一种监测电气设备是否电接触过热的装置及其方法与流程

本公开属于电力设备技术领域，具体涉及一种监测电气设备电接触过热的装置及其方法。

背景技术：

目前，我国电力系统不断地向高电压、远距离、大容量、智能化方向发展，然而，不断提高的电压等级以及输电容量引发了电力系统中电气设备电接触过热的问题。常见的电气设备电接触包括母排连接处、高压隔离开关、馈电线、电车受电弓、电刷、过桥引线接头等。电气设备电接触是微观上的导体间的点接触，其实际有效的接触面积远远小于表面名义面积，致使电气设备电接触接触电阻较大，并且在通电工作时电接触产生的热量又同时导致接触电阻增大，最终导致电气设备因电接触过热、打火而引起火灾等严重事故。

电接触过热一般会伴有持续的局部异常高温，并发生在电气设备电连接处，具有隐蔽性高和早期温升缓慢的特点。电气设备电接触往往涂敷电力复合脂，以减小接触电阻、提高通流能力。在过热的局部高温作用下，电力复合脂中的基础油或添加剂会因热应力发生一定程度的分解并逸出，产生诸如乙醛、甲醇和丙醛等特征气体。

这些特征气体与故障点处的过热程度存在密切联系。因此，可以通过检测电力复合脂在不同过热温度下的分解气体组分，寻找出能够有效表征过热温度的特征分解气体参量，为电力设备电接触过热评估和预警提供依据，避免电力系统发生停电、火灾甚至爆炸等严重问题。

目前电气设备电接触过热的监测主要通过测温来实现，包括热电偶测温法、测温片测温法、红外测温法、光纤测温法以及无线测温法。这些方法在一定程度上实现了对电气设备电接触温度的监测，但同时也存在着不足。热电偶测温法无法直接指示温度的数值，也无法记录历史数据；测温片测温需要人工定时查看，且只能在故障后才起作用，无法实现对故障的预警；红外测温法要求被测物体与测量仪器间不能被遮挡，而为了保证安全，电气设备诸如开关柜等在运行过程中柜门是不能开启的，因此红外测温无法反映运行过程中电气设备电接触的真实温度；光纤测温法利用光纤将温度传感器测得的温度上传到相应的设备，使得原本空气绝缘部分的爬电距离因光纤的直接连接大大缩短，降低了高压电力设备的绝缘等级；无线测温法利用温度传感器和无线电射频技术解决了光纤测温法的绝缘问题，但其传感器的供电问题一直没有得到很好的解决。

技术实现要素：

针对以上不足，本公开的目的在于提供一种用于监测电气设备电接触过热的装置及监测方法，能够基于对电力复合脂热分解特征气体的分析为电气设备电接触过热的评估和预警提供依据，具有不受空间位置限制、无需大量布点、准确度高、结构简单、便于操作等特点。

为实现以上目的，下面对本公开的技术方案进行详细描述。

一种用于监测电气设备是否电接触过热的装置，包括：

集气单元，用于收集电气设备所在空间内的气体；

气体检测单元，包括针对不同特征气体的气体传感器阵列，用于对所收集到的气体进行不同特征气体的检测；

数据存储单元，用于存储电气设备正常运行时各个气体传感器的响应阈值、电气设备的导体材料的最大承受能量阈值、电气设备的电接触部位的承受能量值及电气设备的电接触温度值；

数据处理单元包括预处理单元和对比单元，其中：

所述预处理单元用于对经所述气体检测单元的检测结果进行预处理，并根据预处理结果确定各个气体传感器的响应值、电气设备的电接触温度值；

所述对比单元用于根据各个气体传感器的响应值计算电气设备的电接触部位承受的能量累加值，并将各个气体传感器的响应值和所述电气设备电接触部位承受的能量累加值分别与所述数据存储单元中已存储的各个气体传感器的响应阈值和所述电气设备的导体材料的最大承受能量阈值进行对比以及输出对比结果；

显示及预警单元，用于根据所述对比结果显示所检测到的特征气体的名称、可能的过热温度以及发出必要的预警信息。

较佳的，所述集气单元包括电磁阀和真空泵。

较佳的，所述数据处理单元包括模数转换器和微处理器。

较佳的，所述显示及预警单元包括带有蜂鸣器的显示器。

较佳的，所述装置还包括气体通道，用于传输收集到的气体。

较佳的，所述气体通道的制备材料包括如下任一：聚乙烯、聚四氟乙烯、聚氨酯和硅胶。

本公开还提供一种监测电气设备是否电接触过热的方法，包括如下步骤：

s100：通过集气单元收集电气设备周围空间的气体；

s200：通过气体检测单元对所收集到的气体进行不同特征气体的检测；

s300：通过数据处理单元对所述气体检测单元检测后的气体进行预处理，并根据预处理结果确定各个气体传感器的响应值、电气设备的电接触温度值和利用各个气体传感器的响应值计算电气设备的电接触部位承受的能量累加值；

