[发明专利]一种GIS母线外壳温度测点布置优化方法

说明书

一种GIS母线外壳温度测点布置优化方法，适用于电力系统使用。根据被监测GIS母线的具体结构构建三维空间坐标系和GIS母线模型，并利用有限元仿真计算温度场；随机选取优化算法的初始值，即在建立的三维坐标系中选取n个测点的坐标并构成初始向量i₀；通过克里金空间插值法计算插值点的预测值并利用与仿真值之间的误差构建适应度函数；通过模拟退火算法求解适应度函数最小值，其值所对应的位置坐标即为温度测点的布置位置。本方法实现了对GIS母线外壳测点布置的优化，能够针对现实中GIS温度测点选择多，精度低的问题，实现GIS温度测点的优化选择，为实际工程的状态监测与评估提供了可靠的保障。

技术领域：

本发明涉及一种温度测点布置优化方法，尤其适用于电力系统中使用的一种GIS母线外壳温度测点布置优化方法。

背景技术：

随着我国电力需求量的不断增长和高压电器的发展普及，气体绝缘金属封闭开关GIS在高压变电所和特高压输电工程中的应用急剧增加。GIS设备加工工艺严格，一体化成型，占地面积小，SF₆气体使得其拥有良好的开断能力。但随着运行年限的日益增长，绝缘老化或接触不良等缺陷逐渐暴露。这些缺陷往往首先表现为气体温度和壳体温度的异常变化。因此，对GIS进行全面的温度在线监测，对异常和缺陷进行预警并保证其可靠运行具有重要意义。

由于GIS独特的构造，对导体的直接测温需要在壳体上开孔或在内部直接安装传感器，会对GIS的绝缘、温度场、电场等产生不良影响，因此难以有效地直接测量导体温度。目前对GIS的测温方式均是对外壳直接监测，包括红外测温技术与光纤光栅测温技术以及接触式的热电偶和热敏电阻测温技术。红外测温不与导体和壳体直接接触，但精度较低，受金属表面发射率和SF₆气体密度等因素的影响。光栅光纤传感器成本较高，且由于GIS结构的特殊性还未在GIS设备温度监测中得到广泛应用。本文利用接触式测温装置，通过将传感器粘附在壳体表面进行监测。

目前，测温点的选择大多仅限于导体触头所对应的外壳，没有相关资料讲述测温点选择的具体位置和依据，对现场传感器安装布置位置的选择没有帮助，故在三维空间中进行GIS外壳温度测点位置的选择是十分必要的，可以大大提高GIS温度监测的可靠性，为现场运维人员提供帮助。

发明内容

本发明的目的是要提供一种步骤简单，计算速度快，解决从三维空间角度选定GIS外壳温度测点的问题，考虑GIS母线整体布局结构，结合克里金空间插值法和模拟退火优化算法选定最佳温度测点的GIS母线外壳温度测点布置优化方法。

为解决上述技术问题，本发明的一种GIS母线外壳温度测点布置优化方法，其具体步骤如下：

步骤S1：构建三维坐标系和GIS母线的三维模型，对多物理场耦合三维模型进行磁场—流场—温度场分析，利用有限元计算得出正常状态下GIS母线壳体的整体温度分布，将不同电压等级的母线按标准单元划分区段并选择测点布置区段，此区段的三维坐标定义域为可行解空间；

步骤S2：在三维模型的测点布置区段中选取m个插值温度T'未知的点，利用GIS母线三维测点布置区段中n个待布置传感器的温度测点的温度信息分配影响权重，引入克里金空间插值法，依次插值出m个点的插值温度T'，然后计算m个点的插值温度T'与有限元仿真计算出的温度T之间的平方根均值误差；

步骤S3：在可行解空间内随机选取n个点作为待布置传感器的温度测点，将所有点的坐标构成一个初始向量i₀，将初始向量i₀作为初始值输入MATLAB的模拟退火算法中，将平方根均值误差作为模拟退火算法的适应度函数f(i)，给定模拟退火算法的其余初始参数包括初始模拟退火温度T₀和马尔科夫链的长度L₀，计算适应度函数f(i)的最小值minf(i)，适应度函数f(i)的最小值minf(i)向量即为最优解向量，包含的n个坐标即为GIS母线外壳上最佳温度测点的布置。