CN113358229B - 变电设备智能检测与仿真方法 - Google Patents

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Abstract

变电设备智能检测与仿真系统属于检测技术技术领域，尤其涉及一种变电设备智能检测与仿真系统。本发明提供一种变电设备智能检测与仿真系统。本发明变电设备智能检测与仿真系统包括以下控制步骤：首先建立正常运行状态下被测设备表面温度数据库，在被测物体表面建立二维坐标系，xi、yi表示横坐标为xi、纵坐标为yi的检测点所在位置，各检测点之间的横向间距和纵向间距为△s（单位cm），Tc(xi,yi)表示被测设备表面坐标为(xi,yi)的点的常态温度（单位℃），Tc(xi,yi)数据库为动态数据库，随时间变化不断更新设备表面各点常态温度值。

Description

变电设备智能检测与仿真方法
技术领域
本发明属于检测技术技术领域，尤其涉及一种变电设备智能检测与仿真系统。
背景技术
变电站是电力输电系统的重要组成部分，也是容易发生故障的环节。变电站中发生的故障的设备通常会出现局部温度升高，所以对变电站中各种设备的温度检测是判断是否产生故障和故障点部位的重要方法。目前通过对变电站的模拟仿真可得到正常运行和故障状态下电气设备的一些物理电气参数，包括电流、电压、频率、谐波等，但通过仿真难以得到正常运行和故障状态下各设备较为准确的温度信息，如果有温度信息将使仿真模型更加逼近实际设备，得到的仿真数据也更加准确。
发明内容
本发明就是针对上述问题，提供一种变电设备智能检测与仿真系统。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，本发明变电设备智能检测与仿真系统包括以下控制步骤：
首先建立正常运行状态下被测设备表面温度数据库，在被测物体表面建立二维坐标系， xi、yi表示横坐标为xi、纵坐标为yi的检测点所在位置，各检测点之间的横向间距和纵向间距为△s(单位cm)，Tc(xi,yi)表示被测设备表面坐标为(xi,yi)的点的常态温度(单位℃)，Tc(xi,yi) 数据库为动态数据库，随时间变化不断更新设备表面各点常态温度值；
预警等级
首先设定三个温度越限阈值Tth1、Tth2、Tthp。Tth1为发热点温度越限阈值(单位℃)，Tth2为发热点相邻点位温度越限阈值(单位℃)，Tth2<Tth1，Tth2与Tth1成正比关系，Tth2与点间距△s成反比关系，Tthp为发热点和相邻点位平均温度越限阈值(单位℃)。
具体方法如下：
检测所有点位的实时温度值T(xi,yi)，将各点位实时温度值与该点位常态温度值Tc(xi,yi) 做差值计算，如果差值大于发热点温度越限阈值Tth1，如下式所示，则记录该点坐标值(xi，yi)。
T(xi,yi)-Tc(xi,yi)>Tth1
对坐标值(xi,yi)点位上、下、左、右四个相邻点位的实时温度值进行检测判断(如果相邻点位不足4个，则有几个判断几个)，如果满足以下两个条件之一，则确认坐标值(xi,yi)所在点位出现异常发热，向上位机发出预警信息。
将各相邻点位实时温度值与该点位常态温度值做差值计算，判断所有差值是否全部大于发热点相邻点位温度越限阈值Tth2，如下式所示。
上相邻点位：T(xi,yi+1)-Tc(xi,yi+1)>Tth2
下相邻点位：T(xi，yi-1)-Tc(xi,yi-1)>Tth2
左相邻点位：T(xi-1,yi)-Tc(xi-1,yi)>Tth2
右相邻点位：T(xi+1，yi)-Tc(xi+1,yi)>Tth2
式中T(xi,yi+1)、T(xi,yi-1)、T(xi-1,yi)、T(xi+1,yi)分别为发热点上、下、左、右四个相邻点的实时温度值，Tc(xi，yi+1)、Tc(xi,yi-1)、Tc(xi-1，yi)、Tc(xi+1，yi)分别为发热点上、下、左、右四个相邻点的常态温度值。
将发热点与相邻各点的实时温度值取平均值，判断平均值是否大于平均温度越限阈值 Tthp，如下式所示。
Figure BDA0003119142910000021
报警等级
首先设定对发热点的检测周期△t(单位s)、发热点温度上升速度阈值Kt(单位℃/s)、平均温度上升速度阈值Ktp(单位℃/s)、发热报警阈值Tthb(单位℃)。每个检测周期对发热点完成一次温度检测，以Tf(xi，yi)代表发热点温度，如果满足以下三种条件之一，则判断坐标值(xi，yi) 所在点位出现严重发热，马上向上位机发出报警信息。
