一種固體絕緣開關柜開關觸點溫度計算方法及裝置與流程

本發明涉及電力系統技術領域，特別是涉及一種固體絕緣開關柜開關觸點溫度計算方法及裝置。

背景技術：

開關柜是電力系統中的一個重要設備，它主要擔負著其他電氣設備與電網關合電流的責任。然而在開關柜長期運行過程中，由于觸頭老化、接觸不良導致接觸電阻增大，接觸電阻的增加引起開關柜局部溫度升高，觸頭發熱會加快絕緣層的老化，觸頭過熱引發的火災和停電事故并不少見。所以對開關柜開關觸頭溫度的在線監測就顯得更為重要了。當前對開關柜觸頭溫度的研究普遍集中在溫度監測設備的開發與改進上，目前主要有三種操作技術對觸頭溫度進行實時監測。一種方法是通過攝像頭與示溫蠟片設備實現，開關柜內部需要監測的觸頭較多，而攝像頭與示溫蠟片之前的監測視野不能被阻擋，在一些結構復雜、空間位置狹小的區域很難實現示溫蠟片與攝像頭的一對一安裝。另外一種是采用紅外測溫技術實現，它通過接收被測點的紅外輻射來獲取溫度數據，但在安放測溫探頭的時候需要注意的是要避免光路的交叉影響，一個紅外傳感器對應一個觸頭。還有一種通過光纖溫度傳感器測溫技術來實現，是目前運用最多的一種測溫技術，其測量范圍廣、測量精度較高，但是成本高，而且受開關柜結構影響較大，導致監測溫度不可靠。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種固體絕緣開關柜開關觸點溫度計算方法及裝置，以解決現有開關柜開關觸點溫度實時監測技術中不易實現、成本高、監測溫度不可靠的問題。

為解決上述技術問題，本發明提供一種固體絕緣開關柜開關觸點溫度計算方法，包括：

預先獲取多組樣本數據，通過偏最小二乘法建立各影響因素間的數學模型，確定測量點的溫度與固體絕緣開關柜的開關觸點的溫度之間的函數關系，所述樣本數據包含多組影響所述開關觸點溫度變化的影響因素數據，所述測量點位于所述開關觸點周圍預設范圍內；

獲取所述測量點監測到的當前溫度值；

根據所述當前溫度值，通過所述函數關系計算出所述固體絕緣開關柜的開關觸點的溫度值。

可選地，所述通過偏最小二乘法建立各影響因素間的數學模型，確定測量點的溫度與固體絕緣開關柜的開關觸點的溫度之間的函數關系包括：

將所述測量點的溫度作為因變量y，各影響因素分別作為自變量x₁、x₂、x₃、x₄、x₅、x₆、x₇，獲取n組樣本數據，形成因變量矩陣Y＝[y]_n×1以及自變量矩陣X＝[x₁x₂x₃x₄x₅x₆x₇]_n×7，對Y與X進行標準化處理，得到標準化的因變量矩陣和自變量矩陣

其中，x_ij為矩陣X中第i個樣本第j個變量的值，y_i表示矩陣Y中第i個樣本值；

從E₀中依次提取主成分，并實施因變量對自變量的回歸分析，轉換為Y對X的回歸方程，并確定

中的回歸系數β₁～β₇。

可選地，所述影響因素具體包括：x₁對應環氧樹脂絕緣層厚度d；x₂對應熱電偶溫度傳感器安裝位置距離開關觸頭的水平距離r；x₃對應開關觸頭的實際溫度δ₀；x₄對應開關柜柜體溫度δ₁；x₅對應開關柜所處環境溫度δ₂；x₆對應聯接開關觸頭母線的工作電流i；x₇對應開關柜柜體體積v；y對應測量點的溫度Q。

可選地，所述對Y與X進行標準化處理包括：

采用進行標準化處理，

其中，表示變量x_j的平均值，s_j表示x_j的標準差，表示y的平均值，s_y表示y的標準差。

可選地，在所述從E₀中依次提取主成分之后還包括：

計算提取出的成分的貢獻度，當所述貢獻度大于預設閾值時，判斷提取出的成分的貢獻度是顯著的。

可選地，所述獲取所述測量點監測到的當前溫度值包括：

通過設置在所述測量點的溫度傳感器實時監測所述當前溫度值，所述測量點位于所述開關觸點的絕緣層外壁。

可選地，在所述通過所述函數關系計算出所述固體絕緣開關柜的開關觸點的溫度值之后還包括：

向用戶顯示計算得到的所述溫度值。

本發明還提供了一種固體絕緣開關柜開關觸點溫度計算裝置，包括：

模型建立模塊，用于預先獲取多組樣本數據，通過偏最小二乘法建立各影響因素間的數學模型，確定測量點的溫度與固體絕緣開關柜的開關觸點的溫度之間的函數關系，所述樣本數據包含多組影響所述開關觸點溫度變化的影響因素數據，所述測量點位于所述開關觸點周圍預設范圍內；

