一种基于分布式测温的肘型电缆头故障预警方法及系统

技术领域

本发明属于电力设备安全运行技术领域，尤其涉及一种基于分布式测温的肘型电缆头故障预警方法及系统。

背景技术

肘型电缆头一般应用在环网柜、开闭所、电缆分支箱等箱式设备中。随着配电网电缆化率的提高，肘型电缆头的使用量大幅增加。在配电网运行过程中发现肘型电缆头是箱式设备中最容易出现故障的地方，而肘型电缆头故障会影响配电网运行的安全性和稳定性。因此，有必要研究肘型电缆头故障预警方案，以便在故障发生前及时维护，保证配电网安全运行。

运行经验表明，电缆头发生故障的原因包括选用材料不当、施工工艺差、外力破坏、负荷过大、外部环境等，而且相关分析结果表明安装工艺不良导致局部电场畸变进而造成局部过热是故障发生的主要原因。现有测温方式主要为点式测温或线式测温，难以全方位监测肘型电缆头温度。且由于肘型电缆头运行时柜门无法打开，无法开展红外测温、超声局放等带电检测工作，长期处于无巡维状态。

因此，亟需一种基于分布式测温的肘型电缆头故障预警方法及系统，基于肘型电缆头内部发热情况对肘型电缆头故障进行预警。

发明内容

本发明提供一种基于分布式测温的肘型电缆头故障预警方法及系统，用于至少解决上述技术问题之一。

第一方面，本发明提供一种基于分布式测温的肘型电缆头故障预警方法，包括：依据敷设在肘型电缆头表面的测温光纤，实时获取肘型电缆头各个位置的表面温度；对所述肘型电缆头进行划分区域，并基于各个区域分别建立区域热路模型，其中，所述各个区域至少为单层结构，所述区域热路模型中包含区域模型参数；分别建立某一区域的各层的层级模型参数随所述某一区域的表面温度变化的关系，其中，所述层级模型参数包括热阻、热容和损耗；基于对各层的层级模型参数进行数据拟合，使得到某一区域的区域模型参数随所述某一区域的表面温度变化的关系；基于所述某一区域的区域模型参数随所述某一区域的表面温度变化的关系，将肘型电缆头某一位置的表面温度输入至与所述肘型电缆头某一位置相对应的区域热路模型中，使得到肘型电缆头某一位置的内部温度。

第二方面，本发明提供一种基于分布式测温的肘型电缆头故障预警系统，包括：获取模块，配置为依据敷设在肘型电缆头表面的测温光纤，实时获取肘型电缆头各个位置的表面温度；建立模块，配置为对所述肘型电缆头进行划分区域，并基于各个区域分别建立区域热路模型，其中，所述各个区域至少为单层结构，所述区域热路模型中包含区域模型参数；关联模块，配置为分别建立某一区域的各层的层级模型参数随所述某一区域的表面温度变化的关系，其中，所述层级模型参数包括热阻、热容和损耗；拟合模块，配置为基于对各层的层级模型参数进行数据拟合，使得到某一区域的区域模型参数随所述某一区域的表面温度变化的关系；输出模块，配置为基于所述某一区域的区域模型参数随所述某一区域的表面温度变化的关系，将肘型电缆头某一位置的表面温度输入至与所述肘型电缆头某一位置相对应的区域热路模型中，使得到肘型电缆头某一位置的内部温度。

第三方面，提供一种电子设备，其包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本发明任一实施例的肘型电缆头故障预警方法的步骤。

第四方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非易失性计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，使所述计算机执行本发明任一实施例的肘型电缆头故障预警方法的步骤。

本申请的一种基于分布式测温的肘型电缆头故障预警方法及系统，通过在肘型电缆头表面敷设测温光纤，能够得到电缆头表面在不同位置的实时温度值，从而实现实时对肘型电缆头进行故障预警，而且对肘型电缆头进行分区域建立热路模型，并且拟合各个区域中的各层的层级模型参数，从而建立各个区域的区域模型参数随相对应区域的表面温度变化的关系，有效地提高了计算得出的内部导体各位置温度的准确度，进而提升对肘型电缆头故障预警的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例提供的一种基于分布式测温的肘型电缆头故障预警方法的流程图；

图2为本发明一实施例提供的一个具体实施例肘型电缆头的结构示意图；

图3为本发明一实施例提供一个具体实施例的一种基于分布式测温的肘型电缆头故障预警方法的流程图；

图4为本发明一实施例提供的一种基于分布式测温的肘型电缆头故障预警系统的结构框图；

图5是本发明一实施例提供的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，其示出了本申请的一种基于分布式测温的肘型电缆头故障预警方法的流程图。

