曲线，计算所述温升变化曲线和所述电流变化曲线的相关系数；

发热仿真模块60，用于对开关柜进行发热仿真，获得所述第一电气连接点和与所述第一电气连接点连接的一次导体长度方向的温升差值，根据所述第一电气连接点的温升值和所述温升差值估算第二电气连接点的温升值；

评价模块70，用于根据所述第一电气连接点的所述温度、所述温升值、所述温升预测值、所述接触电阻相对值、所述相关系数和所述第二电气连接点的所述温升值评价开关柜的健康状态。

更优选地，该评价模块70具体包括：

第一判断单元，用于判断所述第一电气连接点的所述温度、所述温升值、所述温升预测值、所述接触电阻相对值和所述第二电气连接点的所述温升值是否大于对应的故障阈值；判断所述相关系数是否小于第一预设阈值；

第一判定单元，用于当所述第一电气连接点的所述温度、所述温升值、所述温升预测值、所述接触电阻相对值和所述第二电气连接点的所述温升值中任意一个值大于对应的故障阈值时或相关系数小于第一预设阈值时，判定开关柜的健康状态为故障状态；

第二判断单元，用于当所述第一电气连接点的所述温度、所述温升值、所述温升预测值、所述接触电阻相对值和所述第二电气连接点的所述温升值均小于对应的故障阈值且所述相关系数大于第一预设阈值时，判断所述第一电气连接点的所述温度、所述温升值、所述温升预测值、所述接触电阻相对值和所述第二电气连接点的所述温升值是否大于相应的隐患阈值；判断所述相关系数是否小于第二预设阈值；

第二判定单元，用于当所述第一电气连接点的所述温度、所述温升值、所述温升预测值、所述接触电阻相对值和所述第二电气连接点的所述温升值中任意一个值大于对应的隐患阈值时或所述相关系数小于第二预设阈值时，判定开关柜的健康状态为隐患状态；

第三判定单元，用于当所述第一电气连接点的所述温度、所述温升值、所述温升预测值、所述接触电阻相对值和所述第二电气连接点的所述温升值均小于对应的隐患阈值且所述相关系数大于第二预设阈值时，判定开关柜的健康状态为正常状态。

需要说明的是，本发明实施例提供的开关柜健康状态评价装置用于实施上述开关柜健康状态评价方法的所有方法步骤，其工作原理与有益效果一一对应，因而不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种开关柜健康状态评价方法，其特征在于，包括：

实时采集开关柜所处环境温度和开关柜内第一电气连接点的温度；

根据所述环境温度和所述第一电气连接点的温度计算所述第一电气连接点的温升值；

根据第一预设时间段内的所述第一电气连接点的温升值拟合温升变化曲线，根据所述温升变化曲线估算第一电气连接点的温升预测值，其中所述根据第一预设时间段内的所述第一电气连接点的温升值拟合温升变化曲线，具体为：

采用温升模型对第一预设时间段内的所述第一电气连接点的温升值进行计算，获得L组稳态温升值和一次导体时间常数，其中L≥2；所述温升模型为：τ＝τ_w(1-e^-t/T)；其中，式中τ为第一电气连接点的实时温升值；t为时间；τ_w为时间t趋向无穷时的稳态温升值；T为一次导体时间常数；

根据所述L组稳态温升值和一次导体时间常数，利用回归算法拟合温升变化曲线；

根据所述第一电气连接点的温升值计算所述第一电气连接点的接触电阻相对值；具体为：将所述第一电气连接点按照类型划分为M组第一电气连接点，其中，M≥1；根据每组第一电气连接点的温升值计算每组第一电气连接点的平均温升值，公式为：τ_-＝(τ₁+τ₂+…+τ_n)/n，其中，式中τ_-为第N组第一电气连接点的平均温升值；τ₁—τ_n为第N组第一电气连接点的温升值；n为第N组第一电气连接点中所包含的第一电气连接点的个数；1≤N≤M；根据所述每组第一电气连接点的温升值和所述每组第一电气连接点平均温升值计算每个电气连接点的温升相对值；根据所述每个电气连接点的所述温升相对值换算所述每个电气连接点的所述接触电阻相对值，公式为：

其中，式中

为第N组第一电气连接点中的第i个电气连接点的温升相对值；

为第N组第一电气连接点中的第i个电气连接点的接触电阻相对值；I为通过一次导体的电流；R_i为一次导体的直流电阻；K_f为附加损耗系数；K_T为综合散热系数；A_τ为有效散热面积；1≤i≤n；

采集第二预设时间段内开关柜内一次导体的电流值，根据所述电流值拟合电流变化曲线，计算所述温升变化曲线和所述电流变化曲线的相关系数，其中计算相关系数采用皮尔逊相关系数算法；

对开关柜进行发热仿真，获得所述第一电气连接点和与所述第一电气连接点连接的一次导体长度方向的温升差值，根据所述第一电气连接点的温升值和所述温升差值估算第二电气连接点的温升值；其中所述对开关柜进行发热仿真，获得所述第一电气连接点和与所述第一电气连接点连接的一次导体长度方向的温升差值，具体为：实时采集一次导体的电压和电流，获取开关柜尺寸参数和一次导体的材质；根据所述开关柜尺寸参数建立仿真模型，根据一次导体的材质、电压和电流建立约束条件，利用有限元分析工具仿真确定所述第一电气连接点和与所述第一电气连接点连接的一次导体长度方向的温升差值；