(1)发热点温度上升速度超出阈值，如下式所示。
Figure BDA0003119142910000022
式中Tf1(xi,yi)和Tf2(xi,yi)为发热点连续两个周期的温度检测值。
(2)将发热点与相邻各点的平均温度上升速度超出阈值，如下式所示。
Figure BDA0003119142910000023
式中[Tf1(xi,yi+1),Tf2(xi,yi+1)]、[Tf1(xi，yi-1),Tf2(xi,yi-1)]、[Tf1(xi-1,yi),Tf2(xi-1,yi)]、 [Tf1(xi+1,yi),Tf2(xi+1,yi)]分别为发热点上、下、左、右四个相邻点连续两个周期的温度检测值。
(3)发热点实时温度值与常态温度值的差值超出发热报警阈值，如下式所示。
Tf(xi,yi)-Tc(xi,yi)>Tthb
其次，本发明所述常态温度值为最新测得的坐标为(xi,yi)的点的10次温度的平均值。
另外，本发明所述10次温度的检测间隔时间为3秒。
本发明有益效果。
本发明将设备异常发热故障按严重程度分为两个等级：预警等级和报警等级。预警等级下设备表面出现异常发热点，但发热引起该点及邻近点位温度上升值较小，可继续观察，不必采取紧急措施。报警等级下设备表面的异常发热点或邻近点位出现温度急剧上升，需要马上采取紧急措施维护。
本装置在检测中将设备的异常发热故障按严重程度分成预警和报警两个等级，通过该故障等级检测方法一方面对设备的异常发热程度进行了区分，有效地检测异常发热的严重程度，另一方面可以更有效的预防设备异常发热故障的发生和阻止设备异常发热后事故的扩大化。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。本发明保护范围不仅局限于以下内容的表述。
图1是本发明发热点及相邻点位坐标示意图。
图2是本发明变电站在线温度检测与仿真辅助设备工作原理图。
图3是本发明云台控制电路原理图。
图4是本发明红外测温电路原理图。
图5是本发明电力线感应供电电路原理图。
图6是本发明无线配置电路原理图。
图7是本发明蜂鸣报警和电源转换电路原理图。
图8是本发明GPRS远程通信电路原理图。
图9是本发明微处理器电路原理图。
具体实施方式
本发明变电设备智能检测与仿真系统可应用于变电站在线温度检测与仿真辅助设备，变电站在线温度检测与仿真辅助设备包括微处理器电路、云台控制电路、红外测温电路、无线配置电路、电源转换电路、GPRS远程通信电路，微处理器电路的信号传输端口分别与云台控制电路的控制信号输入端口、红外测温电路的检测信号输出端口、无线配置电路的信号传输端口、GPRS远程通信电路的信号传输端口相连，电源转换电路的电能输出端口分别与微处理器电路的电源端口、云台控制电路的电源端口、红外测温电路的电源端口、无线配置电路的电源端口、GPRS远程通信电路的电源端口相连。
本发明变电站在线温度检测与仿真辅助设备微处理器电路控制云台的运动、采集红外测温探头信号，云台带动测温探头完成多点位置测温，无线配置电路用于接收设定信息，电源转换电路为各部分供电，GPRS远程通信电路完成信息的远程传输。本发明可实时不间断检测，大幅降低事故的发生概率，对检测设备的维护工作量大幅减少。同时通过本发明从现场检测的真实温度参数反馈至变电站的仿真模型中，可使仿真模型更接近实际系统，提升仿真结果的精度。
还包括电力线感应供电电路，电力线感应供电电路的电能输出端口与电源转换电路的电能输入端口相连。
还包括蜂鸣报警电路，蜂鸣报警电路的控制信号输入端口与微处理器电路的控制信号输出端口相连。
所述云台控制电路包括焊接点P7、P11、P14、P15，P7分别与电容C14正极、电容C19正极、电容C21一端、24V、磁珠L1一端相连，L1另一端分别与电容C22正极、电容C23一端、+24V相连，P11分别与C14负极、C19负极、C21另一端、磁珠L3一端相连，L3另一端分别与电容C22负极、电容C23另一端、GND相连；
P14分别与TVS2管一端、TVS21管一端相连，TVS2管另一端分别与P15、TVS23管一端相连，TVS21管另一端分别与电阻R11一端、电阻R10一端、RS485_B、SP3485EN-L/TR芯片 U7的7脚相连，R10另一端接GND，TVS3管另一端分别与电阻R11另一端、电阻R12一端、 RS485_A、SP3485EN-L/TR芯片U7的6脚相连，R12另一端接+3.3V；
