导线设备线夹的发热监测方法、装置、设备及存储介质与流程

1.本技术涉及设备安全监测技术领域，尤其涉及一种导线设备线夹的发热监测方法、装置、设备及存储介质。


背景技术：

2.设备线夹是连接导线与电气设备，以传递电气负荷并承受一定机械荷载的金具。在运行过程中，设备线夹发热严重影响电力设备的持续稳定运行，所以需要对设备线夹发热现象进行监测。
3.目前，线夹发热通过人工巡视红外测温、无人机巡视红外测温或温度监测装置实现监测。但是，通过红外测温只能测到某一个时间点的温度，很难监测到温度最高的时刻，并且对于线路纵横交错的电网设备而言，存在红外无法监测到的死角。而温度监测装置虽然可以实时监控每一个时刻的线夹温度，但是需要对每个线夹都安装监测装置，监测成本较高，并且温度监测装置只能监测到安装点的温度，而无法监测线夹的整体温度。可见，当前线夹发热监测方式存在监测精度低的问题。


技术实现要素：

4.本技术提供了一种导线设备线夹的发热监测方法、装置、设备及存储介质，以解决当前线夹发热监测方式存在监测精度低的技术问题。
5.为了解决上述技术问题，第一方面，本技术提供了一种导线设备线夹的发热监测方法，包括：
6.获取导线设备线夹的发热影响参数，发热影响参数包括经过导线设备线夹的电流区间、导线设备线夹所处环境的环境温度区间以及导线设备线夹所在地区的太阳辐照度区间；
7.基于电流区间、环境温度区间和太阳辐照度区间，生成多个发热影响参数组合；
8.利用导线设备线夹的发热仿真模型，计算导线设备线夹在各个发热影响参数组合作用下的线夹温度分布数据，发热仿真模型为多物理场耦合模型；
9.基于线夹温度分布数据，对待测导线设备线夹进行发热监测，得到待测导线设备线夹的最大温度。
10.在一些实现方式中，基于电流区间、环境温度区间和太阳辐照度区间，生成多个发热影响参数组合，包括：
11.对电流区间、环境温度区间和太阳辐照度区间分别进行等间距划分，生成电流序列、环境温度序列和太阳辐照度序列；
12.对电流序列中的电流数据、环境温度序列中的环境温度数据和太阳辐照度序列中的太阳辐照度数据进行随机组合，生成多个发热影响参数组合。
13.在一些实现方式中，利用导线设备线夹的发热仿真模型，计算导线设备线夹在各个发热影响参数组合作用下的线夹温度分布数据，包括：
14.获取导线设备线夹的线夹参数，以及导线设备线夹所处地区的空气参数；
15.利用预设稳态求解器，根据线夹参数、空气参数和发热影响参数组合，对多物理场耦合模型进行求解，得到导线设备线夹在各个发热影响参数组合作用下的线夹温度分布数据，多物理场耦合模型包括电流物理场、固体传热物理场和表面对表面辐射物理场。
16.在一些实现方式中，电流物理场满足电阻率温度规律方程：
[0017][0018]
其中，σ为在环境温度为t时的电阻率，ρ0为在环境温度为0℃时的电阻率，α为电阻率温度系数，t
ave
为导线设备线夹的实际表面温度。
[0019]
在一些实现方式中，固体传热物理场满足固体热量传递方程：
[0020][0021][0022]
其中，ρ为导线设备线夹的密度，c
p
为导线设备线夹在大气压p、温度t和时间t下的固体热容，u为平移运动速度，q为热通量，k为固体导热率，q为热源。
[0023]
在一些实现方式中，表面对表面辐射物理场的辐射对象为导线设备线夹的所有表面，边界条件为漫反射表面，辐射源为太阳，辐照度为发热影响参数组合中的太阳辐照度数据。
[0024]
在一些实现方式中，基于线夹温度分布数据，对待测导线设备线夹进行发热监测，得到待测导线设备线夹的最大温度，包括：
[0025]
建立线夹温度分布数据与各个发热影响参数组合之间的映射关系表；
[0026]
利用映射关系表，根据待测导线设备线夹对应的实际电流数据、实际环境温度数据和实际太阳辐照度数据，对待测导线设备线夹进行发热监测，得到待测导线设备的目标线夹温度分布数据；
[0027]
基于目标线夹温度分布数据，确定待测导线设备线夹的最大温度。
[0028]
第二方面，本技术还提供一种导线设备线夹的发热监测装置，包括：
[0029]
