一种配电箱循环水冷系统温控驱动方法与流程

本发明涉及信息，尤其涉及一种配电箱循环水冷系统温控驱动方法。

背景技术：

1、配电箱作为电力系统中实现电能分配与回路控制的关键设备，内部集成断路器、母排及导电回路，持续通电运行中会因电阻损耗不断产生热量。配电箱里全是电线、开关和铜排，只要通着电就会发热，现在设备功率越来越大，设备里的东西塞得也越来越满，光靠风扇吹已经不够了，所以很多都用上了循环水冷来降温，这就像给电脑装水冷一样，散热效果好还均匀。现在的温控逻辑较为直接，检测到温度升高时，即提高循环水泵转速，试图通过增大冷却液流量来带走热量。但，配电箱内部空间狭小，冷却管路需经过多次弯折与接头连接方能绕行至各发热部件。这种策略着眼于整体温度水平的下降，但其调节方式未充分考虑管路结构特性对流动稳定性的影响，尤其是变频驱动下的快速调速，一方面，当泵组频繁调速或高速运行时，冷却介质在弯头外侧及接头缝隙处产生剧烈的水力冲击。该冲击力反复作用于连接薄弱环节，诱发持续性的微幅机械振动。尽管此类振动的幅度极小，肉眼难以察觉，但其长期作用机理类似于反复晃动一个未完全拧紧的瓶盖——配合面之间不断发生微小的相对位移与再接触，使原本紧密配合的密封圈或金属端面逐渐产生微观磨损，进而形成间隙。且振动导致的接头错位会使管道内部出现台阶或凹陷，破坏流道原有的结构。原本与管路内壁平齐的接口位置，因错位而凸入或凹出流道，形成流动方向的突变结构。水流经过这些凸起的台阶或凹陷的缝隙和错位的接口时，流动无法维持稳定的层流状态；液体在台阶后方发生流动分离，形成局部回流区与漩涡。由于配电箱内管路密集、接头数量众多，第一个接头产生的漩涡还没消失，水流进入下游另一接头区域，新扰动叠加于残余扰动之上，漩涡与回流不断累积、相互干涉。其结果，管内流动状态由有序的平缓流动转变为剧烈紊动，流动速度和压力在时间和空间上均呈现随机性波动，类似沸腾液体般无序翻滚，这就是湍流。湍流状态下，部分区域流速过高，液体快速流过发热表面，未能获得足够时间完成有效热交换；另一区域则形成滞留区或回流死区，已升温的液体原地积聚，无法及时被置换。这种流动不均直接破坏了冷却介质与发热壁面之间的热边界层，严重削弱了对流传热能力。若在理想状态下1升冷却液可带走100焦耳的热量，在流动紊乱、壁面接触不良及边界层被破坏的实际条件下，其有效换热量可能降至仅30焦耳。此时，混合后的出水温度可能仅上升2℃，因为大部分管段仍维持相对正常的流动与换热；但在接头附近局部区域，发热元件的表面温度可能已升高20℃以上。而温度传感器通常安装于出水总管处，所测为混合后的平均温度，该数值无法反映管路内局部过热点的真实热状态，由此形成温控盲区，埋下绝缘老化、触头过热甚至故障扩大的隐患。

技术实现思路

1、本发明提供了一种配电箱循环水冷系统温控驱动方法，主要包括：

2、获取配电箱循环水冷系统水泵的驱动频率，通过快速傅里叶变换处理所述驱动频率，得到冷却水流的周期变化幅度；

3、采集接头机械振动信号，经带通滤波去除环境噪声后提取微幅振动幅值与主振频率作为机械状态表征量，根据所述冷却水流的周期变化幅度与所述机械状态表征量建立幅度对应关系表，划定接头振动承载的稳定性边界；