U7的5脚分别与电容C53一端、电容C54一端、GND相连，C53另一端分别与U7的8脚、C54另一端、+3.3V相连，U7的4脚接PA9，U7的2、3脚接PA8，U7的1脚接PA10；接插件 P10的1、2脚分别与RS485_B、RS485_A对应相连。
云台控制电路的P14、P15，接BLS3040云台的RS485_B口和RS485_A(RS485通讯接口)。
云台控制电路由CPU通过SP3485EN-L/TR通信模块等元件构成的电路控制云台完成转动及俯仰运动。云台型号可为BLS3040-YL(角度显示控制款)，水平旋转角度范围为0～360 度，俯仰角度范围为-85～20度。
所述红外测温电路包括焊接点P9、P12、P13、P16，P9分别与电容C24一端、电容C28正极、磁珠L2一端相连，L2另一端接+24V，P12分别与电容C24另一端、电容C28负极、磁珠L4一端相连，L4另一端接GND；
P13通过电阻R15分别与电阻R17一端、电阻R34一端、稳压管D10阴极相连，D10阳极分别与P16、R34另一端、电容C48一端、GND相连，R17另一端分别与C48另一端、ADC0相连。
P9和P12接TD-01B红外探头的电源输入；P13和P16接TD-01B红外探头的信号输出。
红外测温电路将红外测温探头检测到的温度信号变为电压信号输入给CPU。红外测温探头型号可为TD-01B，温度检测范围为0～100摄氏度。
所述电力线感应供电电路包括变压器T1A，T1A副边一端分别与电容C47一端、电容C51 一端、整流桥D9输入端一端相连，C47另一端分别与T1A副边另一端、电容C49一端、D9输入端另一端相连，C49另一端分别与FG、C51另一端相连；
D9输出端正极分别与电阻R13一端、NPN三极管Q3集电极相连，Q3基极分别与R13另一端、NPN三极管Q4集电极相连，Q4发射极接稳压管D11阴极，D11阳极分别与D9输出端负极、电阻R19一端、电容C45负极、电容C46一端、蓄电池BT1负极、稳压管D12阳极、电阻R35一端、电容C52一端、GND相连；
Q4基极分别与R19另一端、电阻R14一端相连，R14另一端分别与Q3发射极、C45正极、 C46另一端、BT1正极、电阻R16一端、24V、外部电源输入端CH1相连，外部电源输入端DC005 接GND；
R16另一端分别与D12阴极、R35另一端、电阻R18一端相连，R18另一端分别与C52另一端、ADC1相连。
变压器T1A磁芯的材料可采用1K107纳米非晶材料，图中80-50-25*3代表环形磁芯外径-内径-高和3个并在一起使用增加截面积。使用时，电力线穿过变压器T1A环形磁芯，缠在环形磁芯上的线圈(图中T1A右侧线圈)感应出电流，用于供电。
电力线感应电流供电通过变压器及整流电路将供电母线的交流电能转换为24V的直流电能为电路供电，其次可通过外接24V直流电源为电路供电，再其次可通过一块24V/7.5AH的铅酸蓄电池为电路供电。其中铅酸蓄电池供电方式可成为前两种供电方式的补充供电方式，也就是由前两种供电方式之一为电路供电又同时为铅酸蓄电池充电，当前两种供电方式中断时，铅酸蓄电池供电方式可实现无缝切换，从而大幅提高可靠性。采用上述多源互补供电方式，其中电力线感应电流供电方式可就地取电，使本装置在变电站可灵活布置。并且装置中包含储能单元，即使电力系统断电装置仍可正常工作，提高了运行的可靠性。
所述无线配置电路采用灵-TR (https://item.taobao.com/item.htm？spm＝ a230r.1.14.21.6b69f4643KiGMS&id＝627419913835&ns＝1&abbucket＝10#detail)芯片U5，U5的1脚分别与+3.3V、电容C29一端、电容C30 正极相连，C30负极分别与GND、C29另一端相连U5的2～5脚分别与PA2、PA3、PA4、PA5对应相连，U5的6脚分别与GND、接插件J2的2脚相连，U5的7脚接J2的1脚。
无线配置电路用于通过电脑和无线433MHz通信模块以远距离无线方式向CPU写入各种设定物理量，包括检测周期、温度越限阈值等。
