一种基于RFID的开关柜无源无线测温异常预警方法及系统与流程

本发明涉及电力设备测温，具体地说，涉及一种基于rfid的开关柜无源无线测温异常预警方法及系统。

背景技术：

1、开关柜是电力系统中承担接通与断开正常负载、投切故障电流的核心设备，其安全稳定运行对整个电网供电可靠性至关重要。在长期运行过程中，开关柜内各连接部位——特别是触头位置——因接触不良、机械磨损、污染等原因导致接触电阻增大，从而引起异常发热，最终可能引发严重电力事故。因此，对开关柜关键部位进行持续温度监测并实现异常预警，具有重要的工程价值。

2、近年来，rfid无源无线测温技术因其无需电池供电、安装便捷、绝缘性能好等优势，在开关柜温度监测领域得到广泛应用。rfid无源温度标签通过电磁感应获取能量并测量温度，由读写器轮询读取各测温点的温度数据。现有基于rfid的开关柜测温系统主要解决了温度数据的无线采集与传输问题，实现了从人工巡检到在线监测的转变。

3、现有技术存在以下技术缺陷，具体体现在：

4、现有温度监测告警系统普遍采用固定温度阈值法，即通过对比当前温度与预设阈值决定是否报警。这种方法的缺陷在于：阈值设置过低则系统容易误报，降低告警可信度；阈值设置过高则接近故障时才告警，没有预留足够的维修时间。更重要的是，固定阈值无法考虑实时环境温度因素和实时负荷电流因素，同一绝对温度在低负荷工况下可能意味着严重异常，而在高负荷工况下可能属于正常范围。

5、开关柜各测温点的温升与负荷电流的平方呈正比关系，同时受环境温度直接影响。然而，现有技术中尚未见将负荷电流与环境温度纳入统一模型、为各测温点建立动态温度基线的方法，导致无法准确判断当前温度是否偏离了该工况下的正常水平。

6、现有系统多依赖单一的温度绝对值进行判断，缺少基于相间偏差和柜间偏差的横向比对判别，也缺少对温升变化趋势的统计监控与外推预测。单一维度的判别难以区分共模干扰（如环境温度整体升高）与真正的局部过热故障，容易造成漏报或误报。

7、现有rfid测温系统对所有标签采用统一的扫描周期和读取策略，无法根据测温点的异常状态动态调整读写器的扫描周期、发射功率和时隙分配。在正常状态下浪费读取资源，在异常状态下又无法保证对关键标签的高频可靠读取。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于rfid的开关柜无源无线测温异常预警方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明目的在于提供了一种基于rfid的开关柜无源无线测温异常预警方法，包括：s1、通过部署在开关柜内各测温点的rfid无源温度标签，由rfid读写器按当前扫描周期轮询读取各测温点的温度数据，并记录各标签的读取时间戳。

3、s2、获取各开关柜当前的负荷电流值和环境温度值，基于负荷电流与各测温点热阻系数的乘积关系建立各测温点在当前工况下的温度基线值，将各测温点的实际测量温度与其对应的温度基线值之差作为温度偏差量。

4、s3、基于所述温度偏差量对各测温点执行多层级异常判别，确定各测温点的异常状态等级，所述多层级异常判别包括：

5、第一层绝对温度判别：判断实际测量温度是否超过预设的绝对温度门限。

6、第二层相对温差判别：基于所述温度偏差量计算同一柜体内三相同类型测温点之间的相间偏差温差以及同一母线段相邻柜体对应测温点之间的柜间偏差温差，分别判断是否超过各自对应的动态阈值。

7、第三层温升趋势判别：对所述温度偏差量在滑动时间窗口内的变化速率进行指数加权移动平均统计监控，判断温升趋势是否发生异常偏离，并对异常偏离的温升趋势进行外推预测。

8、根据三层判别的触发组合情况，确定各测温点的异常状态等级。

9、s4、根据所述异常状态等级，动态调整rfid读写器对各区域标签的扫描调度策略，所述扫描调度策略包括扫描周期、发射功率和时隙分配方式。

10、s5、根据所述异常状态等级输出对应级别的预警信息。

11、作为本技术方案的进一步改进，步骤s2中，所述热阻系数通过以下方式获取：在各测温点的历史运行数据中，选取环境温度稳定且负荷电流处于多个不同稳态工况的数据段，以负荷电流的平方为自变量、以实际测量温度与环境温度之差为因变量进行线性拟合，将拟合所得斜率作为该测温点的热阻系数。

12、作为本技术方案的进一步改进，所述步骤s3中，第二层相对温差判别具体包括：计算同一柜体内三相同类型测温点的温度偏差量中最大值与最小值之差，作为相间偏差温差。

13、计算同一母线段内相邻柜体对应相位、对应类型测温点的温度偏差量之差的绝对值，作为柜间偏差温差。

14、所述相间偏差温差对应的动态阈值根据当前环境温度进行线性修正。具体为在基础阈值的基础上叠加环境温度与参考温度之差乘以温度修正系数所得的修正量。

15、当相间偏差温差超过其动态阈值，或柜间偏差温差超过其预设阈值时，第二层判别触发。

16、作为本技术方案的进一步改进，步骤s3中，第三层温升趋势判别具体包括：在滑动时间窗口内计算各测温点温度偏差量相对于前一采样时刻的变化速率；

17、对所述变化速率采用指数加权移动平均方法进行递推计算，得到当前时刻的加权移动平均统计量。其中当前时刻的统计量等于当前变化速率乘以平滑系数与前一时刻统计量乘以一减平滑系数之和。