當前溫度獲取模塊，用于獲取所述測量點監測到的當前溫度值；

計算模塊，用于根據所述當前溫度值，通過所述函數關系計算出所述固體絕緣開關柜的開關觸點的溫度值。

本發明所提供的固體絕緣開關柜開關觸點溫度計算方法及裝置，通過預先獲取多組樣本數據，通過偏最小二乘法建立各影響因素間的數學模型，確定測量點的溫度與固體絕緣開關柜的開關觸點的溫度之間的函數關系，樣本數據包含多組影響開關觸點溫度變化的影響因素數據，測量點位于開關觸點周圍預設范圍內；獲取測量點監測到的當前溫度值；根據當前溫度值，通過函數關系計算出固體絕緣開關柜的開關觸點的溫度值。本申請基于偏最小二乘的數學建模方法動態計算斷路器觸點溫度，無需考慮外裹絕緣層及觸頭材料的物性參數，方便了觸頭溫度的計算。該方法通用性強、實現簡單、成本低，可以為準確實時掌握開關柜的運行狀態提供參考。

附圖說明

為了更清楚的說明本發明實施例或現有技術的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單的介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明所提供的固體絕緣開關柜開關觸點溫度計算方法的一種具體實施方式的流程圖；

圖2為本發明所提供的固體絕緣開關柜開關觸點溫度計算方法的另一種具體實施方式的流程圖；

圖3為通過偏最小二乘建立測量點與開關觸頭的函數關系式算法流程圖；

圖4為各溫度傳感器的安裝位置示意圖；

圖5為本發明實施例提供的固體絕緣開關柜開關觸點溫度計算裝置的結構框圖。

具體實施方式

為了使本技術領域的人員更好地理解本發明方案，下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步的詳細說明。顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

本發明所提供的固體絕緣開關柜開關觸點溫度計算方法的一種具體實施方式的流程圖如圖1所示，該方法包括：

步驟S101：預先獲取多組樣本數據，通過偏最小二乘法建立各影響因素間的數學模型，確定測量點的溫度與固體絕緣開關柜的開關觸點的溫度之間的函數關系，所述樣本數據包含多組影響所述開關觸點溫度變化的影響因素數據，所述測量點位于所述開關觸點周圍預設范圍內；

步驟S102：獲取所述測量點監測到的當前溫度值；

步驟S103：根據所述當前溫度值，通過所述函數關系計算出所述固體絕緣開關柜的開關觸點的溫度值。

本發明所提供的固體絕緣開關柜開關觸點溫度計算方法，通過預先獲取多組樣本數據，通過偏最小二乘法建立各影響因素間的數學模型，確定測量點的溫度與固體絕緣開關柜的開關觸點的溫度之間的函數關系，樣本數據包含多組影響開關觸點溫度變化的影響因素數據，測量點位于開關觸點周圍預設范圍內；獲取測量點監測到的當前溫度值；根據當前溫度值，通過函數關系計算出固體絕緣開關柜的開關觸點的溫度值。本申請基于偏最小二乘的數學建模方法動態計算斷路器觸點溫度，無需考慮外裹絕緣層及觸頭材料的物性參數，方便了觸頭溫度的計算。該方法通用性強、實現簡單、成本低，可以為準確實時掌握開關柜的運行狀態提供參考。

在上述實施例的基礎上，通過偏最小二乘法建立各影響因素間的數學模型，確定測量點的溫度與固體絕緣開關柜的開關觸點的溫度之間的函數關系的過程可以具體為：

將所述測量點的溫度作為因變量y，各影響因素分別作為自變量x₁、x₂、x₃、x₄、x₅、x₆、x₇，獲取n組樣本數據，形成因變量矩陣Y＝[y]_n×1以及自變量矩陣X＝[x₁x₂x₃x₄x₅x₆x₇]_n×7，對Y與X進行標準化處理，得到標準化的因變量矩陣和自變量矩陣

