張海彬

(國(guó)網(wǎng)黑龍江省電力有限公司, 哈爾濱 150090)

基于灰色理論的高壓開(kāi)關(guān)柜溫度檢測(cè)與預(yù)警

張海彬

(國(guó)網(wǎng)黑龍江省電力有限公司, 哈爾濱 150090)

由于高壓開(kāi)關(guān)柜工作環(huán)境的特殊性，其發(fā)生故障的概率較大并且其故障主要由溫度過(guò)高所導(dǎo)致，因此高壓開(kāi)關(guān)柜的溫度檢測(cè)和預(yù)警對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行及保障供電可靠性起著至關(guān)重要的作用。介紹了基于灰色理論的高壓開(kāi)關(guān)柜溫度監(jiān)測(cè)與預(yù)警，對(duì)電力部門(mén)及時(shí)獲取信息，減少由高壓開(kāi)關(guān)柜故障導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失起到重要的作用。

高壓開(kāi)關(guān)柜; 灰色理論; 光纖傳感器; 溫度檢測(cè)與預(yù)警

變電站高壓開(kāi)關(guān)柜在電力系統(tǒng)運(yùn)行中發(fā)揮著重要作用，但是由于諸多因素影響，高壓開(kāi)關(guān)柜在運(yùn)行中由于其觸頭發(fā)熱而發(fā)生設(shè)備損壞甚至導(dǎo)致大規(guī)模停電或造成人員傷亡的事例時(shí)有發(fā)生。因此在事故發(fā)生前關(guān)注高壓開(kāi)關(guān)柜觸點(diǎn)溫度變化，為電力工作人員及時(shí)采取維護(hù)措施，減少由事故帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失起著至關(guān)重要的作用[1-2]。 隨著科技的發(fā)展，溫度檢測(cè)系統(tǒng)的方法逐漸增多，但是各有利弊。本文采用的HS有源無(wú)線溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，運(yùn)行消耗的能量少，可以在環(huán)境極其惡劣的條件下穩(wěn)定工作。本文實(shí)現(xiàn)了HS有緣無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)與灰色理論相結(jié)合，主要功能有各監(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)時(shí)溫度顯示、設(shè)置(包括時(shí)間設(shè)置、系統(tǒng)設(shè)置、顯示設(shè)置、接電配置、接點(diǎn)名稱(chēng)、刪除記錄)、溫度預(yù)測(cè)、報(bào)警事件查詢(xún)、幫助。

1 灰色理論的故障預(yù)測(cè)方法原理

1.1 灰色理論系統(tǒng)的原理

灰色理論認(rèn)為系統(tǒng)的行為現(xiàn)象是模糊不清晰的，初始各數(shù)據(jù)看似相互之間沒(méi)有聯(lián)系，但一定存在著某種規(guī)律，灰數(shù)的生成可以使這些規(guī)律顯化[3]。灰色系統(tǒng)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(wèn)題。把可以獲取的數(shù)據(jù)信息放入建立的模型中得到一系列具有實(shí)用意義的數(shù)據(jù)，觀察者對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析即可。

1.2 建立GM(1.1)模型

1)設(shè)初始數(shù)據(jù)。

X(0)=(x(0)(t1),x(0)(t2), …，x(0)(tn))

n為樣本的數(shù)量。

2)初始數(shù)據(jù)進(jìn)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(shù)，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(shù)據(jù)還原方程式為

2 高壓開(kāi)關(guān)柜溫度采集及預(yù)警系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)的測(cè)溫采用HS無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)，本系統(tǒng)由兩大部分組成，即無(wú)線測(cè)溫發(fā)射模塊和無(wú)線測(cè)溫接收模塊(中央處理單元)，其中一個(gè)中央處理單元可以接收1～9路溫度發(fā)射模塊數(shù)據(jù)。無(wú)線測(cè)溫發(fā)射模塊的作用是把高壓開(kāi)關(guān)柜中觸點(diǎn)的溫度以電信號(hào)的形式發(fā)送給無(wú)線測(cè)溫接收模塊，再通過(guò)無(wú)線測(cè)溫接收模塊把溫度信息傳遞給上位機(jī)，通過(guò)顯示模塊顯示實(shí)時(shí)溫度及溫度變化趨勢(shì)。通過(guò)灰色系統(tǒng)預(yù)測(cè)溫度是否超過(guò)安全值，一旦發(fā)現(xiàn)有觸點(diǎn)的溫度超出正常工作范圍允許溫度就及時(shí)報(bào)警，如果溫度正常則繼續(xù)采集溫度。其具體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2.2 軟件實(shí)現(xiàn)方式