s400：将步骤s300中的各个气体传感器的响应值和所述电接触部位承受的能量累加值分别与数据存储单元中存储的电气设备正常运行时各个气体传感器的响应阈值和电气设备的导体材料的最大承受能量阈值进行对比；

s500：基于步骤s400的对比结果，由显示及预警单元给出相应的预警信息或检修信号。

较佳的，在步骤s300中，所述利用各个气体传感器的响应值计算电气设备的电接触部位承受的能量值的计算公式如下：

其中，q为导体所承受的总能量，n为各个气体传感器的响应值第一次超过阈值开始直至各个气体传感器的响应值不再上升时的连续气体检测次数，qi为第i次检测时计算所得的能量值，k为比例系数，ti0为第i次气体检测开始时刻，ti1为第i次气体检测结束的时刻，δni为第i次气体检测过程中各个气体传感器的响应值的增量，a为加权系数。

较佳的，在所述步骤s400中，若各个气体传感器的响应值均未超过正常阈值，表明电气设备电接触未发生过热；若某个或多个气体传感器的响应值超过正常阈值，则表明电气设备电接触即将发生过热；若利用各个气体传感器的响应值计算所得能量累加值超过设定的导体材料最大承受能量阈值，则表明电气设备发生严重过热。

与现有技术相比，本公开带来的有益效果为：

1、本公开通过对气体组分的分析，能够为实现电气设备电接触过热评估与预警提供依据，具有准确度高、结构简单、便于操作等特点，能够在萌芽期发现电气设备电接触的过热故障；

2、利用电气设备电接触涂覆的电力复合脂在过热时分解气体组分来对过热部位的温度(能量)进行表征，同时引入能量累计算法，实现不同程度过热的智能化预警。

附图说明

图1是本公开示出的一种用于监测电气设备是否电接触过热的装置的结构示意图；

图2是本公开示出的一种用于监测电气设备是否电接触过热的方法流程图；

图3是本公开的电力复合脂过热状态下挥发气体组分色谱图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本公开的技术方案进行详细说明。

如图1所示，一种监测电气设备是否电接触过热的装置，包括集气单元1，用于收集电气设备所在空间内的气体；气体检测单元2，包括针对不同特征气体的气体传感器阵列，用于对所收集到的气体进行不同特征气体的检测；数据存储单元3，用于存储电气设备正常运行时各个气体传感器的响应阈值、电气设备的导体材料的最大承受能量阈值、电气设备的电接触部位的承受能量值及电气设备的电接触温度值；数据处理单元4，包括预处理单元和对比单元，其中：所述预处理单元用于对经所述气体检测单元的检测结果进行预处理，并根据预处理结果确定各个气体传感器的响应值、电气设备的电接触温度值；所述对比单元用于根据各个气体传感器的响应值计算电气设备的电接触部位承受的能量累加值，并将各个气体传感器的响应值和所述电气设备电接触部位承受的能量累加值分别与所述数据存储单元中已存储的各个气体传感器的响应阈值和所述电气设备的导体材料的最大承受能量阈值进行对比以及输出对比结果；显示及预警单元5，用于根据所述对比结果显示所检测到的特征气体的名称、可能的过热温度以及发出必要的预警信息。

上述实施例完整的公开了一种用于监测电气设备电接触过热的装置，本实施例通过检测电气设备周围空间的气体来表征电力设备电接触过热部位的温度并预警，完全不受空间位置限制，且不需要大面积布点，具有准确度高、结构简单、便于操作等优点，很好的克服了现有技术中所存在的诸多缺陷。

在另一个实施例中，所述集气单元1包括电磁阀和真空泵。

本实施例中，所述电磁阀和真空泵在控制信号作用下启动工作，实现收集电气设备电接触所在空间气体，所收集的气体用于后续单元气体识别与检测。

在另一个实施例中，所述数据处理单元4包括模数转换器和微处理器。

本实施例中，所述模数转换器用于把气体检测单元2检测到的气体信息由模拟信号转换成数字信号，再传输给微处理器；所述微处理器用于控制电磁阀、真空泵及报警装置，还用于分析从模数转换器接收到的数字信号，得到符合电力复合脂热解特征气体的种类和浓度，从而利用不同种类特征气体的组合判断电气设备电接触的温度、各个气体传感器的响应值、过热部位承受的能量值，以便评估电力设备电接触的过热程度。

在另一个实施例中，所述显示及预警单元5包括带有蜂鸣器的显示器。

本实施例中，当检测到电气设备电接触可能过热时，所述显示及预警单元5的显示器会常亮直至故障消失，同时显示器会给出检测到的特征气体名称、可能的过热温度和维护建议；此外，当长时间检测到可能存在过热并且由特征气体计算得到的能量值超过能量阈值，显示器蜂鸣器会响起，发出最高级别警报，提醒值班人员应立即检修排除故障。

