一种开关柜非介入式在线监测诊断系统和方法与流程

1.本发明涉及开关柜温度监测，尤其涉及一种开关柜非介入式在线监测诊断系统和方法。


背景技术：

2.传统的开关柜监测一般是在开关柜的柜体内部的对应部位安装接触式传感器或者红外探头传感器，来实现对开关柜内的温度监测。但是开关柜在运行时为全封闭式的，其内部存在大电流以及高电压；当需要对传感器安装或维护时，首先需要断开开关柜的电源并打开开关柜，才能实现传感器的安装与更换。因此，对于开关柜的非介入式的监测方式相对于传统的接触式监测的方式来说，对于传感器的安装以及维护相对来说，更为便捷。但是，现有的开关柜的非介入式监测，是通过在开关柜的柜体表面的多个关键部位安装传感器实现对柜体表面的温度进行监测，同时通过设置对应的环境温度传感器监测环境温度，通过获取多个环境温度传感器的监测数据并结合非介入式算法来推算开关柜内的集总热源温度。这种方式需要多个独立的传感器，分别进行相应的监测，一旦某个环境温度传感器与监测系统的连接断开，则无法实现开关柜的集总热源温度的推算；同时，在许多实际的工程中，由于环境温度传感器的数量多，安装很容易出现混乱和遗漏，进而造成监测结果出现错误等问题。


技术实现要素：

3.为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种开关柜非介入式在线监测诊断系统，其能够解决现有技术中对于开关柜的温度监测中的传感器的数量多和安装工程复杂等问题。
4.本发明的目的之二在于提供一种开关柜非介入式在线监测诊断方法，其能够解决现有技术中对于开关柜的温度监测中的传感器的数量多和安装工程复杂等问题。
5.本发明的目的之一采用如下技术方案实现：
6.一种开关柜非介入式在线监测诊断系统，包括分布设于开关柜的柜体表面的多个非介入式温度传感器和后台系统；其中，每个非介入式温度传感器均设有冷端面和热端面；每个非介入式温度传感器安装于开关柜的柜体表面，其热端面与开关柜的柜体表面直接接触；每个非介入式温度传感器与后台系统通信连接，用于根据热端面的温度、冷端面的温度以及预先配置的非介入算法模型推算得出开关柜的集总热源温度，并将推算得出的开关柜的集总热源温度上传至后台系统，从而使得后台系统根据系统预设的故障诊断阈值，对开关柜的运行状态进行诊断。
7.进一步地，每个非介入式温度传感器均包括集控模块；所述集控模块与后台系统通信连接，用于根据每个非介入式温度传感器的热端面的温度、冷端面的温度以及非介入算法模型推算得出开关柜的集总热源温度；
8.其中，开关柜的集总热源温度θ1(t)为：
[0009][0010]
其中，θ2(t)为热端面的温度；θ3(t)为冷端面的温度；a
12
为开关柜集总热源与热端面之间的传热热阻系数，为常数；a
23
为热端面与冷端面之间的传热热阻系数，为常数；b
12
为开关柜的热端面等温面内部全部物质总和的热容性系数，为常数；t为传感器采样时间，则是温度对于时间的导数。
[0011]
进一步地，所述非介入式温度传感器还包括无线通讯模块和数据存储模块；所述集控模块通过无线通讯模块与后台系统通信连接；所述数据存储模块与集控模块电性连接，用于存储配置的非介入算法模型、热端面的温度、冷端面的温度、推算的结果数据以及对应的采样时间。
[0012]
进一步地，所述非介入式温度传感器为双探头温度传感器；所述双探头温度传感器设有第一热端面和第一冷端面，并且第一热端面、第一冷端面相对分设于双探头温度传感器的上下两端；第一热端面为非介入式温度传感器的热端面、第一冷端面为非介入式温度传感器的冷端面；
[0013]
所述双探头温度传感器安装于开关柜的柜体表面，并且第一热端面与开关柜的柜体表面直接接触；所述双探头温度传感器包括第一热端温度探头、冷端温度探头和电源模块；
[0014]
所述第一热端温度探头设于第一热端面与开关柜的柜体表面之间，用于检测第一热端面的温度；所述冷端温度探头，设于第一冷端面上，用于检测第一冷端面的温度；所述第一热端温度探头、冷端温度探头分别与所述集控模块电性连接；所述电源模块与集控模块电性连接，用于为集控模块提供电源；所述集控模块，用于按照预设的时间间隔同时通过第一热端温度探头获取第一热端面的温度、通过冷端面探头获取第一冷端面的温度，并记录采样时间，然后根据第一热端面的温度、第一冷端面的温度、采样时间以及所述双探头温度传感器配置的非介入算法模型推算得出开关柜的集总热源温度并将其上传至后台系统。