所述蜂鸣报警电路包括电阻R38，R38一端接PA6，R38另一端分别与电阻R39一端、NPN 三极管Q5的基极相连，Q5的发射极分别与R39另一端、GND相连，Q5的集电极通过蜂鸣器BEEP接+24V。
蜂鸣报警电路通过CPU信号控制，发出温度预警和报警的提示声音。其中预警状态下每分钟响1次，报警状态下每秒钟响1次。
所述电源转换电路包括LM2576SX-5.0芯片U8和AMS1117-3.3芯片U11，U8的1脚分别与+24V、电容C55正极、电容C57一端相连，C55负极分别与GND、C57另一端、U8的5脚、 U8的3脚相连，U8的2脚分别与电感L5一端、二极管D13阴极相连，L5另一端分别与电容 C56正极、电容C58一端、+5V相连，D13阳极分别与C56负极、C58另一端、GND相连；U8 的4脚接+5V；
U11的3脚分别与+5V、电容C62一端、电容C61正极相连，U11的1脚分别与C62另一端、C61负极、电容C59一端、电容C60负极、GND相连，C59另一端分别与U11的2脚、U11 的4脚、C60正极、+3.3V相连。
电源转换电路通过电源转换模块及相应元件构成的电路将24V电源转成5V电源，又将 5V电源转成3.3V电源，为电路中相应电子模块供电。
所述GPRS远程通信电路包括二极管D14，D14阳极接+5V_SIM800，D14阴极通过二极管 D15接+4.2V；
+4.2V分别与稳压管ZD2阴极、电容C63～C66正极、电容C67一端、电容C68一端相连， ZD2阳极分别与电容C63～C66负极、电容C67另一端、电容C68另一端、GND相连；
PA11通过电阻R43分别与电阻R44一端、NPN三极管Q6基极相连，Q6集电极接KEY，Q6发射极分别与GND、R44另一端相连；
SIM800_TXD通过电阻R41分别与PC11、接插件P17的1脚相连，SIM800_RXD分别与电阻R45一端、电阻R42一端相连，R42另一端分别与PC10、P17的2脚相连，R45另一端分别与GND、P17的3脚相连；
SIM800C芯片U12的1、2脚分别与SIM800_TXD、SIM800_RXD对应相连，U12的6脚通过电阻R53接PA15，U12的8脚接GND，U12的13脚接GND，U12的15～18脚分别与SIM_DATA、 SIM_CLK、SIM_RST、SIM_VDD对应相连，U12的19、21脚接GND；U12的24～27脚分别与USB_BUS、USB_DP、USB_DN、GND对应相连，U12的28脚通过电容C70接GND；U12的30、31、33脚接 GND，U12的32脚接接插件J3的1脚，J3的2脚接GND；U12的34、35脚接+4.2V，U12的 36、37脚接GND，U12的39脚接KEY，U12的41脚依次通过电阻R50、发光二极管D17接GND， U12的42脚通过电阻R51接PA12；
+5V分别与二极管D16阴极、HFD4/5-S继电器K2的8脚相连，D16阳极分别与K2的1脚、NPN三极管Q7集电极相连，Q7基极分别与电阻R48一端、电阻R49一端相连，R48另一端接PA7，R49另一端分别与GND、Q7发射极相连；
K2的2、3脚分别与+5V_SIM800、+5V对应相连；
U14(U14是手机SIM卡的卡槽，型号为小卡6P MICRO SIM)的1脚接GND，U14的2脚分别与电容C72一端、SIM_VDD、SMF05C芯片U17的1脚相连，C72另一端分别与GND、U17 的2脚相连，U17的4脚分别与U14的4脚、电阻R56一端相连，U17的5脚分别与U14的5 脚、电阻R55一端相连，U17的6脚分别与U14的6脚、电阻R54一端相连，R54另一端分别与SIM_CLK、电容C75一端相连，R55另一端分别与SIM_DATA、电容C74一端相连，R56另一端分别与SIM_RST、电容C73一端相连，C73另一端分别与GND、C74另一端、C75另一端相连。
GPRS远程通信电路用于将温度信息及报警信息实时发送至远程终端。
所述微处理器电路包括STM32F407ZET6芯片U4，U4的34～37、40～43、100～105、109、 110、46、47脚分别与ADC0、ADC1、PA2、PA3～PA12、TMS、TCK、PA15、PB0、PB1对应相连，U4的48脚通过电阻R36接GND；