其中，x_ij為矩陣X中第i個樣本第j個變量的值，y_i表示矩陣Y中第i個樣本值；

從E₀中依次提取主成分，并實施因變量對自變量的回歸分析，轉換為Y對X的回歸方程，并確定

中的回歸系數β₁～β₇。

本實施例通過偏最小二乘算法對開關柜開關觸頭溫度進行實時計算，開關觸頭發熱后，熱量將通過絕緣層以內空氣的對流和絕緣層壁的傳導傳遞到絕緣層外壁，并使其溫度升高。根據絕緣層外壁的溫升與開關觸頭之間存在的函數關系，就可以根據前者計算得到后者。開關柜內部導體外裹的絕緣材料為環氧樹脂，選用裝配方便、價格優廉的熱電偶傳感器測量開關觸點附近絕緣層外表皮的溫度，進而利用通過實驗數據取得的函數關系式：

本實施例中影響因素具體包括：x₁對應環氧樹脂絕緣層厚度d；x₂對應熱電偶溫度傳感器安裝位置距離開關觸頭的水平距離r；x₃對應開關觸頭的實際溫度δ₀；x₄對應開關柜柜體溫度δ₁；x₅對應開關柜所處環境溫度δ₂；x₆對應聯接開關觸頭母線的工作電流i；x₇對應開關柜具體柜體體積v；y對應測量點的溫度Q。

下面以上述影響因素為例，參照圖2，對固體絕緣開關柜開關觸點溫度計算方法的另一種具體實施方式進行進一步詳細闡述。

步驟S201：獲取實驗數據；

將溫度傳感器固定在開關觸頭附近位置，溫度傳感器測量點的溫度Q與環氧樹脂絕緣層厚度d，熱電偶安裝位置距離開關觸頭的水平距離r，開關觸頭的實際溫度δ₀，開關柜柜體溫度δ₁，開關柜所處環境溫度δ₂，聯接開關觸頭母線的工作電流i，開關柜具體柜體體積v等因素密切相關。將開關柜置于不同的外界環境下并記下環境溫度，在實驗室對開關柜開關觸頭進行模擬實驗，使用功率1000w的加熱器加熱觸頭，模擬引起觸頭過熱的熱源，加熱器與計算機聯網，采用智能控制模式，精確控制加熱溫度，若干次控溫實驗并記錄加熱觸點的溫度，同時在每次控溫實驗時，不斷改變柜體內其他溫度傳感器的位置，以獲取各因素的若干組實驗數據。操作方式和數據的一種具體實施方式如表1所示。

表1

其中，操作方式1，取一開關柜實驗，測量絕緣層厚度，記為x₁₁；將溫度傳感器1安裝在觸頭外裹絕緣層任意位置，并測量該傳感器距離觸點的水平距離，記為x₂₁；待所有傳感器安裝完畢后，加熱器對觸頭加熱，通過計算機設置加熱初始溫度，記為觸點溫度x₃₁；將柜內溫度傳感器2安裝在開關柜通風口處，測量柜體溫度，記為x₄₁；將開關柜置于溫度可調節的室內環境中，室內環境溫度從低溫逐步調至高溫，以獲取不同的環境溫度，記下初始設置的環境溫度x₅₁；實驗測量母線工作電流，記為x₆₁；測量柜體體積，記為x₇₁；溫度傳感器1測量絕緣層外表皮溫度，記為Y₁。以上各實驗測量數據作為第一組數據。

操作方式2，取另一開關柜實驗，測量絕緣層厚度x₁₂；改變溫度傳感器1在觸頭外裹絕緣層位置，并測量該傳感器距離觸點的水平距離x₂₂；通過計算機調節加熱器溫度，待加熱觸頭處于穩態后，記為觸點溫度x₃₂；溫度傳感器2安裝在開關柜通風口處，測量柜體溫度x₄₂；改變開關柜所處環境溫度x₅₂；實驗測量母線工作電流x₆₂；測量柜體體積x₇₂；溫度傳感器1測量絕緣層外表皮溫度Y₂。以上各實驗測量數據作為第二組數據。

