基于在线间接测温方式的开关柜故障诊断方法技术

本发明专利技术公开了一种基于在线间接测温方式的开关柜故障诊断方法，通过对开关柜外用于安装测温传感器的间接测温点以及环境测温点进行温度实时监测来进行开关柜故障状态的判断。该方法首先物理建模和选择测量点，实时测得所述间接测温点的温度θ2(t)和环境测温点的温度θ0(t)，然后计算开关柜内集总热源中心的温度θ1(t)以及集总热源中心的负载理想温度θ1(t)LX和/或所确定的间接测温点的负载理想温度θ2(t)LX，并通过这些测量的温度以及计算得出的温度与设定的故障判断标准中的阈值进行比较，最终做出故障状态的诊断。本发明专利技术采用间接测温的方法代替复杂昂贵的直接测温方式，操作简单，降低了成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力开关柜故障诊断
，特别是涉及一种基于在线间接测温方式的开关柜故障诊断方法。
技术介绍
开关柜在电力系统中担负着关合及断开电力线路、保护系统安全的双重功能,随着电力系统向着高电压、大机组、大容量的迅速发展,电网日益扩大以及变电站无人值班管理模式和综合自动化的普及推广，开关柜的安全运行越来越重要。开关柜内闸刀触头、电力电缆进出线的接头接触不良时,接触电阻增大，在负载电流流过时会产生发热现象，过热会引起金属材料的机械强度下降，绝缘材料老化并可能导致击穿形成事故。测量和监视开关柜内的温度状态，是诊断开关柜设备故障状态的有效手段之一。对于目前投运的大部分开关柜设备，没有装配温度监测功能，在设备故障异常发热温升后，管理人员无法获知。现有技术中典型的开关柜的温度监测和诊断方法，大都是采用电气接点部位的直接测温结合温度阈值诊断方法。例如：采用各种接触式测温传感器、红外测温传感器、光纤光栅类测温传感器等。而要在柜内电气接点部位安装任何的测温传感器，都受到诸多的限制条件，例如：开关柜要停电安装测温设备的限制、柜内空间结构的限制、电气间隙的限制、传感器耐受高压和强磁场的限制、传感器耐高温能力的限制、传感器电源和通讯线路布线的限制、无线信号传输屏蔽的影响等，使得开关柜测温传感器的安装和普及难度很大，成本很高。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种通过对开关柜外部选定的间接测温点以及柜外环境测温点等非发热部位的间接性温度监测，即可判断开关柜内部是否存在温度过热的故障诊断方法。为了解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案如下：本专利技术的基于在线间接测温方式的开关柜故障诊断方法，主要包含以下四个步骤：步骤A：物理建模，物理建模的过程为：首先，针对某一类型的开关柜，选择确定开关柜上间接测温点和环境测温点的位置，即在线间接测温方式的测温传感器的外部的安装位置；然后，以该间接测温点和环境测温点的在线温度数据为已知变量，建立起包含开关柜的柜体结构、负载、电特性、温度场、时间量、等相关量的物理模型；该间接测温点的位置选择，该点不在开关柜一次电气间隔范围之内，又需要在一次电气间隔邻近的安全区域。例如在一次电气设备不停电的运行状态下即可以实施现场安装测温传感器的情况下，同时需要使该点对于一次电气设备的致热效应(温升)有较强的相关性(敏感)。优选的，该间接测温点的位置选择在开关柜的断路器间隔泄压通道天窗隔板上，或母排间隔泄压通道天窗隔板上，或出线间隔泄压通道天窗隔板上，或二次设备间隔中与一次电气间隔相间的底部隔板上。