[0015]
进一步地，所述非介入式温度传感器为温差传感器；所述温差传感器包括热电发生器、电压采样电路和第二热端温度探头；其中，所述热电发生器设有第二热端面和第二冷端面，并且第二热端面与第二冷端面相对层叠设置；第二热端面为非介入式温度传感器的热端面、第二冷端面为非介入式温度传感器的冷端面；
[0016]
所述温差传感器安装于开关柜的柜体表面时，第二热端面与开关柜的柜体表面直接接触；通过将第二热端面与第二冷端面产生温度差可使得热电发生器产生输出电压；所述集控模块通过电压采样电路与热电发生器电性连接，用于通过电压采样电路获取热电发生器的输出电压；
[0017]
所述第二热端温度探头设于第二热端面与开关柜的柜体表面之间，用于检测第二热端面的温度；所述集控模块与第二热端温度探头电性连接，用于通过第二热端温度探头获取第二热端面的温度；所述集控模块，用于按照预设时间间隔同时对第二热端温度探头进行采样获取第二热端面的温度以及通过电压采样电路获取热电发生器的输出电压，并记录采样时间，然后根据第二热端面的温度、热电发生器的输出电压以及采样时间得出第二热端面与第二冷端面的温差和第二冷端面的温度，以及根据第二热端面的温度、第二冷端
面的温度以及温差传感器配置的非介入算法模型推算得出开关柜的集总热源温度并将其上传至后台系统。
[0018]
进一步地，所述温差传感器还包括充电电池和电源管理模块；其中，所述电源管理模块的一端与充电电池电性连接、另一端与热电发生器电性连接，用于获取热电发生器产生的电能并存储和/或为所述充电电池充电；所述电源管理模块与集控模块电性连接，用于向集控模块供电；当热电发生器产生的电能不满足温差传感器工作所需的电能时，通过充电电池为集控模块供电；当热电发生器产生的电能为集控模块供电时，充电电池不供电。
[0019]
进一步地，所述后台系统包括在线监测诊断单元、模型管理单元和配置单元；其中，所述在线监测诊断单元，用于接收每个非介入式温度传感器发送的监测数据和计算的开关柜的集总热源温度，并根据系统预设的故障诊断阈值对开关柜的运行状态进行诊断，以及和/或根据诊断结果判断是否报警；所述模型管理单元，用于根据每个非介入式温度传感器的初始监测数据、设备原始台账信息和开关柜负荷历史数据，并结合非介入算法模型，对每个非介入式温度传感器的非介入算法模型的模型参数进行优化得出对应优化参数；所述配置单元，用于对每个非介入式温度传感器的非介入算法模型的优化模型参数进行管理，并将对应优化模型参数发送给对应非介入式温度传感器，从而使得非介入式温度传感器的非介入算法模型的模型参数进行更新。
[0020]
进一步地，当开关柜发生变更时，后台系统对每个非介入式温度传感器的非介入算法模型的模型参数进行优化。
[0021]
本发明的目的之二采用如下技术方案实现：
[0022]
一种开关柜非介入式在线监测诊断方法，应用于如本发明的目的之一采用的一种开关柜非介入式在线监测诊断系统，所述监测诊断方法包括：
[0023]
安装步骤：将多个非介入式温度传感器分布设于开关柜的柜体表面的温升关键点位置处，同时将每个非介入式温度传感器与后台系统通信连接；
[0024]
推算步骤：通过每个非介入式温度传感器根据非介入式温度传感器热端面的温度、冷端面的温度以及自身预先配置的非介入算法模型推算得出开关柜的集总热源温度；
[0025]
诊断步骤：将推算得出的开关柜的集总热源温度上传至后台系统中，从而使得后台系统根据开关柜的集总热源温度和系统中预设的故障诊断阈值对开关柜运行状态进行诊断。
[0026]
进一步地，所述诊断步骤中所述后台系统还根据诊断结果判断是否报警，以及根据每个非介入式温度传感器的分布位置以及开关柜的集总热源温度得出开关柜内温度分布示意图。
[0027]
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
[0028]
