全光纤无源带电体温度监测方法及装置
阅读说明：本技术 全光纤无源带电体温度监测方法及装置 (All-fiber passive charged body temperature monitoring method and device ) 是由 王晗 张茹 张梦营 于 2021-09-22 设计创作，主要内容包括：本申请公开了一种全光纤无源带电体温度监测方法及装置。该方法可以包括：确定全光纤无源带电体的触头位置与多个监测点位置；确定多个接触电阻,分别确定每一个接触电阻的参量；将每一个接触电阻连接全光纤无源带电体,通电后测量触头位置与多个监测点位置的温度；建立触头位置与多个监测点位置的温度的拟合关系,通过拟合关系计算触头位置的温度。本发明能够实时监测带电体温度数据,可有效避免人工巡检带来的效率低,漏检,信息孤岛等缺点,实现带电体温度监测一体化,信息化建设。(The application discloses a method and a device for monitoring the temperature of an all-fiber passive charged body. The method can comprise the following steps: determining the contact position and a plurality of monitoring point positions of an all-fiber passive charged body; determining a plurality of contact resistances, and respectively determining parameters of each contact resistance; connecting each contact resistor with an all-fiber passive charged body, and measuring the temperature of the contact position and the positions of a plurality of monitoring points after electrifying; and establishing a fitting relation between the contact position and the temperatures of the plurality of monitoring point positions, and calculating the temperature of the contact position through the fitting relation. The invention can monitor the temperature data of the charged body in real time, can effectively avoid the defects of low efficiency, missing detection, information island and the like caused by manual inspection, and realizes the integration and information construction of the temperature monitoring of the charged body.)
技术领域
本发明涉及高压开关设备温度在线监测技术领域，更具体地，涉及一种全光纤无源带电体温度监测方法及装置。
背景技术
近年来随着科技的飞速发展，人们对电力的需求越来越多大，导致电力负荷急增。在电厂的运行过程中，有些电气设备的触头接触部位会出现表面氧化，触头松动等现象，这些都会导致触头接触不良，接触电阻增大，进而造成载流故障的发生，出现触头温度过高甚至其烧毁，造成停电等危害；有些设备因其本身的构造及工作过程中的摩擦旋转导致温度升高，过高的温度会引起设备的老化，严重时会引发火灾，危机人们的生命财产安全，造成重大损失。而这样的事故每年都有发生。因此实时在线监测重要电气设备的温度，以采取相应的解决措施，保证电厂的安全运行尤为重要。