4、采集配电箱箱体顶部出风口与底部进风口两处温度并计算垂直方向温度差值，标记垂直方向温度差值超出设计散热限值的箱体高度区段为散热不均匀高度区段；

5、记录水泵频率切换时刻流量计读数进入稳态所需的响应时长，结合散热不均匀高度区段确定出换热失稳区域；

6、依据换热失稳区域调取对应管路段的接头振动承载的稳定性边界，在幅度对应关系表中检索落入预设安全裕度区间的驱动频率集合，确定水泵驱动频率切换节点；

7、根据水泵驱动频率切换节点生成变频调节指令，驱动水泵运行使冷却水流在换热失稳区域内维持平稳层流状态。

8、进一步的，所述获取配电箱循环水冷系统水泵的驱动频率，通过快速傅里叶变换处理所述驱动频率，得到冷却水流的周期变化幅度，包括：

9、获取水泵运行记录及流量计读数，按照采集时刻对齐实时驱动频率与所述流量计读数，得到驱动频率序列及同步流量序列；

10、根据所述驱动频率序列划分连续采样区间，采用快速傅里叶变换获取各采样区间的频率成分及对应幅值，选取幅值最大的非零频率成分得到冷却水流的主周期，针对所述主周期划分所述同步流量序列获取每个周期内最大流量与最小流量的差值取平均值得到冷却水流的周期变化幅度。

11、进一步的，所述采集接头机械振动信号，经带通滤波去除环境噪声后提取微幅振动幅值与主振频率作为机械状态表征量，根据所述冷却水流的周期变化幅度与所述机械状态表征量建立幅度对应关系表，划定接头振动承载的稳定性边界，包括：

12、获取弯头及法兰接头的传感器标识和机械振动信号，按预设通带进行带通滤波，取带通滤波后信号最大值与最小值之差作为微幅振动幅值，采用快速傅里叶变换提取幅值最大的非零频率作为主振频率，得到机械状态记录；

13、根据所述机械状态记录的采集时刻匹配冷却水流的周期变化幅度，按传感器标识记录周期变化幅度、微幅振动幅值和主振频率，得到按接头位次排列的幅度对应关系表；

14、从管路结构档案获取各接头的许可振动幅值上限和禁振频率范围，依据所述幅度对应关系表筛选未超过所述许可振动幅值上限且未落入所述禁振频率范围的记录，确定接头振动承载稳定性边界。

15、进一步的，所述划定接头振动承载的稳定性边界，包括：

16、获取弯头与法兰接头的壁厚、公称直径、螺栓预紧扭矩及历次紧固记录，比较螺栓预紧扭矩相对初始值的下降幅度，并按壁厚与公称直径的比例划分结构刚度等级，确定易松动接头位次；

17、根据所述易松动接头位次，查取预设结构承载对应表中与所述壁厚、公称直径及螺栓预紧扭矩匹配的许可振动幅值和禁振频率范围，确定微幅振动幅值上限与主振频率禁区；

18、按冷却水流周期变化幅度排列所述易松动接头位次的微幅振动幅值、主振频率、接头位移量及紧固件回弹量，当微幅振动幅值达到所述微幅振动幅值上限或主振频率进入所述主振频率禁区时，以历次紧固记录中前一组记录确定按接头位次分列的振动承载稳定性边界。

19、进一步的，所述采集配电箱箱体顶部出风口与底部进风口两处温度并计算垂直方向温度差值，标记垂直方向温度差值超出设计散热限值的箱体高度区段为散热不均匀高度区段，包括：

20、获取顶部出风口实测温度与底部进风口实测温度，按照相同采集时刻进行配对，取所述顶部出风口实测温度与所述底部进风口实测温度之差的绝对值，得到垂直方向温度差值；

21、从箱体铭牌获取设计散热限值，将所述垂直方向温度差值与所述设计散热限值比对，若所述垂直方向温度差值超过所述设计散热限值，则以安装于顶部出风口和底部进风口上两个温度传感器的安装高度作为上下边界，确定散热不均匀高度区段。

22、进一步的，记录水泵频率切换时刻流量计读数进入稳态所需的响应时长，结合散热不均匀高度区段确定出换热失稳区域，包括：

23、获取水泵频率切换时刻及水泵频率切换时刻后的流量计读数，按连续采样窗口取得相邻读数变化量，当所述相邻读数变化量连续低于预设稳态阈值时，以对应水泵频率窗口起始时刻与水泵频率切换时刻之差确定响应时长；