本发明通过设置安装于开关柜的柜体表面的非介入式温度传感器，并设有热端面和冷端面，将热端面与开关柜的柜体表面直接接触；通过获取非介入式温度传感器的热端面的温度、冷端面的温度并结合非介入式温度传感器内配置的非介入算法模型推算得出开关柜的集总热源温度，并将其上传至后台系统中，从而使得后台系统根据开关柜的集总热源温度对开关柜的运行状态进行诊断，实现开关柜在线监测诊断。
附图说明
[0029]
图1为本发明提供的后台系统与非介入式温度传感器的架构示意图；
[0030]
图2为图1中的双探头温度传感器的构成示意图；
[0031]
图3为图1中的双探头温度传感器与后台系统的架构示意图；
[0032]
图4为图1中双探头温度传感器与开关柜的传热结构示意图；
[0033]
图5为环网柜电缆室内双探头温度传感器的实测温度趋势图；
[0034]
图6为图1中的温差传感器的构成示意图；
[0035]
图7为图1中的温差传感器与后台系统的架构示意图；
[0036]
图8为图1中的温差传感器的热电发生器与开关柜的传热结构示意图；
[0037]
图9为图6中的热电发生器的冷热端温差与输出电压的实测对比图；
[0038]
图10为环网柜电缆室的推算集总热源温度与实测温度对比图；
[0039]
图11为模型参数优化后电缆室的推算集总热源温度与实测温度对比图；
[0040]
图12为本发明提供的开关柜非介入式在线监测诊断方法的流程图。
[0041]
图中：1、开关柜；2、双探头温度传感器；3、热电发生器；41、第一热端面；42、第二热端面；51、第一冷端面；52、第二冷端面；6、冷端温度探头；71、第一热端温度探头；72、第二热端温度探头；8、冷端面散热片；9、集总热源。
具体实施方式
[0042]
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
[0043]
本发明通过基于传热学原理，建立开关柜内的一次导体温升和散热过程的温度场分布数据模型，并基于实验测试，对数学模型进行验证，从而得出优化后的模型参数。该模型确定了开关柜的柜体外壁的非介入式温度传感器的安装位置的不同两点温度与开关柜的集总热源温度之间的关系。优选地，开关柜的集总热源温度与开关柜的总热功率相对应，受影响的因素包括：一次导体负荷电流热功率、接触电阻热功率、铁磁性结构件的涡流发热功率、高压介质损耗热功率、柜内加热器热功率、散热风机启动、柜体散热结构和材料和热平衡时间参数等。比如故障性发热主要为接触电阻的恶化造成。当接触电阻发生较大的故障性突变时，会造成集总热源温度超过正常的可控范围。因此，本发明主要包括两大部分，一部分是实现对开关柜的集总热源温度的检测，另一部分是根据检测得到的开关柜的集总热源温度对开关柜的运行状态进行故障诊断，当出现故障时，可及时提醒相关工作人员采取相应的措施。
[0044]
如图1所述，本发明提供了一优选的实施例，一种开关柜非介入式在线监测诊断系统，包括非介入式温度传感器和后台系统。
[0045]
其中，非介入式温度传感器有多个，分设于开关柜的柜体表面上。更为优选地，多个非介入式温度传感器分设于开关柜的柜体表面的对应关键点位置处。比如，对于某组合开关式气体绝缘630a环网柜，可将非介入式温度传感器安装于环网柜电缆室的柜壁的外侧或环网柜气箱的外壁等温升关键点位置处。这样，每个非介入式温度传感器对开关柜的集总热源温度进行检测并将其上传至后台系统，以实现对开关柜的集总热源温度的检测，从
而进行故障诊断等。
[0046]
优选地，每个非介入式温度传感器均设有冷端面和热端面。其中，热端面与开关柜的柜体表面接触，冷端面设于远离开关柜的柜体表面的一侧并与热端面相对设置。本发明通过获取热端面的温度和冷端面的温度，并结合非介入式温度传感器自身配置的非介入算法模型推算得出开关柜的集总热源温度。
[0047]
优选地，非介入式温度传感器包括集控模块、数据存储模块和无线通讯模块。每个非介入式温度传感器的集控模块通过无线通讯模块与后台系统通信连接，用于获取热端面的温度和/或冷端面的温度，并结合自身的非介入算法模型推算得出开关柜的集总热源温度，以及将推算得出开关柜的集总热源温度发送至后台系统，使得后台系统根据每个非介入式温度传感器所发送的集总热源温度以及预设的阈值范围对开关柜的设备运行状态进行故障诊断。