高压开关柜是变电站的重要开关设备，在发电、输配电以及电力转换的过程中起到关键的控制作用。封闭式的高压开关柜内部散热性能差，容易造成柜内电力设备异常温升，严重时会造成火灾。高压开关柜内部电气元件种类丰富，空间结构复杂，主要电气元件有外壳和隔板、母线及套管、电流互感器、电缆、断路器动静触头、接地开关及其他二次设备。高压开关柜的发热问题可以从两个方面考虑，即发热问题和传热问题。在发热分析中，热源主要有载流导体和电接触的焦耳损耗、磁导体内的涡流和磁滞损耗、电绝缘材料中的介质损耗、柜外设备及自然环境中产生的热能。在传热方面，针对高压开关柜实际情况，主要分为热传导、热对流和热辐射三种类型的传递。
需监测的电气设备主要有：(1)断路器触头、刀闸触头。断路器是是指能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流并能在规定的时间内关合、承载和开断异常回路条件下的电流的开关装置。刀闸的主要作用是隔离电源。断路器和刀闸中电流触头的接触部位会因老化或接触不可靠而导致接触电阻过大，从而引起触头发热，过热会引起金属材料机械强度下降，绝缘材料老化，并可能导致其在高压下击穿，严重时甚至可能造成触头因高温熔化而发生爆炸。(2)变压器的铁芯和绕组；发电机的定、转子铁芯和绕组。变压器的温升既影响带负荷能力又影响使用年限，还会增加电力系统的损耗，如果散热不良还会危及设备的正常运行，甚至会造成故障。(3)封闭母线系统。母线接头温度升高是母线主要故障之一。(4)电缆夹层。电缆夹层是指供敷设进入控制室和(或)电子设备间内仪表、控制装置、盘、台、柜电缆的结构层。电缆夹层是发电厂、变电所电缆最密集的地方之一。电缆表面覆盖的绝缘材料和填充物大多是易燃物，很容易燃烧，尤其是当电缆出现短路，或者遇到高温状况时，电缆表面的绝缘材料燃点较低，现在电缆表面覆盖大多是聚氯乙烯材料，遇高温很容易燃烧。(5)变频器。变频器根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。变频器上的温度监视，显示的都是变压器温度，控制屏幕上可以看到模块温度，当模块超温时，其报警画面会有显示。(6)配电室。配电室内有众多设备，如断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器等众多电气设备。而大部分设备所在的开关柜是个相对密闭的空间，热量会在内部不断积聚，若无法及时把热量排出，会导致柜内电气设备温度过高。过高的温度会加速元件绝缘的老化，甚至可能引发火灾。(7)蓄电池。蓄电池是变电站直流系统的备用电源，蓄电池室的温度最好保持在25℃左右。
目前具有在线监测电力设备温度的方案较少，包括：基于温度传感器并使用ZigBee无线模块进行监测，但是，目前常用的的温度传感器为热敏电阻传感器和热电偶传感器，热敏电阻传感器线性度极差，难以给出标准化和热敏电阻曲线，而且小尺寸也使它对自然误差比较敏感，如果其暴露在高热中将导致永远损坏。热电偶传感器灵敏度比较低，容易受到干扰信号的影响，也容易受到前置放大器温度漂移的影响。ZigBee技术的出现加快了物联网的发展，但是ZigBee无线模块存在很大的缺点：(1)ZigBee PNA中分配给节点的网络地址可以改变，甚至在某些条件下会重名，因此不能确保将数据发送到正确的设备中，尤其在强电磁干扰环境中。(2)固定工作信道，ZigBee网络使用的2.4G HZ频度，其他许多设备也使用(例如蜂窝电话、微波等)，当ZigBee的初始能量扫描完成后，如果其所选的初始信道变坏，将无法重置新的网络。(3)容量限制，ZigBee使用的闪存较小，对于一些高级应用而言很难满足它们的功能要求。所以该系统在监测电力设备温度时具有很大的不稳定性，另外需要放置多个传感器，当监测点数目较多时，会增大组网的困难，使用上非常不方便，而且在电磁干扰环境下测量误差增大。
