專利名稱：低壓插接式母線槽及其接頭的溫度保護(hù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及低壓插接式母線槽的溫控保護(hù)領(lǐng)域，具體涉及一種低壓插接式母線槽 及其接頭的溫度保護(hù)方法。
背景技術(shù)：
低壓插接式母線槽，特別是其接頭處，因表面氧化、松動、接觸不良、過負(fù)荷等引起 的過熱、絕緣擊穿短路等時(shí)有發(fā)生，系統(tǒng)中會存在一個(gè)較小的故障電流，但其值可能小到比 上一級(低壓配電柜出線處的)斷路器的瞬時(shí)、長延時(shí)甚至剩余電流整定值還要小。這時(shí) 就會發(fā)生配電系統(tǒng)在小故障電流情況下長期運(yùn)行的情況，當(dāng)經(jīng)過了一定長的時(shí)間后，由于 熱量的積累使低壓插接式母線槽及其接頭處內(nèi)部溫度過高，最終導(dǎo)致短路甚至爆炸。公開號為CN2783580Y的中國實(shí)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(hù)技術(shù)方案，在母線槽干線處設(shè)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于高溫故障運(yùn)行狀態(tài)。該技術(shù)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(zhǔn)確度也隨傳感器與母線槽干線的相對位置 而有所不同，無法滿足國家標(biāo)準(zhǔn)GB7251. 2-2006《低壓成套開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備第2部分 對母線干線系統(tǒng)(母線槽)的特殊要求》中對母線槽及其接頭的內(nèi)部溫升檢測需求?，F(xiàn)有技術(shù)亦未報(bào)道通過檢測低壓插接式母線槽在實(shí)際運(yùn)行過程中其內(nèi)部各點(diǎn)的 溫度來判斷其內(nèi)部溫升，并采取相應(yīng)的保護(hù)措施，從而保障電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的相關(guān)技術(shù) 方案。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，為了解決上述問題，本發(fā)明公開了一種低壓插接式母線槽及其接頭處 的溫度保護(hù)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(nèi)部到外表面各點(diǎn)出 的溫度值，即求得低壓插接式母線槽及其接頭的內(nèi)部溫度場，通過判斷各點(diǎn)溫度值中的最 大溫度值與環(huán)境溫度差是否超過國標(biāo)規(guī)定的內(nèi)部溫升，確認(rèn)低壓插接式母線槽及其接頭是 否存在故障；同時(shí)判斷表面溫度與環(huán)境溫度差是否超過國標(biāo)規(guī)定的外部溫升，確認(rèn)故障是 否存在?？朔藗鹘y(tǒng)母線槽只能通過測量表面溫度替代其內(nèi)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(hù)的精度。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的低壓插接式母線槽及其接頭處的溫度保護(hù)方法，其 步驟為1)獲取采樣環(huán)境溫度；2)采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(nèi)到外各點(diǎn)溫度和外表面溫度；3)將內(nèi)部各點(diǎn)溫度值進(jìn)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(huán)境溫度差值得到低壓插接式母線槽內(nèi)部的溫升；判斷溫升 是否大于預(yù)設(shè)定最高內(nèi)部溫升，如果大于則判斷內(nèi)部過熱，存在故障，輸出報(bào)警信號。
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進(jìn)一步，還包括以下步驟5)將步驟1)獲得的環(huán)境溫度與步驟2)獲得的外表面溫度求差，當(dāng)外表面溫度 高于環(huán)境溫度的差值大于預(yù)設(shè)定最高外部溫升時(shí)，則判斷外部過熱，存在故障，輸出報(bào)警信 號；進(jìn)一步，步驟2)包括如下步驟21)采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(jù)各控制容積能量守恒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(jié)點(diǎn)溫度的非線性超越方程組；其中，各控制容積能量守恒滿足 其中，θ ρ位于控制容積中心為控制容積的節(jié)點(diǎn)；θ w為控制容積上鄰節(jié)點(diǎn)，位于上 鄰控制容積中心；θ e為控制容積下鄰節(jié)點(diǎn)，位于下鄰控制容積中心；為控制容積下界面 導(dǎo)熱系數(shù)；kw為控制容積上界面導(dǎo)熱系數(shù)；ΔΧ為控制容積深度；8為內(nèi)熱源，滿足s = LI2， L為常數(shù)，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為表面對流傳熱系數(shù)，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(fā)射率常量，σ為斯忒藩-波爾茲曼常量，θ ^為外界環(huán)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(jié)點(diǎn)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(jié)點(diǎn)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(huán)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(nèi)部到 外表面各控制容積節(jié)點(diǎn)處溫度，即低壓插接式母線槽及其接頭處從內(nèi)部到外表面任意點(diǎn)處 的溫度。