24、若响应时长超过预设许可时长，则确定以水泵频率切换时刻至稳态窗口起始时刻之间的时段为异常驱动时段；

25、根据所述异常驱动时段调取管路拓扑及各管段高度范围，以散热不均匀高度区段匹配高度重合的管段，得到高度映射管段；

26、依据各管段长度与对应流量确定流经时长，沿流动方向回溯所述异常驱动时段，得到时段回溯管段；

27、比对所述高度映射管段与所述时段回溯管段的管段标识，若标识一致，则确定管路段为换热失稳区域。

28、进一步的，所述依据换热失稳区域调取对应管路段的接头振动承载的稳定性边界，在幅度对应关系表中检索落入预设安全裕度区间的驱动频率集合，确定水泵驱动频率切换节点，包括：

29、根据换热失稳区域三维坐标范围匹配空间范围重合的物理管段，调取所述物理管段内各接头的振动承载稳定性边界，提取最低微幅振动幅值上限并汇总主振频率禁区；

30、在幅度对应关系表中筛选微幅振动幅值未超过所述最低微幅振动幅值上限且主振频率未进入所述主振频率禁区的记录，按照采集时刻关联驱动频率及流量计读数，得到安全驱动频率记录；

31、从预先建立的散热负荷与冷却水流量对应表中读取当前散热负荷对应的需求流量，在所述安全驱动频率记录中筛选流量计读数不低于需求流量且流量计读数与当前驱动频率差值最小的频率确定为水泵驱动频率切换节点。

32、进一步的，所述根据水泵驱动频率切换节点生成变频调节指令，驱动水泵运行使冷却水流在换热失稳区域内维持平稳层流状态，包括：

33、根据水泵驱动频率切换节点写入目标驱动频率和切换时刻及执行标识，形成变频调节指令，并向变频调节装置发送所述变频调节指令，使水泵按照目标驱动频率运行；

34、获取所述换热失稳区域对应管段的内径和流量计读数及导电回路绝缘层温度，依据所述内径与流量计读数确定管内流速；

35、若所述管内流速处于预设层流流速区间且所述绝缘层温度连续处于预设稳定温度范围，则保持所述目标驱动频率。

36、进一步的，所述根据水泵驱动频率切换节点生成变频调节指令，驱动水泵运行使冷却水流在换热失稳区域内维持平稳层流状态，包括：

37、获取水泵当前运行频率与目标驱动频率的差值及调节方向，按照不超过预设调节幅度划分频率档位，为各频率档位配置停留时长，得到由当前运行频率指向目标驱动频率的分档频率序列；

38、按照所述分档频率序列依次驱动水泵，获取换热失稳区域对应管段入口、中部及出口的流速、进水温度、出水温度和导电回路绝缘层温度，得到包含流速差值、出水温升幅度及绝缘层温度的分档运行记录。

39、进一步的，所述按照所述分档频率序列依次驱动水泵，获取换热失稳区域对应管段入口、中部及出口的流速、进水温度、出水温度和导电回路绝缘层温度，得到包含流速差值、出水温升幅度及绝缘层温度的分档运行记录，包括：

40、依据所述分档运行记录，若同一频率下的流速差值连续低于均匀阈值、各采样位置流速处于层流流速区间、出水温升幅度处于换热温升区间且绝缘层温度处于稳定温度范围，则确定频率为驻留运行点，得到绝缘层温度回稳运行状态。

41、本发明实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

42、本发明公开了一种配电箱循环水冷系统温控驱动方法，针对循环水冷系统在长期运行中因流量波动引发管路接头机械振动与局部换热失稳导致绝缘层温度异常的问题，通过对水泵驱动频率进行快速傅里叶变换获取冷却水流周期变化特征，同步采集管路弯头法兰接头的高频振动信号并提取微幅振动幅值与主振频率，结合接头壁厚公称直径及螺栓预紧扭矩等结构参数划定各位次接头的振动承载稳定性边界，进而建立水流周期变化与机械振动状态的幅度对应关系表。本发明通过箱体垂直温差识别散热不均匀区段，结合水泵频率切换时流量响应时长异常特征将散热异常映射为物理管路段并回溯驱动时段，当两类异常定位至同一管段时判定为换热失稳区域。本发明依据该区域对应的接头振动承载边界在幅度对应关系表中检索落入安全阈值的驱动频率集合，筛选出既满足散热负荷又规避机械振动风险的目标频率作为切换节点，通过分档爬升过渡方式生成变频调节指令驱动水泵运行，使冷却水流在失稳区域内维持平稳层流状态，最终实现导电回路绝缘层温度的稳定控制。