又例如，当一次电气间隔允许进行停电安装测温传感器的情况下，该间接测温点也可以选择安装在一次电气间隔的空间内，优选的，该间接测温点的位置选择在开关柜的断路器间隔、母排间隔、出线间隔内的中部侧壁或顶板上。进一步，上述环境温度点的位置选择在应能代表所测开关柜所处的环境温度，而且受柜内温升的影响很小的位置。而实际上柜内的热量散发也会改变柜体所处的环境温度，并且柜体外部的环境温度和气流的变化有未知的不确定性，所以该环境测温点也不适合选择在室内或室外的环境温度。优选的，该环境测温点设置在所测开关柜前表面或后表面的底部，该位置受到柜内温升的影响最小，并最能代表柜体当时所处的环境温度。上述物理模型又可分为开关柜温度场的物理模型和负载致热温升的物理模型两种类别。以下为通过优选的建模方法，所建立的电力开关柜物理模型，开关柜温度场的物理模型包括以下第一模型：所述负载致热温升的物理模型包括以下三个模型，分别为：开关柜负载致热与开关柜内集总热源中心温度的物理模型为：开关柜负载致热、环境温度和开关柜内集总热源中心温度间的物理模型为：开关柜负载致热、间接测温点温度和环境温度间的物理模型为：其中，为集总热源中心到间接测温点的热阻相关热物性系数；为间接测温点到环境测温点的热阻相关热物性系数；为集总热源中心到间接测温点的热容相关热物性系数；为间接测温点到环境测温点的热容相关热物性系数；为t时刻开关柜内集总热源的总热损耗(功率)。步骤B：计算传热学温度；根据上述温度场的物理模型和在线监测的间接测温点温度和环境温度，计算开关柜内集总热源中心的传热学温度。在对于某种类型的开关柜设备建模后，等为已知的设备热物性系数。即可按照(第一模型)，开关柜内集总热源中心温度只通过间接测温点温度和环境温度即可准确计算出，结果的物理意义为开关柜内集总热源中心的传热学温度(记为)。步骤C：计算负载理想温度；根据负载致热温升的物理模型和实测的负载数据，计算开关柜内集总热源中心的负载理想温度，以及所确定的间接测温点的负载理想温度。根据模型的不同，计算开关柜内集总热源中心的负载理想温度又可分为两种情况。第一种、根据(第二模型)，开关柜内集总热源中心温度只通过间接测温点温度和开关柜负载参数以及电流数据即可准确计算出，结果的物理意义为开关柜内集总热源中心的、以确定的间接测温点温度为参照的负载理想温度(记为)，本专利技术主要以这种情况进行讲述。第二种、根据(第三模型)，开关柜内集总热源中心温度只通过环境温度和开关柜负载数据即可准确计算出，结果的物理意义为开关柜内集总热源中心的、以确定的环境测温点温度为参照的负载理想温度。(当没有间接测温点温度数据时，可采用此模型。)此外所确定的间接测温点的负载理想温度是按照(第四模型)来计算，开关柜间接测温点的温度只通过环境温度和开关柜负载数据即可准确计算出，结果的物理意义为开关柜上确定的间接测温点温度的负载理想温度(记为)。步骤D：故障状态诊断；根据上述实测间接测温点温度、环境温度、上述计算出的各项温度进行比较和计算，通过与设定的故障判断标准中的阈值进行比较，从而做出故障状态的诊断。具体来说，可以分为四种优选的相互独立的方法，并包含对应的判断标准：方法一，优选的，根据开关柜内集总热源中心传热学温度[]的诊断方法和诊断标准。其诊断原理为：将开关柜内的某回路的最高温度以计算出的开关柜内集总热源中心的传热学温度为近似的代表，根据已有的电力设备温度(或温升)判断标准进行状态判断。通用的诊断标准为：和分别为“存在隐患可能性”状态的温度阈值和温升阈值；和分别为“故障预警”状态的温度阈值和温升阈值；和分别为“故障报警”状态的温度阈值和温升阈值；并且以上三个温度阈值或温升阈值逐步增大，而当或时，则判断为健康状态。