CN114202875B - 一种基于对数反时限原理的火灾预警方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于对数反时限原理的火灾预警方法，该方法包括：利用环境运行状态和供电电缆参数，采集运行线路的负荷电流；估算出当前供电电缆的实时温升，再根据环境温度估算当前电缆温度，当温度高于安全运行水平则予以火灾预警提示；对实时负荷电流应用对数离散化反时限算法进行热累积过程，达到电缆发热的运行极限时跳闸并开始热复归计时过程，当热累积过程在热复归清零前禁止线路合闸投入运行。本发明可不依赖外部电缆温度传感器，快速估算并判断运行线路电缆的温度和热累积时间，保障电力电缆的运行安全，避免由于电缆过热而引发的火灾事故，保障人民生命财产的安全。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于对数反时限原理的火灾预警方法，属于配电网保护技术领域。
背景技术
近年来，由于用电不当和电气故障导致的火灾事故频发，给人民群众的生命和财产安全带来严重危害，为遏制电气火灾发生的概率，目前政府在全国范围内组织开展为期三年的电气火灾综合治理工作，目标实现电器产品质量明显提升，建设工程电气设计、施工质量明显提升，社会单位电气使用维护安全水平明显提升，全国电气火灾事故显著减少。电气火灾监测装置一般通过监测负荷电流和剩余电流进行火灾预警，但远距离布线带来很多麻烦，且安装温度探头和探头取电的不方便。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于对数反时限原理的火灾预警方法，用于解决现场安装温度探头和探头取电不便的问题以及多路探头和装置之前通信连接繁琐的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于对数反时限原理的火灾预警方法，包括以下步骤：
1)装置上电自检，对采样回路、环境温度回路、输出回路进行检测，出现异常时告警闭锁输出。
2)装置以恒定采样频率每秒钟1600点采集电压电流数据、每秒钟1点采集环境温度数据，采样点存到对应的采样点队列中；
3)通过全波傅氏算法计算三相电压有效值(A相电压有效值Ua，B相电压有效值Ub，C相电压有效值Uc)、通过全周积分算法计算电流有效值(A相电流有效值Ia，B相电流有效值Ib，C相电流有效值Ic)。
全波波傅氏算法的计算公式：
上式中U代表电压有效值，n代表着一个周波的采样点数u[i]为采样点数组。
全周积分算法的计算公式为：
上式中Ii为采样点电流，N为一周波的采样点数，IRMS表示电流的均方根值。
4)通过电缆参数和负荷电流的大小估算电缆的温升。
当前电缆温升估算公式为：
上式中Trated为电缆的额定温升参数，I为实际的负荷电流，In表示电缆的额定电流，k1为温升系数，k2为负荷电流系数。
5)通过离散化推导公式估算电缆的当前温度。
当前电缆温度估算公式为：
上式中Tn-1为上一次估算的电缆温度，τ温升时间常数，Tenvi表示当前环境温度。
6)计算热累计时间。
热累计时间公式为：
上式中τ热累计时间常数，单位秒，I表示当前负荷电流，Ip表示稳态负荷电流，In表示电缆电流极限值，k为冗余系数。
7)通过离散化推导公式计算当前热累计时间总和。
离散化计算公式为：
上式中Δt为两次累计的时间间隔，N为时间元件所累计的次数，t(I)n为第n次累计时刻对应的热累计时间，其中I表示当前负荷电流，为参变量。
8)判断装置是否告警或者跳闸。
(A)装置告警的判别条件
条件1：当前电缆温度大于告警门限Tn＞Tset；
条件2：任一相电流大于电缆的额定电流Iφ＞In；
条件3：装置未跳闸；
当上面条件都满足时，延时时间T1(T1一般取20ms)后发温度告警信号。
(B)装置跳闸的判别条件
条件1：装置跳闸控制字投入；
条件2：装置无异常告警；
条件3：三相电流有任一相大于电缆额定电流Iφ＞In；
条件4：热累计时间t达到动作门槛；
当上面条件都满足时，延时时间T2(T2一般取20ms)装置发出跳闸指令，脉宽1s，同时发出合闸闭锁指令。
9)装置跳闸后进入热复归过程，热复归时间清零后，装置解除合闸闭锁，允许合闸或者发出合闸指令。
热复归计算公式为：当Tset≥Tn时，t＝0
上式中τ温升时间常数，T∞表示估算的电缆最终温度，Trst表示复归温度，Tn表示当前电缆温度。
有益效果
1)使用电缆温度作为火灾预警判据时，可避免实际安装多路电缆温度传感器，可以有效解决电缆温度传感器取电难问题，也可解决多路传感器和装置之间通信布线的施工难度，提高了整体方案的经济性和实用性；
2)通过本方法能够较准备的估算出的电缆温度，满足现场火灾预警的需求。
3)本方法使用对数反时限可有效解决电流大小和跳闸时间的非线性关系问题，可以较好的满足用户的需求，提高跳闸的合理性和准确度。
附图说明
图1为本发明的技术方案软件流程图。
图2为本发明的一种装置示意图。
具体实施方式
下面结合附图对发明的技术方案做进一步描述。
图2给出了本发明的一种实施例装置示意图，并结合图1的流程图来说明，其步骤如下：
1)装置上电自检，对采样回路、环境温度回路、输出回路进行检测，出现异常时告警闭锁输出。
2)装置以恒定采样频率每秒钟1600点采集电压电流数据、每秒钟1点采集环境温度数据，采样点存到对应的采样点队列中；
