一种电缆热点温度检测方法、系统和设备与流程

本发明涉及电缆温度检测，尤其涉及一种电缆热点温度检测方法、系统和设备。

背景技术：

1、随着社会经济和电力行业的发展，城市配电网的地下电缆系统已经成为电网改造工程中的重要部分，因此，电力电缆温升的准确计算和及时预警对于电力系统的安全运行有着重要的意义。

2、相较于电缆本体，电缆接头结构复杂、现场安装工艺欠妥、接触电阻的存在导致其发生过热故障的可能性增大，这在一定程度上影响电缆的正常运行。不同的电缆有不同的敷设条件，不同的敷设条件下电缆最外层的环境条件不同、散热条件不同，这对电缆本体及接头的温度产生较大的影响。三芯电缆常用于三相交流电网中的低压配电线路和中性点接地的三相四线制系统，在城市配电网中应用广泛。相比于其他敷设条件，三芯电缆直埋敷设的优点为：敷设方便，节省材料和人工。但是由于土壤，电缆更不容易散热，长期工作在较高温的环境下会加速电缆接头的绝缘老化，影响其正常运行。因此有必要对三芯电缆接头温度场分布进行准确计算，把握其温度发展规律，做到温升过高及时预警，避免出现过热故障甚至火灾等安全事故。

3、专利申请cn107798188a公开了一种两根隧道电缆稳态温升快速获取方法，包括以下步骤：1)构建两根隧道电缆线芯温升计算模型；2)采用两根隧道电缆物理模型分别在含辐射散热与无辐射散热的工况下，进行参数估计获取两根电缆线芯温升计算模型中各常数参数以及热辐射系数的值；3)根据确定参数后的两根隧道电缆线芯温升计算模型获取隧道每根电缆线芯温升。但是该方案存在以下问题：

4、1)需要构建复杂的电缆线芯温升计算模型，这可能需要大量的先验知识和参数调整，增加了实施难度和成本；

5、2)对于电缆线芯温升的计算可能需要较长的时间，无法实现即时获取温升数据，特别是在故障诊断等需要快速响应的场景下存在局限性；

6、3)对于复杂的电缆结构和工况，固定模型的适用性可能受到限制，难以满足多样化的实际需求。

7、专利申请cn108801501a公开了一种基于温度场梯度和热功率传导模型的电缆芯温度测量方法，包含如下步骤：s1：在电缆的外表面设置一层隔热层,并在隔热层设置温度传感器tr和tw；s2：将隔热层外表面的厚度为dw的介质内外表面的热功率记为p0和p1；s3：将隔热层内表面的厚度为dr的介质内外表面的热功率记为p2和p3；s4：根据步骤s2和s3分别将电缆芯径向各层介质层的内外表面的热功率记为p4、p5……、pn；s5：结合热损耗建立电缆内部的温度场梯度等效网络；s6：通过温度传感器tr和tw测量隔热层内外表面的温度，根据温度场梯度等效网络计算电缆芯的温度。但是该方案存在以下问题：

8、1)需要在电缆的外表面设置隔热层并安装温度传感器，这些操作可能增加了安装和维护的成本，也可能受到实际操作环境的限制；

9、2)在建立电缆内部的温度场梯度等效网络时，可能需要考虑复杂的介质结构和热传导模型，这可能导致模型的复杂性和不确定性，影响测量精度和稳定性。

10、因此，针对现有的电缆温度检测模型在建模时需要考虑复杂的介质结构和热传导模型，无法适应复杂的电缆结构、测量环境和工况，且无法有效处理高维度数据和复杂的特征交互关系，进而导致模型存在检测精度和稳定性不足的问题。

技术实现思路

1、本发明提供了一种电缆热点温度检测方法、系统和设备，解决了现有的电缆温度检测模型在建模时需要考虑复杂的介质结构和热传导模型，无法适应复杂的电缆结构、测量环境和工况，且无法有效处理高维度数据和复杂的特征交互关系，进而导致模型存在检测精度和稳定性不足的技术问题。