操作方式n，以此類推，重復以上步驟，呈線性調節加熱器溫度，以獲取若干組觸頭熱源溫升實驗數據。

步驟S202：提取n組樣本數據，采用偏最小二乘法建模，確定函數關系式中的系數；

如圖3通過偏最小二乘建立測量點與開關觸頭的函數關系式算法流程圖所示，將所述測量點的溫度作為因變量y，各影響因素分別作為自變量x₁、x₂、x₃、x₄、x₅、x₆、x₇，從上述實驗數據中獲取n組樣本數據，形成因變量矩陣Y＝[y]_n×1以及自變量矩陣X＝[x₁x₂x₃x₄x₅x₆x₇]_n×7，對Y與X標準化處理，得到標準化的因變量矩陣和自變量矩陣標準化處理方法為：

其中，x_ij表示矩陣X中第i個樣本第j個變量的值，表示變量x_j的平均值，s_j表示x_j的標準差，y_i表示矩陣Y中第i個樣本值，表示y的平均值，s_y表示y的標準差；

從E₀中提取第一個主成分t₁＝E₀w₁，w₁為t₁的權重向量，其中

式中E₀₁～E₀₇表示E₀的列向量，r(x₁,y)～r(x₇,y)表示自變量與因變量的相關系數；

接著計算E₀對t₁的回歸系數矩陣P₁

計算回歸方程的殘差矩陣E₁

E₁＝E₀-t₁P₁^T

計算提取成分的貢獻度，設y_i是原始數據，y_i'是使用全部樣本點并對t₁回歸建模后第i個樣本點的擬合值，y_i″是在建模時刪去樣本點i，并對t₁回歸建模后，再用此模型計算的y_i擬合值

當時，提取成分t₁的貢獻度是顯著的，接下來進行第二成分的提取；否則停止計算。

從E₁中提取第二成分t₂，用E₁替換E₀，用上述方法計算t₂的權重因為E₁不是標準化矩陣，按如下方法計算w₂

t₂＝E₁w₂

式中P₂是E₁對t₂的回歸系數矩陣，E₂是回歸方程的殘差矩陣，cov(E₁₁,y)～cov(E₁₇,y)表示E₁₁～E₁₇分別與y的協方差。

并計算提取成分的貢獻度當時，說明提取成分t₂的貢獻度是顯著的，接下來進行第三成分的提取；否則停止計算。

以此類推，繼續以上步驟，提取殘差矩陣中的主成分，并計算提取成分的貢獻度；設最終得到m個成分(m＜7)，則實施F₀關于m個提取成分的回歸：

F₀＝r₁t₁+r₂t₂+...+r_mt_m

由于每個提取成分都是E₀的線性組合，因此

實施因變量對自變量的回歸分析，記

則標準化變量y^*關于的回歸方程為：

再通過標準化的逆過程，得到y關于x₁～x₅的回歸方程

y＝β₁x₁+β₂x₂+β₃x₃+β₄x₄+β₅x₅+β₆x₆+β₇x₇

則開關觸點溫度的自變量：

其中，x₁為環氧樹脂絕緣層厚度d；x₂熱電偶溫度傳感器安裝位置距離開關觸頭的水平距離r；x₃為開關觸頭的實際溫度δ₀；x₄為開關柜柜體溫度δ₁；x₅為開關柜所處環境溫度δ₂；x₆為聯接開關觸頭母線的工作電流i；x₇為開關柜具體柜體體積v；y為測量點的溫度Q；β₁～β₇為函數關系式中已確定的相關系數。

步驟S203：對各溫度傳感器進行定位，確定各測量參數x₁、x₂、x₃、x₄、x₅、x₆、x₇；

步驟S204：溫度傳感器監測實時溫度，獲取各測量點監測到的當前溫度值；

步驟S205：根據函數關系式計算出固體絕緣開關柜的開關觸點的溫度值；

步驟S206：向用戶顯示計算得到的溫度值。

在實測過程中，具體實施方式只需要確定好各溫度傳感器的安裝位置，將溫度傳感器1固定在絕緣層外壁接地點附近，保證安全的電氣絕緣強度，將確定的開關觸頭溫度與絕緣層外壁測量點溫度對應函數關系式寫入到程序中，溫度傳感器1將監測的數據傳送到云端計算模塊，處理器就可以將對應觸點溫度輸出并傳送到低壓儀表顯示端，即可實現觸點溫度的在線監測。各溫度傳感器的安裝位置示意圖如圖4所示。