U4的133～137、139、140、69、70、73～76、26～29、44、45、96～99、111～113、7～ 9、114、115、119、122、77～82、85、86脚分别与PB3～PB15、PC0～PC15、D2、D3、NOE、 NWE、D13～D15、A16～A18、D0、D1对应相连，U4的138脚通过电阻R1接GND；
U4的31、33脚分别与GND、VREF+对应相连；
U4的106脚通过电容C16接GND，U4的71脚通过电容C17接GND，U4的32、6脚分别与VREF+、+3.3V对应相连；U4的25脚分别与NEST、电容C7一端、重启按键SW1一端、电阻R3一端相连，R3另一端接+3.3V，SW1另一端分别与C7另一端、GND相连；
U4的127、125、90～87、57～53、50、15～10、68～63、60～58、142、141脚分别与NE4、NE3、A15～A0、D12～D4、NBL1、NBL0对应相连；
接插件P1的1～4脚分别与+3.3V、TMS、TCK、GND对应相连，+3.3V分别与电容C15一端、电容C25一端、电容C26一端、电容C3一端、电容C27一端、电容C5一端、电容C6一端、电容C31一端、电容C32一端相连，GND分别与电容C15另一端、电容C25另一端、电容C26另一端、电容C3另一端、电容C27另一端、电容C5另一端、电容C6另一端、电容 C31另一端、电容C32另一端相连；
IS62WV51216芯片U13的5～4、44～42、27～18、23、28脚分别与A0～A4、A18～A16、A13～A15、A5、A7～A11、A6、A12对应相连，U13的11脚分别与+3.3V、电容C76一端、电容C77一端相连，U13的34脚分别与GND、C76另一端、C77另一端相连；
U13的6脚分别与NE3、电阻R59一端相连，R59另一端接+3.3V，U13的17、41、39、 40、7～10、13～16、29～32、35～38脚分别与NEW、NOE、NBL0、NBL1、D0～D15对应相连；
24C256K芯片U16的1～4脚接GND，U16的5脚分别与PB4、电阻R58一端相连，R58另一端分别与电阻R57一端、+3.3V、电容C71一端、U16的8脚相连，C71另一端分别与U16 的7脚、GND相连，R57另一端分别与PB3、U16的6脚相连；
VREF+分别与电容C78一端、电容C69正极、电阻R52一端相连，C78另一端分别与GND、 C69负极相连，R52另一端接+3.3V。
微处理器电路包括CPU芯片、程序下载端口电路、微处理器SRAM电路、微处理器EEPROM 电路。该部分电路为装置的核心部分，完成的工作包括控制云台的运动、采集红外测温探头信号、建立被测设备表面温度数据库、根据智能检测方法对被测设备进行温度异常预警和报警的识别等。CPU芯片采用STM32F407ZET6芯片。
所述微处理器电路采用以下控制步骤：
首先建立正常运行状态下被测设备表面温度数据库，在被测物体表面建立二维坐标系(通过控制哪个硬件如何建立，建立过程是否为常规技术，若不是应详细说明)，xi、yi表示横坐标为xi、纵坐标为yi的检测点所在位置，各检测点之间的横向间距和纵向间距为△s(单位 cm)，Tc(xi,yi)表示被测设备表面坐标为(xi，yi)的点的常态温度(单位℃)，Tc(xi，yi)数据库为动态数据库，随时间变化不断更新设备表面各点常态温度值；
预警等级
首先设定三个温度越限阈值Tth1、Tth2、Tthp。Tth1为发热点温度越限阈值(单位℃)，Tth2为发热点相邻点位温度越限阈值(单位℃)，Tth2<Tth1，Tth2与Tth1成正比关系，Tth2与点间距△s成反比关系，Tthp为发热点和相邻点位平均温度越限阈值(单位℃)。
具体方法如下：
检测所有点位(在被测物体表面建立二维坐标系，xi、yi表示横坐标为xi、纵坐标为yi 的检测点所在位置，各检测点之间的横向间距和纵向间距为△s。△s可设定为20cm，保证发热点位置的确切识别、预警和报警情况的可靠判断)
的实时温度值T(xi，yi)，将各点位实时温度值与该点位常态温度值Tc(xi，yi)做差值计算，如果差值大于发热点温度越限阈值Tth1，如下式所示，则记录该点坐标值(xi,yi)。
T(xi，yi)-Tc(xi,yi)>Tth1
对坐标值(xi,yi)点位上、下、左、右四个相邻点位的实时温度值进行检测判断(如果相邻点位不足4个，则有几个判断几个)，如图1所示。如果满足以下两个条件之一，则确认坐标值(xi，yi)所在点位出现异常发热，向上位机发出预警信息。
