低壓插接式母線槽及其接頭的溫度保護方法
2023-05-26 23:26:46 1
專利名稱：低壓插接式母線槽及其接頭的溫度保護方法
技術領域：
本發明涉及低壓插接式母線槽的溫控保護領域，具體涉及一種低壓插接式母線槽 及其接頭的溫度保護方法。
背景技術：
低壓插接式母線槽，特別是其接頭處，因表面氧化、鬆動、接觸不良、過負荷等引起 的過熱、絕緣擊穿短路等時有發生，系統中會存在一個較小的故障電流，但其值可能小到比 上一級(低壓配電櫃出線處的)斷路器的瞬時、長延時甚至剩餘電流整定值還要小。這時 就會發生配電系統在小故障電流情況下長期運行的情況，當經過了一定長的時間後，由於 熱量的積累使低壓插接式母線槽及其接頭處內部溫度過高，最終導致短路甚至爆炸。公開號為CN2783580Y的中國實用新型專利申請公開說明書公開了一種低壓插接 式母線槽的智能控制保護技術方案，在母線槽幹線處設置溫度傳感器，通過溫度傳感器檢 測到的溫度來判斷母線槽是否處於高溫故障運行狀態。該技術方案通過溫度傳感器檢測到 的溫度只是母線槽的外表面溫度，檢測溫度的準確度也隨傳感器與母線槽幹線的相對位置 而有所不同，無法滿足國家標準GB7251. 2-2006《低壓成套開關設備和控制設備第2部分 對母線幹線系統(母線槽)的特殊要求》中對母線槽及其接頭的內部溫升檢測需求。現有技術亦未報導通過檢測低壓插接式母線槽在實際運行過程中其內部各點的 溫度來判斷其內部溫升，並採取相應的保護措施，從而保障電力系統安全運行的相關技術 方案。
發明內容
有鑑於此，為了解決上述問題，本發明公開了一種低壓插接式母線槽及其接頭處 的溫度保護方法，引入有限容積法獲取低壓插接式母線槽及其接頭從內部到外表面各點出 的溫度值，即求得低壓插接式母線槽及其接頭的內部溫度場，通過判斷各點溫度值中的最 大溫度值與環境溫度差是否超過國標規定的內部溫升，確認低壓插接式母線槽及其接頭是 否存在故障；同時判斷表面溫度與環境溫度差是否超過國標規定的外部溫升，確認故障是 否存在。克服了傳統母線槽只能通過測量表面溫度替代其內部溫度來判斷故障的缺陷，提 高了母線槽中小故障電路被檢測到的可能性，提高了母線槽溫度保護的精度。本發明的目的是這樣實現的低壓插接式母線槽及其接頭處的溫度保護方法，其 步驟為1)獲取採樣環境溫度；2)採樣低壓插接式母線槽及其接頭的各相及中性線電流，求取低壓插接式母線槽 及其接頭的從內到外各點溫度和外表面溫度；3)將內部各點溫度值進行比較，選取這批溫度值中的的最大溫度值；4)最大溫度值減去環境溫度差值得到低壓插接式母線槽內部的溫升；判斷溫升 是否大於預設定最高內部溫升，如果大於則判斷內部過熱，存在故障，輸出報警信號。
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進一步，還包括以下步驟5)將步驟1)獲得的環境溫度與步驟2)獲得的外表面溫度求差，當外表面溫度 高於環境溫度的差值大於預設定最高外部溫升時，則判斷外部過熱，存在故障，輸出報警信 號；進一步，步驟2)包括如下步驟21)採用有限容積法將低壓插接式母線槽及其接頭沿厚度方向離散化生成離散化 控制容積；離散化邊界為低壓插接式母線槽及其接頭的外表面；22)根據各控制容積能量守恆和低壓插接式母線槽及其接頭表面的控制容積邊界 條件，得到表述各控制容積節點溫度的非線性超越方程組；其中，各控制容積能量守恆滿足 其中，θ ρ位於控制容積中心為控制容積的節點；θ w為控制容積上鄰節點，位於上 鄰控制容積中心；θ e為控制容積下鄰節點，位於下鄰控制容積中心；為控制容積下界面 導熱係數；kw為控制容積上界面導熱係數；ΔΧ為控制容積深度；8為內熱源，滿足s = LI2， L為常數，I為控制容積流過的電流值；控制容積邊界條件滿足 其中，h為表面對流傳熱係數，A為低壓插接式母線槽及其接頭表面處的控制容積 與外界接觸的壁面面積，ε為發射率常量，σ為斯忒藩-波爾茲曼常量，θ ^為外界環境溫 度，θ 『,和θ 『 e分別為低壓插接式母線槽及其接頭上下表面處的溫度，(2)式中θ 『 p ±為低壓插接式母線槽及其接頭上表面處控制容積節點溫度，(3)式中θ 『 ρΤ為低壓插接 式母線槽及其接頭下表面處控制容積節點溫度；23)檢測低壓插接式母線槽及其接頭的A、B、C相和中性線的電流、外界環境溫度， 利用TDMA解法迭代求解非線性超越方程組，得到低壓插接式母線槽及其接頭處從內部到 外表面各控制容積節點處溫度，即低壓插接式母線槽及其接頭處從內部到外表面任意點處 的溫度。本發明的有益效果是在低壓插接式母線槽及其接頭的故障判斷中，引入有限容 積法獲取低壓插接式母線槽及其接頭從內部到外表面各點出的溫度值，即求得低壓插接式 母線槽及其接頭的內部溫度場，通過判斷各點溫度值中的最大溫度值與環境溫度差是否超 過國標規定的內部溫升，確認低壓插接式母線槽及其接頭是否存在故障；除內部溫升判斷 故障外，通過判斷外表面溫度與環境溫度差是否超過國標規定的外部溫升，也可確認故障 是否存在。