[0048]
更进一步地，集控模块通过无线通讯模块与后台系统通信连接时，还用于接收后台系统发送的指令，并按照指令中的要求的时间周期或频次上传测量数据、采样时间以及推算结果等数据。
[0049]
优选地，数据存储模块与集控模块电性连接，用于存储配置的非介入算法模型、测量数据以及推算结果等数据，比如存储非介入算法模型、热端面的温度、冷端面的温度、推算得出的开关柜的集总热源温度以及每次推算的采样时间等。
[0050]
优选地，后台系统还根据对开关柜的运行状态的诊断结果进行判断是否发出报警通知，可当出现故障时及时提醒相关工作人员，及时发现错误，便于维护。优选地，后台系统还根据开关柜的预设柜体的3d模型，仿真展示出开关柜内一次导体的温度分布云图以及每个温度传感器在开关柜表面的分布位置，通过可视化的方式展示给测试人员。
[0051]
优选地，由于开关柜的柜型的不同，对于非介入算法模型来说，模型参数有所不同。为了能够提高非介入式温度传感器的推算结果的准确度，本发明通过后台系统根据开关柜的柜型对每个非介入式温度传感器的非介入算法模型的模型参数进行优化，然后将优化后的模型参数发送到对应的非介入式温度传感器进行配置。这样，非介入式温度传感器可根据配置优化后的非介入算法模型来实现对开关柜的集总热源温度的推算。
[0052]
优选地，后台系统包括在线监测诊断单元、模型管理单元和配置单元。每个非介入式温度传感器根据自身的检测数据，结合自身配置的非介入算法模型推算得出开关柜的集总热源温度后上传至后台系统。这样，后台系统的在线监测诊断单元，用于将每个非介入式温度传感器的监测数据、推算得出的开关柜的集总热源温度结果数据与系统中设定的诊断阈值对开关柜的运行状态进行故障诊断，并根据诊断结果提供相应的不同等级的报警功能。
[0053]
优选地，由于每个开关柜的设备类型不同等特性，为了保证测量结果的精确度，本发明还对每个非介入式温度传感器自身配置的非介入算法模型的模型参数进行优化。也即，模型管理单元，用于接收每个非介入式温度传感器的原始数据、设备原始台账信息和开关柜的负荷历史数据对每个非介入式温度传感器配置的非介入算法模型的模型参数进行验证并优化，得出优化后的模型参数。
[0054]
优选地，当开关柜的柜型发生变化时，将安装于开关柜上的非介入式温度传感器与后台系统通信连接后，非介入式温度传感器将检测到的原始监测数据以及采样时间传输
给后台系统。同时，后台系统的模型管理单元根据开关柜的预设柜体设备模型，自动获取柜体模型参数，并获取温度传感器的原始数据、设备原始台账信息以及后台系统中的设备负荷数据、获取的温度传感器的原始监测数据以及采样时间对每个非介入式温度传感器的非介入算法模型的模型参数进行验证并优化，同时将优化后的模型参数发送给配置单元。
[0055]
配置单元，用于对每个非介入式温度传感器的模型参数进行管理。配置单元，用于对每个非介入式温度传感器的模型参数进行存储；以及还用于生成配置指令并将其发送给对应的非介入式温度传感器，从而使得非介入式温度传感器根据配置指令对自身存储的非介入算法模型的模型参数进行配置更新。其中，配置指令包括模型参数。优选地，当开关柜发生变更时，后台系统会对关键模型参数进行优化，然后将优化后的模型参数发送给对应的温度传感器进行模型参数的重新配置。其中，变更可包括维修、改造、更换、长期停运后再上电运行等情况。
[0056]
优选地，集控模块根据冷端面温度、热端面温度以及非介入算法模型推算开关柜的集总热源温度时，具体依据公式(1)：
[0057][0058]
其中，θ1(t)为开关柜的集总热源温度；θ2(t)为热端面的温度；θ3(t)为冷端面的温度；a
12
为开关柜的集总热源与热端面之间的传热热阻系数，为常数；a
23
为热端面与冷端面之间的传热热阻系数，为常数；b
12
为开关柜的热端面等温面内部全部物质总和的热容性系数，为常数；t为传感器采样时间，则是温度对于时间的导数。
[0059]
其中，a
12
、a
23
、b
12