根据所述第一电气连接点的所述温度、所述温升值、所述温升预测值、所述接触电阻相对值、所述相关系数和所述第二电气连接点的所述温升值评价开关柜的健康状态，具体为：

判断所述第一电气连接点的所述温度、所述温升值、所述温升预测值、所述接触电阻相对值和所述第二电气连接点的所述温升值是否大于对应的故障阈值；判断所述相关系数是否小于第一预设阈值；

当所述第一电气连接点的所述温度、所述温升值、所述温升预测值、所述接触电阻相对值和所述第二电气连接点的所述温升值中任意一个值大于对应的故障阈值时或相关系数小于第一预设阈值时，判定开关柜的健康状态为故障状态；

当所述第一电气连接点的所述温度、所述温升值、所述温升预测值、所述接触电阻相对值和所述第二电气连接点的所述温升值均小于对应的故障阈值且所述相关系数大于第一预设阈值时，判断所述第一电气连接点的所述温度、所述温升值、所述温升预测值、所述接触电阻相对值和所述第二电气连接点的所述温升值是否大于相应的隐患阈值；判断所述相关系数是否小于第二预设阈值；

当所述第一电气连接点的所述温度、所述温升值、所述温升预测值、所述接触电阻相对值和所述第二电气连接点的所述温升值中任意一个值大于对应的隐患阈值时或所述相关系数小于第二预设阈值时，判定开关柜的健康状态为隐患状态；

当所述第一电气连接点的所述温度、所述温升值、所述温升预测值、所述接触电阻相对值和所述第二电气连接点的所述温升值均小于对应的隐患阈值且所述相关系数大于第二预设阈值时，判定开关柜的健康状态为正常状态。

2.根据权利要求1所述的开关柜健康状态评价方法，其特征在于，所述第一电气连接点为A相母排连接点、B相母排连接点、C相母排连接点、A相上梅花触头、B相上梅花触头、C相上梅花触头、A相下梅花触头、B相下梅花触头、C相下梅花触头、A相出线电缆接头、B相出线电缆接头和C相出线电缆接头中的一个或多个。

3.根据权利要求1或2所述的开关柜健康状态评价方法，其特征在于，所述根据所述第一电气连接点的所述温度、所述温升值、所述温升预测值、所述接触电阻相对值、所述相关系数和所述第二电气连接点的所述温升值评价开关柜的健康状态之后，还包括：

当判定开关柜的健康状态为故障状态时，获取大于对应的故障阈值的值或相关系数小于第一预设阈值的所述第一电气连接点；

当判定开关柜的健康状态为隐患状态时，获取大于对应的隐患阈值的值或相关系数小于第二预设阈值的所述第一电气连接点。

4.根据权利要求1或2所述的开关柜健康状态评价方法，其特征在于，所述根据所述环境温度和所述第一电气连接点的温度计算所述第一电气连接点的温升值，具体为：

将所述第一电气连接点的温度减去所述环境温度，获得所述第一电气连接点的温升值。

5.一种开关柜健康状态评价装置，其特征在于，包括：

温度采集模块，用于实时采集开关柜所处环境温度和开关柜内第一电气连接点的温度；

温升计算模块，用于根据所述环境温度和所述第一电气连接点的温度计算所述第一电气连接点的温升值；

温升预测模块，用于根据第一预设时间段内的所述第一电气连接点的温升值拟合温升变化曲线，根据所述温升变化曲线估算第一电气连接点的温升预测值；

相对值计算模块，用于根据所述第一电气连接点的温升值计算所述第一电气连接点的接触电阻相对值；

相关系数计算模块，用于采集第二预设时间段内开关柜内一次导体的电流值，根据所述电流值拟合电流变化曲线，计算所述温升变化曲线和所述电流变化曲线的相关系数；

发热仿真模块，用于对开关柜进行发热仿真，获得所述第一电气连接点和与所述第一电气连接点连接的一次导体长度方向的温升差值，根据所述第一电气连接点的温升值和所述温升差值估算第二电气连接点的温升值；

评价模块，用于根据所述第一电气连接点的所述温度、所述温升值、所述温升预测值、所述接触电阻相对值、所述相关系数和所述第二电气连接点的所述温升值评价开关柜的健康状态，具体包括：第一判断单元，用于判断所述第一电气连接点的所述温度、所述温升值、所述温升预测值、所述接触电阻相对值和所述第二电气连接点的所述温升值是否大于对应的故障阈值；判断所述相关系数是否小于第一预设阈值；

第一判定单元，用于当所述第一电气连接点的所述温度、所述温升值、所述温升预测值、所述接触电阻相对值和所述第二电气连接点的所述温升值中任意一个值大于对应的故障阈值时或相关系数小于第一预设阈值时，判定开关柜的健康状态为故障状态；

第二判断单元，用于当所述第一电气连接点的所述温度、所述温升值、所述温升预测值、所述接触电阻相对值和所述第二电气连接点的所述温升值均小于对应的故障阈值且所述相关系数大于第一预设阈值时，判断所述第一电气连接点的所述温度、所述温升值、所述温升预测值、所述接触电阻相对值和所述第二电气连接点的所述温升值是否大于相应的隐患阈值；判断所述相关系数是否小于第二预设阈值；

第二判定单元，用于当所述第一电气连接点的所述温度、所述温升值、所述温升预测值、所述接触电阻相对值和所述第二电气连接点的所述温升值中任意一个值大于对应的隐患阈值时或所述相关系数小于第二预设阈值时，判定开关柜的健康状态为隐患状态；

第三判定单元，用于当所述第一电气连接点的所述温度、所述温升值、所述温升预测值、所述接触电阻相对值和所述第二电气连接点的所述温升值均小于对应的隐患阈值且所述相关系数大于第二预设阈值时，判定开关柜的健康状态为正常状态。

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