在另一个实施例中，所述装置还包括气体通道6，用于传输收集到的气体。

本实施例中，气体通道6可以达到防止集气单元所收集到的气体在向气体检测单元传输的过程中泄漏的效果。

在另一个实施例中，所述气体通道6的制备材料包括如下任一：聚乙烯、聚四氟乙烯、聚氨酯和硅胶。

本实施例中，气体通道6应具备不与电力复合脂过热分解气体反应的特点，因此，需要选用具有化学性质稳定、耐腐蚀性、电绝缘性好的材料作为制备材料，而聚乙烯、聚四氟乙烯、聚氨酯和硅胶等可以满足以上要求。

如图2所示，本公开还提供一种用于监测电气设备是否电接触过热的方法，包括如下步骤：

s100：通过集气单元1收集电气设备周围空间的气体；

s200：通过气体检测单元2对所收集到的气体进行不同特征气体的检测；

s300：通过数据处理单元4对所述气体检测单元2检测后的气体进行预处理，并根据预处理结果确定各个气体传感器的响应值、电气的设备电接触温度值和利用各个气体传感器的响应值计算电气设备的电接触部位承受的能量累加值；

s400：将步骤s300中的各个气体传感器的响应值和所述电接触部位承受的能量累加值分别与数据存储单元中存储的电气设备正常运行时各个气体传感器的响应阈值和电气设备的导体材料的最大承受能量阈值进行对比；

s500：基于步骤s400的对比结果，由显示及预警单元5给出相应的预警信息或检修信号。

在步骤s100的具体实施方式中，数据处理单元3给出控制信号后，集气单元1中内置的电磁阀打开，真空泵抽取电气设备所在空间气体，而后依次关闭真空泵和电磁阀。

在步骤s200的具体实施方式中，气体检测单元2包括传感器阵列，由多个分立传感器组成。利用气体传感器阵列对多种气体的交叉敏感性实现对特征气体种类和浓度的分析与检测，将气体信息转换为模拟电信号，作为数据处理单元3的输入数据。

在步骤s300的具体实施方式中，数据处理单元3对气体检测单元2的检测信号进行预处理，完成信号滤波、转换和特征提取。通过分析特征气体组分的种类和浓度对可能过热部位的温度进行判定，并利用各个气体传感器的响应值计算电接触部位在潜在过热中所承受的能量，同时，计算连续若干次检测中特征气体的能量累加值。若有连续两次检测中各个气体传感器的响应值均不超过正常阈值，则将由各个气体传感器的响应值计算的能量累加值置零。

利用各个气体传感器的响应值计算电气设备电接触部位所累计承受的能量的计算公式如下：

其中，q为导体所承受的总能量，n为各个气体传感器的响应值第一次超过阈值开始直至各个气体传感器的响应值不再上升时的连续气体检测次数，qi为第i次检测时计算所得的能量值，k为比例系数，ti0为第i次气体检测开始时刻，ti1为第i次气体检测结束的时刻，δni为第i次气体检测过程中各个气体传感器的响应值的增量，a为加权系数。

在步骤s400的具体实施方式中，将步骤s300中所得数据结果与数据储存单元4中存储数据对比，若所得各个气体传感器的响应值均未超过正常阈值，则表明电气设备电接触未发生过热；若测得某各或多个气体传感器的响应值超过正常阈值，则表明电气设备电接触即将发生过热；连续若干次检测中，若利用各个气体传感器的响应值计算所得能量累加值超过设定的导体材料最大承受能量阈值，则表明电气设备发生严重过热。

在步骤s500的具体实施方式中，基于步骤s400对比结果，相关预警信号或检修信息会由显示及预警单元5展示出来。当检测到电气设备电接触可能过热时，所述显示及预警单元5的显示器会常亮直至故障消失，同时显示器会给出检测到的特征气体名称、可能的过热温度和维护建议；此外，当长时间检测到可能存在过热并且由特征气体计算得到的能量值超过能量阈值，显示器蜂鸣器会响起，发出最高级别警报，提醒值班人员应立即检修排除故障。

本公开能够通过检测电力复合脂热解特征气体来表征电力设备电接触过热部位的温度并预警，下面对本公开的性能进行测试。

在一个实验例中，选取电气设备电接触过热的特征气体为乙醛、甲醇和丙醛，相应的，气体检测单元2包含乙醛气体传感器、甲醇气体传感器和丙醛气体传感器。利用气质谱联用仪检测了电力系统的常用的电力复合脂在120℃、160℃、200℃过热状态下挥发的气体组分，相应的色谱图如图3所示。可以看到，电力复合脂中各个挥发气体组分幅值随温度上升而增大，并且伴随着温度升高会出现新挥发气体。例如，120℃、160℃、200℃分别出现了特征峰peak1、peak2、peak3，并且这些峰的幅值随温度上升而增大。相应的，特征峰peak1、peak2、peak3对应的特征气体分别为乙醛、甲醇、丙醛。当故障部位温度分别达到120℃、160℃、200℃时，电力复合脂过热分解特征气体分别为乙醛、甲醇、丙醛。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本公开及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本公开原理的前提下，还可以对本公开进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本公开权利要求的保护范围内。