基于在線間接測(cè)溫方式的開(kāi)關(guān)柜故障診斷方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力開(kāi)關(guān)柜故障診斷技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于在線間接測(cè)溫方 式的開(kāi)關(guān)柜故障診斷方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 開(kāi)關(guān)柜在電力系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)著關(guān)合及斷開(kāi)電力線路、保護(hù)系統(tǒng)安全的雙重功能，隨 著電力系統(tǒng)向著高電壓、大機(jī)組、大容量的迅速發(fā)展，電網(wǎng)日益擴(kuò)大以及變電站無(wú)人值班管 理模式和綜合自動(dòng)化的普及推廣，開(kāi)關(guān)柜的安全運(yùn)行越來(lái)越重要。開(kāi)關(guān)柜內(nèi)閘刀觸頭、電力 電纜進(jìn)出線的接頭接觸不良時(shí)，接觸電阻增大，在負(fù)載電流流過(guò)時(shí)會(huì)產(chǎn)生發(fā)熱現(xiàn)象，過(guò)熱會(huì) 引起金屬材料的機(jī)械強(qiáng)度下降，絕緣材料老化并可能導(dǎo)致?lián)舸┬纬墒鹿?。測(cè)量和監(jiān)視開(kāi)關(guān) 柜內(nèi)的溫度狀態(tài)，是診斷開(kāi)關(guān)柜設(shè)備故障狀態(tài)的有效手段之一。
[0003] 對(duì)于目前投運(yùn)的大部分開(kāi)關(guān)柜設(shè)備，沒(méi)有裝配溫度監(jiān)測(cè)功能，在設(shè)備故障異常發(fā) 熱溫升后，管理人員無(wú)法獲知?，F(xiàn)有技術(shù)中典型的開(kāi)關(guān)柜的溫度監(jiān)測(cè)和診斷方法，大都是采 用電氣接點(diǎn)部位的直接測(cè)溫結(jié)合溫度閾值診斷方法。例如:采用各種接觸式測(cè)溫傳感器、紅 外測(cè)溫傳感器、光纖光柵類測(cè)溫傳感器等。而要在柜內(nèi)電氣接點(diǎn)部位安裝任何的測(cè)溫傳感 器，都受到諸多的限制條件，例如:開(kāi)關(guān)柜要停電安裝測(cè)溫設(shè)備的限制、柜內(nèi)空間結(jié)構(gòu)的限 制、電氣間隙的限制、傳感器耐受高壓和強(qiáng)磁場(chǎng)的限制、傳感器耐高溫能力的限制、傳感器 電源和通訊線路布線的限制、無(wú)線信號(hào)傳輸屏蔽的影響等，使得開(kāi)關(guān)柜測(cè)溫傳感器的安裝 和普及難度很大，成本很高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種通過(guò)對(duì)開(kāi)關(guān)柜外部 選定的間接測(cè)溫點(diǎn)以及柜外環(huán)境測(cè)溫點(diǎn)等非發(fā)熱部位的間接性溫度監(jiān)測(cè)，即可判斷開(kāi)關(guān)柜 內(nèi)部是否存在溫度過(guò)熱的故障診斷方法。
[0005] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下：
[0006] 本發(fā)明的基于在線間接測(cè)溫方式的開(kāi)關(guān)柜故障診斷方法，主要包含以下四個(gè)步 驟：