因此，有必要开发一种全光纤无源带电体温度监测方法及装置。
公开于本发明
背景技术
部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术
的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明提出了一种全光纤无源带电体温度监测方法及装置，其能够实时监测带电体温度数据，可有效避免人工巡检带来的效率低，漏检，信息孤岛等缺点，实现带电体温度监测一体化，信息化建设。
第一方面，本公开实施例提供了一种全光纤无源带电体温度监测方法，包括：
确定全光纤无源带电体的触头位置与多个监测点位置；
确定多个接触电阻，分别确定每一个接触电阻的参量；
将每一个接触电阻连接所述全光纤无源带电体，通电后测量触头位置与多个监测点位置的光信号；
将触头位置与多个监测点位置的光信号转换为电信号，进而确定触头位置与多个监测点位置的温度；
建立触头位置与多个监测点位置的温度的拟合关系，通过所述拟合关系计算触头位置的温度。
优选地，接触电阻的参量为：
其中，n为接触面的单位法向量；J1、J2为电流密度矢量；V1、V2为接触面两侧的电压；hc为收缩电导率；σasp、masp分别为表面粗糙平均高度、斜率；p为接触应力；Hc为物体的表面微硬度。
优选地，采用最小二乘法建立触头位置与多个监测点位置的温度的拟合关系。
优选地，线性函数模型为：
y＝Ax+b (2)。
优选地，利用最小二乘法建立触头位置与多个监测点位置的温度的拟合关系为：
优选地，样本误差为：
e＝Y-Ax-b (4)。
优选地，拟合关系的标准为使所述样本误差达到最小。
作为本公开实施例的一种具体实现方式，本公开实施例还提供了一种全光纤无源带电体温度监测装置，包括：
确定模块，确定全光纤无源带电体的触头位置与多个监测点位置；
接触电阻计算模块，确定多个接触电阻，分别确定每一个接触电阻的参量；
光测量模块，将每一个接触电阻连接所述全光纤无源带电体，通电后测量触头位置与多个监测点位置的光信号；
处理模块，将触头位置与多个监测点位置的光信号转换为电信号，进而确定触头位置与多个监测点位置的温度；
计算模块，建立触头位置与多个监测点位置的温度的拟合关系，通过所述拟合关系计算触头位置的温度。
优选地，所述光测量模块包括：
光纤光栅传感器，测量触头位置与多个监测点位置的光信号。
优选地，所述处理模块包括：
光学分析单元，包括光源与F-P滤波器组成的激光光源以及对应的光电转换模块，将触头位置与多个监测点位置的光信号转换为电信号；
温度计算单元，通过电信号确定触头位置与多个监测点位置的温度。
优选地，接触电阻的参量为：
其中，n为接触面的单位法向量；J1、J2为电流密度矢量；V1、V2为接触面两侧的电压；hc为收缩电导率；σasp、masp分别为表面粗糙平均高度、斜率；p为接触应力；Hc为物体的表面微硬度。
优选地，采用最小二乘法建立触头位置与多个监测点位置的温度的拟合关系。
优选地，线性函数模型为：
y＝Ax+b (2)。
优选地，利用最小二乘法建立触头位置与多个监测点位置的温度的拟合关系为：
优选地，样本误差为：
e＝Y-Ax-b (4)。
优选地，拟合关系的标准为使所述样本误差达到最小。
其有益效果在于：
1、全光纤无源带电体温度在线监测采用光作为传感信号，具有本质安全，不受电磁干扰，精度高等优点，能够满足带电体，尤其是高压带电体的温度监测需求。
2、全光纤无源带电体温度在线监测能够实时监测带电体温度数据，可有效避免人工巡检带来的效率低、漏检、信息孤岛等缺点，实现带电体温度监测一体化，信息化建设。
本发明的方法和装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的
具体实施方式
中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了根据本发明的一个实施例的全光纤无源带电体的触头位置与监测点位置的示意图。
