一种母线接头寿命预测方法与实验装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种母线接头寿命预测方法与实验装置，采用加热装置和制冷装置交替工作的方式实现温升范围内的温度冲击，实现内部温度的实时监测与调整，便于不同温升下电阻值的测量；通过建立母线接头处温升、温度冲击次数与接头电阻三者之间的非线性关系，得出母线接头的阈值电阻及与其对应的温度冲击次数；在实际应用中，只需测得母线接头温升和流经母线的电流的周期即可采用BP神经网络训练得出被测母线的温度冲击次数及接头电阻，根据温度冲击次数与接头电阻的对应关系估测被测母线接头的剩余寿命；可以同时在线监测多个母线接头，提高工作效率，有效避免因有些母线安装在高处或其他不易触及的地方而导致的不易测量的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种母线接头寿命预测方法与实验装置
本专利技术涉及电力供配电系统领域，尤其涉及电力传输设备中的母线接头的寿命预测的方法和寿命预测实验装置。
技术介绍
母线是电力传输设备的重要组成部分，作为传统电缆的替代产品，母线已经被广泛应用于多种场合，然而母线单元之间的连接是否可靠，直接关系到整个供配电系统的安全运行，特别是母线接头接触电阻的大小及接头处温升对其工作效率及使用寿命有着直接影响。在母线应用过程中，长时间通入交流电会导致母线接头处温升增加，进而导致接头电阻增大、导电铜排发热并被氧化，继续通入电流则会出现铜损增加、电能损耗加大、绝缘材料老化快、母线使用寿命急骤缩短等现象。然而，导致母线接头接触电阻增大的一个重要原因是母线接头的热胀冷缩现象。通常，母线接头处由螺栓固定，母线长时间处于工作状态产生的热胀冷缩反应会引起导电体的蠕动，使接头的固定螺栓松动，进而导致接触电阻增大。实现母线接头寿命预测对母线接头的正常工作甚至电力传输设备的正常运行很重要。由于客观条件的限制，例如有些母线安装在高处或其他不易触及的地方而，在现实应用中难以测得母线接头的寿命。
技术实现思路
本专利技术针对母线接头寿命难以测得的问题，提出了一种母线接头寿命预测方法与实验装置，以估算实际应用中的母线接头寿命。本专利技术提出的一种母线接头寿命预测实验装置采用的技术方案是：具有一个实验箱，实验箱外部有上位机、控制模块、回路电阻采集模块，上位机与控制模块连接，控制模块通过导线分别与回路电阻采集模块和实验箱侧壁上的数据线接口连接；实验箱内的一侧放置了待测的母线接头，连接母线接头两端的母线从实验箱中伸出露在实验箱外部，回路电阻采集模块采用四端子接线法分别将电压电流信号接在露在实验箱外部的母线两端的导线接头上；母线接头上表面放置测温模块，测温模块通过导线经数据线接口与控制模块连接；实验箱内的另一侧空间中置放有加热装置和制冷装置，加热装置和制冷装置分别经控制数据线连接至数据线接口。本专利技术提出的一种母线接头寿命预测方法采用的技术方案是：具有以下步骤：步骤一：上位机设置第一个采样周期温度冲击的温度上限值与温度下限值，温度下限值为母线接头的表面实时温度；步骤二：开启加热装置，测温模块将测得的母线接头表面温度传递给上位机，待温度升到上限值后停止加热，开启制冷装置，待温度降至下限值后完成第一次温度冲击；然后进行第二次冲击，如此循环直至完成第次冲击，第一组温度冲击结束；步骤三：上位机向控制模块发送测电阻命令，回路电阻采集模块测量母线接头的第一个接触电阻；步骤四：重复执行步骤二，第二组温度冲击结束，再重复执行步骤三，获得母线接头18的第二个电阻值；以此类推，直至采集到第个电阻，将第一个至第个接头电阻传给上位机，第一个采样周期结束；步骤五：开始进行第二个采样周期，先设置第二个采样周期温度冲击的温度上限值与温度下限，其中温度下限为第一个采样周期结束时的母线接头18的表面实时温度；然后重复步骤二至步骤四，采集得到第二个采样周期