[0007] 步驟A:物理建模，物理建模的過(guò)程為：首先，針對(duì)某一類型的開(kāi)關(guān)柜，選擇確定開(kāi) 關(guān)柜上間接測(cè)溫點(diǎn)和環(huán)境測(cè)溫點(diǎn)的位置，即在線間接測(cè)溫方式的測(cè)溫傳感器的外部的安裝 位置;然后，以該間接測(cè)溫點(diǎn)和環(huán)境測(cè)溫點(diǎn)的在線溫度數(shù)據(jù)為已知變量，建立起包含開(kāi)關(guān)柜 的柜體結(jié)構(gòu)、負(fù)載、電特性、溫度場(chǎng)、時(shí)間量、等相關(guān)量的物理模型；
[0008] 該間接測(cè)溫點(diǎn)的位置選擇，該點(diǎn)不在開(kāi)關(guān)柜一次電氣間隔范圍之內(nèi)，又需要在一 次電氣間隔鄰近的安全區(qū)域。例如在一次電氣設(shè)備不停電的運(yùn)行狀態(tài)下即可以實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)安 裝測(cè)溫傳感器的情況下，同時(shí)需要使該點(diǎn)對(duì)于一次電氣設(shè)備的致熱效應(yīng)(溫升)有較強(qiáng)的相 關(guān)性(敏感）。優(yōu)選的，該間接測(cè)溫點(diǎn)的位置選擇在開(kāi)關(guān)柜的斷路器間隔泄壓通道天窗隔板 上，或母排間隔泄壓通道天窗隔板上，或出線間隔泄壓通道天窗隔板上，或二次設(shè)備間隔中 與一次電氣間隔相間的底部隔板上。
[0009] 又例如，當(dāng)一次電氣間隔允許進(jìn)行停電安裝測(cè)溫傳感器的情況下，該間接測(cè)溫點(diǎn) 也可以選擇安裝在一次電氣間隔的空間內(nèi)，優(yōu)選的，該間接測(cè)溫點(diǎn)的位置選擇在開(kāi)關(guān)柜的 斷路器間隔、母排間隔、出線間隔內(nèi)的中部側(cè)壁或頂板上。
[0010] 進(jìn)一步，上述環(huán)境溫度點(diǎn)的位置選擇在應(yīng)能代表所測(cè)開(kāi)關(guān)柜所處的環(huán)境溫度，而 且受柜內(nèi)溫升的影響很小的位置。而實(shí)際上柜內(nèi)的熱量散發(fā)也會(huì)改變柜體所處的環(huán)境溫 度，并且柜體外部的環(huán)境溫度和氣流的變化有未知的不確定性，所以該環(huán)境測(cè)溫點(diǎn)也不適 合選擇在室內(nèi)或室外的環(huán)境溫度。優(yōu)選的，該環(huán)境測(cè)溫點(diǎn)設(shè)置在所測(cè)開(kāi)關(guān)柜前表面或后表 面的底部，該位置受到柜內(nèi)溫升的影響最小，并最能代表柜體當(dāng)時(shí)所處的環(huán)境溫度。
[0011]上述物理模型又可分為開(kāi)關(guān)柜溫度場(chǎng)的物理模型和負(fù)載致熱溫升的物理模型兩 種類別。以下為通過(guò)優(yōu)選的建模方法，所建立的電力開(kāi)關(guān)柜物理模型，開(kāi)關(guān)柜溫度場(chǎng)的物理 模型包括以下第一模型：
[0012] 所述負(fù)載致熱溫升的物理模型包括以下三個(gè)模型，分別為：
[0013] 開(kāi)關(guān)柜負(fù)載致熱與開(kāi)關(guān)柜內(nèi)集總熱源中心溫度的物理模型為：
[0014] 開(kāi)關(guān)柜負(fù)載致熱、環(huán)境溫度和開(kāi)關(guān)柜內(nèi)集總熱源中心溫度間的物理模型為：
[0015 ]開(kāi)關(guān)柜負(fù)載致熱、間接測(cè)溫點(diǎn)溫度和環(huán)境溫度間的物理模型為：
[0016] 其中，為集總熱源中心到間接測(cè)溫點(diǎn)的熱阻相關(guān)熱物性系數(shù)；
[0017] 為間接測(cè)溫點(diǎn)到環(huán)境測(cè)溫點(diǎn)的熱阻相關(guān)熱物性系數(shù)；
