一种实现温度提前预测与报警的微机保护系统及其控制方法与流程

本发明涉及一种微机保护装置，特别是涉及一种实现温度提前预测与报警的微机保护系统及其控制方法。

背景技术：

微机保护装置的主要功能是进行电气元件保护，无线温度接收装置和温度传感器主要是检测电气元件的发热情况，并将温度信息上送到监控系统。同时，无线温度接收装置还可以对温度异常进行报警。如附图1所示，现有技术中的电气设备进行无线温度测量时，绝大多数都单独配置了无线温度传感器和无线温度接收装置，同时微机保护也是必须配置的保护单元。微机保护装置和无线温度接收装置两者独立运行，监控系统和微机保护装置进行数据通讯的同时也和无线温度接收装置进行数据通讯。

现有技术方案中，无线测温接收装置与微机保护装置都与监控系统进行通讯，增加了监控系统的数据通讯压力；无线接收装置的独立配置，增加了用户的成本；无线接收装置与无线温度传感器的数据传输间隔较长，一般为2～10分钟，温度刷新不及时，导致设备温度升高时，无法及时报警。

因此，有必要提供一种新的实现温度提前预测与报警的微机保护系统及其控制方法来解决上述问题。

技术实现要素：

本发明的主要目的之一在于提供一种实现温度提前预测与报警的微机保护系统，即能实现继电保护功能，又能替代无线温度传感器接收装置，实现温度上送和温度异常报警，并实现了温度异常的提前预警。

本发明通过如下技术方案实现上述目的：一种实现温度提前预测与报警的微机保护系统，其包括内部设置有温度-电流拟合曲线的微处理器、与所述微处理器电信号连接的电源处理模块、模拟量采集模块、数字量输入/输出模块、人机交互模块、通讯接口模块、无线信号收发模块以及与所述数字量输入/输出模块电信号连接的继电器，所述无线信号收发模块无线信号连接有若干无线温度传感器。

进一步的，所述模拟量采集模块包括电流变换器、电压变换器以及模数转换器。

进一步的，所述模拟量采集模块主要采集的是三相电流、三相电压信号。

进一步的，所述人机交互模块包括按键输入模块和液晶显示模块。

进一步的，所述通讯接口模块电信号连接有监控系统。

本发明的另一个主要目的是提供了一种实现温度提前预测与报警的微机保护系统的控制方法，其包括以下步骤，

步骤一：采集外界电流与外界电压，并经过计算转换计算成计算电流与计算电压；

步骤二：读取所述无线温度传感器的温度信号与对应的电流大小并存储到相应的缓冲区；

步骤三：对温度-电流进行曲线拟合控制得到所述温度-电流拟合曲线；

步骤四：温度报警与预报警，具体的包括以下步骤，

1)读取温度告警设定值Thset、最近一次所述无线温度传感器传送过来的温度T_N以及所述温度T_N对应的电流值I_N；

2)判断T_N>Thset是否成立；

3)若成立，则温度异常告警；若不成立，则读取当前电流I，并根据所述温度电流拟合曲线计算预测温度T*_N；

4)判断预测温度T*_N>Thset是否成立；

5)若成立，则温度异常告警；若不成立，则重复按照1)～5)继续进行温度异常告警判断。

进一步的，所述步骤三中得到所述温度-电流拟合曲线的具体步骤为，

1)读取所述缓冲区中最近的两次温度值T_N、T_N-1以及对应的电流值I_N、I_N-1；

2)计算温度变化率△T＝T_N-T_N-1；

3)计算电流平方变化率△I＝I²_N-I²_N-1；

4)计算所述温度变化率与所述电流平方变化率的比值得到对应的温度/电流变化率K＝△T/△I。

进一步的，所述步骤四中所述预测温度T*_N＝T_N+K×(I²-I²_N)。

与现有技术相比，本发明一种实现温度提前预测与报警的微机保护系统及其控制方法及其控制方法的有益效果在于：

1)采用微机保护装置接收无线温度传感器信号，取消了专用的无线温度传感器接收装置，微机保护即能实现继电保护功能，又能替代无线温度传感器接收装置，实现温度上送和温度异常报警；微机保护装置通过本身的通讯网络将温度信息上送到监控系统，避免了单独配置温度接收装置引起的成本的增加，也降低了对监控系统的数据通讯压力，提高了工作效率；

