基于紅外傳感的有屏蔽罩結(jié)構(gòu)gis觸頭溫度計算方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于紅外傳感的有屏蔽罩結(jié)構(gòu)GIS觸頭溫度計算方法，包括：在不同環(huán)境溫度條件下，進行GIS設(shè)備溫升實驗：對GIS設(shè)備導(dǎo)體通入電流，待溫度分布達到穩(wěn)態(tài)時，記錄此時的環(huán)境溫度、GIS觸頭溫度和屏蔽罩溫度；以上述GIS溫升實驗所測數(shù)據(jù)作為學(xué)習(xí)樣本，采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，根據(jù)環(huán)境溫度和屏蔽罩溫度，計算出GIS觸頭溫度。本發(fā)明有益效果：將現(xiàn)有紅外溫度在線監(jiān)測技術(shù)與數(shù)據(jù)擬合預(yù)測算法相結(jié)合，解決了由于屏蔽罩存在而無法使用紅外溫度在線監(jiān)測技術(shù)測量GIS觸頭溫度的難題，方法簡單有效，易于實現(xiàn)。
【專利說明】基于紅外傳感的有屏蔽罩結(jié)構(gòu)GIS觸頭溫度計算方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及Gis設(shè)備金屬導(dǎo)體溫度測量【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于紅外傳感的 有屏蔽罩結(jié)構(gòu)GIS觸頭溫度計算方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 氣體絕緣金屬封閉開關(guān)（GIS)以SF6氣體作為絕緣介質(zhì)，具有開斷能力強、故障率 低、維護費用少、占地面積小等優(yōu)點，在變電站中獲得了廣泛應(yīng)用。而當(dāng)GIS觸頭接觸不良 時，其接觸電阻變大，通過負(fù)載電流時將產(chǎn)生過熱現(xiàn)象。觸頭和母線過熱會引起絕緣老化 甚至擊穿，以至引發(fā)重大事故和經(jīng)濟損失據(jù)不完全統(tǒng)計，國內(nèi)外眾多電力公司所采用的GIS 設(shè)備，均不同程度地出現(xiàn)過封閉母線、隔離開關(guān)、電纜頭等部件因絕緣老化或接觸不良而造 成的溫度異?，F(xiàn)象及并發(fā)事故。因此，實現(xiàn)對GIS設(shè)備溫度的在線監(jiān)測，提前發(fā)現(xiàn)并消除熱 故障隱患，對GIS安全可靠運行具有非常重要的意義。
[0003] 目前，在現(xiàn)場中應(yīng)用的預(yù)防GIS設(shè)備觸頭過熱的措施主要有三種：人工觀察觸頭 表面顏色、定期測量回路電阻和使用紅外成像儀對固定監(jiān)測點定期進行溫度監(jiān)測。這些方 法均存在著一定不足：前兩者需要GIS設(shè)備停電檢修，后者紅外成像技術(shù)的分辨率和精度 都難以達到要求，而且以上使用的監(jiān)測方法均難以實現(xiàn)對GIS設(shè)備溫度的持續(xù)測量，即不 能實現(xiàn)在線監(jiān)測。而目前在開關(guān)柜觸頭測溫中應(yīng)用較為廣泛的光纖光柵在線測溫方法，由 于GIS結(jié)構(gòu)的特殊性還沒得到廣泛應(yīng)用。
[0004] 紅外溫度在線監(jiān)測技術(shù)可實現(xiàn)對被測物體的非接觸式測量，且不干擾或破壞被測 物體的溫度場和熱平衡狀態(tài)，同時解決了高電壓和高溫部分的有效隔離，可對GIS設(shè)備觸 頭的溫度進行連續(xù)自動測量以及越限預(yù)警，實現(xiàn)對潛在故障設(shè)備實施主動保護的可能性， 具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，紅外溫度傳感器需直接接收被測物體發(fā)出的紅外線來進行測 溫，對于GIS中裝設(shè)屏蔽罩的斷路器和隔離開關(guān)，由于屏蔽罩的阻擋，紅外溫度傳感器無法 接收觸頭所輻射出紅外線，導(dǎo)致無法對觸頭溫度進行直接測量。這是紅外溫度在線監(jiān)測技 術(shù)在GIS設(shè)備觸頭溫度測量領(lǐng)域所面臨的巨大難題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，提出了一種基于紅外傳感的有屏蔽罩結(jié)構(gòu) GIS觸頭溫度計算方法，該方法將BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法引入到紅外溫度在線監(jiān)測技術(shù)中，通過 屏蔽罩溫度和外殼溫度間接推算出GIS觸頭溫度，可有效解決屏蔽罩的存在而導(dǎo)致紅外溫 度在線監(jiān)測技術(shù)失效的問題。