18、基于历史同工况条件下变化速率的均值和标准差，结合平滑系数计算控制上限。

19、所述第三层温升趋势判别中历史同工况条件的匹配方式具体为：

20、将负荷电流按预设的电流区间进行分档，在计算变化速率的历史均值和标准差时，仅选取负荷电流处于与当前电流相同档位的历史数据样本进行统计计算，使得控制上限的参数与当前负荷工况相匹配，消除不同负荷水平下正常温升速率差异对判别结果的干扰。

21、当所述加权移动平均统计量超过控制上限时，基于当前温升速率进行线性外推，若外推结果在预设的预测时间窗内将使实际温度超过绝对温度门限，则第三层判别触发。

22、作为本技术方案的进一步改进，步骤s3中，根据三层判别的触发组合情况确定异常状态等级，具体包括：当三层判别均未触发时，确定该测温点为正常态。

23、当第二层判别或第三层判别中仅有一层单独触发时，确定该测温点为关注态。

24、当第二层判别和第三层判别同时触发，或者第一层判别触发时，确定该测温点为预警态。

25、作为本技术方案的进一步改进，步骤s4中，根据异常状态等级动态调整扫描调度策略，具体包括：当测温点处于正常态时，rfid读写器对该测温点所在区域的标签以第一扫描周期进行低频轮询，采用随机时隙竞争接入方式。

26、当测温点处于关注态时，rfid读写器对该测温点所在柜体的全部标签切换为第二扫描周期进行中频扫描，并提升面向该区域的发射功率至第一功率等级，所述第二扫描周期小于第一扫描周期。

27、当测温点处于预警态时，rfid读写器对该测温点对应的标签切换为第三扫描周期进行高频连续读取，发射功率提升至第二功率等级，并对该标签分配固定专用时隙以实现零碰撞读取，所述第三扫描周期小于第二扫描周期，所述第二功率等级高于第一功率等级。

28、作为本技术方案的进一步改进，步骤s4中，所述固定专用时隙的分配方式具体为：将rfid读写器的每个读取帧划分为预留时隙区和竞争时隙区；处于预警态的标签被分配至预留时隙区内的固定时隙位置，确保每次读取帧中该标签均可无碰撞响应；处于关注态的标签在竞争时隙区内以提高后的响应概率参数竞争接入；处于正常态的标签在竞争时隙区内以标准响应概率参数竞争接入。

29、作为本技术方案的进一步改进，步骤s4还包括标签通信异常检测：在任意扫描周期内，若某一标签连续预设次数读取失败，则将该标签标记为通信异常状态，独立生成通信故障告警信息并上报；同时将该标签对应测温点的最近一次有效温度数据标注为过期数据，在多层级异常判别中对该测温点予以排除或降权处理，避免无效数据影响判别结果。

30、本发明第二方面，提供了一种基于rfid的开关柜无源无线测温异常预警方法的系统，包括：数据采集模块，包括部署在开关柜内各测温点的rfid无源温度标签和至少一台rfid读写器，用于按当前扫描调度策略采集各测温点的温度数据。

31、负荷信息获取模块，用于从上级监控系统获取各开关柜的当前负荷电流值和环境温度值。

32、基线建模与偏差计算模块，用于基于负荷电流与环境温度建立各测温点在当前工况下的温度基线，计算实际测量温度与温度基线的偏差量。

33、多层级异常判别模块，用于基于所述温度偏差量执行包含绝对温度判别、相对温差判别和温升趋势判别的多层级异常判别，确定各测温点的异常状态等级。

34、自适应调度模块，用于根据所述异常状态等级动态调整rfid读写器的扫描周期、发射功率和时隙分配方式，实现对异常区域标签的优先高频读取。

35、预警输出模块，用于根据所述异常状态等级生成并输出对应级别的预警信息。

36、与现有技术相比，本发明的有益效果：

37、本发明基于负荷电流的平方与各测温点热阻系数的乘积关系，建立各测温点在当前工况下的温度基线值（环境温度与发热增量之和），将实际测量温度与基线之差作为温度偏差量。热阻系数通过历史运行数据中多稳态工况下的线性拟合获取并按周期滚动更新，能够自适应跟踪触头接触电阻随运行时间的变化。该动态基线消除了负荷波动和环境温度变化对温度判断的干扰，使异常判别更加精准。

38、本发明构建了“绝对温度判别—相对温差判别—温升趋势判别”三层递进式异常判别架构。其中，第二层通过同一柜体内三相间的相间偏差温差和同一母线段相邻柜体间的柜间偏差温差进行横向比对，有效消除共模干扰；第三层采用指数加权移动平均方法对温度偏差量的变化速率进行统计监控，并结合线性外推预测未来温度是否超限。三层判别协同作用，根据触发组合确定正常态、关注态、预警态三个等级，大幅提高了异常检测的准确性和早期预警能力。

39、本发明根据测温点的异常状态等级，动态调整rfid读写器的扫描周期、发射功率和时隙分配方式：正常态低频轮询、随机竞争接入；关注态中频扫描、提高功率；预警态高频连续读取、分配固定专用时隙实现零碰撞读取。该机制在保证正常测温需求的同时，将读取资源向异常区域倾斜，确保关键数据的实时获取。

40、本发明在扫描周期内对连续读取失败的标签进行通信异常检测，独立生成通信故障告警，并将过期温度数据在多层级异常判别中予以排除或降权处理，避免无效数据污染判别结果，提高了系统的鲁棒性和可靠性。