将各相邻点位实时温度值与该点位常态温度值做差值计算，判断所有差值是否全部大于发热点相邻点位温度越限阈值Tth2，如下式所示。
上相邻点位：T(xi，yi+1)-Tc(xi,yi+1)>Tth2
下相邻点位：T(xi,yi-1)-Tc(xi，yi-1)>Tth2
左相邻点位：T(xi-1，yi)-Tc(xi-1,yi)>Tth2
右相邻点位：T(xi+1，yi)-Tc(xi+1，yi)>Tth2
式中T(xi,yi+1)、T(xi，yi-1)、T(xi-1，yi)、T(xi+1,yi)分别为发热点上、下、左、右四个相邻点的实时温度值，Tc(xi,yi+1)、Tc(xi，yi-1)、Tc(xi-1，yi)、Tc(xi+1,yi)分别为发热点上、下、左、右四个相邻点的常态温度值。
将发热点与相邻各点的实时温度值取平均值，判断平均值是否大于平均温度越限阈值 Tthp，如下式所示。
Figure BDA0003119142910000091
报警等级
首先设定对发热点的检测周期△t(单位s)、发热点温度上升速度阈值Kt(单位℃/s)、平均温度上升速度阈值Ktp(单位℃/s)、发热报警阈值Tthb(单位℃)。每个检测周期对发热点完成一次温度检测，以Tf(xi,yi)代表发热点温度，如果满足以下三种条件之一，则判断坐标值(xi,yi) 所在点位出现严重发热，马上向上位机发出报警信息。
(1)发热点温度上升速度超出阈值，如下式所示。
Figure BDA0003119142910000092
式中Tf1(xi，yi)和Tf2(xi,yi)为发热点连续两个周期的温度检测值。
(2)将发热点与相邻各点的平均温度上升速度超出阈值，如下式所示。
Figure BDA0003119142910000093
式中[Tf1(xi,yi+1),Tf2(xi,yi+1)]、[Tf1(xi,yi-1),Tf2(xi,yi-1)]、[Tf1(xi-1,yi),Tf2(xi-1,yi)]、[Tf1(xi+1,yi),Tf2(xi+1,yi)] 分别为发热点上、下、左、右四个相邻点连续两个周期的温度检测值。
(3)发热点实时温度值与常态温度值的差值超出发热报警阈值，如下式所示。
Tf(xi，yi)-Tc(xi，yi)>Tthb
所述常态温度值为最新测得的坐标为(xi,yi)的点的10次温度的平均值。
所述10次温度的检测间隔时间为3秒。
在电力系统中进行监控，虽然设置周边均是带电体，但几乎全是高压带电体；大电流电力电路，对于低压监控电路来说，很难找到合适的电源接入点。电路在供电方便设计的，可以通过电力电磁互感式的取电电路，以及可接入光伏供电系统的低压电源输入接口；可因地制宜的选择接入电源。
在供电电路中Q3和Q4组成了线性稳压电源电路，此处应用改类型电路的优点在于，前端的电流感应式电路，类似于恒流源供电方式；当T1的原边电流较大时，而本发明的电路用电量又叫小，根据变压器原副边比例关系，可知副边电压会急剧升高，采用线性电源电路后，线性电源电路会动态调解Q3在放大区的放大值，始终保持Q3输出端电压的稳定，而原边较大电流的能量，通过Q3工作在放大区，以发热的形式释放掉，保持电路的安全可靠运行。
电路采用高精度运行，通过U4的步进控制，通过点组成面的道理，与价格低廉的红外温度探头组合，达到价格昂贵的热成像探头的功能。是变电站可以全范围监控。
当PA11高电平维持7秒，变为低电平，可以启动SIM800；再次维持7秒钟后变为低电平进入关机模式。
K2用于关闭SIM800供电电源，当出现反复不能连接网络；或无法开机SIM800的时，利用K2进行关机和开机。
安装使用时，将云台的电源端和控制端与云台控制电路相连，将红外测温探头的电源端和控制端与红外测温电路相连，将红外测温探头安装在云台并固定。如果采用外接24V直流供电方式，将外部24V供电源与多源互补供电电路的外部电源输入接口相连。如果采用电力线感应电流供电方式，将感应变压器与电力线近距离放置。本发明装置将温度数据通过GPRS 远程通信电路发送至远程终端的无线通信模块，无线通信模块将数据传给上位机，上位机一方面保存设备温度数据，将下位机的预警和报警信息导入温度预警报警系统中，向运维人员发出警报，另一方面将温度数据导入变电站仿真模型中，实现对变电站的半实物仿真。从现场检测的真实温度参数反馈至变电站的仿真模型中，可使仿真模型更接近实际系统，提升仿真结果的精度。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.变电设备智能检测与仿真方法，其特征在于包括以下控制步骤：
