基于多源温度传感的开关柜状态监测研究

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近年来,开关柜温度状态监测研究开发侧重于数据精度、传输稳定性以及过热状态识别方法等,对过热故障的产生机理及类型识别算法的研究相对较少。针对传统温度数据维度单一导致故障诊断算法研究受到限制,热成像仪数据全面但价格高昂,本文提出以低分辨率多源面阵温度数据取代传统的点温度测量数据的温度测量新方法,搭建基于低分辨率多源温度传感的开关柜状态监测系统,以实现高压开关柜电缆室母排与电缆连接处运行在线监测与故障状态辨识,并开展以下几个方面的研究工作。根据发热机理的不同,将开关柜电缆室母排与电缆连接处过热故障分为螺栓松动、母排氧化、母排与电缆连接处过载、电缆载流量不足、劣质铜排过热等五类,并分析各类故障的温度分布特征。基于传热学理论建立高压开关柜电缆室模型及其热电耦合仿真研究,为多源传感器测温角度选择与算法开发提供理论依据。提出开关柜温度状态多源传感监测技术,采用多个角度布置低分辨率红外阵列传感器的温度采集方法,以获取开关柜电缆室母排与电缆连接处的多角度温度分布数据,从而解决现有单面红外测温存在的测温盲点以及高成本问题。提出基于多源面阵温度数据的过热故障识别新方法,利用绝对温度与相对温差法实现开关柜母排与电缆连接处故障状态的识别,利用区域匹配与阈值法实现过热区域的定位分割,建立基于KNN(K Nearest Neighbors)算法的故障辨识模型且采用现场实验数据加以模型参数优化,以有效实现开关柜电缆室母排与电缆连接处五类过热故障辨识。研究开关柜温度在线监测系统,由低分辨率红外面阵传感器、Wi Fi通信模块、数据处理控制中心构成;温度传感器模块内嵌数据预处理功能,根据相关参数计算出母排与电缆连接处监测区域的温度分布,减轻数据处理中心的计算压力;此外,开发数据分析处理单元的开关柜母排与电缆连接处温度状态可视化、故障辨识等功能。搭建开关柜温度状态监测系统测试平台对母排与电缆连接处过热故障进行实验数据采集与处理分析。实验表明,基于低分辨率多源温度传感的开关柜状态监测系统满足开关柜监测设备相关要求,过热故障识别方法可有效实现过热故障的辨识。基于低分辨率多源面阵温度数据的故障识别算法,对电力装备领域母排等材料设备的致热机理分析与故障分类研究具有理论意义与工程应用价值。
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