均为非介入算法模型的模型参数，与开关柜的规格型号相对应，可通过预先的实验，对多组实验数据，解方程组得到模型参数数值解，再对多次实验得到的模型参数数值解，求取统计平均值或做函数拟合优化而得到。
[0060]
优选地，a
23
为热端面与冷端面之间的传热热阻系数，是传感器的内部固化特征物理量，极难发生改变，一般为固定的常数。
[0061]
b
12
为开关柜的热端面等温面内部全部物质总和的热容性系数，对于确定规格的开关柜，b
12
极少发生变化，一般为固定的常数。
[0062]
a
12
为开关柜的集总热源与热端面之间的传热热阻系数，当开关柜发生变更时，比较容易发生变化。因此，当开关柜变更时，该参数是需要进行优化的模型参数。因此，对于公式(1)来说，也即对整个非介入算法模型，模型参数a
12
，是公式(1)的关键参数，在对非介入算法模型的模型参数进行优化时，只需要对该参数进行优化即可。
[0063]
优选地，静态工作环境是指物理量不随时间而发生变化，处于静止不变的状态，是较为相对理想的状态。因此，当开关柜工作在静态工作环境下时，可将公式(1)转换为公式(2)，具体为：
[0064]
静态集总热源温度为：
[0065]
设定则将公式(2)转换为公式(3)：
[0066]
θ1(t)＝θ2(t)+kδθ
23
(t)
ꢀꢀꢀ
(3)。
[0067]
其中，k是指简化后的非介入式算法模型的模型参数。
[0068]
因此，当开关柜变更时，可通过后台系统对该模型参数k进行优化。具体地，根据电力设备的设计原则可知，电力设备的最大载流量受限于电力设备的实际最高温度，也即电力设备的最大载流量与实际最高温度具有对应关系。因此，根据电流致热和散热过程的数学模型，可得出系统在静态下的模型方程，具体如下表示：
[0069]
δθ(t)＝k
i
i(t)2,δθ(t)＝θ1(t)
‑
θ0(t)
[0070]
δθ
e
＝k
i
i
e2
,δθ
e
＝θ
e
‑
θ0(t)。
[0071]
其中，θ0(t)为开关柜的环境温度；θ1(t)为开关柜的集总热源温度；θ
e
为开关柜内导体温度额定值，为开关柜的原始设计信息；i
e
为开关柜的电流额定值，为开关柜的原始设计信息；k
i
为电流致热的理论集总热源温升系数；i(t)为一静态条件的电流值。从上述方程可知，θ
e
、i
e
为开关柜内设备的原始设计信息，为已知的；i(t)、θ0(t)可从其他后台系统或设备获取；k
i
为电流致热的理论集总热源温升系数，为常系数，可求得；由此，可根据上述方程计算得出电流致热的集总热源温度θ1(t)。
[0072]
当开关柜的工作状态处于静态条件下，求得电路致热的集总热源温度θ1(t)后，可根据非介入算法模型，以及结合非介入式温度传感器的热端面与冷端面的温度差计算得出模型参数k，具体为：
[0073][0074]
其中，θ2(t)、θ3(t)分别为非介入式温度传感器的热端面的温度、冷端面的温度，可通过非介入式温度传感器获取，因此，模型参数k可通过热端面的温度和冷端面的温度计算得出。
[0075]
由于从前可知，当令a
23
为常数不变时，则根据k求得优化后的a
12
，从而实现对公式(1)中的各个参数的优化，同时将优化后的参数通过后台系统发送到每个非介入式温度传感器中，对其配置的非介入算法模型的模型参数进行更新。
[0076]
在对模型参数进行优化时，非介入式温度传感器将检测到的原始温度数据上传至后台系统，从而使得后台系统对模型参数进行优化，并将优化后的模型参数发送给非介入式温度传感器，对非介入式温度传感器内的非介入算法模型进行配置更新。优选地，如图10为环网柜电缆室推算得出的集总热源温度与实测温度对比图。如图11为在模型参数优化后的环网柜电缆室推算得出集总热源温度与实测温度对比图。从上述对比中可知，对于模型参数优化后所推算得出的集总热源温度更接近于实测温度值，验证了本发明提供的模型参数优化的合理性。
[0077]
非介入式温度传感器还用于将采集到的温度数据，推算得出的开关柜的集总热源数据、传感器的状态信息数据、电源使用数据、传感器的配置信息数据、传感器版本等信息上传至后台系统。
[0078]