2)采用温度-电流拟合方法，实现在温度传送周期间隔内无法获得无线温度传感器发送的温度信息时，对温度进行预测并提前报警，提高了温度检测的实时性和灵敏度，降低了温度异常对设备的损害情况。

【附图说明】

图1为本发明实施例的模块化控制原理示意图；

图2为本发明实施例的主程序逻辑框图示意图；

图3为本发明实施例的电流电压转换逻辑框图示意图；

图4为本发明实施例的无线温度传感器读取逻辑框图示意图；

图5为本发明实施例的温度-电流拟合逻辑框图示意图；

图6为本发明实施例的温度告警与预告警逻辑框图示意图；

图7为现有技术的模块化控制原理示意图。

【具体实施方式】

实施例：

请参照图1，本实施例为实现温度提前预测与报警的微机保护系统及其控制方法，其包括内部设置有温度-电流拟合曲线的微处理器、与所述微处理器电信号连接的电源处理模块、模拟量采集模块、数字量输入/输出模块、人机交互模块、通讯接口模块、无线信号收发模块以及与所述数字量输入/输出模块电信号连接的继电器，所述无线信号收发模块无线信号连接有若干无线温度传感器。

所述电源处理模块，主要负责保护装置的供电。所述电源处理模块将外部供电电源一般为AC220V或DC220V经过开关电源变换成装置VCC电源，为装置运行提供电能。

所述模拟量采集模块主要负责对外部电流信号、电压信号进行采集和变换，其主要包含电流变换器、电压变换器，两者将电流信号和电压信号变换成所述微处理器可以接收的弱电信号，并将强电信号隔离。所述模拟量采集模块还包括模数转换器ADC，将模拟信号变换成数字信号，存储到所述微处理器中。所述微处理器经过相应的算法计算出模拟量的大小。所述模拟量采集模块主要采集的是三相电流、三相电压信号。

所述数字量输入/输出模块主要负责采集开关量，控制所述继电器输出量。所述开关量主要采集的是断路器位置信号、断路器小车(或隔离刀)信号、接地开关信号等，控制所述继电器输出量主要是通过继电器信号用于断路器分闸、合闸，保护动作信号、无线温度告警信号等数字量输出。

所述人机交互模块主要由按键输入和液晶显示两个模块组成，用户可以通过按键和液晶屏幕进行参数设定与数据查询。液晶屏幕循环显示电流、电压和无线传感器传送过来的温度信息等。

所述通讯接口模块主要负责与监控系统进行数据网络通讯。所述通讯接口模块电信号连接有监控系统。该模块通过物理链路(如RS485通讯网，以太网或其他通讯网络)，并在一定的通讯协议下(MODBUS或IEC103，IEC104等)与所述监控系统进行数据通讯。

所述无线信号收发模块，主要负责和所述无线温度传感器进行无线数据通讯，该模块将接收到的所述无线温度传感器传输的无线信号转换成数据信号由所述微处理器进行接收，同时还可以将所述微处理器的数据信号转换成无线信号发送到无线温度传感器。

请参照图2，图2为本实施例的主程序逻辑框图结构，本实施例实现温度提前预测与报警的微机保护系统的控制方法，其步骤包括：

步骤一：采集外界电流ia、ib、ic与外界电压ua、ub、uc，并经过计算转换计算成计算电流IA、IB、IC与计算电压UA、UB、UC。

请参照图3为本实施例的电流电压转换逻辑框图，电流、电压采集是通过所述模拟量采集模块经过ADC变换，再经过相应的算法计算出电流、电压的大小。

步骤二：读取所述无线温度传感器的温度信号TA_N、TB_N、TC_N与对应的电流大小IA_N、IB_N、IC_N并存储到相应的缓冲区ITA、ITB、ITC。

请参照图4为本实施例无线温度传感器读取逻辑框图，无线温度传感器的无线信号是由所述无线信号收发模块获得，图4表明了控制逻辑读取无线温度传感器的温度信号的同时，也读取了此刻的对应电流大小，并存储在相应的缓冲区。