[0006] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0007] -種基于紅外傳感的有屏蔽罩結(jié)構(gòu)GIS觸頭溫度計算方法，包括：
[0008] (1)在不同環(huán)境溫度條件下，進行GIS設(shè)備溫升實驗：對GIS設(shè)備導(dǎo)體通入電流， 待溫度分布達到穩(wěn)態(tài)，記錄此時的環(huán)境溫度、GIS觸頭溫度和屏蔽罩溫度；
[0009] (2)以上述GIS溫升實驗所測數(shù)據(jù)作為學(xué)習(xí)樣本，采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，根據(jù)環(huán)境 溫度和屏蔽罩溫度，計算出GIS觸頭溫度。
[0010] 所述溫度分布達到穩(wěn)態(tài)的條件為設(shè)定時間內(nèi)，導(dǎo)體觸頭溫度變化小于A°c，屏蔽罩 溫度變化小于B°C，其中，A、B均為設(shè)定閾值。
[0011] 所述環(huán)境溫度為GIS設(shè)備所處空間的空氣溫度，環(huán)境溫度的測溫點為距離GIS設(shè) 備設(shè)定距離的開闊空間。
[0012] 所述屏蔽罩溫度為紅外溫度傳感器測量得到的屏蔽罩外表面設(shè)定區(qū)域的溫度。
[0013] 所述GIS觸頭溫度由埋入GIS內(nèi)觸頭表面的熱電偶測得。
[0014] 所述BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法計算過程為：
[0015] 構(gòu)建BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法模型：所述模型包括2個輸入層節(jié)點、若干隱含層節(jié)點，1個 輸出層節(jié)點；2個輸入層節(jié)點的輸入矢量分別屏蔽罩溫度和環(huán)境溫度，隱層節(jié)點的數(shù)量經(jīng) 檢驗樣本泛化比較后確定，輸出層節(jié)點的輸出矢量為GIS設(shè)備的觸頭溫度；
[0016] 輸入學(xué)習(xí)樣本數(shù)據(jù)，對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)系數(shù)和閾值進行有限次迭代訓(xùn)練，直至訓(xùn)練 誤差收斂，訓(xùn)練完成，輸入環(huán)境溫度和屏蔽罩溫度，輸出GIS設(shè)備的觸頭溫度。
[0017] 所述隱層節(jié)點的數(shù)量為12時，計算結(jié)果最為準(zhǔn)確。
[0018] 本發(fā)明的有益效果：
[0019] 本發(fā)明方法將現(xiàn)有紅外溫度在線監(jiān)測技術(shù)與數(shù)據(jù)擬合預(yù)測算法相結(jié)合，解決了由 于屏蔽罩存在而無法使用紅外溫度在線監(jiān)測技術(shù)測量GIS觸頭的難題，方法簡單有效，易 于實現(xiàn)，觸頭溫度計算結(jié)果準(zhǔn)確度高，對于推廣紅外在線測溫技術(shù)和提高電氣設(shè)備運行可 靠性具有重大意義。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 圖1為本發(fā)明方法示意圖；
[0021] 圖2為GIS溫升實驗示意圖；
[0022] 圖3為觸頭溫度BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)示意圖。