本发明采用非介入式温度传感器，安装在所述开关柜柜体表面，实现对柜内集总热源温度进行监测，同时可对开关柜进行故障诊断，无需额外的环境温度传感器，一次电力
设备无需停电安装传感器，大大简化了监测工程施工过程，优化了开关柜的集总热源温度在线监测以及故障诊断。
[0079]
更优选地，本实施例中的非介入式温度传感器为双探头温度传感器或温差传感器。优选地，每个非介入式温度传感器既可以采用双探头温度传感器，又可以采用温差传感器。
[0080]
当非介入式温度传感器为双探头温度传感器时，如图2
‑
3所示，双探头温度传感器包括第一热端温度探头和冷端温度探头。双探头温度传感器设有第一热端面和第一冷端面，第一热端面和第一冷端面相对分设于双探头温度传感器的两端。其中，第一热端面即为非介入式温度传感器的热端面，第一冷端面即为非介入式温度传感器的冷端面。
[0081]
第一热端温度探头设于双探头温度传感器的第一热端面，用于检测双探头温度传感器的第一热端面的温度。冷端温度探头设于双探头温度传感器的第一冷端面用于监测双探头温度传感器的第一冷端面的温度。
[0082]
具体地，如图4所示为本实施例中双探头温度传感器2与开关柜1的传热结构示意图。开关柜1内有集总热源9。双探头温度传感器2设有第一热端面41和第一冷端面51。双探头温度传感器2安装于开关柜1的柜体表面，并且第一热端面41与开关柜1的柜体表面直接接触，第一冷端面51设于远离开关柜1的柜体的一侧。双探头温度传感器2的第一热端面41与第一冷端面51相对设于双探头温度传感器2的上下两端。第一热端温度探头71，用于检测双探头温度传感器2的第一热端面41的温度。冷端温度探头6，用于检测双探头温度传感器2的第一冷端面51的温度。当开关柜1在运行过程中，由于开关柜1会产生热量导致开关柜1的柜体温度升高。通过将第一热端面41与开关柜1的柜体表面接触，可使得第一热端面41的温度升高，第一冷端面51设于远离开关柜1的柜体表面的一侧并与第一热端面41相对设置。
[0083]
优选地，第一热端温度探头、冷端温度探头分别与集控模块电性连接。其中，集控模块，用于通过第一热端温度探头、冷端温度探头分别获取第一热端面的温度、第一冷端面的温度，并结合双探头温度传感器内预先配置的非介入算法模型计算得出开关柜的集总热源温度，如图5所示，为环网柜电缆室的双探头温度传感器的实测温度趋势图。
[0084]
为了避免由于采样时差所出现的计算误差，在集控模块获取双探头温度传感器的第一热端温度探头与冷端温度探头的数据时，需要同步进行，同时记录采样时间。具体地，集控模块可按照预设的时间间隔同时向第一热端温度探头和冷端温度探头发送采样指令来获取采样数据。
[0085]
更为优选地，本实施例中的双探头温度传感器的两个测温探头的结构和材料均固定相同，且固定不变、导热性能均一致，在数据采样时，两个测温探头的采样时刻保持同步。
[0086]
双探头温度传感器还包括电源模块。电源模块用于为集控模块提供电源。
[0087]
优选地，第一热端面与第一冷端面的结构固定，并且第一热端面与第一冷端面之间设有导热材料。该导热材料的导热系数稳定，导热材料不会受到外界环境变化的影响，具有抗干扰、抗老化等性能，长时间使用其性能保持不变。优选地，导热材料采用尼龙+玻纤复合材料。
[0088]
更为优选地，本实施例中第一热端温度探头和冷端温度探头采用相同型号的高精度测温元器件，进而保证两端温差的计算精度。
[0089]
其中，第一热端温度探头以及冷端温度探头的测温精度误差不大于
±
1℃。集控模
块通过第一热端温度探头对第一热端面的温度采集，与通过冷端温度探头对第一冷端面的温度采集的采样时间、采样周期均相同，避免出现动态过程的差异。优选地，采样周期为30秒钟/次。同时，冷端温度探头和第一热端温度探头的采样时间点偏差不大于
±
5秒钟。
[0090]
通过采用本发明提供的双探头温度传感器，集成两个温度探头，并分别获取第一冷端面以及第一热端面的温度，无需额外的环境温度传感器来实现对环境温度的检测，减少了工程中使用的传感器的数量，节省工程成本。同时本发明的双探头温度传感器安装于开关柜的柜体表面，无需停电安装传感器，解决了现有技术中当需要对传感器进行更换时需要停电并打开开关柜以实现对传感器的温度而导致经济损失等问题，本发明大大简化了施工过程，优化了开关柜的在线监测。