上述阈值可根据《GBT11022-2011高压开关设备和控制设本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于在线间接测温方式的开关柜故障诊断方法，通过对开关柜外用于安装测温传感器的间接测温点以及环境测温点进行温度实时监测，来进行开关柜故障状态判断，其特征在于包括以下步骤：步骤A：物理建模；根据某一确定类型的开关柜，选择确定所述间接测温点和环境测温点的位置，并建立以该两个测温点的温度数据为已知变量的相关量的物理模型，该物理模型包括开关柜温度场的物理模型和负载致热温升的物理模型；步骤B：实时测得所述间接测温点的温度和环境测温点的温度，并通过所述温度场的物理模型计算出开关柜内集总热源中心的温度；步骤C：计算负载理想温度；根据实测的负载数据和所述负载致热温升的物理模型，计算开关柜内集总热源中心的负载理想温度，和/或所确定的间接测温点的负载理想温度；步骤D：根据所述间接测温点的温度、集总热源中心的温度以及集总热源中心的负载理想温度和/或所确定的间接测温点的负载理想温度，与设定的故障判断标准中的阈值进行比较，做出故障状态的诊断。

【技术特征摘要】
1.一种基于在线间接测温方式的开关柜故障诊断方法，通过对开关柜外用于安装测温
传感器的间接测温点以及环境测温点进行温度实时监测，来进行开关柜故障状态判断，其
特征在于包括以下步骤：
步骤A：物理建模；根据某一确定类型的开关柜，选择确定所述间接测温点和环境测温
点的位置，并建立以该两个测温点的温度数据为已知变量的相关量的物理模型，该物理模
型包括开关柜温度场的物理模型和负载致热温升的物理模型；
步骤B：实时测得所述间接测温点的温度和环境测温点的温度，并通过所述温度场的物
理模型计算出开关柜内集总热源中心的温度；
步骤C：计算负载理想温度；根据实测的负载数据和所述负载致热温升的物理模型，计
算开关柜内集总热源中心的负载理想温度，和/或所确定的间接测温点的负载理想温度；
步骤D：根据所述间接测温点的温度、集总热源中心的温度以及集总热源中心的负载理
想温度和/或所确定的间接测温点的负载理想温度，与设定的故障判断标准中的阈值进行
比较，做出故障状态的诊断。
2.根据权利要求1所述的基于在线间接测温方式的开关柜故障诊断方法，其特征在于，
所述温度场的物理模型包括第一模型：
其中，为所述集总热源中心到间接测温点的热阻相关热物性系数；
为所述集总热源中心到间接测温点的热容相关热物性系数；
为所述间接测温点到环境温度点的热阻相关热物性系数；
为所述间接测温点到环境温度点的热容相关热物性系数。
3.根据权利要求2所述的基于在线间接测温方式的开关柜故障诊断方法，其特征在于,
所述步骤D中的故障判断标准是根据第一模型计算出的集总热源中心的温度或温升来与预
设的阈值进行比较，判断条件如下：
其中，所述和分别为存在隐患可能性状态下集总热源中心的温度阈值和温升阈值；
所述和分别为在产生故障预警状态下集总热源中心的温度阈值和温升阈值；
所述和分别为在产生故障报警状态下集总热源中心的温度阈值和温升阈值；
并且上述存在隐患可能性、故障预警、故障报警状态的温度阈值或温升阈值逐步增大，
当或时，则判断为健康状态。
4.根据权利要求3所述的基于在线间接测温方式的开关柜故障诊断方法，其特征在于,
所述步骤D中的故障判断标准是根据实测的间接测温点的温度或温升来与预设的阈值进行
比较，该阈值是根据所述集总热源中心的温度或温升阈值通过第一模型反向计算得出，判
断条件如下：
诊断结果
当
或
存在隐患可能性
1-->当
或

【专利技术属性】
技术研发人员：杨志强，郭晨华，
申请(专利权)人：杨志强，
类型：发明
国别省市：广东;44