[0018] 為集總熱源中心到間接測(cè)溫點(diǎn)的熱容相關(guān)熱物性系數(shù)；
[0019] 為間接測(cè)溫點(diǎn)到環(huán)境測(cè)溫點(diǎn)的熱容相關(guān)熱物性系數(shù)；
[0020] 為t時(shí)刻開(kāi)關(guān)柜內(nèi)集總熱源的總熱損耗(功率）。
[0021] 步驟B:計(jì)算傳熱學(xué)溫度;根據(jù)上述溫度場(chǎng)的物理模型和在線監(jiān)測(cè)的間接測(cè)溫點(diǎn)溫 度和環(huán)境溫度，計(jì)算開(kāi)關(guān)柜內(nèi)集總熱源中心的傳熱學(xué)溫度。在對(duì)于某種類型的開(kāi)關(guān)柜設(shè)備 建模后，等為已知的設(shè)備熱物性系數(shù)。即可按照(第一模型），開(kāi)關(guān)柜內(nèi)集總熱源中心溫度只 通過(guò)間接測(cè)溫點(diǎn)溫度和環(huán)境溫度即可準(zhǔn)確計(jì)算出，結(jié)果的物理意義為開(kāi)關(guān)柜內(nèi)集總熱源中 心的傳熱學(xué)溫度(記為）。
[0022]步驟C:計(jì)算負(fù)載理想溫度;根據(jù)負(fù)載致熱溫升的物理模型和實(shí)測(cè)的負(fù)載數(shù)據(jù)，計(jì) 算開(kāi)關(guān)柜內(nèi)集總熱源中心的負(fù)載理想溫度，以及所確定的間接測(cè)溫點(diǎn)的負(fù)載理想溫度。根 據(jù)模型的不同，計(jì)算開(kāi)關(guān)柜內(nèi)集總熱源中心的負(fù)載理想溫度又可分為兩種情況。
[0023]第一種、根據(jù)(第二模型），開(kāi)關(guān)柜內(nèi)集總熱源中心溫度只通過(guò)間接測(cè)溫點(diǎn)溫度和 開(kāi)關(guān)柜負(fù)載參數(shù)以及電流數(shù)據(jù)即可準(zhǔn)確計(jì)算出，結(jié)果的物理意義為開(kāi)關(guān)柜內(nèi)集總熱源中心 的、以確定的間接測(cè)溫點(diǎn)溫度為參照的負(fù)載理想溫度(記為），本發(fā)明主要以這種情況進(jìn)行 講述。
[0024]第二種、根據(jù)(第三模型），開(kāi)關(guān)柜內(nèi)集總熱源中心溫度只通過(guò)環(huán)境溫度和開(kāi)關(guān)柜 負(fù)載數(shù)據(jù)即可準(zhǔn)確計(jì)算出，結(jié)果的物理意義為開(kāi)關(guān)柜內(nèi)集總熱源中心的、以確定的環(huán)境測(cè) 溫點(diǎn)溫度為參照的負(fù)載理想溫度。（當(dāng)沒(méi)有間接測(cè)溫點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)時(shí)，可采用此模型。）
[0025]此外所確定的間接測(cè)溫點(diǎn)的負(fù)載理想溫度是按照(第四模型)來(lái)計(jì)算，開(kāi)關(guān)柜間接 測(cè)溫點(diǎn)的溫度只通過(guò)環(huán)境溫度和開(kāi)關(guān)柜負(fù)載數(shù)據(jù)即可準(zhǔn)確計(jì)算出，結(jié)果的物理意義為開(kāi)關(guān) 柜上確定的間接測(cè)溫點(diǎn)溫度的負(fù)載理想溫度(記為）。
[0026] 步驟D:故障狀態(tài)診斷;根據(jù)上述實(shí)測(cè)間接測(cè)溫點(diǎn)溫度、環(huán)境溫度、上述計(jì)算出的各 項(xiàng)溫度進(jìn)行比較和計(jì)算，通過(guò)與設(shè)定的故障判斷標(biāo)準(zhǔn)中的閾值進(jìn)行比較，從而做出故障狀 態(tài)的診斷。具體來(lái)說(shuō)，可以分為四種優(yōu)選的相互獨(dú)立的方法，并包含對(duì)應(yīng)的判斷標(biāo)準(zhǔn)：