[0091]
当非介入式温度传感器为温差传感器时，如图6
‑
7所示，温差传感器包括热电发生器。热电发生器设有第二热端面和第二冷端面，其中，第二热端面为非介入式温度传感器的热端面，第二冷端面为非介入式温度传感器的冷端面。
[0092]
热电发生器的第二热端面与第二冷端面相对层叠设置。温差传感器安装于开关柜的柜体表面，并且热电发生器的第二热端面与开关柜的柜体表面直接接触，第二冷端面设于远离开关柜的柜体表面的一侧。
[0093]
当开关柜在运行过程中，由于开关柜会产生热量导致开关柜的柜体的温度升高。通过将第二热端面与开关柜的柜体表面接触，可使得第二热端面的温度升高，使得第二热端面与第二冷端面产生温差，热电发生器内的半导体元件产生相应的输出电压。更为优选地，温差传感器还包括电压采样电路和第二热端温度探头。
[0094]
优选地，电压采样电路的一端与热电发生器电性连接，另一端与集控模块电性连接，用于获取热电发生器的输出电压并发送给集控模块。
[0095]
第二热端温度探头，设于第二热端面，用于检测第二热端面的温度。具体地，第二热端温度探头设于第二热端面与开关柜的柜体表面之间。
[0096]
具体地，如图8所示为热电发生器3与开关柜1的传热结构示意图。其中，开关柜1内有集总热源9。第二热端温度探头72安装于第二热端面42，用于检测第二热端面42的温度。优选地，集控模块与第二热端温度探头72电性连接，用于通过第二热端温度探头72获取第二热端面42的温度。进一步地，第二热端温度探头72设于第二热端面42与开关柜1的柜体表面之间。更为优选地，第二冷端面52设有冷端面散热片8。通过冷端面散热片8将第二冷端面52的热量散发出去，可保证的第二冷端面52与第二热端面42的温差，有利于热电发生器3的发电。
[0097]
本实施例中的热电发生器采用市场上标准化电气元件，通过利用热电塞贝克效应原理制成，当热电发生器的两端存在温度差异时，热电发生器的半导体输出端会产生相应的输出电压。如图9所示为热电发生器的冷热端温差与输出电压的实测对比图，从图中可以看出，热电发生器的输出电压与热电发生器的冷热端面的温差呈线性关系，具体可通过公式(1)表示：
[0098]
u
s
＝maδθ
23
(t),δθ
23
(t)＝θ2(t)
‑
θ3(t)
ꢀꢀꢀ
(9)。
[0099]
其中，u
s
为热电发生器的输出电压；θ2(t)为第二热端面的温度；θ3(t)第二冷端面的温度；δθ
23
(t)为第二冷热端面的温差；m为热电发生器中半导体的数量，为已知的；a为热电发生器中半导体的塞贝克系数，由热电发生器中的半导体的特性所确定的，为已知的。
[0100]
根据公式(1)可计算得出：
[0101]
热电发生器的冷热端面的温差δθ
23
(t)为：
[0102]
热电发生器的第二冷端面的温度θ3(t)为：θ3(t)＝θ2(t)
‑
δθ
23
(t)
ꢀꢀꢀ
(11)。
[0103]
因此，本发明利用热电发生器的物理特性，只需要对第二热端面的温度进行检测，然后结合热电发生器的输出电压可计算得出热电发生器的冷热端温差以及第二冷端面的温度，可避免采用两个测温元器件分别对第二冷端面的温度以及第二热端面的温度进行检测时出现不同步的问题，同时也减少了测温探头的数量，节省成本以及减小了传感器的尺寸。
[0104]
优选地，温差传感器包括充电电池和电源管理模块，电源管理模块与集控模块电性连接。其中，充电电池为集控模块提供电源。电源管理模块，用于对温差传感器的电源进行管理，比如对热电发生器所产生的电能进行存储和管理，同时还可为充电电池进行充电。本实施例的温差传感器是一种自取电能为主的双电源传感器。温差传感器内设置热电发生器作为第一电源，同时还设置充电电池作为第二电源，可保证温差传感器的工作的稳定运行。具体地，当温差传感器的热电发生器的第二冷端面与第二热端面有温差存在时，热电发生器的两端产生相应的电势差(电压)，进而将电压输送到电源管理电路进行收集、转换、存储电能，同时还可为充电电池进行充电，以便在温差传感器的热电发生器不能发电的情况下时通过充电电池为其提供电能。也即，在热电发生器所产生的电能能够满足温差传感器的工作所需电能的情况下，温差传感器仅以热电发生器所产生的电能供电；当外界环境温差过小，也即热电发生器的冷热端温差过小时，热电发生器所产生的电能无法满足温差传感器的工作所需电能时，温差传感器自动切换到充电电池，通过充电电池为温差传感器进行供电，从而实现温差传感器在不同环境条件下的连续工作。温差传感器可以在没有外接电源或充电电池的情况下长期运行，大大延长了温差传感器的在线使用寿命，免维护，非常适合电力设备行业的无人值守作业方式。