获取模块，用于获取导线设备线夹的发热影响参数，发热影响参数包括经过导线设备线夹的电流区间、导线设备线夹所处环境的环境温度区间以及导线设备线夹所在地区的太阳辐照度区间；
[0030]
生成模块，用于基于电流区间、环境温度区间和太阳辐照度区间，生成多个发热影响参数组合；
[0031]
计算模块，用于利用导线设备线夹的发热仿真模型，计算导线设备线夹在各个发热影响参数组合作用下的线夹温度分布数据，发热仿真模型为多物理场耦合模型；
[0032]
监测模块，用于基于线夹温度分布数据，对待测导线设备线夹进行发热监测，得到待测导线设备线夹的最大温度。
[0033]
第三方面，本技术还提供一种计算机设备，包括处理器和存储器，存储器用于存储计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如第一方面的导线设备线夹的发热监测方法。
[0034]
第四方面，本技术还提供一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，计算机
程序被处理器执行时实现如第一方面的导线设备线夹的发热监测方法。
[0035]
与现有技术相比，本技术至少存在以下有益效果：
[0036]
通过获取导线设备线夹的发热影响参数，发热影响参数包括经过导线设备线夹的电流区间、导线设备线夹所处环境的环境温度区间以及导线设备线夹所在地区的太阳辐照度区间，并基于电流区间、环境温度区间和太阳辐照度区间，生成多个发热影响参数组合，以模拟对线夹发热造成影响的不同影响参数组合；再利用导线设备线夹的发热仿真模型，计算导线设备线夹在各个发热影响参数组合作用下的线夹温度分布数据，发热仿真模型为多物理场耦合模型，以及基于线夹温度分布数据，对待测导线设备线夹进行发热监测，得到待测导线设备线夹的最大温度，从而能够监测线夹上任意点在任意时刻的温度，有效解决红外存在监测死角和无法实时监测的问题，以及有效解决温度监测装置无法监测整体温度的问题，进而提高线夹发热监测的监测精度，提高监测结果的可靠性。
附图说明
[0037]
图1为本技术实施例示出的导线设备线夹的发热监测方法的流程示意图；
[0038]
图2为本技术实施例示出的导线设备线夹的温度分布示意图；
[0039]
图3为本技术实施例示出的导线设备线夹的发热监测装置的结构示意图；
[0040]
图4为本技术实施例示出的计算机设备的结构示意图。
具体实施方式
[0041]
下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0042]
请参照图1，图1为本技术实施例提供的一种导线设备线夹的发热监测方法的流程示意图。本技术实施例的导线设备线夹的发热监测方法可应用于计算机设备，该计算机设备包括但不限于智能手机、笔记本电脑、平板电脑、桌上型计算机、物理服务器和云服务器等设备。如图1所示，本实施例的导线设备线夹的发热监测方法包括步骤s101至步骤s104，详述如下：
[0043]
步骤s101，获取导线设备线夹的发热影响参数，所述发热影响参数包括经过所述导线设备线夹的电流区间、所述导线设备线夹所处环境的环境温度区间以及所述导线设备线夹所在地区的太阳辐照度区间。
[0044]
在本步骤中，电流区间为导线设备线夹在实际运行过程中所经过的电流范围，记为i
min
～i
max
，单位为a，其中i
min
最小为0，即当导线设备线夹所在线路因检修等原因断开时无电流通过；环境温度区间为导线设备线夹所在地区的环境温度范围，可具体为导线设备线夹所处环境的环境温度范围，记为t
min
～t
max
，单位为k；太阳辐照度区间为导线设备线夹所在地区的太阳辐照程度范围，记为s
min
～s
max
，单位为w/m2，其中s
min
最小为0，即夜间无太阳辐照。
[0045]
步骤s102，基于所述电流区间、所述环境温度区间和所述太阳辐照度区间，生成多个发热影响参数组合。
[0046]
