CN112729607B - 变电站一次设备载流元件发热温度预测监控方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变电站一次设备载流元件发热温度预测监控方法和系统，涉及电力系统技术领域，所述方法包括获取载流元件的发热热量和散热热量；根据载流元件的所述发热热量和所述散热热量在自然对流环境下的热传递关系建立载流元件发热温度模型；根据所述载流元件发热温度模型获得载流元件温度的上限预警值和下限预警值，根据载流元件温度的上限预警值和下限预警值发出相应的告警信息。本发明可及时发现设备低负荷工况下发热缺陷恶化情况，能够有效保障电力枢纽的安全稳定运行，具有很高的经济效益与推广应用价值。

Description

变电站一次设备载流元件发热温度预测监控方法和系统

技术领域

本发明涉及电力系统检测技术领域，具体涉及一种变电站一次设备载流元件发热温度预测监控方法和系统。

背景技术

一次设备载流元件发热是变电站的常见缺陷。由于载流面设计裕度不足、接触面导电膏老化、接触面接触不良、接触面有毛刺等原因，会引起载流面过渡电阻变大，导致载流元件发热缺陷的发生。若发热缺陷进一步恶化，载流元件可能会烧毁、熔断，导致一次设备跳闸事件的发生，影响电力的安全稳定供应。

目前，运行人员通过红外测温仪发现与缺陷跟踪，记录设备负荷、环境温度、发热点温度、正常点温度，以及计算相对温差开展分析。根据规程规要求，母线及刀闸最大发热温度应不超过下列规定：1、一般载流部分为115℃；2、用螺栓紧固连结部分为80℃；3、用弹簧压紧的连结部分为75℃。当发热点温度大于上述规程规定要求值或相对温差大于80％时，判断为载流元件发热异常。但是，目前的红外测温数据分析缺少对负荷、发热点温度的关联分析，对于负荷与发热点温度的分析只停留在运行人员凭经验人工肉眼对比。此外，随着设备负荷的降低，发热点温度会随之降低。如何及时发下设备低负荷工况下发热缺陷的恶化趋势，也是红外测温数据分析需要解决的难题。

因此，有必要提出一种根据设备工况动态更新预警定值的变电站一次设备载流元件发热温度预测监控方法和系统。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明提供一种变电站一次设备载流元件发热温度预测监控方法和系统，可及时发现设备低负荷工况下发热缺陷恶化情况，能够有效保障电力枢纽的安全稳定运行，具有很高的经济效益与推广应用价值。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种变电站一次设备载流元件发热温度预测监控方法，包括以下步骤：

获取载流元件的发热热量和散热热量；

根据载流元件的所述发热热量和所述散热热量在自然对流环境下的热传递关系建立载流元件发热温度模型；

根据所述载流元件发热温度模型获得载流元件温度的上限预警值和下限预警值，根据载流元件温度的上限预警值和下限预警值发出相应的告警信息。

如上所述的变电站一次设备载流元件发热温度预测监控方法，进一步地，载流元件的发热热量Q_heat具体为：

Q_heat＝I²μ

其中，μ为过渡电阻(uΩ)，I为设备负荷(A)。

如上所述的变电站一次设备载流元件发热温度预测监控方法，进一步地，载流元件的散热热量Q_loss具体为：

Q_loss＝ηS(T-T_e)

其中，T为载流元件发热温度(℃)，T_e为环境温度(℃)，η为传热系数(W/m²*K)，S为载流元件散热面积(m²)。

如上所述的变电站一次设备载流元件发热温度预测监控方法，进一步地，载流元件发热温度模型具体为：

其中，μ为过渡电阻(uΩ)，I为设备负荷(A)，T为载流元件发热温度(℃)，T_e为环境温度(℃)，η为传热系数(W/m²*K)，S为载流元件散热面积(m²)。

如上所述的变电站一次设备载流元件发热温度预测监控方法，进一步地，根据所述载流元件发热温度模型获得载流元件的温度预测值T′，其中，

载流元件温度的上限预警值T_HIGH＝T'+K；当载流元件温度T大于上限预警值T_HIGH，发出“载流元件温度越上限告警”，用于检测载流元件发热缺陷恶化的情况；

载流元件温度的下限预警值T_LOW＝T’-K；当载流元件温度T小于载流元件温度下限预警值T_LOW时，发出“载流元件温度越下限告警”，用于检测载流元件断线的情况。