如图1所示，在S101中，依据敷设在肘型电缆头表面的测温光纤，实时获取肘型电缆头各个位置的表面温度。

在本实施例中，通过在肘型电缆头表面敷设光纤，利用光时域反射原理和拉曼散射效应，获得肘型电缆头表面各位置的温度，分布式光纤测温系统（DTS）主机设置一定的采样时间间隔，将测得的环境温度和表面温度等参数通过WiFi模块上传到云端服务器。

在S102中，对肘型电缆头进行划分区域，并基于各个区域分别建立区域热路模型，其中，各个区域至少为单层结构，区域热路模型中包含区域模型参数。

在本实施例中，采用对肘型电缆头进行划分区域，并基于各个区域分别建立区域热路模型，其中，各个区域至少为单层结构，区域热路模型中包含区域模型参数，区域模型参数包括热阻、热容和损耗。例如，对肘型电缆头基于内部结构尽可能一致的原则进行划分3个区域，每个区域中可以包含绝缘层、半导电层和/或外屏蔽层。

在S103中，分别建立某一区域的各层的层级模型参数随某一区域的表面温度变化的关系，其中，层级模型参数包括热阻、热容和损耗。

在本实施例中，实时获取环境温度、某一区域的表面温度和某一区域中某一层结构的内部温度，并输入至与某一区域对应的区域热路模型，使得到某一区域的各层的层级模型参数，其中，层级模型参数包括热阻、热容和损耗，并基于获取的某一区域的表面温度和计算得到的某一区域的各层的层级模型参数，建立某一区域的各层的层级模型参数随某一区域的表面温度变化的关系。

在S104中，基于对某一区域的各层的层级模型参数进行数据拟合，使得到某一区域的区域模型参数随某一区域的表面温度变化的关系。

在本实施例中，基于对各层的层级模型参数进行数据拟合，使得到某一区域的区域模型参数随某一区域的表面温度变化的关系，从而能够在不同温度下对区域热路模型中的区域模型参数进行选择，实现提高区域热路模型计算精度的目的。

在S105中，基于某一区域的区域模型参数随某一区域的表面温度变化的关系，将肘型电缆头某一位置的表面温度输入至与肘型电缆头某一位置相对应的区域热路模型中，使得到肘型电缆头某一位置的内部温度。

在本实施例中，基于某一区域的区域模型参数随某一区域的表面温度变化的关系，将肘型电缆头某一位置的表面温度输入至与肘型电缆头某一位置相对应的区域热路模型中，使得到肘型电缆头某一位置的内部温度。

综上描述，对肘型电缆头进行分区域建立热路模型，并且基于各个区域中的各层的层级模型参数拟合出区域模型参数，从而建立各个区域的区域模型参数随相对应区域的表面温度变化的关系，使得能够在不同温度下对区域热路模型中的区域模型参数进行选择，有效地提高了计算得出的内部导体各位置温度的准确度，进而提升对肘型电缆头故障预警的效果。

在一个具体的实施例中，对肘型电缆头进行划分的区域，如图2所示。

由于肘型电缆头结构特殊，基于某一区域内部结构尽可能一致的原则，建立热路模型时分区域建立。将肘型电缆头分为3个区域。

区域1为电缆插入口部分，包含绝缘层和外屏蔽层；

区域2包含内半导电层、绝缘层和外屏蔽层；

区域3包含绝缘层和外屏蔽层。

请参阅图3，其示出了本申请的一个具体实施例的一种基于分布式测温的肘型电缆头故障预警方法的流程图。

如图3所示，首先，在肘型电缆头表面敷设光纤，利用光时域反射原理和拉曼散射效应，获得肘型电缆头表面各位置的温度，并通过区域热路模型，生成相对于位置的内部温度。其次，进行不同典型工况下（通不同电流）肘型电缆头运行试验，在云端服务器上得到温度变化数值，建立肘型电缆头温度数据库，不同肘型电缆头的工艺水平差异也会导致电缆头温升不同，对不同批次的肘型电缆头分别进行试验，对温度结果求平均值，完善温度数据库，并对温度数据库进行整合分析，建立运维数据库。运维数据库包含内部导体不同位置温度合理变化区间和预警值，以及内部导体异常温度与故障工况的对应关系。接着，基于运维数据库判断肘型电缆头各位置的实时温度数据是否大于预警温度。若肘型电缆头各位置的实时温度数据大于预警温度，基于内部导体异常温度与故障工况的对应关系，分析潜在故障类别。再接着，通知运维人员进行测试和维护，并通过预警系统管理人员将实际运行状态更新至运维数据库。