在本步骤中，可选地，分别取电流区间、环境温度区间和太阳辐照度区间中的多个特征值，即取多个电流特征值、多个环境温度值和多个太阳辐照度值，再以随机取1个电流特征值、1个环境温度特征值和1个太阳辐照度值的方式组成1个发热影响参数组合，得到多个发热影响参数组合。
[0047]
在一些实施例中，所述步骤s102，包括：
[0048]
对所述电流区间、所述环境温度区间和所述太阳辐照度区间分别进行等间距划分，生成电流序列、环境温度序列和太阳辐照度序列；
[0049]
对所述电流序列中的电流数据、所述环境温度序列中的环境温度数据和所述太阳辐照度序列中的太阳辐照度数据进行随机组合，生成多个所述发热影响参数组合。
[0050]
在本步骤中，以预设电流间距，将i
min
～i
max
划分为含有n个电流值的电流序列(i1，i2，...，in)；以预设温度间距，将t
min
～t
max
划分为含有n个环境温度值的环境温度序列(t1，t2，...，tn)；以预设太阳辐照度间距，将s
min
～s
max
划分为含有n个太阳辐照度值的太阳辐照度序列(s1，s2，...，sn)。对(i1，i2，...，in)、(t1，t2，...，tn)和(s1，s2，...，sn)中的数据进行随机组合，生成发热影响参数组合(im，tj，sk)，m∈(1，2，...，n)，j∈(1，2，...，n)，k∈(1，2，...，n)。
[0051]
步骤s103，利用导线设备线夹的发热仿真模型，计算所述导线设备线夹在各个所述发热影响参数组合作用下的线夹温度分布数据，所述发热仿真模型为多物理场耦合模型。
[0052]
在本步骤中，发热仿真模型为基于多物理场耦合建立的模型，物理场包括但不限于电流物理场、固体传热物理场和表面对表面辐射物理场，以通过发热仿真模型模拟导线设备线夹的电流现象、传热现象和表面辐射现象，从而模拟在多种发热影响参数组合作用下的线夹发热现象，得到线夹的温度分布数据。示例性地，导线设备线夹的温度分布如图2所示。
[0053]
在一些实施例中，所述步骤s103，包括：
[0054]
获取所述导线设备线夹的线夹参数，以及所述导线设备线夹所处地区的空气参数；
[0055]
利用预设稳态求解器，根据所述线夹参数、所述空气参数和所述发热影响参数组合，对所述多物理场耦合模型进行求解，得到所述导线设备线夹在各个所述发热影响参数组合作用下的线夹温度分布数据，所述多物理场耦合模型包括电流物理场、固体传热物理场和表面对表面辐射物理场。
[0056]
在本实施例中，线夹参数包括如图2所示的线夹结构参数以及材料参数，材料参数包括但不限于弹性模量、泊松比、密度、相对介电常数、电导率、相对磁导率、恒压热容、热膨胀系数和导热系数，空气参数包括但不限于空气相对介电常数、电导率和相对磁导率。
[0057]
可选地，所述电流物理场满足电阻率温度规律方程：
[0058][0059]
其中，σ为在环境温度为t时的电阻率，ρo为在环境温度为0℃时的电阻率，α为电阻率温度系数，t
ave
为导线设备线夹的实际表面温度。
[0060]
可选地，所述固体传热物理场满足固体热量传递方程：
[0061][0062][0063]
其中，ρ为导线设备线夹的密度，c
p
为导线设备线夹在大气压p、温度t和时间t下的固体热容，u为平移运动速度，q为热通量，k为固体导热率，q为热源。
[0064]
可选地，所述表面对表面辐射物理场的辐射对象为所述导线设备线夹的所有表面，边界条件为漫反射表面，辐射源为太阳，辐照度为所述发热影响参数组合中的太阳辐照度数据。
[0065]
稳态求解器有助于获取特定电流和日照强度下的稳定温度，具体求解过程可以通过comsol multiphysics仿真软件实现。示例性地，仿真求解过程如下：
[0066]
(1)基于comsol进行设备线夹模型的几何建模与材料参数设置：根据结构参数在comsol中建立设备线夹的几何模型，并根据材料参数，在comsol中设置线夹的杨氏模量为110gpa，泊松比为0.35，密度为8970kg/m3，恒压热容为385j/(kg
·
k)，相对介电常数为1，导热系数为400w/(m
·
k)，相对磁导率为1，热膨胀系数为17/k，参考电阻率为1.72e-8q·
m.