一种变电站一次设备载流元件发热温度预测监控系统，包括

第一采集单元，其用于获取载流元件的发热热量；

第二采集单元，其用于获取载流元件的散热热量；

处理单元，其用于根据载流元件的所述发热热量和所述散热热量在自然对流环境下的热传递关系建立载流元件发热温度模型；以及，

告警单元，其用于根据所述载流元件发热温度模型获得载流元件温度的上限预警值和下限预警值，根据载流元件温度的上限预警值和下限预警值发出相应的告警信息。

如上所述的变电站一次设备载流元件发热温度预测监控系统，进一步地，所述第一采集单元中，载流元件的发热热量Q_heat具体为：

Q_heat＝I²μ

其中，μ为过渡电阻(uΩ)，I为设备负荷(A)。

如上所述的变电站一次设备载流元件发热温度预测监控系统，进一步地，所述第二采集单元中，载流元件的散热热量Q_loss具体为：

Q_loss＝ηS(T-T_e)

其中，T为载流元件发热温度(℃)，T_e为环境温度(℃)，η为传热系数(W/m²*K)，S为载流元件散热面积(m²)。

如上所述的变电站一次设备载流元件发热温度预测监控系统，进一步地，

在所述处理单元中，载流元件发热温度模型具体为：

其中，μ为过渡电阻(uΩ)，I为设备负荷(A)，T为载流元件发热温度(℃)，T_e为环境温度(℃)，η为传热系数(W/m²*K)，S为载流元件散热面积(m²)。

如上所述的变电站一次设备载流元件发热温度预测监控系统，进一步地，在所述告警单元中，根据所述载流元件发热温度模型获得载流元件的温度预测值T′，其中，

载流元件温度的上限预警值T_HIGH＝T'+K；当载流元件温度T大于上限预警值T_HIGH，发出“载流元件温度越上限告警”，用于检测载流元件发热缺陷恶化的情况；

载流元件温度的下限预警值T_LOW＝T’-K；当载流元件温度T小于载流元件温度下限预警值T_LOW时，发出“载流元件温度越下限告警”，用于检测载流元件断线的情况。

本发明与现有技术相比，其有益效果在于：本发明适用于自然对流环境下国内外变电站一次设备载流元件发热温度预测，解决了目前国内一次设备载流元件发热缺陷仅通过设备负荷、发热温度、相对温差简单判断的问题，可及时发现设备低负荷工况下发热缺陷恶化情况，填补了国内红外测温系统无法根据运行参数动态更新预警定值技术方面的空白，能够有效保障电力枢纽的安全稳定运行，具有很高的经济效益与推广应用价值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图进行简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的实施例的方法流程图。

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、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例：

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，本发明实施例的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

参见图1，图1是本发明实施例的方法流程图。

本发明通过建立变电站一次设备载流元件传热模型及能量守恒定理，推导出一次设备载流元件发热温度预测值计算公式，以载流元件温度T、环境温度T_e、设备负荷I为样本数据，利用二元线性回归方法计算公式的参数，从而实现通过环境温度T_e、设备负荷I测量值计算载流元件温度预测值T’，并以预测值为中心设置±K值的上下限预警。

具体步骤如下：

S1：

对于一次设备载流元件，在自然对流环境下，当热力过程达到稳态时，温度不会发生改变，此时根据能力守恒定律，有

Q_heat＝Q_loss (1)

Q_heat为载流元件发热热量(W)，与过渡电阻μ(uΩ)、设备负荷I(A)有关。

Q_heat＝I²μ (2)

Q_loss为载流元件在自然对流环境的散热热量(W)，与载流元件发热温度T(℃)、环境温度T_e(℃)、传热系数η(W/m²*K)、载流元件散热面积S(m²)有关。

Q_loss＝ηS(T-T_e) (3)

由式(1)(2)(3)

I²μ＝ηS(T-T_e) (4)

整理得

假设发热缺陷未恶化，过渡电阻μ不变；在自然对流环境下，传热系数K不变。因此，μ/ηS可近似为常数。可以认为，载流元件发热温度T与设备负荷的平方I²、环境温度T_e呈线性关系。可以简化为以下公式：