軟件系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)解析、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、系統(tǒng)設(shè)置和查詢(xún)，如圖2所示，其各部分功能為：

圖1 系統(tǒng)框圖Fig.1 System block diagram

圖2 軟件框圖Fig.2 Software block diagram

1)數(shù)據(jù)獲取功能是把HS無(wú)線采集裝置獲得的溫度信號(hào)采集到計(jì)算機(jī)中。

2)數(shù)據(jù)解析是把溫度模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成溫度數(shù)據(jù)信號(hào)，并分析每個(gè)溫度所對(duì)應(yīng)的傳感器位置。

3)數(shù)據(jù)處理根據(jù)實(shí)時(shí)溫度信息以及GM(1.1)模型，設(shè)定系統(tǒng)運(yùn)行門(mén)限值。利用已經(jīng)知道的溫度值來(lái)預(yù)測(cè)觸點(diǎn)溫度變化趨勢(shì)，通過(guò)與門(mén)限值比較來(lái)判斷觸點(diǎn)是否工作在正常溫度范圍內(nèi)，采用matlab6.1進(jìn)行軟件的實(shí)現(xiàn)。[4]

4)數(shù)據(jù)顯示是把測(cè)量溫度值與預(yù)測(cè)溫度值及存在的相對(duì)誤差在界面上顯示出來(lái)。

5)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是以文件的形式永久保存，以便用戶(hù)查詢(xún)歷史溫度信息。

6)報(bào)警系統(tǒng)的功能是當(dāng)預(yù)測(cè)的溫度信息超過(guò)溫度正常工作范圍時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警。

7)查詢(xún)分為歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)和報(bào)警信息查詢(xún)。

根據(jù)以上介紹對(duì)高壓開(kāi)關(guān)柜溫度進(jìn)行預(yù)測(cè)，結(jié)果如表1所示。

表1 溫度預(yù)測(cè)結(jié)果(2016-04-06)Table 1 Temperature predication results

3 結(jié) 語(yǔ)

溫度是高壓開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行的重要指標(biāo)，溫度過(guò)高是引起高壓開(kāi)關(guān)柜故障的主要因素之一。基于此，本文提出應(yīng)用無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)與灰色理論相結(jié)合的預(yù)測(cè)高壓開(kāi)關(guān)柜觸點(diǎn)溫度變化趨勢(shì)的方法，應(yīng)用matlab實(shí)現(xiàn)軟件的設(shè)計(jì)。通過(guò)工程實(shí)際運(yùn)用得出，它可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)各觸點(diǎn)溫度的變化情況，可以在高壓開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行環(huán)境下較好地完成工作，比傳統(tǒng)的溫度預(yù)測(cè)設(shè)備具有更強(qiáng)的可靠性和更高的精度，從而可以更好地保證高壓開(kāi)關(guān)柜的穩(wěn)定運(yùn)行。

[1] 孟凡勇，李志剛. 光纖光柵溫度傳感器在開(kāi)關(guān)柜觸頭及母排溫度監(jiān)測(cè)中的應(yīng)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(qián)祥忠. 高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)接頭溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]儀表技術(shù)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(tǒng)理論及其應(yīng)用[M]. 北京：科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)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(jì)算可視化與matlab實(shí)現(xiàn)[M].武漢：武漢大學(xué)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(jí)工程師,碩士,主要從事電力系統(tǒng)科技及信息化管理工作。

TM591

B

2095-6843(2017)03-0249-03