【具體實施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0024] 圖1為本發(fā)明方法示意圖。本發(fā)明基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，以GIS溫升實驗所測數(shù) 據(jù)作為學(xué)習(xí)樣本，通過環(huán)境溫度和屏蔽罩溫度計算出GIS觸頭溫度。其中環(huán)境溫度為GIS 設(shè)備所處空間的空氣溫度，測溫點為距離GIS設(shè)備Im遠的開闊空間，測溫工具為熱電偶；屏 蔽罩溫度為屏蔽罩外表面溫度，測溫工具為安裝在GIS外殼上的紅外溫度傳感器。BP神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)算法以GIS溫升實驗所測數(shù)據(jù)作為學(xué)習(xí)樣本，經(jīng)過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)系數(shù)和閾值進行有限 次迭代訓(xùn)練，直至訓(xùn)練誤差收斂，訓(xùn)練完成。然后，只需輸入環(huán)境溫度和屏蔽罩溫度，即可輸 出GIS設(shè)備的觸頭溫度。
[0025] 圖2為GIS溫升實驗示意圖。GIS內(nèi)部空腔內(nèi)填充有SF6氣體，環(huán)境溫度為GIS設(shè) 備所處空間的空氣溫度，測溫點為距離GIS設(shè)備Im遠的開闊空間，測溫工具為熱電偶；屏蔽 罩溫度為屏蔽罩外表面溫度，測溫工具為安裝在GIS外殼上的紅外溫度傳感器，GIS觸頭溫 度由埋入GIS內(nèi)觸頭表面的熱電偶測得。實驗過程為，將GIS導(dǎo)體通入電流，待溫度分布達 到穩(wěn)態(tài)時，本實施例選取達到穩(wěn)態(tài)的條件為十分鐘內(nèi)導(dǎo)體觸頭溫度變化小于0. 5°C，屏蔽罩 溫度變化小于0. TC ;記錄此時環(huán)境溫度、GIS觸頭溫度和屏蔽罩溫度作為一組數(shù)據(jù)。GIS 溫升實驗在不同環(huán)境溫度條件下進行，記錄數(shù)據(jù)不少于200組。
[0026] 圖3為觸頭溫度BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)示意圖。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法模型包括2個輸入層節(jié)點、 若干隱含層節(jié)點，1個輸出層節(jié)點。2個輸入層節(jié)點的輸入矢量分別屏蔽罩溫度和環(huán)境溫 度，隱層節(jié)點的數(shù)量為12,輸出層節(jié)點的輸出矢量為GIS設(shè)備的觸頭溫度。
[0027] 針對隱層節(jié)點數(shù)問題，目前沒有確定的計算方法，僅能通過一定經(jīng)驗公式，確定隱 層節(jié)點數(shù)范圍，然后設(shè)置范圍內(nèi)不同隱層節(jié)點數(shù)量，對學(xué)習(xí)樣本進行訓(xùn)練，利用檢驗樣本對 計算結(jié)果進行驗證，比較不同隱層節(jié)點數(shù)時計算結(jié)果的誤差，最終選取最小誤差時的隱層 節(jié)點數(shù)量。
[0028] 經(jīng)比較計算可得，當(dāng)采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，由屏蔽罩溫度和環(huán)境溫度計算外殼溫 度時，設(shè)置隱層節(jié)點數(shù)為12,計算結(jié)果最為準(zhǔn)確。
[0029] 下面以實例驗證本發(fā)明方法有效性。將實驗獲得的200組數(shù)據(jù)分為兩部分，從中 隨機選取10組為檢驗樣本，其余部分作為學(xué)習(xí)樣本。將學(xué)習(xí)樣本輸入到BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法 程序中進行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)系數(shù)和閾值進行有限次迭代訓(xùn)練，直至訓(xùn)練誤差收斂，訓(xùn)練完成。 輸入檢驗樣本的屏蔽罩溫度和環(huán)境溫度，即可得到由本方法計算的到的預(yù)測結(jié)果。預(yù)測結(jié) 果和實測結(jié)果比較如表1所示。