3)通过全波傅氏算法计算三相电压有效值(A相电压有效值Ua，B相电压有效值Ub，C相电压有效值Uc)、通过全周积分算法计算电流有效值(A相电流有效值Ia，B相电流有效值Ib，C相电流有效值Ic)。
全波波傅氏算法的计算公式：
上式中U代表电压有效值，n代表着一个周波的采样点数u[i]为采样点数组。
全周积分算法的计算公式为：
上式中Ii为采样点电流，N为一周波的采样点数，IRMS表示电流的均方根值。
4)通过电缆参数和负荷电流的大小估算电缆的温升。
当前电缆温升估算公式为：
上式中Trated为电缆的额定温升参数，I为实际的负荷电流，In表示电缆的额定电流，k1为温升系数，k2为负荷电流系数。
5)通过离散化推导公式估算电缆的当前温度。
当前电缆温度估算公式为：
上式中Tn-1为上一次估算的电缆温度，τ温升时间常数，Tenvi表示当前环境温度。
6)计算热累计时间。
热累计时间公式为：
上式中τ热累计时间常数，单位秒，I表示当前负荷电流，Ip表示稳态负荷电流，In表示电缆电流极限值，k为冗余系数。
7)通过离散化推导公式计算当前热累计时间总和。
离散化计算公式为：
上式中Δt为两次累计的时间间隔，N为时间元件所累计的次数，t(I)n为第n次累计时刻对应的热累计时间，其中I表示当前负荷电流，为参变量。
8)判断装置是否告警或者跳闸。
(C)装置告警的判别条件
条件1：当前电缆温度大于告警门限Tn＞Tset；
条件2：任一相电流大于电缆的额定电流Iφ＞In；
条件3：装置未跳闸；
当上面条件都满足时，延时时间T1(T1一般取20ms)后发温度告警信号。
(D)装置跳闸的判别条件
条件1：装置跳闸控制字投入；
条件2：装置无异常告警；
条件3：三相电流有任一相大于电缆额定电流Iφ＞In；
条件4：热累计时间t达到动作门槛；
当上面条件都满足时，延时时间T2(T2一般取20ms)装置发出跳闸指令，脉宽1s，同时发出合闸闭锁指令。
9)装置跳闸后进入热复归过程，热复归时间清零后，装置解除合闸闭锁，允许合闸或者发出合闸指令。
热复归计算公式为：当Tset≥Tn时，t＝0
上式中τ温升时间常数，T∞表示估算的电缆最终温度，Trst表示复归温度，Tn表示当前电缆温度。
以上所述仅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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种基于对数反时限原理的火灾预警方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)装置上电自检，对采样回路、环境温度回路、输出回路进行检测，出现异常时告警闭锁输出；原始采样点为电压电流同步采样点数据；
2)装置每秒钟采集1600点电压电流数据，将采样点存到对应的采样点数组中，每秒钟将当前环境温度缓存；
3)装置通过全波傅氏算法计算电压采样值的幅值，通过全周积分算法计算电流采样值的幅值；
4)根据当前负荷电流计算实时温升和电缆温度；
5)通过对数反时限算法进行热累积过程，估算当前热累计时间；
6)判断电缆温度是否达到火灾预警门槛；
7)判断电缆热累计时间是否达到跳闸断电条件；
8)如果跳闸，则进入热复归计时过程等待电缆冷却，复归完成前禁止线路合闸使用；
所述步骤3)中，
电压幅值的计算公式为：
上式中U代表电压有效值，n代表着一个周波的采样点数u[i]为采样点数组；
电流幅值的计算公式为：
上式中Ii为采样点电流，N为一周波的采样点数，IRMS表示电流的均方根值；
所述步骤4)中，
当前电缆温升估算公式为：
上式中Trated为电缆的额定温升参数，I为实际的负荷电流，In表示电缆的额定电流，
k1为温升系数，k2为负荷电流系数；
所述步骤3)中，
当前电缆温度估算公式为：
上式中Tn-1为上一次估算的电缆温度，τ温升时间常数，Tenvi表示当前环境温度；
所述步骤5)中使用对数反时限进行热累计时间计算，公式为：
上式中τ热累计时间常数，单位秒；I表示当前负荷电流，Ip表示稳态负荷电流，In表示电缆电流极限值，k为冗余系数；
所述步骤5)中热累计过程数学离散化，离散化计算公式为：
上式中Δt为两次累计的时间间隔，N为时间元件所累计的次数，t(I)n为第n次累计时刻对应的热累计时间，其中I表示当前负荷电流，为参变量；当t≥1时，装置达到跳闸门槛；
所述步骤6)中判断：
条件一：当前电缆温度大于告警门限Tn＞Tset；
条件二：任一相电流大于电缆的额定电流Iφ＞In；
条件三：装置未跳闸；
当上面条件都满足时，延时时间T1后发温度告警信号；
所述步骤7)中判断电缆温度是否达到跳闸断电条件，其具体逻辑如下：
条件一：装置跳闸控制字投入；
条件二：装置无异常告警；
条件三：三相电流有任一相大于电缆额定电流Iφ＞In；
条件四：热累计时间t达到动作门槛；
当上面条件都满足时，延时时间T2装置发出跳闸指令，脉宽1s，同时发出合闸闭锁指令；
所述步骤8)中热复归计时过程等待电缆冷却，热复归公式为：当Tset≥Tn时，t＝0；
上式中τ温升时间常数，T∞表示估算的电缆最终温度，Trst表示复归温度，Tn表示当前电缆温度。
2.根据权利要求1所述的火灾预警方法，其特征在于，T1取20ms。
3.根据权利要求1所述的火灾预警方法，其特征在于，T2取20ms。
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