首先建立正常运行状态下被测设备表面温度数据库，在被测物体表面建立二维坐标系，xi、yi表示横坐标为xi、纵坐标为yi的检测点所在位置，各检测点之间的横向间距和纵向间距为△s，单位cm，Tc(xi,yi)表示被测设备表面坐标为(xi,yi)的点的常态温度值，单位℃，Tc(xi,yi)数据库为动态数据库，随时间变化不断更新设备表面各点常态温度值；
预警等级
首先设定三个温度越限阈值Tth1、Tth2、Tthp；Tth1为发热点温度越限阈值，单位℃，Tth2为发热点相邻点位温度越限阈值，单位℃，Tth2<Tth1，Tth2与Tth1成正比关系，Tth2与点间距△s成反比关系，Tthp为发热点和相邻点位平均温度越限阈值，单位℃；
具体方法如下：
检测所有点位的实时温度值T(xi,yi)，将各点位实时温度值与该点位常态温度值Tc(xi,yi)做差值计算，如果差值大于发热点温度越限阈值Tth1，如下式所示，则记录该点坐标值(xi,yi)，
T(xi,yi)-Tc(xi,yi)>Tth1；
对坐标值(xi,yi)点位上、下、左、右四个相邻点位的实时温度值进行检测判断，如果满足以下两个条件之一，则确认坐标值(xi,yi)所在点位出现异常发热，向上位机发出预警信息：
(1)将各相邻点位实时温度值与该点位常态温度值做差值计算，判断所有差值是否全部大于发热点相邻点位温度越限阈值Tth2，如下式所示：
上相邻点位：T(xi,yi+1)-Tc(xi,yi+1)>Tth2
下相邻点位：T(xi,yi-1)-Tc(xi,yi-1)>Tth2
左相邻点位：T(xi-1,yi)-Tc(xi-1,yi)>Tth2
右相邻点位：T(xi+1,yi)-Tc(xi+1,yi)>Tth2
式中T(xi,yi+1)、T(xi,yi-1)、T(xi-1,yi)、T(xi+1,yi)分别为发热点上、下、左、右四个相邻点的实时温度值，Tc(xi,yi+1)、Tc(xi,yi-1)、Tc(xi-1,yi)、Tc(xi+1,yi)分别为发热点上、下、左、右四个相邻点的常态温度值；
(2)将发热点与相邻各点的实时温度值取平均值，判断平均值是否大于平均温度越限阈值Tthp，如下式所示：
Figure FDA0003934082810000021
报警等级
首先设定发热点的检测周期△t，单位s、发热点温度上升速度阈值Kt，单位℃/s、平均温度上升速度阈值Ktp，单位℃/s、发热报警阈值Tthb，单位℃；每个检测周期对发热点完成一次温度检测，以Tf(xi,yi)代表发热点温度，如果满足以下三种条件之一，则判断坐标值(xi,yi)所在点位出现严重发热，马上向上位机发出报警信息：
(1)发热点温度上升速度超出阈值，如下式所示：
Figure FDA0003934082810000022
式中Tf1(xi,yi)和Tf2(xi,yi)为发热点连续两个周期的温度检测值；
(2)将发热点与相邻各点的平均温度上升速度超出阈值，如下式所示：
Figure FDA0003934082810000023
式中[Tf1(xi,yi+1),Tf2(xi,yi+1)]、[Tf1(xi,yi-1),Tf2(xi,yi-1)]、[Tf1(xi-1,yi),Tf2(xi-1,yi)]、[Tf1(xi+1,yi),Tf2(xi+1,yi)]分别为发热点上、下、左、右四个相邻点连续两个周期的温度检测值；
(3)实时测量的发热点温度与常态温度值的差值超出发热报警阈值，如下式所示：
Tf(xi,yi)-Tc(xi,yi)>Tthb；
所述常态温度值为最新测得的坐标为(xi,yi)的点的10次温度的平均值；
所述10次温度的检测间隔时间为3秒；
变电设备智能检测与仿真方法应用于变电站在线温度检测与仿真辅助设备，变电站在线温度检测与仿真辅助设备包括微处理器电路、云台控制电路、红外测温电路、无线配置电路、电源转换电路、GPRS远程通信电路，微处理器电路的信号传输端口分别与云台控制电路的控制信号输入端口、红外测温电路的检测信号输出端口、无线配置电路的信号传输端口、GPRS远程通信电路的信号传输端口相连，电源转换电路的电能输出端口分别与微处理器电路的电源端口、云台控制电路的电源端口、红外测温电路的电源端口、无线配置电路的电源端口、GPRS远程通信电路的电源端口相连；