[0030] 表1檢驗樣本與預(yù)測結(jié)果的比較
[0031]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于紅外傳感的有屏蔽罩結(jié)構(gòu)GIS觸頭溫度計算方法，其特征是，包括： (1) 在不同環(huán)境溫度條件下，進行GIS設(shè)備溫升實驗：對GIS設(shè)備導(dǎo)體通入電流，待溫 度分布達到穩(wěn)態(tài)，記錄此時的環(huán)境溫度、GIS觸頭溫度和屏蔽罩溫度； (2) 以上述GIS溫升實驗所測數(shù)據(jù)作為學(xué)習(xí)樣本，采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，根據(jù)環(huán)境溫度 和屏蔽罩溫度，計算出GIS觸頭溫度。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種基于紅外傳感的有屏蔽罩結(jié)構(gòu)GIS觸頭溫度計算方法，其 特征是，所述溫度分布達到穩(wěn)態(tài)的條件為設(shè)定時間內(nèi)，導(dǎo)體觸頭溫度變化小于A°C，屏蔽罩 溫度變化小于B°C，其中，A、B均為設(shè)定閾值。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種基于紅外傳感的有屏蔽罩結(jié)構(gòu)GIS觸頭溫度計算方法，其 特征是，所述環(huán)境溫度為GIS設(shè)備所處空間的空氣溫度，環(huán)境溫度的測溫點為距離GIS設(shè)備 設(shè)定距離的開闊空間。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種基于紅外傳感的有屏蔽罩結(jié)構(gòu)GIS觸頭溫度計算方法，其 特征是，所述屏蔽罩溫度為紅外溫度傳感器測量得到的屏蔽罩外表面設(shè)定區(qū)域的溫度。
5. 如權(quán)利要求1所述的一種基于紅外傳感的有屏蔽罩結(jié)構(gòu)GIS觸頭溫度計算方法，其 特征是，所述GIS觸頭溫度由埋入GIS內(nèi)觸頭表面的熱電偶測得。
6. 如權(quán)利要求1所述的一種基于紅外傳感的有屏蔽罩結(jié)構(gòu)GIS觸頭溫度計算方法，其 特征是，所述BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法計算過程為： 構(gòu)建BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法模型：所述模型包括2個輸入層節(jié)點、若干隱含層節(jié)點，1個輸出 層節(jié)點；2個輸入層節(jié)點的輸入矢量分別屏蔽罩溫度和環(huán)境溫度，隱層節(jié)點的數(shù)量經(jīng)檢驗 樣本泛化比較后確定，輸出層節(jié)點的輸出矢量為GIS設(shè)備的觸頭溫度； 輸入學(xué)習(xí)樣本數(shù)據(jù)，對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)系數(shù)和閾值進行有限次迭代訓(xùn)練，直至訓(xùn)練誤差 收斂，訓(xùn)練完成，輸入環(huán)境溫度和屏蔽罩溫度，輸出GIS設(shè)備的觸頭溫度。
7. 如權(quán)利要求6所述的一種基于紅外傳感的有屏蔽罩結(jié)構(gòu)GIS觸頭溫度計算方法，其 特征是，所述隱層節(jié)點的數(shù)量為12時，計算結(jié)果最為準(zhǔn)確。
【文檔編號】G06N3/02GK104331735SQ201410601871
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月31日
【發(fā)明者】崔金濤, 牛林, 陳強, 戰(zhàn)杰, 黃金鑫, 馬夢朝, 魯國濤, 李慶民, 叢浩熹 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)技術(shù)學(xué)院, 華北電力大學(xué)