[0067]
(2)在comsol几何模型中进行物理场设置、网格剖分及求解计算。根据上一步建立的线夹的几何模型，在comsol中添加电流物理场、固体传热物理场、表面对表面辐射物理场，实现电流-固体传热-辐射传热耦合计算。
[0068]
(3)设置设备线夹的初始温度为t。
[0069]
(4)在电流物理场中，选中电流输入截面，设定其边界条件为电势，电势大小为电流i与室温下设备线夹电阻r的乘积；选中电流流出截面，设定其边界条件为接地。设备线夹上个点电阻率随温度变化的规律满足上述电阻率温度规律方程。
[0070]
(5)在固体传热物理场中，选中电流流入及流出截面，设定其边界条件为热绝缘；选中其他表面，设定边界条件为热通量。固体中热量传递满足上述固体热量传递方程。
[0071]
(6)在表面对表面辐射物理场中，选中线夹所有表面，设定其边界条件为漫反射表面。根据太阳的实际方位，设置外部辐射源，辐照度为s。
[0072]
(7)在多物理场中，添加电磁热计算，耦合接口中电磁选择“电流”，传热选择“固体传热”。在多物理场中，添加表面对表面辐射传热，耦合接口中，传热选择“固体传热”，表面对表面辐射中选择“表面对表面辐射”。
[0073]
(8)在网格设置中，选择自由四面体网格对线夹几何模型进行网格划分。在网格单元尺寸设定中，将网格单元尺寸校准为普通物理学。
[0074]
(9)设定求解器为稳态过程，并开始计算。
[0075]
(10)计算完成后，通过后处理显示线夹整体的温度云图，并显示线夹表面最大的温度，记录最大温度，完成仿真。
[0076]
步骤s104，基于所述线夹温度分布数据，对待测导线设备线夹进行发热监测，得到所述待测导线设备线夹的最大温度。
[0077]
在本步骤中，每个线夹温度分布数据对应一个发热影响参数组合，所以基于待测导线设备线夹的实际电流、环境温度和太阳辐照度，查询与其对应的线夹温度分布数据，从而将该线夹温度分布数据的最大温度作为待测导线设备线夹的最大温度。
[0078]
在一些实施例中，所述步骤s104，包括：
[0079]
建立所述线夹温度分布数据与各个所述发热影响参数组合之间的映射关系表；
[0080]
利用所述映射关系表，根据所述待测导线设备线夹对应的实际电流数据、实际环境温度数据和实际太阳辐照度数据，对所述待测导线设备线夹进行发热监测，得到所述待测导线设备的目标线夹温度分布数据；
[0081]
基于所述目标线夹温度分布数据，确定所述待测导线设备线夹的最大温度。
[0082]
在本实施例中，为便于后续应用，建立线夹温度分布数据与发热影响参数组合之间的映射关系表，从而实现后续应用的快速监测，提高监测效率。
[0083]
为了执行上述方法实施例对应的导线设备线夹的发热监测方法，以实现相应的功能和技术效果。参见图3，图3示出了本技术实施例提供的一种导线设备线夹的发热监测装置的结构框图。为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，本技术实施例提供的导线设备线夹的发热监测装置，包括：
[0084]
获取模块301，用于获取导线设备线夹的发热影响参数，所述发热影响参数包括经过所述导线设备线夹的电流区间、所述导线设备线夹所处环境的环境温度区间以及所述导线设备线夹所在地区的太阳辐照度区间；
[0085]
生成模块302，用于基于所述电流区间、所述环境温度区间和所述太阳辐照度区间，生成多个发热影响参数组合；
[0086]
计算模块303，用于利用导线设备线夹的发热仿真模型，计算所述导线设备线夹在各个所述发热影响参数组合作用下的线夹温度分布数据，所述发热仿真模型为多物理场耦合模型；
[0087]
监测模块304，用于基于所述线夹温度分布数据，对待测导线设备线夹进行发热监测，得到所述待测导线设备线夹的最大温度。
[0088]
在一些实施例中，所述生成模块302，用于：
[0089]
对所述电流区间、所述环境温度区间和所述太阳辐照度区间分别进行等间距划分，生成电流序列、环境温度序列和太阳辐照度序列；
[0090]
对所述电流序列中的电流数据、所述环境温度序列中的环境温度数据和所述太阳辐照度序列中的太阳辐照度数据进行随机组合，生成多个所述发热影响参数组合。
[0091]
在一些实施例中，所述计算模块303，用于：
[0092]
获取所述导线设备线夹的线夹参数，以及所述导线设备线夹所处地区的空气参数；
[0093]
利用预设稳态求解器，根据所述线夹参数、所述空气参数和所述发热影响参数组合，对所述多物理场耦合模型进行求解，得到所述导线设备线夹在各个所述发热影响参数组合作用下的线夹温度分布数据，所述多物理场耦合模型包括电流物理场、固体传热物理场和表面对表面辐射物理场。
[0094]
在一些实施例中，所述电流物理场满足电阻率温度规律方程：
[0095][0096]
其中，σ为在环境温度为t时的电阻率，ρ0为在环境温度为0℃时的电阻率，α为电阻率温度系数，t
ave
为导线设备线夹的实际表面温度。
[0097]