[0027] 方法一，優(yōu)選的，根據(jù)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)集總熱源中心傳熱學(xué)溫度□的診斷方法和診斷標(biāo) 準(zhǔn)。其診斷原理為:將開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的某回路的最高溫度以計(jì)算出的開(kāi)關(guān)柜內(nèi)集總熱源中心的 傳熱學(xué)溫度為近似的代表，根據(jù)已有的電力設(shè)備溫度(或溫升)判斷標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行狀態(tài)判斷。通 用的診斷標(biāo)準(zhǔn)為：
[0028]
[0029] 和分別為"存在隱患可能性"狀態(tài)的溫度閾值和溫升閾值；
[0030] 和分別為"故障預(yù)警"狀態(tài)的溫度閾值和溫升閾值；
[0031 ]和分別為"故障報(bào)警"狀態(tài)的溫度閾值和溫升閾值；
[0032]并且以上三個(gè)溫度閾值或溫升閾值逐步增大，而當(dāng)或時(shí)，則判斷為健康狀態(tài)。
[0033]上述閾值可根據(jù)《GBT 11022-2011高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的共用技術(shù)要 求》中相關(guān)溫度和溫升極限標(biāo)準(zhǔn)，并以輕度發(fā)熱量不平衡發(fā)熱模式為基準(zhǔn)，推導(dǎo)計(jì)算出通用 閾值診斷標(biāo)準(zhǔn)。
[0034] 上述診斷結(jié)論的模糊性在于：對(duì)于開(kāi)關(guān)柜內(nèi)有N個(gè)獨(dú)立熱源，根據(jù)相關(guān)公式有可 知，近似的有:開(kāi)關(guān)柜內(nèi)集總熱源中心溫度為內(nèi)部N個(gè)獨(dú)立熱源溫度的平均值，則在此開(kāi)關(guān) 柜內(nèi)N個(gè)獨(dú)立熱源發(fā)熱量嚴(yán)重不均衡時(shí)，會(huì)出現(xiàn)集總熱源中心溫度小于N個(gè)獨(dú)立熱源最高溫 度的情況。所以應(yīng)用這種診斷標(biāo)準(zhǔn)，會(huì)比N個(gè)獨(dú)立熱源分別直接測(cè)溫診斷結(jié)果的故障更嚴(yán)重 一些。它的模糊性在于故障嚴(yán)重程度等級(jí)之間的界限無(wú)法精確確定，存在一定的模糊性。
[0035] 方法二，優(yōu)選的，根據(jù)開(kāi)關(guān)柜間接測(cè)溫點(diǎn)實(shí)測(cè)溫度的診斷方法和診斷標(biāo)準(zhǔn)。其診斷 原理為:在以往的診斷方法中，對(duì)于開(kāi)關(guān)柜間接測(cè)溫點(diǎn)溫度的故障判斷，無(wú)法確定一個(gè)恒定 的標(biāo)準(zhǔn)。在該方法中，根據(jù)第一模型，以上述方法一中的開(kāi)關(guān)柜內(nèi)集總熱源中心溫度的三個(gè) 診斷閾值，反向計(jì)算出開(kāi)關(guān)柜間接測(cè)溫點(diǎn)傳熱學(xué)的診斷閾值，并以此作為診斷標(biāo)準(zhǔn)，該診斷 標(biāo)準(zhǔn)為：
[0036]
[0037] 和分別為間接測(cè)溫點(diǎn)處在"存在隱患可能性"狀態(tài)下的溫度閾值和溫升閾值；
[0038] 和分別為"故障預(yù)警"狀態(tài)的溫度閾值和溫升閾值；
[0039