[0105]
优选地，本实施例中将第二热端温度探头设于第二热端面与开关柜的柜体表面之间，用于检测第二热端面的温度。在第二冷端面不需要设置测温元件。本实施例只采用一个第二热端温度探头用于测量第二热端面的温度以及热电发生器的输出电压来推算得出热电发生器的冷热端面的温差以及第二冷端面的温度，也即结合元件的固有物理特性做测量计算，相比采用两个独立的测温探头分别获取第二冷端面的温度、第二热端面的温度并得出热电发生器的冷热端面的温度差的方式，避免了两个独立元件之间的性能差异而产生的系统偏差，为实现高精度温差测量提供依据。
[0106]
更为优选地，本实施例中集控模块通过第二热端温度探头对第二热端面的温度采样时的采样周期、采样时间与通过电压采样电路获取热电发生器的输出电压时的采样周期、采样时间均需保持同步，避免出现动态过程的差异。优选地，采样周期为30秒钟/次。
[0107]
优选地，通过采用本发明提供的温差传感器以及双探头温度传感器，无需额外的环境温度传感器，一次电力设备无需停电安装传感器，解决了现有技术中当需要对传感器进行更换时需要停电并打开开关柜以实现对传感器的温度而导致经济损失等问题，本发明大大简化了施工过程，优化了开关柜的在线监测。
[0108]
同时，温差传感器、双探头温度传感器均可同时监测两个不同温度点的温度数据，
保证了温度采样过程中的同步性，优化了原有工程方式中的因选点位置不同而带来的偏差。通过温差传感器或双探头温度传感器均可替换现有技术中的两个独立的温度传感器，减少工程中传感器使用的总数量，节省工程成本。
[0109]
温差传感器以及双探头温度传感器均内置了环境温度的算法，预先固化了热端面和冷端面的位置定义，在工程施工时，不再需要对传感器功能性位置做设置，简化了监测工程安装工作，减少配置错误的几率。
[0110]
优选地，双探头温度传感器的外形尺寸不能太大。同理，温差传感器的外形尺寸一般受限于热电发生器的冷端面的冷端面散热片的尺寸。因此，为了保证温差传感器的取电能力，本实施例中将温差传感器的第二冷端面的冷端面散热片的尺寸尽可能大。优选地，本实施例中的温差传感器、双探头温度传感器的总体尺寸均不大于50mm
×
50mm
×
50mm。
[0111]
优选地，本发明还提供了另一实施例，一种开关柜非介入式在线监测诊断方法，如图12所示，包括以下步骤：
[0112]
步骤s1、将多个非介入式温度传感器分布设于开关柜的柜体表面的温升关键点位置处，同时将每个非介入式温度传感器与后台系统通信连接。
[0113]
步骤s2、通过每个非介入式温度传感器根据非介入式温度传感器的热端面的温度、冷端面的温度以及自身预先配置的非介入算法模型推算得出开关柜的集总热源温度。
[0114]
步骤s3、将推算得出的开关柜的集总热源温度上传至后台系统中，从而使得后台系统根据开关柜的集总热源温度和系统中预设的故障诊断阈值对开关柜运行状态进行诊断。
[0115]
进一步地，步骤s3中后台系统还根据诊断结果判断是否报警，以及根据每个非介入式温度传感器的分布位置以及开关柜的集总热源温度得出开关柜内温度分布示意图。
[0116]
进一步地，步骤s2之前还包括：通过每个介入式温度传感器接收后台系统发送的非介入算法模型的模型参数并对自身存储的非介入算法模型的模型参数进行配置更新。
[0117]
进一步地，步骤s3中还包括接收后台系统发送的上传指令，并根据上传指令将自身存储的数据上传至后台系统。
[0118]
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。