设备还包括电力线感应供电电路，电力线感应供电电路的电能输出端口与电源转换电路的电能输入端口相连；
所述电力线感应供电电路包括变压器T1A，变压器T1A副边一端分别与电容C47一端、电容C51一端、整流桥D9输入端一端相连，电容C47另一端分别与变压器T1A副边另一端、电容C49一端、整流桥D9输入端另一端相连；
整流桥D9输出端正极分别与电阻R13一端、NPN三极管Q3集电极相连，NPN三极管Q3基极分别与电阻R13另一端、NPN三极管Q4集电极相连，NPN三极管Q4发射极接稳压管D11阴极，稳压管D11阳极分别与整流桥D9输出端负极、电阻R19一端、电容C45负极、电容C46一端、蓄电池BT1负极、稳压管D12阳极、电阻R35一端、电容C52一端、GND相连；
NPN三极管Q4基极分别与电阻R19另一端、电阻R14一端相连，电阻R14另一端分别与NPN三极管Q3发射极、电容C45正极、电容C46另一端、蓄电池BT1正极、电阻R16一端、24V、外部电源输入端CH1相连，外部电源输入端DC005接GND；
电阻R16另一端分别与稳压管D12阴极、电阻R35另一端、电阻R18一端相连，电阻R18另一端与电容C52另一端相连；
所述微处理器电路包括STM32F407ZET6芯片U4，芯片U4的138脚通过电阻R1接GND；
芯片U4的31、33脚分别与GND、VREF+对应相连；
芯片U4的106脚通过电容C16接GND，芯片U4的71脚通过电容C17接GND，芯片U4的32、6脚分别与VREF+、+3.3V对应相连；芯片U4的25脚分别与NEST、电容C7一端、重启按键SW1一端、电阻R3一端相连，电阻R3另一端接+3.3V，重启按键SW1另一端分别与电容C7另一端、GND相连；
+3.3V分别与电容C15一端、电容C25一端、电容C26一端、电容C3一端、电容C27一端、电容C5一端、电容C6一端、电容C31一端、电容C32一端相连，GND分别与电容C15另一端、电容C25另一端、电容C26另一端、电容C3另一端、电容C27另一端、电容C5另一端、电容C6另一端、电容C31另一端、电容C32另一端相连；
IS62WV51216芯片U13的5～4、44～42、27～18、23、28脚分别与A0～A4、A18～A16、A13～A15、A5、A7～A11、A6、A12对应相连，芯片U13的11脚分别与+3.3V、电容C76一端、电容C77一端相连，芯片U13的34脚分别与GND、电容C76另一端、电容C77另一端相连；
24C256K芯片U16的1～4脚接GND，芯片U16的5脚与电阻R58一端相连，电阻R58另一端分别与电阻R57一端、+3.3V、电容C71一端、芯片U16的8脚相连，电容C71另一端分别与芯片U16的7脚、GND相连，电阻R57另一端与芯片U16的6脚相连；
VREF+分别与电容C78一端、电容C69正极、电阻R52一端相连，电容C78另一端分别与GND、电容C69负极相连，电阻R52另一端接+3.3V；
所述云台控制电路包括焊接点P7、P11、P14、P15，焊接点P7分别与电容C14正极、电容C19正极、电容C21一端、24V、磁珠L1一端相连，磁珠L1另一端分别与电容C22正极、电容C23一端、+24V相连，焊接点P11分别与电容C14负极、电容C19负极、电容C21另一端、磁珠L3一端相连，磁珠L3另一端分别与电容C22负极、电容C23另一端、GND相连；
焊接点P14分别与TVS2管一端、TVS21管一端相连，TVS2管另一端分别与P15、TVS23管一端相连，TVS21管另一端分别与电阻R11一端、电阻R10一端、RS485_B、SP3485EN-L/TR芯片U7的7脚相连，电阻R10另一端接GND，TVS3管另一端分别与电阻R11另一端、电阻R12一端、RS485_A、SP3485EN-L/TR芯片U7的6脚相连，电阻R12另一端接+3.3V；芯片U7的5脚分别与电容C53一端、电容C54一端、GND相连，电容C53另一端分别与芯片U7的8脚、电容C54另一端、+3.3V相连；接插件P10的1、2脚分别与RS485_B、RS485_A对应相连。
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