基于灰色理论的高压开关柜温度检测与预警

张海彬

(国网黑龙江省电力有限公司, 哈尔滨 150090)

基于灰色理论的高压开关柜温度检测与预警

张海彬

(国网黑龙江省电力有限公司, 哈尔滨 150090)

由于高压开关柜工作环境的特殊性，其发生故障的概率较大并且其故障主要由温度过高所导致，因此高压开关柜的温度检测和预警对电力系统稳定运行及保障供电可靠性起着至关重要的作用。介绍了基于灰色理论的高压开关柜温度监测与预警，对电力部门及时获取信息，减少由高压开关柜故障导致的经济损失起到重要的作用。

高压开关柜; 灰色理论; 光纤传感器; 温度检测与预警

变电站高压开关柜在电力系统运行中发挥着重要作用，但是由于诸多因素影响，高压开关柜在运行中由于其触头发热而发生设备损坏甚至导致大规模停电或造成人员伤亡的事例时有发生。因此在事故发生前关注高压开关柜触点温度变化，为电力工作人员及时采取维护措施，减少由事故带来的经济损失起着至关重要的作用[1-2]。 随着科技的发展，温度检测系统的方法逐渐增多，但是各有利弊。本文采用的HS有源无线温度实时监测系统，运行消耗的能量少，可以在环境极其恶劣的条件下稳定工作。本文实现了HS有缘无线测温系统与灰色理论相结合，主要功能有各监测点实时温度显示、设置(包括时间设置、系统设置、显示设置、接电配置、接点名称、删除记录)、温度预测、报警事件查询、帮助。

1 灰色理论的故障预测方法原理

1.1 灰色理论系统的原理

灰色理论认为系统的行为现象是模糊不清晰的，初始各数据看似相互之间没有联系，但一定存在着某种规律，灰数的生成可以使这些规律显化[3]。灰色系统理论研究的是在信息量十分贫乏的情况下建立GM(1.1)模型，从而解决遇到的问题。把可以获取的数据信息放入建立的模型中得到一系列具有实用意义的数据，观察者对这些数据进行分析即可。

1.2 建立GM(1.1)模型

1)设初始数据。

X(0)=(x(0)(t1),x(0)(t2), …，x(0)(tn))

n为样本的数量。

2)初始数据进行求和。

X(1)= (x(1)(t1),x(1)(t2), …，x(1)(tn))

3)白化X(1)。

a和u为待求参数，将上式离散化为

dX(1)=x(1)(k+1)-x(1)(k)

dt=(k+1)-k=1

4)求a和u。

令

则有

令

上式可以表示成

等式两边乘BT为

等式两边乘(BTB)-1则为

即

5)白化方程式求解。

令X(1)(0)=X(0)(1),得到微分方程的解为

数据还原方程式为

2 高压开关柜温度采集及预警系统

2.1 系统结构

系统的测温采用HS无线测温系统，本系统由两大部分组成，即无线测温发射模块和无线测温接收模块(中央处理单元)，其中一个中央处理单元可以接收1～9路温度发射模块数据。无线测温发射模块的作用是把高压开关柜中触点的温度以电信号的形式发送给无线测温接收模块，再通过无线测温接收模块把温度信息传递给上位机，通过显示模块显示实时温度及温度变化趋势。通过灰色系统预测温度是否超过安全值，一旦发现有触点的温度超出正常工作范围允许温度就及时报警，如果温度正常则继续采集温度。其具体结构图如图1所示。

2.2 软件实现方式

软件系统分为数据获取、数据解析、数据处理、数据显示、数据存储、系统设置和查询，如图2所示，其各部分功能为：

图1 系统框图Fig.1 System block diagram

图2 软件框图Fig.2 Software block diagram

1)数据获取功能是把HS无线采集装置获得的温度信号采集到计算机中。

2)数据解析是把温度模拟信号转换成温度数据信号，并分析每个温度所对应的传感器位置。

3)数据处理根据实时温度信息以及GM(1.1)模型，设定系统运行门限值。利用已经知道的温度值来预测触点温度变化趋势，通过与门限值比较来判断触点是否工作在正常温度范围内，采用matlab6.1进行软件的实现。[4]

4)数据显示是把测量温度值与预测温度值及存在的相对误差在界面上显示出来。

5)数据存储是以文件的形式永久保存，以便用户查询历史温度信息。

6)报警系统的功能是当预测的温度信息超过温度正常工作范围时，系统会自动报警。

7)查询分为历史数据查询和报警信息查询。

根据以上介绍对高压开关柜温度进行预测，结果如表1所示。

表1 温度预测结果(2016-04-06)Table 1 Temperature predication results

3 结 语

温度是高压开关柜运行的重要指标，温度过高是引起高压开关柜故障的主要因素之一。基于此，本文提出应用无线测温系统与灰色理论相结合的预测高压开关柜触点温度变化趋势的方法，应用matlab实现软件的设计。通过工程实际运用得出，它可以及时发现高压开关柜内各触点温度的变化情况，可以在高压开关柜运行环境下较好地完成工作，比传统的温度预测设备具有更强的可靠性和更高的精度，从而可以更好地保证高压开关柜的稳定运行。

[1] 孟凡勇，李志刚. 光纤光栅温度传感器在开关柜触头及母排温度监测中的应用[J].低压电器,2010(16)：38-39. MENG Fanyong, LI Zhigang. Application of fiber bragg grating sensor in temperature monitoring of switch cabinet contact and bus[J]. Low Voltage Apparatus, 2010 (16): 38-39.

[2] 钱祥忠. 高压开关柜内接头温度在线监测系统的设计[J]仪表技术与传感器,2007(2):73-75. QIAN Xiangzhong. Design of on-line monitoring system of temperature for contact inside of the high voltage switchgear[J]. Instrument Technique and Sensor, 2007 (2): 73-75.

[3] 傅立. 灰色系统理论及其应用[M]. 北京：科学技术文献出版社, 1991. FU Li. Grey system theory and application[M]. Beijing: Scientific and Technical Documentation Press, 1991.

[4] 尚涛,石端伟,安宁,等 工程计算可视化与matlab实现[M].武汉：武汉大学出版社,2002. SHANG Tao, SHI Duanwei, AN Ning, et al. Engineering computing visualization and matlab implementation[M]. Wuhan: Wuhan University Press, 2002.

(编辑 侯世春)

Detection and forewarning of high-voltage switchgear temperature based on grey theory

ZHANG Haibin

(State Grid Heilongjiang Electric Power Company Limited, Harbin 150090, China)

Due to the particularity of high-voltage switchgear working environment, its failure probability is bigger and is mainly caused by excessively high temperature. Therefore detecting and forewarning of high-voltage switchgear temperature plays an important role for power system stable operation and for guarantee of the power supply reliability. In this paper, the detection and forewarning of high-voltage switchgear temperature based on gray theory is introduced, which plays an important role to have timely access to information for electric power department and to reduce economic losses caused by high-voltage switchgear failure.

high voltage switch cabinet; grey theory; optical fiber sensor; temperature detection and forewarning

2017-03-05。

张海彬(1964—)男，高级工程师,硕士,主要从事电力系统科技及信息化管理工作。

TM591

B

2095-6843(2017)03-0249-03