一种低压开关柜触头温升预测方法及其系统与流程

本发明涉及低压开关柜温升预测方法的，具体涉及一种低压开关柜触头温升预测方法及其系统。

背景技术：

1、目前，低压开关柜触头在长期通流、机械动作和现场环境影响下，可能因接触压力下降、氧化、污染、松动或局部磨损导致接触电阻增大，进而产生异常发热。传统温升试验通常依靠额定电流持续加载并等待稳定，或仅根据触头表面温度判断状态。

2、现有做法存在以下问题：1）仅采集触头或柜内单点温度，不能反映环境参数、电气运行参数因素对散热和发热的共同影响；2）全程额定电流加载，温升爬坡时间长，试验周期通常受低温段缓慢升温制约；3）人工观察或单一阈值报警，只能在接近超限后发现问题，难以提前判断趋势。

技术实现思路

1、本发明针对上述问题，提出了一种低压开关柜触头温升预测方法，解决了现有的温升试验做法存在以下问题：1）仅采集触头或柜内单点温度，不能反映环境参数、电气运行参数因素对散热和发热的共同影响；2）全程额定电流加载，温升爬坡时间长，试验周期通常受低温段缓慢升温制约；3）人工观察或单一阈值报警，只能在接近超限后发现问题，难以提前判断趋势的缺陷。

2、本发明采取的技术方案如下：

3、一种低压开关柜触头温升预测方法，包括以下步骤：

4、1）获取触头温度参数、柜内环境参数、电气运行参数、控制过程参数和接口状态参数；

5、2）加载前，应完成传感器接线及量程配置、初始值合理性、通信状态、远程允许状态以及急停、过流、短路、缺相、过温等安全联锁的有效性校验；校验未通过时禁止施加加载电流；

6、3）施加加载电流进行快速爬坡，达到比例阈值后切换至额定电流；

7、4）加载后，应持续进行量程和通信状态在线监测，并依次执行时间戳检查及时间同步、异常及缺失数据处理、滤波和归一化工序；

8、5）提取温升、电气、环境和阶段特征并输入温升预测模型；

9、6）根据温升限值δtlim、裕度、预测时间和稳定判据生成试验判定或报警/预警结果。

10、可选的，所述温升预测模型采用机器学习模型、时序预测模型、随机森林、支持向量机、bp神经网络、长短期记忆网络、门控循环单元网络、时间卷积网络中的一种或多种。

11、可选的，所述温升预测模型采用梯度提升回归树模型；每棵回归树学习上一轮预测残差，模型可表示为f_m(x)=f_{m-1}(x)+η·h_m(x)，其中h_m(x)为第m棵回归树，η为学习率。

12、可选的，所述温升预测模型参数范围包括树数量100至500棵、树深度3至6层、学习率0.03至0.10、子采样比例0.70至1.00中的一种或多种，损失函数采用平方误差或绝对误差。

13、可选的，所述触头温度参数包括触头核心温度、触头接触部位温度、接线端子温度、柜内环境温度中的一种或多种。

14、可选的，所述柜内环境参数包括相对湿度、大气压力、通风位置温度中的一种或多种。

15、可选的，所述电气运行参数包括三相电流、电压、频率、功率、电流总谐波畸变率thd、各次谐波分量中的一种或多种。

16、可选的，所述控制过程参数包括当前加载阶段、加载电流倍数、切换时刻、稳定判据状态中的一种或多种。

17、可选的，所述接口状态参数包括远程允许状态信息、心跳状态信息、命令接收状态信息、执行中状态信息、故障码中的一种或多种。

18、可选的，在步骤3）的快速爬坡阶段中，按照采样周期持续计算触头温升δtc(t)、升温速率为v(t)=[tc(t)-tc(t-wr)]/wr以及预测最终温升；当满足δtc(t)≥k·δtset或者预测最终温升达到k·δtset中的任一切换条件时，将加载电流切换为in；其中k为0.80至0.90，wr为30秒至300秒。