為了使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明作進 一步的詳細描述圖1為有限容積法對低壓插接式母線槽的離散劃分示意圖；圖2為低壓插接式母線槽的上表面邊界處的控制容積示意圖；圖3為低壓插接式母線槽的下表面邊界處的控制容積示意圖；圖4為低壓插接式母線槽或其接頭的溫度保護流程圖。
具體實施例方式以下將對本發明的優選實施例進行詳細地描述。本發明公開了低壓插接式母線槽及其接頭處的溫度保護方法，通過判斷低壓插接 式母線槽及其接頭的內部各點是否過熱或者外部是否過熱，來判斷低壓插接式母線槽及其 接頭處是否存在故障，如圖4所示，其步驟為1)各傳感器及採集電路初始化；2)在低壓插接式母線槽及其接頭外界(例如，低壓配電房內、電氣豎井內等)設置 溫度傳感器採樣環境溫度；3)採樣各相和中性線電流，求取低壓插接式母線槽及其接頭從內到外各點溫度和 上下表面溫度；4)將內部各點溫度值進行比較，選取這批溫度值中的的最大溫度值；最大溫度值 減去環境溫度差值得到低壓插接式母線槽內部溫升；判斷內部溫升是否大於國標規定最高 內部溫升(根據國標設定預設定最高內部溫升)，如果大於則判斷內部過熱，存在故障，輸 出報警信號；5)當步驟2)計算得到的上下表面溫度高於環境溫度的差值大於國標最高外部溫 升時(根據國標設定預設定最高外部溫升)，則判斷外部過熱，存在故障，輸出報警信號。步驟3)中低壓插接式母線槽及其接頭的從內到外各點溫度和上下表面溫度通過 如下方法獲得圖1中，低壓插接式母線槽內有A、B、C和N線中有三相電流IA，IB，Ic和中性線電 流In流過，將低壓插接式母線槽按有限容積法劃分為離散的若干控制容積，每個控制容積 擁有中心點，即節點P，與控制容積上鄰接有上鄰控制容積節點W，與控制容積下鄰接有下 鄰控制容積節點E，節點P和上鄰節點W間有兩相鄰控制容積上界面W，節點P與節點E間 有兩相鄰控制容積下界面e。各控制容積滿足一維導熱微分方程 其中，T為溫度；k為導熱係數，s為內熱源，滿足s = LI2, L為常數，I為控制容積 內流過的電流值。對控制容積進行積分 d2T
得到(ke+kw) θ ρ = ke θ E+kw θ w+ Δ x2s (3)其中，θ ρ為一個控制容積的節點溫度；θ w為控制容積上鄰節點溫度；θ e為控制 容積下鄰節點溫度；ke為控制容積下界面導熱係數；kw為控制容積上界面導熱係數；Δχ為 控制容積深度；s為內熱源，滿足s = LI2，L為常數，I為控制容積流過的電流值，可通過電 流互感器得到。圖2顯示了低壓插接式母線槽或其接頭的上邊界離散化情況。此時，只有P'及其 下鄰節點E'控制容積，沒有上鄰節點W'控制容積。節點P'與上鄰節點W'間是上界面 w'，節點P'與下鄰節點E'間是下界面e'。可以認為W'和W'(控制容積上界面)重
合，所以節點P'與上鄰節點W'的距離為。環境溫度點0處可設置溫度傳感器測量環
境溫度。環境溫度點0與上鄰節點W'存在著對流換熱和輻射換熱對流換熱滿足 其中，Θ' w為上鄰節點處溫度，即低壓插接式母線槽或其接頭上表面處的溫度， θ C1為環境溫度，可通過在此處設置溫度傳感器獲得；A為控制容積與外界接觸的壁面面積；
h為表面對流傳熱係數；Q。為對流換熱熱量。輻射換熱滿足 其中，Qr為輻射換熱量；0為斯忒藩-波爾茲曼常量；ε為發射率常量，可取值 0. 9。邊界條件生成在邊界處，由式(3) (4) (5)，得到邊界條件 其中，kw為上界面導熱係數，θ' w為上鄰節點處溫度，即低壓插接式母線槽或其 接頭上表面處的溫度；θ 『 ρ±為低壓插接式母線槽及其接頭上表面處控制容積節點溫度。圖3顯示了低壓插接式母線槽或其接頭的下邊界離散化情況；低壓插接式母線槽 或其接頭的下邊界離散化情況與低壓插接式母線槽或其接頭的上邊界離散化情況類似。其 邊界條件為