图2a和图2b分别示出了根据本发明的一个实施例的不考虑接触电阻时额定电流1250A通过时与临近危险电流2500A通过时的温度分布示意图。
图3a和图3b分别示出了根据本发明的一个实施例的考虑正常接触电阻时额定电流1250A通过时与临近危险电流2500A通过时的温度分布示意图。
图4示出了根据本发明的一个实施例的额定电流1250A通过时的各位置的变化趋势的示意图。
图5示出了根据本发明的一个实施例的临近危险电流2500A通过时的各位置变化趋势的示意图。
图6示出了根据本发明的一个实施例的当额定电流1250A通过时，监测点1与触头位置的拟合关系的示意图。
图7示出了根据本发明的一个实施例的当额定电流1250A通过时，监测点2与触头位置的拟合关系的示意图。
图8示出了根据本发明的一个实施例的当临近危险电流2500A通过时，监测点1与触头位置的拟合关系的示意图。
图9示出了根据本发明的一个实施例的当临近危险电流2500A通过时，监测点2与触头位置的拟合关系的示意图。
图10示出了根据本发明的一个实施例的全光纤无源带电体温度监测方法的步骤的流程图。
图11示出了根据本发明的一个实施例的一种全光纤无源带电体温度监测装置的框图。
附图标记说明：
201、确定模块；202、接触电阻计算模块；203、光测量模块；204、处理模块；205、计算模块。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。
本发明提供一种全光纤无源带电体温度监测方法，包括：
确定全光纤无源带电体的触头位置与多个监测点位置；
确定多个接触电阻，分别确定每一个接触电阻的参量；
将每一个接触电阻连接全光纤无源带电体，通电后测量触头位置与多个监测点位置的光信号；
将触头位置与多个监测点位置的光信号转换为电信号，进而确定触头位置与多个监测点位置的温度；
建立触头位置与多个监测点位置的温度的拟合关系，通过拟合关系计算触头位置的温度。
在一个示例中，接触电阻的参量为：
其中，n为接触面的单位法向量；J1、J2为电流密度矢量；V1、V2为接触面两侧的电压；hc为收缩电导率；σasp、masp分别为表面粗糙平均高度、斜率；p为接触应力；Hc为物体的表面微硬度。
在一个示例中，采用最小二乘法建立触头位置与多个监测点位置的温度的拟合关系。
在一个示例中，线性函数模型为：
y＝Ax+b (2)。
在一个示例中，利用最小二乘法建立触头位置与多个监测点位置的温度的拟合关系为：
在一个示例中，样本误差为：
e＝Y-Ax-b (4)。
在一个示例中，拟合关系的标准为使样本误差达到最小。
图1示出了根据本发明的一个实施例的全光纤无源带电体的触头位置与监测点位置的示意图。
具体地，开关柜中断路器触头的结构特殊，不能直接将光纤光栅温度传感器安装在触头位置，因此不能直接测量其温度，而是通过其他位置来间接反馈触头温度。对高压开关柜的温度场进行了数值仿真研究，得出在不同电流流过模型时，监测点温度与触头温度有相应的数学模型，其模型及监测点位置如图1所示。
电流在流经导体时会产生焦耳热，焦耳热计算公式为：
其中，Q为热源；R为接触电阻；i为流过导体的电流；t为时间。接触电阻分为导体电阻和额外电阻两部分，额外电阻是在外部作用下形成的，包括收缩电阻与膜层电阻：
Rj＝Rs+Rb (6)
其中，Rs为收缩电阻；Rb为膜层电阻；电流流经导体时，由电流线的收缩形成的电阻叫做收缩电阻。相接触的导体在运行过程中会吸附杂质、灰尘等污染物，导致导体表面发生氧化而形成表面膜层，称为膜层电阻。接触电阻的影响因素主要有接触体材料、正压力、表面状态等，计算起来相对困难，通常用经验公式计算：
其中，F为接触压力；m为与接触形式有关的系数；Kc为与接触材料、接触方式等有关的系数，通常由实验得出。COMSOL Multiphysics软件把多物理场理论融合到到电接触分析中，经过相应的变量替换与简化，推得接触电阻的参量为公式(1)。
传热有热传导、热对流和热辐射三种方式。热传导是在单个物体的内部或者是有温度差异的多个接触物体之间，为了平衡这种温度差异，能量在相邻粒子间进行传输，如晶格振动，气体分子碰撞，电子迁移等。其遵循傅里叶定律：
