基于灰色理論的高壓開關柜溫度檢測與預警

張海彬

(國網黑龍江省電力有限公司, 哈爾濱 150090)

基于灰色理論的高壓開關柜溫度檢測與預警

張海彬

(國網黑龍江省電力有限公司, 哈爾濱 150090)

由于高壓開關柜工作環境的特殊性，其發生故障的概率較大并且其故障主要由溫度過高所導致，因此高壓開關柜的溫度檢測和預警對電力系統穩定運行及保障供電可靠性起著至關重要的作用。介紹了基于灰色理論的高壓開關柜溫度監測與預警，對電力部門及時獲取信息，減少由高壓開關柜故障導致的經濟損失起到重要的作用。

高壓開關柜; 灰色理論; 光纖傳感器; 溫度檢測與預警

變電站高壓開關柜在電力系統運行中發揮著重要作用，但是由于諸多因素影響，高壓開關柜在運行中由于其觸頭發熱而發生設備損壞甚至導致大規模停電或造成人員傷亡的事例時有發生。因此在事故發生前關注高壓開關柜觸點溫度變化，為電力工作人員及時采取維護措施，減少由事故帶來的經濟損失起著至關重要的作用[1-2]。 隨著科技的發展，溫度檢測系統的方法逐漸增多，但是各有利弊。本文采用的HS有源無線溫度實時監測系統，運行消耗的能量少，可以在環境極其惡劣的條件下穩定工作。本文實現了HS有緣無線測溫系統與灰色理論相結合，主要功能有各監測點實時溫度顯示、設置(包括時間設置、系統設置、顯示設置、接電配置、接點名稱、刪除記錄)、溫度預測、報警事件查詢、幫助。

1 灰色理論的故障預測方法原理

1.1 灰色理論系統的原理

灰色理論認為系統的行為現象是模糊不清晰的，初始各數據看似相互之間沒有聯系，但一定存在著某種規律，灰數的生成可以使這些規律顯化[3]。灰色系統理論研究的是在信息量十分貧乏的情況下建立GM(1.1)模型，從而解決遇到的問題。把可以獲取的數據信息放入建立的模型中得到一系列具有實用意義的數據，觀察者對這些數據進行分析即可。

1.2 建立GM(1.1)模型

1)設初始數據。

X(0)=(x(0)(t1),x(0)(t2), …，x(0)(tn))

n為樣本的數量。

2)初始數據進行求和。

X(1)= (x(1)(t1),x(1)(t2), …，x(1)(tn))

3)白化X(1)。

a和u為待求參數，將上式離散化為

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

dt=(k+1)-k=1

4)求a和u。

令

則有

令

上式可以表示成

等式兩邊乘BT為

等式兩邊乘(BTB)-1則為

即

5)白化方程式求解。

令X(1)(0)=X(0)(1),得到微分方程的解為

數據還原方程式為

2 高壓開關柜溫度采集及預警系統

2.1 系統結構

系統的測溫采用HS無線測溫系統，本系統由兩大部分組成，即無線測溫發射模塊和無線測溫接收模塊(中央處理單元)，其中一個中央處理單元可以接收1～9路溫度發射模塊數據。無線測溫發射模塊的作用是把高壓開關柜中觸點的溫度以電信號的形式發送給無線測溫接收模塊，再通過無線測溫接收模塊把溫度信息傳遞給上位機，通過顯示模塊顯示實時溫度及溫度變化趨勢。通過灰色系統預測溫度是否超過安全值，一旦發現有觸點的溫度超出正常工作范圍允許溫度就及時報警，如果溫度正常則繼續采集溫度。其具體結構圖如圖1所示。

2.2 軟件實現方式

軟件系統分為數據獲取、數據解析、數據處理、數據顯示、數據存儲、系統設置和查詢，如圖2所示，其各部分功能為：

圖1 系統框圖Fig.1 System block diagram

圖2 軟件框圖Fig.2 Software block diagram

1)數據獲取功能是把HS無線采集裝置獲得的溫度信號采集到計算機中。

2)數據解析是把溫度模擬信號轉換成溫度數據信號，并分析每個溫度所對應的傳感器位置。

3)數據處理根據實時溫度信息以及GM(1.1)模型，設定系統運行門限值。利用已經知道的溫度值來預測觸點溫度變化趨勢，通過與門限值比較來判斷觸點是否工作在正常溫度范圍內，采用matlab6.1進行軟件的實現。[4]

4)數據顯示是把測量溫度值與預測溫度值及存在的相對誤差在界面上顯示出來。

5)數據存儲是以文件的形式永久保存，以便用戶查詢歷史溫度信息。

6)報警系統的功能是當預測的溫度信息超過溫度正常工作范圍時，系統會自動報警。

7)查詢分為歷史數據查詢和報警信息查詢。

根據以上介紹對高壓開關柜溫度進行預測，結果如表1所示。

表1 溫度預測結果(2016-04-06)Table 1 Temperature predication results

3 結 語

溫度是高壓開關柜運行的重要指標，溫度過高是引起高壓開關柜故障的主要因素之一。基于此，本文提出應用無線測溫系統與灰色理論相結合的預測高壓開關柜觸點溫度變化趨勢的方法，應用matlab實現軟件的設計。通過工程實際運用得出，它可以及時發現高壓開關柜內各觸點溫度的變化情況，可以在高壓開關柜運行環境下較好地完成工作，比傳統的溫度預測設備具有更強的可靠性和更高的精度，從而可以更好地保證高壓開關柜的穩定運行。

[1] 孟凡勇，李志剛. 光纖光柵溫度傳感器在開關柜觸頭及母排溫度監測中的應用[J].低壓電器,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] 錢祥忠. 高壓開關柜內接頭溫度在線監測系統的設計[J]儀表技術與傳感器,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. 灰色系統理論及其應用[M]. 北京：科學技術文獻出版社, 1991. FU Li. Grey system theory and application[M]. Beijing: Scientific and Technical Documentation Press, 1991.

[4] 尚濤,石端偉,安寧,等 工程計算可視化與matlab實現[M].武漢：武漢大學出版社,2002. SHANG Tao, SHI Duanwei, AN Ning, et al. Engineering computing visualization and matlab implementation[M]. Wuhan: Wuhan University Press, 2002.

(編輯 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。

張海彬(1964—)男，高級工程師,碩士,主要從事電力系統科技及信息化管理工作。

TM591

B

2095-6843(2017)03-0249-03