K ^1- = hA{6e-θ,) + εσ(θ-《)(7 )
—Δχ 2其中，θ' e為下鄰節點處溫度，即低壓插接式母線槽或其接頭下表面處的溫度； θ 『 ρΤ為低壓插接式母線槽及其接頭下表面處控制容積節點溫度。溫度場的確立
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聯立式(3)、(6)、(7)得到表述各控制容積節點溫度的非線性超越方程超越方程 組，檢測低壓插接式母線槽及其接頭的各相和中性線電流、外界環境溫度，利用TDMA解法 迭代求解低壓插接式母線槽及其接頭處從內部到外表面各控制容積節點處溫度，即低壓插 接式母線槽及其接頭處從內部到外表面任意點處的溫度。以上所述僅為本發明的優選並不用於限制本發明，顯然，本領域的技術人員可以 對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修 改和變型屬於本發明權利要求及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和 變型在內。
權利要求
低壓插接式母線槽及其接頭處的溫度保護方法，其特徵在於其步驟為1)獲取採樣環境溫度；2)採樣低壓插接式母線槽及其接頭的各相及中性線電流，求取低壓插接式母線槽及其接頭的從內到外各點溫度和外表面溫度；3)將內部各點溫度值進行比較，選取這批溫度值中的的最大溫度值；4)最大溫度值減去環境溫度差值得到低壓插接式母線槽內部的溫升；判斷溫升是否大於預設定最高內部溫升，如果大於則判斷內部過熱，存在故障，輸出報警信號。
2.如權利要求1所述的低壓插接式母線槽及其接頭處的溫度保護方法，其特徵在於 還包括以下步驟5)將步驟1)獲得的環境溫度與步驟2)獲得的外表面溫度求差，當外表面溫度高於環 境溫度的差值大於預設定最高外部溫升時，則判斷外部過熱，存在故障，輸出報警信號。
3.如權利要求1所述的低壓插接式母線槽及其接頭處的溫度保護方法，其特徵在於 步驟2)包括如下步驟21)採用有限容積法將低壓插接式母線槽及其接頭沿厚度方向離散化生成離散化控制 容積；離散化邊界為低壓插接式母線槽及其接頭的外表面；22)根據各控制容積能量守恆和低壓插接式母線槽及其接頭表面的控制容積邊界條 件，得到表述各控制容積節點溫度的非線性超越方程組；其中，各控制容積能量守恆滿足(ke+kw) 0p = ke0E+kw0ff+Ax2s (1)；其中，θ 5位於控制容積中心為控制容積的節點；θ w為控制容積上鄰節點，位於上鄰控 制容積中心；θ e為控制容積下鄰節點，位於下鄰控制容積中心；為控制容積下界面導熱 係數；kw為控制容積上界面導熱係數；Δ χ為控制容積深度；s為內熱源，滿足s = LI2，L為 常數，I為控制容積流過的電流值；控制容積邊界條件滿足 0' -0' 其中，h為表面對流傳熱係數，A為低壓插接式母線槽及其接頭表面處的控制容積與外 界接觸的壁面面積，ε為發射率常量，ο為斯忒藩-波爾茲曼常量，θ ^為外界環境溫度， θ 『,和θ 『 e分別為低壓插接式母線槽及其接頭上下表面處的溫度，(2)式中θ 『 ρ上為 低壓插接式母線槽及其接頭上表面處控制容積節點溫度，(3)式中θ 『 低壓插接式母 線槽及其接頭下表面處控制容積節點溫度。23)檢測低壓插接式母線槽及其接頭的A、B、C相和中性線的電流、外界環境溫度，利用 TDMA解法迭代求解非線性超越方程組，得到低壓插接式母線槽及其接頭處從內部到外表 面各控制容積節點處溫度，即低壓插接式母線槽及其接頭處從內部到外表面任意點處的溫 度。
全文摘要
本發明公開了一種低壓插接式母線槽及其接頭處的溫度保護方法，引入有限容積法獲取低壓插接式母線槽及其接頭從內部到外表面各點處的溫度值，即求得低壓插接式母線槽及其接頭從內部到外表面的溫度場，通過判斷內部各點溫度值中的最大溫度值與環境溫度差是否超過國標規定的內部溫升，確認低壓插接式母線槽及其接頭是否存在故障；同時判斷表面溫度與環境溫度差是否超過國標規定的外部溫升，確認故障是否存在。克服了傳統母線槽只能通過測量表面溫度替代其內部溫度來判斷故障的缺陷，提高了母線槽中小故障電路被檢測到的可能性，提高了母線槽溫度保護的精度。
文檔編號H02G5/02GK101916975SQ20101024067
公開日2010年12月15日 申請日期2010年7月29日 優先權日2010年7月29日
發明者曾禮強, 王曉靜 申請人:重慶大學