其中，Pcd为热传导功率；负号表示传导方向；k为物体热导率；T为物体温度。
热对流传热发生在流体内部，为了平衡温度差异而做的运动。对流分为自然对流与强迫对流，自然对流发生在物体内部，由物体自身的温度差异而引起的密度改变，导致热能传递。受迫对流是在外力影响下引起流体运动进而导致的热能传递。开关柜是封闭的，不会受到外部的影响，所以是自然对流。表达式如下：
其中，Pdl为对流散热功率；ρ为流体密度；Cp为流体的比热容；u为流体流速；为哈密顿算子。
热辐射与以上两种传递方式不同，不受外界条件的影响，是由于物体具有温度而发射电磁波产生的。只要物体的温度高于零度，都会发生热辐射，同时又吸收其他物体发射的能量。热辐射对开关柜的影响并不大，所以在仿真过程中将忽略其对温度的影响。
在长期运行过程中，高压开关柜中的触头位置易因接触电阻增大产生过热，引起相关事故。然而由于柜体结构和触头位置等因素，很难对触头位置温度进行精确实时在线监测，目前工程上主要通过对触头临近的母线测点进行实时温度监测，用以反馈触头位置的温度。因此本发明通过COMSOL Multiphysics多物理场耦合软件的焦耳热模块对模型的温度场进行数值仿真研究。在不考虑触头接触电阻情况下，分别分析了开关柜断路器额定电流和临近危险电流通过时的温升情况；此外，当接触电阻存在时，针对开关柜中传统温度监测点和触头位置的温升情况进行了数值仿真分析。结果表明，断路器回路的温度随着接触电阻的增大而增大，监测点温度与触头温度需进行相应的温差校正。通过最小二乘法对仿真数值进行数据拟合，建立了监测点温度与触头温度的数学模型，拟合精度在95％以上。
图2a和图2b分别示出了根据本发明的一个实施例的不考虑接触电阻时额定电流1250A通过时与临近危险电流2500A通过时的温度分布示意图。
图3a和图3b分别示出了根据本发明的一个实施例的考虑正常接触电阻时额定电流1250A通过时与临近危险电流2500A通过时的温度分布示意图。
不考虑接触电阻时额定电流1250A通过时与临近危险电流2500A通过时的温度分布如图2a、图2b所示。
考虑正常接触电阻时额定电流1250A通过时与临近危险电流2500A通过时的温度分布如图3a、图3b所示。
接触电阻变化取值如表1所示。
表1
图4示出了根据本发明的一个实施例的额定电流1250A通过时的各位置的变化趋势的示意图。
图5示出了根据本发明的一个实施例的临近危险电流2500A通过时的各位置变化趋势的示意图。
图6示出了根据本发明的一个实施例的当额定电流1250A通过时，监测点1与触头位置的拟合关系的示意图。
根据不同接触电阻测得监测点1、2位置和触头位置的数据。采用最小二乘法对数据进行线性拟合。当额定电流1250A通过时，监测点1与触头位置的拟合关系如图6所示，表达式如下，其中α表示模拟值与实际值的修正系数：
y＝(1.207x-8.369)·α (10)
图7示出了根据本发明的一个实施例的当额定电流1250A通过时，监测点2与触头位置的拟合关系的示意图。
监测点2与触头位置的拟合关系如图7所示，表达式如下，其中λ表示模拟值与实际值的修正系数：
y＝(1.217x-6.892)·λ (11)
图8示出了根据本发明的一个实施例的当临近危险电流2500A通过时，监测点1与触头位置的拟合关系的示意图。
当临近危险电流25000A通过时，监测点1与触头位置的拟合关系如图8所示，表达式如下，其中β表示模拟值与实际值的修正系数：
y＝(1.401x-35.05)·β (12)
图9示出了根据本发明的一个实施例的当临近危险电流2500A通过时，监测点2与触头位置的拟合关系的示意图。
监测点2与触头位置的拟合关系如图9所示，表达式如下，其中η表示模拟值与实际值的修正系数：
y＝(1.407x-25.856)·η (13)