T＝AI²+BT_e+C (6)

A、B、C分别为二元线性回归的常数，单位分别为℃/A²、1、1/℃。考虑到实际测量的误差，对每个变量的系数都进行计算。

S2：已知载流元件温度T、环境温度T_e、设备负荷I，利用二元线性回归方法，可以求解出式(6)常数A、B、C。计算出常数A、B、C后，可以通过环境温度T_e、设备负荷I计算载流元件温度预测值T’。

S3：进一步地，令载流元件温度上限预警值T_HIGH＝T'+K，载流元件温度下限预警值T_LOW＝T’-K。当载流元件温度T大于上限预警值T_HIGH，发出“载流元件温度越上限告警”，用于检测载流元件发热缺陷恶化的情况；当载流元件温度T小于载流元件温度下限预警值T_LOW时，发出“载流元件温度越下限告警”，用于检测载流元件断线的情况。K一般可取5～6℃。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种变电站一次设备载流元件发热温度预测监控方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取载流元件的发热热量和散热热量；

根据载流元件的所述发热热量和所述散热热量在自然对流环境下的热传递关系建立载流元件发热温度模型；

根据所述载流元件发热温度模型获得载流元件温度的上限预警值和下限预警值，根据载流元件温度的上限预警值和下限预警值发出相应的告警信息；其中，

载流元件的发热热量Q_heat具体为：

Q_heat＝I²μ

其中，μ为过渡电阻(uΩ)，I为设备负荷(A)；

载流元件的散热热量Q_loss具体为：

Q_loss＝ηS(T-T_e)

其中，T为载流元件发热温度(℃)，T_e为环境温度(℃)，η为传热系数(W/m²*K)，S为载流元件散热面积(m²)；

载流元件发热温度模型具体为：

其中，μ为过渡电阻(uΩ)，I为设备负荷(A)，T为载流元件发热温度(℃)，T_e为环境温度(℃)，η为传热系数(W/m²*K)，S为载流元件散热面积(m²)；

根据所述载流元件发热温度模型获得载流元件的温度预测值T′，其中，

载流元件温度的上限预警值T_HIGH＝T'+K；当载流元件温度T大于上限预警值T_HIGH，发出“载流元件温度越上限告警”，用于检测载流元件发热缺陷恶化的情况；

载流元件温度的下限预警值T_LOW＝T’-K；当载流元件温度T小于载流元件温度下限预警值T_LOW时，发出“载流元件温度越下限告警”，用于检测载流元件断线的情况。

2.一种变电站一次设备载流元件发热温度预测监控系统，其特征在于，包括

第一采集单元，其用于获取载流元件的发热热量；

第二采集单元，其用于获取载流元件的散热热量；

处理单元，其用于根据载流元件的所述发热热量和所述散热热量在自然对流环境下的热传递关系建立载流元件发热温度模型；以及，

告警单元，其用于根据所述载流元件发热温度模型获得载流元件温度的上限预警值和下限预警值，根据载流元件温度的上限预警值和下限预警值发出相应的告警信息；所述第一采集单元中，载流元件的发热热量Q_heat具体为：

Q_heat＝I²μ

其中，μ为过渡电阻(uΩ)，I为设备负荷(A)；

所述第二采集单元中，载流元件的散热热量Q_loss具体为：

Q_loss＝ηS(T-T_e)

其中，T为载流元件发热温度(℃)，T_e为环境温度(℃)，η为传热系数(W/m²*K)，S为载流元件散热面积(m²)；

在所述处理单元中，载流元件发热温度模型具体为：

其中，μ为过渡电阻(uΩ)，I为设备负荷(A)，T为载流元件发热温度(℃)，T_e为环境温度(℃)，η为传热系数(W/m²*K)，S为载流元件散热面积(m²)；

在所述告警单元中，根据所述载流元件发热温度模型获得载流元件的温度预测值T′，其中，

载流元件温度的上限预警值T_HIGH＝T'+K；当载流元件温度T大于上限预警值T_HIGH，发出“载流元件温度越上限告警”，用于检测载流元件发热缺陷恶化的情况；

载流元件温度的下限预警值T_LOW＝T’-K；当载流元件温度T小于载流元件温度下限预警值T_LOW时，发出“载流元件温度越下限告警”，用于检测载流元件断线的情况。

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