本發明實施例以測量點間隔觸頭的距離和絕緣層實時表面溫度為基本參量，考慮絕緣層外部環境等因素，并利用實驗測得相關數據，該數學模型可以實時地直接計算開關觸頭溫度，且不受絕緣層本身材料的物性參數影響。本發明實施例計算方法通用性強，適用各種外界環境下任意固體絕緣材料開關柜開關觸頭溫度的計算；并且實現簡單，在線測量時，只需在開關觸頭絕緣層外壁安裝一個溫度傳感器就能通過已經訓練好的函數關系式計算觸頭溫度，并通過儀表端實時顯示。此外，基于偏最小二乘的數學建模方法在動態計算斷路器觸頭溫度時，無需考慮外裹絕緣層及觸頭材料的物性參數，方便了觸頭溫度的計算。因此，該方法可以為準確實時掌握開關柜的運行狀態提供參考。

下面對本發明實施例提供的固體絕緣開關柜開關觸點溫度計算裝置進行介紹，下文描述的固體絕緣開關柜開關觸點溫度計算裝置與上文描述的固體絕緣開關柜開關觸點溫度計算方法可相互對應參照。

圖5為本發明實施例提供的固體絕緣開關柜開關觸點溫度計算裝置的結構框圖，參照圖5固體絕緣開關柜開關觸點溫度計算裝置可以包括：

模型建立模塊100，用于預先獲取多組樣本數據，通過偏最小二乘法建立各影響因素間的數學模型，確定測量點的溫度與固體絕緣開關柜的開關觸點的溫度之間的函數關系，所述樣本數據包含多組影響所述開關觸點溫度變化的影響因素數據，所述測量點位于所述開關觸點周圍預設范圍內；

當前溫度獲取模塊200，用于獲取所述測量點監測到的當前溫度值；

計算模塊300，用于根據所述當前溫度值，通過所述函數關系計算出所述固體絕緣開關柜的開關觸點的溫度值。

本實施例的固體絕緣開關柜開關觸點溫度計算裝置用于實現前述的固體絕緣開關柜開關觸點溫度計算方法，因此固體絕緣開關柜開關觸點溫度計算裝置中的具體實施方式可見前文中的固體絕緣開關柜開關觸點溫度計算方法的實施例部分，例如，模型建立模塊100，當前溫度獲取模塊200，計算模塊300，分別用于實現上述固體絕緣開關柜開關觸點溫度計算方法中步驟S101，S102，S103，所以，其具體實施方式可以參照相應的各個部分實施例的描述，在此不再贅述。

本發明所提供的固體絕緣開關柜開關觸點溫度計算裝置，通過預先獲取多組樣本數據，通過偏最小二乘法建立各影響因素間的數學模型，確定測量點的溫度與固體絕緣開關柜的開關觸點的溫度之間的函數關系，樣本數據包含多組影響開關觸點溫度變化的影響因素數據，測量點位于開關觸點周圍預設范圍內；獲取測量點監測到的當前溫度值；根據當前溫度值，通過函數關系計算出固體絕緣開關柜的開關觸點的溫度值。本申請基于偏最小二乘的數學建模方法動態計算斷路器觸點溫度，無需考慮外裹絕緣層及觸頭材料的物性參數，方便了觸頭溫度的計算。該方法通用性強、實現簡單、成本低，可以為準確實時掌握開關柜的運行狀態提供參考。

本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其它實施例的不同之處，各個實施例之間相同或相似部分互相參見即可。對于實施例公開的裝置而言，由于其與實施例公開的方法相對應，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法部分說明即可。

專業人員還可以進一步意識到，結合本文中所公開的實施例描述的各示例的單元及算法步驟，能夠以電子硬件、計算機軟件或者二者的結合來實現，為了清楚地說明硬件和軟件的可互換性，在上述說明中已經按照功能一般性地描述了各示例的組成及步驟。這些功能究竟以硬件還是軟件方式來執行，取決于技術方案的特定應用和設計約束條件。專業技術人員可以對每個特定的應用來使用不同方法來實現所描述的功能，但是這種實現不應認為超出本發明的范圍。

結合本文中所公開的實施例描述的方法或算法的步驟可以直接用硬件、處理器執行的軟件模塊，或者二者的結合來實施。軟件模塊可以置于隨機存儲器(RAM)、內存、只讀存儲器(ROM)、電可編程ROM、電可擦除可編程ROM、寄存器、硬盤、可移動磁盤、CD-ROM、或技術領域內所公知的任意其它形式的存儲介質中。

以上對本發明所提供的固體絕緣開關柜開關觸點溫度計算方法以及裝置進行了詳細介紹。本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發明的方法及其核心思想。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以對本發明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發明權利要求的保護范圍內。