直线拟合采用最小二乘法，最小二乘法即通过最小化误差的平方和来寻找数据的最佳函数进行匹配。对于一元线性回归模型,假设从总体中获取了n组观察值(X1，Y1)，(X2，Y2)，…，(Xn，Yn)。对于平面中的这n个点，可以使用无数条曲线来拟合。要求样本回归函数尽可能好地拟合这组值。综合起来看，这条直线处于样本数据的中心位置最合理。选择最佳拟合曲线的标准可以确定为：使总的拟合误差(即总残差)达到最小。而最小二乘法的原则是以“残差平方和最小”确定直线位置。因此本次线性拟合采用最小二乘法。
采用最小二乘法建立触头位置与多个监测点位置的温度的拟合关系，线性函数模型为公式(2)，利用最小二乘法建立触头位置与多个监测点位置的温度的拟合关系为公式(3)，其中，样本误差为公式(4)。拟合关系的标准为使样本误差达到最小。
代码实现过程如下：
本发明还提供一种全光纤无源带电体温度监测装置，包括：
确定模块，确定全光纤无源带电体的触头位置与多个监测点位置；
接触电阻计算模块，确定多个接触电阻，分别确定每一个接触电阻的参量；
光测量模块，将每一个接触电阻连接全光纤无源带电体，通电后测量触头位置与多个监测点位置的光信号；
处理模块，将触头位置与多个监测点位置的光信号转换为电信号，进而确定触头位置与多个监测点位置的温度；
计算模块，建立触头位置与多个监测点位置的温度的拟合关系，通过拟合关系计算触头位置的温度。
在一个示例中，光测量模块包括：
光纤光栅传感器，测量触头位置与多个监测点位置的光信号。
在一个示例中，处理模块包括：
光学分析单元，包括光源与F-P滤波器组成的激光光源以及对应的光电转换模块，将触头位置与多个监测点位置的光信号转换为电信号；
温度计算单元，通过电信号确定触头位置与多个监测点位置的温度。
在一个示例中，接触电阻的参量为：
其中，n为接触面的单位法向量；J1、J2为电流密度矢量；V1、V2为接触面两侧的电压；hc为收缩电导率；sasp、masp分别为表面粗糙平均高度、斜率；p为接触应力；Hc为物体的表面微硬度。
在一个示例中，采用最小二乘法建立触头位置与多个监测点位置的温度的拟合关系。
在一个示例中，线性函数模型为：
y＝Ax+b (2)。
在一个示例中，利用最小二乘法建立触头位置与多个监测点位置的温度的拟合关系为：
在一个示例中，样本误差为：
e＝Y-Ax-b (4)。
在一个示例中，拟合关系的标准为使样本误差达到最小。
具体地，光测量模块包括光纤光栅传感器，将每一个接触电阻连接全光纤无源带电体，通电后测量触头位置与多个监测点位置的光信号；光纤光栅的主要材料是SiO2，具有较强的抗电磁干扰性。利用无金属化封装工艺，具有热传导特性和高强度特性。
处理模块包括：光学分析单元，包括光源与F-P滤波器组成的激光光源以及对应的光电转换模块，将触头位置与多个监测点位置的光信号转换为电信号，宽带光源为发光二极管、氙灯、激光器等任意能够辐射电磁波的器件，光源发射的光纤传播到达光纤光栅传感器，再经光纤光栅反射回来，光电探测器将光信号转换为电信号，光电探测器位于F-P滤波器之后，接收由光纤反射回来的光信号；温度计算单元包括数据采集与解析组件，通过电信号确定触头位置与多个监测点位置的温度。
全光纤无源带电体温度监测装置还包括软件平台，包括计算机、手机等任意能够显示数据的设备，用于实时显示电厂各设备运行状态，其中再添加数学预测模型，可实时显示高压开关柜中触头的温度值。
开关柜中断路器触头的结构特殊，不能直接将光纤光栅温度传感器安装在触头位置，因此不能直接测量其温度，而是通过其他位置来间接反馈触头温度。对高压开关柜的温度场进行了数值仿真研究，得出在不同电流流过模型时，监测点温度与触头温度有相应的数学模型，其模型及监测点位置如图1所示。
电流在流经导体时会产生焦耳热，焦耳热计算公式为公式(5)。接触电阻分为导体电阻和额外电阻两部分，额外电阻是在外部作用下形成的，包括收缩电阻与膜层电阻，即为公式(6)。相接触的导体在运行过程中会吸附杂质、灰尘等污染物，导致导体表面发生氧化而形成表面膜层，称为膜层电阻。接触电阻的影响因素主要有接触体材料、正压力、表面状态等，计算起来相对困难，通常用经验公式(7)计算。COMSOL Multiphysics软件把多物理场理论融合到到电接触分析中，经过相应的变量替换与简化，推得接触电阻的参量为公式(1)。