在一些实施例中，所述固体传热物理场满足固体热量传递方程：
[0098][0099][0100]
其中，ρ为导线设备线夹的密度，c
p
为导线设备线夹在大气压p、温度t和时间t下的固体热容，u为平移运动速度，q为热通量，k为固体导热率，q为热源。
[0101]
在一些实施例中，所述表面对表面辐射物理场的辐射对象为所述导线设备线夹的所有表面，边界条件为漫反射表面，辐射源为太阳，辐照度为所述发热影响参数组合中的太阳辐照度数据。
[0102]
在一些实施例中，所述监测模块304，用于：
[0103]
建立所述线夹温度分布数据与各个所述发热影响参数组合之间的映射关系表；
[0104]
利用所述映射关系表，根据所述待测导线设备线夹对应的实际电流数据、实际环境温度数据和实际太阳辐照度数据，对所述待测导线设备线夹进行发热监测，得到所述待测导线设备的目标线夹温度分布数据；
[0105]
基于所述目标线夹温度分布数据，确定所述待测导线设备线夹的最大温度。
[0106]
上述的导线设备线夹的发热监测装置可实施上述方法实施例的导线设备线夹的发热监测方法。上述方法实施例中的可选项也适用于本实施例，这里不再详述。本技术实施例的其余内容可参照上述方法实施例的内容，在本实施例中，不再进行赘述。
[0107]
图4为本技术一实施例提供的计算机设备的结构示意图。如图4所示，该实施例的计算机设备4包括：至少一个处理器40(图4中仅示出一个)处理器、存储器41以及存储在所述存储器41中并可在所述至少一个处理器40上运行的计算机程序42，所述处理器40执行所述计算机程序42时实现上述任意方法实施例中的步骤。
[0108]
所述计算机设备4可以是智能手机、平板电脑、桌上型计算机和云端服务器等计算设备。该计算机设备可包括但不仅限于处理器40、存储器41。本领域技术人员可以理解，图4仅仅是计算机设备4的举例，并不构成对计算机设备4的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如还可以包括输入输出设备、网络接入设备等。
[0109]
所称处理器40可以是中央处理单元(central processing unit，cpu)，该处理器40还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现成可编程门阵列(field－programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
[0110]
所述存储器41在一些实施例中可以是所述计算机设备4的内部存储单元，例如计算机设备4的硬盘或内存。所述存储器41在另一些实施例中也可以是所述计算机设备4的外部存储设备，例如所述计算机设备4上配备的插接式硬盘，智能存储卡(smart media card，smc)，安全数字(secure digital，sd)卡，闪存卡(flash card)等。进一步地，所述存储器41还可以既包括所述计算机设备4的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器41用于存储操作系统、应用程序、引导装载程序(bootloader)、数据以及其他程序等，例如所述计算机程序的程序代码等。所述存储器41还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数
据。
[0111]
另外，本技术实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任意方法实施例中的步骤。
[0112]
本技术实施例提供了一种计算机程序产品，当计算机程序产品在计算机设备上运行时，使得计算机设备执行时实现上述各个方法实施例中的步骤。
[0113]
在本技术所提供的几个实施例中，可以理解的是，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意的是，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。
[0114]
所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备执行本技术各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read－only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0115]
以上所述的具体实施例，对本技术的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本技术的具体实施例而已，并不用于限定本技术的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本技术的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。