19、可选的，在温升预测模型的训练数据构建阶段，采集50～500条自加载开始至满足稳定判据的完整温升试验曲线，并按照预设窗口长度和步长切分为窗口样本；所述试验曲线覆盖不同额定电流、触头接触状态、湿度、气压、谐波水平和加载策略。在实时预测阶段，按照与训练阶段一致的采样周期、窗口长度、预处理及特征提取规则，获取截至当前时刻的最新滑动窗口数据并输入训练完成的模型；

20、每条曲线按照1分钟至30分钟的滑动窗口切分为窗口样本，并以稳定判据满足时的触头温升作为最终温升标签，或者以窗口结束后5分钟至60分钟的触头温升作为短期预测标签。

21、可选的，温升预测模型训练时，将同一条完整温升曲线产生的窗口样本划入同一数据集合，避免相邻窗口同时出现在训练集和测试集造成结果偏乐观；训练完成后，数据处理单元在实时试验中对最新窗口数据执行同样的预处理和特征提取，形成xt并输入模型，得到δtend_hat和δt(t+τ)_hat。

22、可选的，所述当前触头温升δtc(t)、预测最终温升δtend_hat和未来τ时间温升δt(t+τ)_hat采用相同的温升基准，并定义综合风险温升值r(t)=max{δtc(t)，δtend_hat，δt(t+τ)_hat}；在传感器、通信及接口数据有效的前提下，按照“报警＞预警＞关注＞正常”的优先级依次进行判断，首次满足相应条件后停止后续判断并仅输出相应的最高风险等级：1）当r(t)≥δtlim时，输出报警；2）当δtlim-δ≤r(t)＜δtlim时，输出预警；3）当r(t)＜δtlim-δ，并且满足r(t)≥δtlim-δ-δa、v(t)≥vth、模型置信度低于预设阈值或者关键特征异常程度达到预设阈值中的至少一项时，输出关注；4）当r(t)＜δtlim-δ-δa、v(t)＜vth、模型置信度不低于预设阈值且关键特征异常程度低于预设阈值时，输出正常；其中，δtlim为温升限值，δ为安全裕度，δa为关注带宽且满足0＜δa＜δ，vth为分级预警采用的升温速率阈值；当传感器、通信或接口数据无效时，不进行所述四级风险状态判断，并输出数据无效或系统异常。

23、本发明还公开了一种低压开关柜触头温升预测系统，所述系统执行所述计算机程序以实现上述方法的步骤；包括模拟量输入模块、数据处理单元、处理器、存储器、温湿度控制器、大气压力变送器、多功能电力仪表、供电与保护模块、端子与面板接口模块和加载电流控制接口，其中模拟量输入模块用于接入气压、温度或其他工业变送器信号，温湿度控制器用于采集柜内温度和湿度探头数据，大气压力变送器用于反映影响空气对流散热的大气压力状态，多功能电力仪表用于采集三相电压、电流、谐波和电气状态，供电与保护模块用于提供低压供电并隔离保护各分支回路，端子与面板接口模块用于实现试验台或开关柜外部传感器的快速接入和维护，所述数据处理单元用于对数据进行预处理和建模，并根据温升阶段生成提示、控制指令或预警结果，所述存储器用于存储数据。

24、本发明的有益效果至少包括：

25、1、本发明利用多源感知参数和阶梯式升温控制策略，提高低压开关柜触头温升预测准确性，并缩短温升试验达到稳定判断所需的等待时间。

26、2、本发明通过建立触头温升与环境、电气和加载阶段之间的多维关联；通过温升控制箱实现弱电信号、供电保护和通讯端口的集中接入；形成可由上位机、边缘计算主机或等效数据处理单元执行的预处理、特征提取和预测流程；输出正常、关注、预警、报警等状态，为检修、试验判定或出厂检测提供依据。

27、3、本发明按照“多维感知、集中采集、阶梯加载、特征建模、趋势预警”的思路构成技术闭环。传感器与电力仪表采集触头和运行环境的多维参数，温升控制箱完成端子化接入、保护和通讯汇聚，数据处理单元对数据进行预处理和建模，并根据温升阶段生成提示、控制指令或预警结果。