传热有热传导、热对流和热辐射三种方式。热传导是在单个物体的内部或者是有温度差异的多个接触物体之间，为了平衡这种温度差异，能量在相邻粒子间进行传输，如晶格振动，气体分子碰撞，电子迁移等。其遵循傅里叶定律为公式(8)。
热对流传热发生在流体内部，为了平衡温度差异而做的运动。对流分为自然对流与强迫对流，自然对流发生在物体内部，由物体自身的温度差异而引起的密度改变，导致热能传递。受迫对流是在外力影响下引起流体运动进而导致的热能传递。开关柜是封闭的，不会受到外部的影响，所以是自然对流。表达式为公式(9)。
热辐射与以上两种传递方式不同，不受外界条件的影响，是由于物体具有温度而发射电磁波产生的。只要物体的温度高于零度，都会发生热辐射，同时又吸收其他物体发射的能量。热辐射对开关柜的影响并不大，所以在仿真过程中将忽略其对温度的影响。
在长期运行过程中，高压开关柜中的触头位置易因接触电阻增大产生过热，引起相关事故。然而由于柜体结构和触头位置等因素，很难对触头位置温度进行精确实时在线监测，目前工程上主要通过对触头临近的母线测点进行实时温度监测，用以反馈触头位置的温度。因此本发明通过COMSOL Multiphysics多物理场耦合软件的焦耳热模块对模型的温度场进行数值仿真研究。在不考虑触头接触电阻情况下，分别分析了开关柜断路器额定电流和临近危险电流通过时的温升情况；此外，当接触电阻存在时，针对开关柜中传统温度监测点和触头位置的温升情况进行了数值仿真分析。结果表明，断路器回路的温度随着接触电阻的增大而增大，监测点温度与触头温度需进行相应的温差校正。通过最小二乘法对仿真数值进行数据拟合，建立了监测点温度与触头温度的数学模型，拟合精度在95％以上。
不考虑接触电阻时额定电流1250A通过时与临近危险电流2500A通过时的温度分布如图2a、图2b所示。
考虑正常接触电阻时额定电流1250A通过时与临近危险电流2500A通过时的温度分布如图3a、图3b所示。
接触电阻变化取值如表1所示。
根据不同接触电阻测得监测点1、2位置和触头位置的数据。采用最小二乘法对数据进行线性拟合。当额定电流1250A通过时，监测点1与触头位置的拟合关系如图6所示，表达式为公式(10)，监测点2与触头位置的拟合关系如图7所示，表达式为公式(11)。
当临近危险电流25000A通过时，监测点1与触头位置的拟合关系如图8所示，表达式为公式(12)，监测点2与触头位置的拟合关系如图9所示，表达式为公式(13)。
直线拟合采用最小二乘法，最小二乘法即通过最小化误差的平方和来寻找数据的最佳函数进行匹配。对于一元线性回归模型,假设从总体中获取了n组观察值(X1，Y1)，(X2，Y2)，…，(Xn，Yn)。对于平面中的这n个点，可以使用无数条曲线来拟合。要求样本回归函数尽可能好地拟合这组值。综合起来看，这条直线处于样本数据的中心位置最合理。选择最佳拟合曲线的标准可以确定为：使总的拟合误差(即总残差)达到最小。而最小二乘法的原则是以“残差平方和最小”确定直线位置。因此本次线性拟合采用最小二乘法。
采用最小二乘法建立触头位置与多个监测点位置的温度的拟合关系，线性函数模型为公式(2)，利用最小二乘法建立触头位置与多个监测点位置的温度的拟合关系为公式(3)，其中，样本误差为公式(4)。拟合关系的标准为使样本误差达到最小。
为便于理解本发明实施例的方案及其效果，以下给出两个具体应用示例。本领域技术人员应理解，该示例仅为了便于理解本发明，其任何具体细节并非意在以任何方式限制本发明。
实施例1
图10示出了根据本发明的一个实施例的全光纤无源带电体温度监测方法的步骤的流程图。
如图10所示，该全光纤无源带电体温度监测方法包括：步骤101，确定全光纤无源带电体的触头位置与多个监测点位置；步骤102，确定多个接触电阻，分别确定每一个接触电阻的参量；步骤103，将每一个接触电阻连接全光纤无源带电体，通电后测量触头位置与多个监测点位置的光信号；步骤104，将触头位置与多个监测点位置的光信号转换为电信号，进而确定触头位置与多个监测点位置的温度；步骤105，建立触头位置与多个监测点位置的温度的拟合关系，通过拟合关系计算触头位置的温度。