2、本发明第一方面提供的一种电缆热点温度检测方法，包括：

3、获取多个训练表面温度数据，对多个所述训练表面温度数据进行数据预处理，生成温度特征集；

4、采用所述温度特征集输入预设初始热点温度检测模型进行训练，生成目标热点温度检测模型；

5、当接收到待测表面温度数据时，对所述待测表面温度数据进行所述数据预处理，并通过所述目标热点温度检测模型输出目标温度分布数据；

6、采用所述目标温度分布数据输入预设热点指示函数，确定待测电缆对应的目标热点。

7、可选地，所述获取多个训练表面温度数据，对多个所述训练表面温度数据进行数据预处理，生成温度特征集的步骤，包括：

8、采用多个温度传感器获取的训练表面温度数据，对多个所述训练表面温度数据进行预处理，确定各所述温度传感器对应的校正系数；

9、采用各所述校正系数对各所述训练表面温度数据进行校正，生成多个校正表面温度数据；

10、对各所述校正表面温度数据进行特征提取，生成温度特征集。

11、可选地，所述采用多个温度传感器获取的训练表面温度数据，对多个所述训练表面温度数据进行预处理，确定各所述温度传感器对应的校正系数的步骤，包括：

12、基于预设采样周期，采用多个温度传感器分别对训练电缆上的各采样点进行数据采集，生成各所述采样点对应的多个训练表面温度数据；

13、对所述多个训练表面温度数据进行数据清洗，得到对应的多个清洗数据；

14、对所述多个清洗数据按照采集时间进行排序，得到多个更新清洗数据；

15、基于预设均值运算策略，从所述多个更新清洗数据中选取预设数量的更新清洗数据进行均值运算，生成各所述采样点关联的采样平均值；

16、采用各所述采样平均值对各所述采样点进行平滑处理，得到各所述采样点关联的矫正采样数据；

17、采用各采样周期内的所有所述矫正采样数据进行均值运算，得到各所述采样周期对应的周期平均数据；

18、采用各所述矫正采样数据与关联的所述周期平均数据进行差值运算，得到对应的多个采样时刻误差值；

19、采用各所述采样时刻误差值进行均值运算，生成各所述温度传感器对应的校正系数。

20、可选地，所述温度特征集包括训练特征集和测试特征集，所述对各所述校正表面温度数据进行特征提取，生成温度特征集的步骤，包括：

21、对各所述校正表面温度数据进行特征提取，得到多个对应的温度特征，其中，所述温度特征包括热传导速率、热容量和热阻；

22、按照预设比例对全部所述温度特征进行划分，得到所述训练特征集和所述测试特征集；

23、将所述训练特征集和所述测试特征集作为温度特征集。

24、可选地，所述采用所述温度特征集输入预设初始热点温度检测模型进行训练，生成目标热点温度检测模型的步骤，包括：

25、采用所述训练特征集输入预设初始热点温度检测模型进行训练，输出训练分布温度数据，其中，所述预设初始热点温度检测模型为xgboost梯度提升树模型；

26、根据所述训练分布温度数据计算所述训练特征集的训练损失函数值；

27、所述训练损失函数值的表达式具体为：

28、

29、

30、

31、

32、式中，表示训练损失函数值，表示损失函数，n表示训练特征集总数，fk(xi)表示第k个决策树对第i个训练特征集xi的预测贡献值，k表示决策树的总数，其中，k＝1，2，...，k，ω(fk)表示正则化项，fk表示第k个决策树的预测输出，gi表示损失函数对模型预测值的一阶导数，yi表示第i个目标值，表示第i个模型预测值，表示在第t-1轮迭代后的模型预测值，hi表示损失函数对模型预测值的二阶导数，t表示迭代轮数；

33、当所述训练损失函数值大于或等于预设标准损失函数值时，采用网格搜索法或随机搜索法调整所述预设初始热点温度检测模型的网络参数，直至所述训练损失函数值小于所述预设标准损失函数值；

34、当所述训练损失函数值小于所述预设标准损失函数值，则生成目标热点温度检测模型；

35、所述目标热点温度检测模型的目标函数具体为：

36、f(x)＝wq(x)

37、式中，f(x)表示目标函数，w表示叶节点的权重，q(x)表示待测表面温度数据。

38、可选地，还包括：

39、采用所述测试特征集对所述目标热点温度检测模型进行模型评估，根据测试结果生成对应的评估指标；

40、当所述评估指标满足预设标准指标条件，则停止训练，生成所述目标热点温度检测模型；

41、当所述评估指标未满足所述预设标准指标条件，则通过交叉验证法更新所述测试特征集，并跳转所述采用所述测试特征集对所述目标热点温度检测模型进行模型评估，根据测试结果生成对应的评估指标的步骤，直至所述评估指标满足所述预设标准指标条件。

42、可选地，所述当接收到待测表面温度数据时，对所述待测表面温度数据进行所述数据预处理，并通过所述目标热点温度检测模型输出目标温度分布数据的步骤，包括：

43、当接收到待测电缆关联的待测表面温度数据时，对所述待测表面温度数据进行所述数据预处理，生成对应的目标温度特征；

44、采用所述目标温度特征输入所述目标热点温度检测模型，输出对应的目标温度分布数据；

45、其中，所述目标温度分布数据为所述待测电缆的采样点内部的温度分布数据。

46、可选地，所述采用所述目标温度分布数据输入预设热点指示函数，确定待测电缆对应的目标热点的步骤，包括：

47、采用所述目标温度分布数据输入预设热点指示函数，输出待测电缆的各采样点关联的指示值；

48、当所述指示值为第一指示值，则确定所述指示值关联的所述采样点为正常温度点；

49、当所述指示值为第二指示值，则确定所述指示值关联的所述采样点为目标热点。

50、本发明第二方面提供的一种电缆热点温度检测系统，包括：

51、温度特征集接收模块，用于获取多个训练表面温度数据，对多个所述训练表面温度数据进行数据预处理，生成温度特征集；

52、训练模块，用于采用所述温度特征集输入预设初始热点温度检测模型进行训练，生成目标热点温度检测模型；

53、目标温度分布数据模块，用于当接收到待测表面温度数据时，对所述待测表面温度数据进行所述数据预处理，并通过所述目标热点温度检测模型输出目标温度分布数据；

54、目标热点模块，用于采用所述目标温度分布数据输入预设热点指示函数，确定待测电缆对应的目标热点。

55、本发明第三方面提供的一种电子设备，包括存储器及处理器，所述存储器中储存有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如上述任一项所述的电缆热点温度检测方法的步骤。

56、从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

57、获取多个训练表面温度数据，对多个训练表面温度数据进行数据预处理，生成温度特征集，采用温度特征集输入预设初始热点温度检测模型进行训练，生成目标热点温度检测模型，当接收到待测表面温度数据时，对待测表面温度数据进行数据预处理，并通过目标热点温度检测模型输出目标温度分布数据，采用目标温度分布数据输入预设热点指示函数，确定待测电缆对应的目标热点；解决了现有的电缆温度检测模型在建模时需要考虑复杂的介质结构和热传导模型，无法适应复杂的电缆结构、测量环境和工况，且无法有效处理高维度数据和复杂的特征交互关系，进而导致模型存在检测精度和稳定性不足的技术问题。