本發(fā)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(nèi)部到外表面各點(diǎn)出的溫度值，即求得低壓插接式 母線槽及其接頭的內(nèi)部溫度場，通過判斷各點(diǎn)溫度值中的最大溫度值與環(huán)境溫度差是否超 過國標(biāo)規(guī)定的內(nèi)部溫升，確認(rèn)低壓插接式母線槽及其接頭是否存在故障；除內(nèi)部溫升判斷 故障外，通過判斷外表面溫度與環(huán)境溫度差是否超過國標(biāo)規(guī)定的外部溫升，也可確認(rèn)故障 是否存在。


為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn) 一步的詳細(xì)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(hù)流程圖。
具體實(shí)施例方式以下將對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)地描述。本發(fā)明公開了低壓插接式母線槽及其接頭處的溫度保護(hù)方法，通過判斷低壓插接 式母線槽及其接頭的內(nèi)部各點(diǎn)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)各傳感器及采集電路初始化；2)在低壓插接式母線槽及其接頭外界(例如，低壓配電房內(nèi)、電氣豎井內(nèi)等)設(shè)置 溫度傳感器采樣環(huán)境溫度；3)采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(nèi)到外各點(diǎn)溫度和 上下表面溫度；4)將內(nèi)部各點(diǎn)溫度值進(jìn)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(huán)境溫度差值得到低壓插接式母線槽內(nèi)部溫升；判斷內(nèi)部溫升是否大于國標(biāo)規(guī)定最高 內(nèi)部溫升(根據(jù)國標(biāo)設(shè)定預(yù)設(shè)定最高內(nèi)部溫升)，如果大于則判斷內(nèi)部過熱，存在故障，輸 出報(bào)警信號；5)當(dāng)步驟2)計(jì)算得到的上下表面溫度高于環(huán)境溫度的差值大于國標(biāo)最高外部溫 升時(shí)(根據(jù)國標(biāo)設(shè)定預(yù)設(shè)定最高外部溫升)，則判斷外部過熱，存在故障，輸出報(bào)警信號。步驟3)中低壓插接式母線槽及其接頭的從內(nèi)到外各點(diǎn)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(nèi)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(gè)控制容積 擁有中心點(diǎn)，即節(jié)點(diǎn)P，與控制容積上鄰接有上鄰控制容積節(jié)點(diǎn)W，與控制容積下鄰接有下 鄰控制容積節(jié)點(diǎn)E，節(jié)點(diǎn)P和上鄰節(jié)點(diǎn)W間有兩相鄰控制容積上界面W，節(jié)點(diǎn)P與節(jié)點(diǎn)E間 有兩相鄰控制容積下界面e。各控制容積滿足一維導(dǎo)熱微分方程 其中，T為溫度；k為導(dǎo)熱系數(shù)，s為內(nèi)熱源，滿足s = LI2, L為常數(shù)，I為控制容積 內(nèi)流過的電流值。對控制容積進(jìn)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(gè)控制容積的節(jié)點(diǎn)溫度；θ w為控制容積上鄰節(jié)點(diǎn)溫度；θ e為控制 容積下鄰節(jié)點(diǎn)溫度；ke為控制容積下界面導(dǎo)熱系數(shù)；kw為控制容積上界面導(dǎo)熱系數(shù)；Δχ為 控制容積深度；s為內(nèi)熱源，滿足s = LI2，L為常數(shù)，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(shí)，只有P'及其 下鄰節(jié)點(diǎn)E'控制容積，沒有上鄰節(jié)點(diǎn)W'控制容積。節(jié)點(diǎn)P'與上鄰節(jié)點(diǎn)W'間是上界面 w'，節(jié)點(diǎn)P'與下鄰節(jié)點(diǎn)E'間是下界面e'?？梢哉J(rèn)為W'和W'(控制容積上界面)重
合，所以節(jié)點(diǎn)P'與上鄰節(jié)點(diǎn)W'的距離為。環(huán)境溫度點(diǎn)0處可設(shè)置溫度傳感器測量環(huán)
境溫度。環(huán)境溫度點(diǎn)0與上鄰節(jié)點(diǎn)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(jié)點(diǎn)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(huán)境溫度，可通過在此處設(shè)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為表面對流傳熱系數(shù)；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(fā)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(dǎo)熱系數(shù)，θ' w為上鄰節(jié)點(diǎn)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(jié)點(diǎn)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(jié)點(diǎn)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(jié)點(diǎn)溫度。溫度場的確立