步骤三：对温度-电流进行曲线拟合控制得到所述温度-电流拟合曲线，具体的包括以下步骤。

1)读取所述缓冲区ITA中最近的两次温度值TA_N、TA_N-1，ITB中最近的两次温度值TB_N、TB_N-1，ITC中最近的两次温度值TC_N、TC_N-1；

2)读取最近两次温度值TA_N、TA_N-1对应的电流值IA_N、IA_N-1，TB_N、TB_N-1对应的电流值IB_N、IB_N-1，TC_N、TC_N-1对应的电流值IC_N、IC_N-1；

3)计算温度变化率△TA＝TA_N-TA_N-1，△TB＝TB_N-TB_N-1，△TC＝TC_N-TC_N-1；

4)计算电流平方变化率△IA＝I²A_N-I²A_N-1，△IB＝I²B_N-I²B_N-1，△IC＝I²C_N-I²C_N-1；

5)计算所述温度变化率与所述电流平方变化率的比值得到对应的温度/电流变化率KA＝△TA/△IA，KB＝△TB/△IB，KC＝△TC/△IC。

请参照图5为本实施例温度-电流拟合逻辑框图，由于所述无线温度传感器测量出来的温度信息，是和电流的大小有很大关系的，电流越大发热越严重，因此通过无线信号发送过来的温度也会越高，并且温度T与电流I的平方存在关联。本实施例采用分段拟合直线的方式进行预测，通过计算上次两点温度的变化△T＝T_N-T_N-1(最近一次温度信息T_N，最近一次相邻的上次温度T_N-1)，与当时记录温度时的电流值的平方变化△I＝I²_N-I²_N-1的比值计算得到对应的斜率K＝△T/△I，三相分别获得了对应的温度/电流变化率。

步骤四：温度报警与预报警，具体的包括以下步骤，

1)读取人机设定的温度告警设定值Thset和最近一次所述无线温度传感器传送过来的A相温度TA_N；

2)判断TA_N>Thset是否成立；

3)若成立，则A相温度异常告警；若不成立，则读取当前A相电流IA，并根据所述温度-电流拟合曲线计算A相预测温度T*A_N＝TA_N+KA×(I²A-I²A_N)；

4)判断A相预测温度T*A_N>Thset是否成立；

5)若成立，则A相温度异常告警；若不成立，则按照步骤1)～步骤5)分别判断B相与C相是否温度异常告警。

图6为本实施例温度告警与预告警逻辑框图，其说明了如何进行温度报警和预报警的。首先从所述无线温度传感器中读取的对应相的温度T_N与设定温度进行比较，如果超过了设定温度则进行对应相的温度报警，如果没有超过设定值，则通过本次测量的电流I，对目前所述无线温度传感器还没有发送的温度信息进行预测(所述无线温度传感器的发送数据间隔一般为2～10分钟)，预测的温度T*_N如果大于温度设定值则进行对应相的温度报警。

本实施例实现温度提前预测与报警的微机保护系统及其控制方法的有益效果在于：

1)采用微机保护装置接收无线温度传感器信号，取消了专用的无线温度传感器接收装置，微机保护即能实现继电保护功能，又能替代无线温度传感器接收装置，实现温度上送和温度异常报警；微机保护装置通过本身的通讯网络将温度信息上送到监控系统，避免了单独配置温度接收装置引起的成本的增加，也降低了对监控系统的数据通讯压力，提高了工作效率；

2)采用温度-电流拟合方法，实现在温度传送周期间隔内无法获得无线温度传感器发送的温度信息时，对温度进行预测并提前报警，提高了温度检测的实时性和灵敏度，降低了温度异常对设备的损害情况。

以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。