的第一个至第个接头电阻并传给上位机，第二个采样周期结束；步骤六：以此类推地直到进行第个采样周期，先设置第个采样周期温度冲击的温度上限值与温度下限值，其中温度下限值为前一个采样周期结束时的母线接头的表面实时温度，将采集得到的第个采样周期的接头电阻传给上位机；数据样本采集结束时温度共冲击次；步骤七：上位机将所有的接头温度上限值、温度下限值、温度冲击次数和接头电阻归一化处理，将归一化处理后的样本数据分成训练样本和测试样本，以训练样本数据中的接头温度上限值、温度下限值和温度冲击次数作为BP神经网络的输入变量，接头电阻作为输出变量建立BP神经网络模型，得到母线接头的接头电阻与接头温度上限、接头温度下限以及温度冲击次数之间的数学关系式，估算出母线接头所能承受的最大阈值电阻；步骤八：分别采集一条传输线上串接的多个母线接头表面温度和环境温度并传送给上位机，计算经次采样的多个母线接头的平均温度和环境平均温度，通过电流频率计算电流变化周期为，采样期间电流冲击总次数为，为采样周期，将母线接头的平均温度作为接头温度上限、环境平均温度作为接头温度下限，电流冲击总次数作为温度冲击次数代入关系式，计算出母线接头接触电阻；步骤九：比较接触电阻与最大阈值电阻，若，则母线接头寿命到期，若，则将母线接头的平均温度、环境平均温度、电阻差值分别作为接头温度上限、接头温度下限和接头电阻代入式计算出母线接头剩余电流冲击次数，通过式估算得到母线接头18的剩余寿命。本专利技术具有如下优点：1、本专利技术母线接头寿命预测装置在密闭空间中模拟现实温升，采用加热装置和制冷装置交替工作的方式实现温升范围内的温度冲击，模拟现实应用中母线接头处的温度升降，实现内部温度的实时监测与调整，便于不同温升下电阻值的测量，测被测母线接头接触电阻、温度冲击次数并在此基础上估算母线接头寿命。装置内部采用直接接触式测温，外部的控制模块接收上位机下传的指令，对试验箱内的温度参数进行实时采集，并根据采集到的数据自动控制装置内部的温度，以达到由上位机预先给定的值。2、本专利技术母线接头寿命预测方法采用软测量方法，采用BP神经网络来实现对母线接头寿命的预测，即通过建立母线接头处温升、温度冲击次数与接头电阻三者之间的非线性关系，得出母线接头的阈值电阻及与其对应的温度冲击次数；在实际应用中，只需测得母线接头温升和流经母线的电流的周期即可采用BP神经网络训练得出被测母线的温度冲击次数及接头电阻，根据温度冲击次数与接头电阻的对应关系估测被测母线接头的剩余寿命。3、本专利技术采用无线传感网络技术在线监测正在使用的母线接头，采集其接头温度和流经母线接头的电流，并将采集到的数据无线传输给接收端设备，接收设备通过USB接口将数据传输给上位机，由上位机实现对被测母线寿命的预测。本专利技术可以同时在线监测多个母线接头，大大提高监测系统工作效率。可以有效避免因有些母线安装在高处或其他不易触及的地方而导致的不易测量的问题。4、本专利技术母线接头寿命预测实验装置为箱体状，实验箱采用上开门式，可直接将待测母线接头放置在箱内，并且箱体两侧分别设有卡槽，用于固定待测母线接头，箱盖与箱体接缝处覆有密封条，可以有效地将箱内环境与外界环境隔开，避免外界环境对实验的影响。附图说明图1是本专利技术提出的一种母线接头寿命预测实验装置的整体结构布置图；图2是用无线传感网络监测一条传输线上的母线接头温度的结构示意图；图3是本专利技术提出的一种母线接头寿命预测方法的流程图。附图中各部件的序号和名称：1.上位机；2.RS-485数据线；3.控制模块；4.导线；5.数据线接口；6.电流输入端；7.电压输入端；8.导线接头；9.回路电阻采集模块；10.密封条；11.箱盖；12.母线卡槽压紧片；13.箱盖拉手；14.锁片；15.母线卡槽；16.锁孔；17.母线接头支撑架；18.母线接头；19.测温模块；20.温度传感器；21.合页；22.冷端导热铜块；23.半导体制冷片支架；24.