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聯(lián)立式(3)、(6)、(7)得到表述各控制容積節(jié)點(diǎn)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(huán)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(nèi)部到外表面各控制容積節(jié)點(diǎn)處溫度，即低壓插 接式母線槽及其接頭處從內(nèi)部到外表面任意點(diǎn)處的溫度。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選并不用于限制本發(fā)明，顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以 對本發(fā)明進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修 改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和 變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
低壓插接式母線槽及其接頭處的溫度保護(hù)方法，其特征在于其步驟為1)獲取采樣環(huán)境溫度；2)采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(nèi)到外各點(diǎn)溫度和外表面溫度；3)將內(nèi)部各點(diǎn)溫度值進(jìn)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(huán)境溫度差值得到低壓插接式母線槽內(nèi)部的溫升；判斷溫升是否大于預(yù)設(shè)定最高內(nèi)部溫升，如果大于則判斷內(nèi)部過熱，存在故障，輸出報(bào)警信號。
2.如權(quán)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(hù)方法，其特征在于 還包括以下步驟5)將步驟1)獲得的環(huán)境溫度與步驟2)獲得的外表面溫度求差，當(dāng)外表面溫度高于環(huán) 境溫度的差值大于預(yù)設(shè)定最高外部溫升時(shí)，則判斷外部過熱，存在故障，輸出報(bào)警信號。
3.如權(quán)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(hù)方法，其特征在于 步驟2)包括如下步驟21)采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(jù)各控制容積能量守恒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(jié)點(diǎn)溫度的非線性超越方程組；其中，各控制容積能量守恒滿足(ke+kw) 0p = ke0E+kw0ff+Ax2s (1)；其中，θ 5位于控制容積中心為控制容積的節(jié)點(diǎn)；θ w為控制容積上鄰節(jié)點(diǎn)，位于上鄰控 制容積中心；θ e為控制容積下鄰節(jié)點(diǎn)，位于下鄰控制容積中心；為控制容積下界面導(dǎo)熱 系數(shù)；kw為控制容積上界面導(dǎo)熱系數(shù)；Δ χ為控制容積深度；s為內(nèi)熱源，滿足s = LI2，L為 常數(shù)，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為表面對流傳熱系數(shù)，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(fā)射率常量，ο為斯忒藩-波爾茲曼常量，θ ^為外界環(huán)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(jié)點(diǎn)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(jié)點(diǎn)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(huán)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(nèi)部到外表 面各控制容積節(jié)點(diǎn)處溫度，即低壓插接式母線槽及其接頭處從內(nèi)部到外表面任意點(diǎn)處的溫 度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低壓插接式母線槽及其接頭處的溫度保護(hù)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(nèi)部到外表面各點(diǎn)處的溫度值，即求得低壓插接式母線槽及其接頭從內(nèi)部到外表面的溫度場，通過判斷內(nèi)部各點(diǎn)溫度值中的最大溫度值與環(huán)境溫度差是否超過國標(biāo)規(guī)定的內(nèi)部溫升，確認(rèn)低壓插接式母線槽及其接頭是否存在故障；同時(shí)判斷表面溫度與環(huán)境溫度差是否超過國標(biāo)規(guī)定的外部溫升，確認(rèn)故障是否存在?？朔藗鹘y(tǒng)母線槽只能通過測量表面溫度替代其內(nèi)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(hù)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(yōu)先權(quán)日2010年7月29日
發(fā)明者曾禮強(qiáng), 王曉靜 申請人:重慶大學(xué)