具体地，运维数据库中内部导通温度预警值与各个工况的关系如下表：

运维数据库中内部导通温度值与各个工况的关系如下表：

当内部导体温度超出预警值时，如位置3实时温度过高，其余位置温度正常，则可以直接判断出其可能或者将要发生故障1，为运维人员提供参考。

请参阅图4，其示出了本申请的一种基于分布式测温的肘型电缆头故障预警系统的结构框图。

如图4所示，肘型电缆头故障预警系统200，包括获取模块210、建立模块220、关联模块230、拟合模块240以及输出模块250。

其中，获取模块210，配置为依据敷设在肘型电缆头表面的测温光纤，实时获取肘型电缆头各个位置的表面温度；建立模块220，配置为对肘型电缆头进行划分区域，并基于各个区域分别建立区域热路模型，其中，各个区域至少为单层结构，区域热路模型中包含区域模型参数；关联模块230，配置为分别建立某一区域的各层的层级模型参数随某一区域的表面温度变化的关系，其中，层级模型参数包括热阻、热容和损耗；拟合模块240，配置为基于对各层的层级模型参数进行数据拟合，使得到某一区域的区域模型参数随某一区域的表面温度变化的关系；输出模块250，配置为基于某一区域的区域模型参数随某一区域的表面温度变化的关系，将肘型电缆头某一位置的表面温度输入至与肘型电缆头某一位置相对应的区域热路模型中，使得到肘型电缆头某一位置的内部温度。

应当理解，图4中记载的诸模块与参考图1中描述的方法中的各个步骤相对应。由此，上文针对方法描述的操作和特征以及相应的技术效果同样适用于图4中的诸模块，在此不再赘述。

在另一些实施例中，本发明实施例还提供了一种非易失性计算机存储介质，计算机存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令可执行上述任意方法实施例中的基于分布式测温的肘型电缆头故障预警方法；

作为一种实施方式，本发明的非易失性计算机存储介质存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令设置为：

依据敷设在肘型电缆头表面的测温光纤，实时获取肘型电缆头各个位置的表面温度；

对肘型电缆头进行划分区域，并基于各个区域分别建立区域热路模型，其中，各个区域至少为单层结构，区域热路模型中包含区域模型参数；

分别建立某一区域的各层的层级模型参数随某一区域的表面温度变化的关系，其中，层级模型参数包括热阻、热容和损耗；

基于对各层的层级模型参数进行数据拟合，使得到某一区域的区域模型参数随某一区域的表面温度变化的关系；

基于某一区域的区域模型参数随某一区域的表面温度变化的关系，将肘型电缆头某一位置的表面温度输入至与肘型电缆头某一位置相对应的区域热路模型中，使得到肘型电缆头某一位置的内部温度。

非易失性计算机可读存储介质可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据基于分布式测温的肘型电缆头故障预警装置的使用所创建的数据等。此外，非易失性计算机可读存储介质可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，非易失性计算机可读存储介质可选包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至基于分布式测温的肘型电缆头故障预警装置。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

本发明实施例还提供一种计算机程序产品，计算机程序产品包括存储在非易失性计算机可读存储介质上的计算机程序，计算机程序包括程序指令，当程序指令被计算机执行时，使计算机执行上述任一项基于分布式测温的肘型电缆头故障预警方法。

图5是本发明实施例提供的电子设备的结构示意图，如图5所示，该设备包括：一个或多个处理器310以及存储器320，图5中以一个处理器310为例。电子设备还可以包括：输入装置330和输出装置340。处理器310、存储器320、输入装置330和输出装置340可以通过总线或者其他方式连接，图5中以通过总线连接为例。存储器320为上述的非易失性计算机可读存储介质。处理器310通过运行存储在存储器320中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行服务器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例基于分布式测温的肘型电缆头故障预警方法。输入装置330可接收输入的数字或字符信息，以及产生与基于分布式测温的肘型电缆头故障预警装置的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置340可包括显示屏等显示设备。

上述产品可执行本发明实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明实施例所提供的方法。

作为一种实施方式，上述电子设备应用于基于分布式测温的肘型电缆头故障预警装置中，用于客户端，包括：至少一个处理器；以及，与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够：

依据敷设在肘型电缆头表面的测温光纤，实时获取肘型电缆头各个位置的表面温度；

对肘型电缆头进行划分区域，并基于各个区域分别建立区域热路模型，其中，各个区域至少为单层结构，区域热路模型中包含区域模型参数；

分别建立某一区域的各层的层级模型参数随某一区域的表面温度变化的关系，其中，层级模型参数包括热阻、热容和损耗；

基于对各层的层级模型参数进行数据拟合，使得到某一区域的区域模型参数随某一区域的表面温度变化的关系；

基于某一区域的区域模型参数随某一区域的表面温度变化的关系，将肘型电缆头某一位置的表面温度输入至与肘型电缆头某一位置相对应的区域热路模型中，使得到肘型电缆头某一位置的内部温度。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。