半导体制冷片；25.散热装置；26.风扇；27.加热电阻丝；28.加热电阻丝支架；29.母线；30.无线传感节点；31.无线信号接收模块；32.USB数据线。具体实施方式参见图1，本专利技术母线接头寿命预测实验装置整体结构布置示意图，此装置主要包括实验箱、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种母线接头寿命预测实验装置，具有一个实验箱，其特征是：实验箱外部有上位机（1）、控制模块（3）、回路电阻采集模块（9），上位机（1）与控制模块（3）连接，控制模块（3）通过导线分别与回路电阻采集模块和实验箱侧壁上的数据线接口连接；实验箱内的一侧放置了待测的母线接头（18），连接母线接头两端的母线（29）从实验箱中伸出露在实验箱外部，回路电阻采集模块采用四端子接线法分别将电压电流信号接在露在实验箱外部的母线两端的导线接头上；母线接头上表面放置测温模块（19），测温模块通过导线经数据线接口与控制模块连接；实验箱内的另一侧空间中置放有加热装置和制冷装置，加热装置和制冷装置分别经控制数据线连接至数据线接口。

【技术特征摘要】
1.一种母线接头寿命预测实验装置，具有一个实验箱，实验箱外部有上位机（1）、控制模块（3）、回路电阻采集模块（9），上位机（1）与控制模块（3）连接，控制模块（3）通过导线分别与回路电阻采集模块和实验箱侧壁上的数据线接口连接；实验箱内的一侧放置了待测的母线接头（18），连接母线接头两端的母线（29）从实验箱中伸出露在实验箱外部，回路电阻采集模块采用四端子接线法分别将电压电流信号接在露在实验箱外部的母线两端的导线接头上；母线接头上表面放置测温模块（19），测温模块通过导线经数据线接口与控制模块连接；实验箱内的另一侧空间中置放有加热装置和制冷装置，加热装置和制冷装置分别经控制数据线连接至数据线接口，其特征是：所述加热装置包括加热电阻丝和一台风扇，加热电阻丝以加热电阻丝支架为支撑放置在靠近待测母线接头的地方，风扇放置在加热电阻丝旁侧且靠近箱壁处，加热电阻丝加热时开启风扇；所述制冷装置包括冷端导热铜块、半导体制冷片支架、半导体制冷片和散热装置，冷端导热铜块、半导体制冷片支架、半导体制冷片放置在实验箱内部，散热装置放置在实验箱外部并与半导体制冷片相连；导热介质冷端导热铜块靠近母线接头放置并与半导体制冷片紧紧连接在一起，半导体制冷片固定在半导体制冷片支架上，半导体制冷片支架固定在实验箱壁上，在半导体制冷片的冷热端表面均匀涂抹导热硅脂；加热电阻丝、风扇和半导体制冷片分别将控制数据线连接至数据线接口。2.根据权利要求1所述一种母线接头寿命预测实验装置，其特征是：实验箱前后两侧壁上各开一个母线卡槽，母线从母线卡槽的位置伸出实验箱外；母线接头上方的实验箱顶壁上开有开口，开口处设置箱盖，箱盖与箱体通过合页连接，箱盖前后两侧各有突出的母线卡槽压紧片，盖上箱盖时母线卡槽压紧片卡嵌在母线卡槽处以固定母线。3.一种如权利要求1所述母线接头寿命预测实验装置的母线接头寿命预测方法，其特征是具有以下步骤：步骤一：上位机设置第一个采样周期温度冲击的温度上限值与温度下限值，温度下限值为母线接头的表面实时温度；步骤二：开启加热装置，测温模块将测得的母线接头表面温度传递给上位机，待温度升到上限值后停止加热，开启制冷装置，待温度降至下限值后完成第一次温度冲击；然后进行第二次冲击，如此循环直至完成第次冲击，第一组温度冲击结束；步骤三：上位机向控制模块发送测电阻命令，回路电阻采集模块测量母线接头的第一个接触电阻；步骤四：重复执行步骤二，第二组温度冲击结束，再重复执行步骤三，获得母线接头的第二个电阻值；以此类推，直至采集到第个电阻，将第一个至第个...

【专利技术属性】
技术研发人员：张荣标，王婉婉，王鹏，李文胜，杨宁，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32