对某电厂断路器触头进行了测量，电厂电压在10KV。采用体积为1.57cm3的光纤光栅传感器放在断路器触头附近，光学分析模块由光源和F-P滤波器组成的激光光源和相应的光电转换模块，光电转换的光信号由数据采集模块采集，信号最终由模数转换模块分析，最后显示在软件设备上。在此情况下，监测出监测点1的一周平均温度为60℃，监测出断路器触头的一周平均温度为63℃，根据公式计算出触头的平均温度为63.781α℃，测量误差为1.24％，由于在仿真时设置的相关条件会导致与实际测量时的误差，所以给其添加修正系数α。监测出监测点2的一周平均温度为58℃。根据公式计算出触头的平均温度为63.692α℃，测量误差为1.1％。最高温度达到67℃，最低温度为29℃。
对某电厂断路器触头进行了测量，电厂电压在220KV。采用体积为1.57cm3的光纤光栅传感器放在断路器触头附近，光学分析模块由光源和F-P滤波器组成的激光光源和相应的光电转换模块，光电转换的光信号由数据采集模块采集，信号最终由模数转换模块分析，最后显示在软件设备上。在此情况下，监测出断路器触头的一周平均温度为70℃，最高温度达到80℃，最低温度为39℃。
对某电厂变压器绕组进行了测量。采用体积为1.57cm3的光纤光栅传感器放在变压器附近，光学分析模块由光源和F-P滤波器组成的激光光源和相应的光电转换模块，光电转换的光信号由数据采集模块采集，信号最终由模数转换模块分析，最后显示在软件设备上。在此情况下，监测出变压器的一周平均温度为55℃，最高温度达到67℃，最低温度为25℃。
对某电厂母线接头进行了测量，电厂电压在220KV。采用体积为1.57cm3的光纤光栅传感器放在母线接头处，光学分析模块由光源和F-P滤波器组成的激光光源和相应的光电转换模块，光电转换的光信号由数据采集模块采集，信号最终由模数转换模块分析，最后显示在软件设备上。在此情况下，监测出母线接头的一周平均温度为40℃，最高温度达到50℃，最低温度为23℃。
实施例2
图11示出了根据本发明的一个实施例的一种全光纤无源带电体温度监测装置的框图。
如图11所示，该全光纤无源带电体温度监测装置，包括：
确定模块201，确定全光纤无源带电体的触头位置与多个监测点位置；
接触电阻计算模块202，确定多个接触电阻，分别确定每一个接触电阻的参量；
光测量模块203，将每一个接触电阻连接全光纤无源带电体，通电后测量触头位置与多个监测点位置的光信号；
处理模块204，将触头位置与多个监测点位置的光信号转换为电信号，进而确定触头位置与多个监测点位置的温度；
计算模块205，建立触头位置与多个监测点位置的温度的拟合关系，通过拟合关系计算触头位置的温度。
作为可选方案，光测量模块包括：
光纤光栅传感器，测量触头位置与多个监测点位置的光信号。
作为可选方案，处理模块包括：
光学分析单元，包括光源与F-P滤波器组成的激光光源以及对应的光电转换模块，将触头位置与多个监测点位置的光信号转换为电信号；
温度计算单元，通过电信号确定触头位置与多个监测点位置的温度。
作为可选方案，接触电阻的参量为：
其中，n为接触面的单位法向量；J1、J2为电流密度矢量；V1、V2为接触面两侧的电压；hc为收缩电导率；σasp、masp分别为表面粗糙平均高度、斜率；p为接触应力；Hc为物体的表面微硬度。
作为可选方案，采用最小二乘法建立触头位置与多个监测点位置的温度的拟合关系。
作为可选方案，线性函数模型为：
y＝Ax+b (2)。
作为可选方案，利用最小二乘法建立触头位置与多个监测点位置的温度的拟合关系为：
作为可选方案，样本误差为：
e＝Y-Ax-b (4)。
作为可选方案，拟合关系的标准为使样本误差达到最小。
本领域技术人员应理解，上面对本发明的实施例的描述的目的仅为了示例性地说明本发明的实施例的有益效果，并不意在将本发明的实施例限制于所给出的任何示例。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。
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