800kV GIS隔离开关磁场-温度场计算与分析

800kV GIS隔离开关在实际运行中由于电阻损耗发热而温度升高,甚至超过允许温升,从而影响其工作性能,为了保证其工作的安全性和可靠性,建立了三维有限元分析模型对800kV GIS隔离开关的工频磁场进行分析。首先计算出隔离开关上的磁感应强度分布及涡流损耗,然后将涡流损耗值作为体积热源计算800kVGIS隔离开关的温度场,得出各部分具体温升值。结果表明:在环境温度为27.3°C的工作条件下,隔离开关主导体上的温升约为26.3K,外壳温升约为13.3K。计算结果和试验测试数据的对比验证了方法的准确性,进而为产品设计提供参考,为提高GIS隔离开关运行可靠性提供理论依据。     

GIS隔离开关触头温升多场耦合数值计算与分析

GIS隔离开关触头过热性故障严重危害设备的可靠运行,为实现对GIS隔离开关触头温升和过热性故障的监测,建立了包含触头的GIS隔离开关的三维涡流-流体-温度多场耦合数值计算模型,用一段电阻率可变的导体来模拟触头部位的接触电阻,通过电磁场分析计算GIS隔离开关各个部位的电流密度和功率损耗,将功率损耗作为热源载荷代入流体-温度场耦合计算模型计算导体和外壳的温度场分布。基于该模型研究了GIS隔离开关触头温升反演规律及影响因素,结果表明A、B相触头与外壳温升存在1∶0.215的对应关系,C相触头与外壳温升存在1∶0.165的对应关系,研究成果可为开展GIS隔离开关的温升监测提供理论依据与技术支持。     

GIS隔离开关温度分布特性的试验研究

气体绝缘组合电器(GIS)为全封闭紧密结构,其内部的隔离开关易于产生机械接触缺陷,在运行电流作用下,一旦隔离开关出现接触不良,将引起温度异常升高,通过温度检测可对GIS隔离开关机械连接状态进行判断。为了获取隔离开关内部动触头温度与设备外壳温度之间的关系,本文基于550 kV GIS开展温升试验,在GIS隔离开关周围布置温度传感器测量温度分布,同时在GIS外壳上进行外部温度的测量,试验研究了不同电流、不同接触电阻下的GIS内部及外部温升规律,结果表明GIS外壳与隔离开关触头的温升存在线性关系,正常情况下顶部外壳温升每上升1 K,对应触头温升提高1.924 K,而故障情况下,对应的触头温升提高2.85 K,并且顶部外壳温度变化范围大,对设备内部温度变化敏感,具有较好的温度辨识性,能更灵敏准确地反映内部触头的温升情况。试验结果分析阐明了GIS内部热源、热量传导路径及温度分布特点,为通过GIS外部温度检测进行内部温度的反演提供了试验基础。     

等效热路在共箱隔离开关温升计算中的运用

隔离开关是气体绝缘金属封闭开关(gas insulated switchgear,GIS)的重要设备,而温升试验是其型式试验的关键环节之一。为了在开发阶段更准确地评估隔离开关运行在大电流工况下的温升,基于传热学原理,考虑集肤效应、接触电阻、散热阻抗等因素,并兼顾到三相共箱设计,提出了一种基于等效热路模型的计算方法。将计算结果和试验数据对比分析,结果表明,所提出的计算方法能相对准确地评估三相共箱隔离开关重点节点的温升,为新产品开发提供重要依据。     

基于等效热路模型的GIS隔离开关温升计算

隔离开关是电力系统中关键的一次设备。表征设备负载能力的温升,特别是GIS封闭式隔离开关温升的计算在工程上具有重要参考价值。针对GIS隔离开关的热计算,基于传热学基本原理,建立了220 k V三相共箱式SF_6隔离开关等效热路模型,给出了GIS外壳及导体表面的对流换热及辐射换热的计算公式,提出了针对其在运行工况下,考虑环境温度、接触电阻、负荷电流等因素的稳态热场计算方法,计算结果与FEM计算结果的对比分析表明,所提出的模型能有效、快速计算GIS隔离开关正常运行条件下的热点温升,为电力设备的动态增容提供重要参考。     

双隔离断口GIS功能模块仿真计算及试验验证

可实现GIS不停电扩建和耐压功能的双断口隔离开关(DDS)采用非标准结构的断口型式,为了验证这种特殊结构是否满足实际运行工况,文中通过Ansys有限元软件,建立双断口隔离开关机、电、热3D仿真模型,开展双断口隔离开关机械强度、绝缘强度、载流能力的仿真计算,并以双断口隔离开关真型样机开展绝缘试验、温升试验、动热稳定试验、机械寿命试验、高低温试验、母线转移电流试验、壳体水压试验。研究结果表明:壳体最大主应力为235.08 MPa,盖板最大等效应力为114.86 MPa,均小于许用应力;双断口隔离开关各部件场强均低于允许场强,并有一定裕度;滑动连接部分最大温升为56.5 K,壳体温升为17.3 K,内部导体和壳体温升均满足要求;试验结果验证了仿真计算的正确性。双断口隔离开关已应用于±800 kV东方换流站220 kV GIS的6个备用扩建间隔,设备运行良好。     

户外高压隔离开关触头发热机理分析及预防过热故障措施探讨

户外高压隔离开关触头接触不良发热,会导致过热,甚至会发展成为电网事故。从高压隔离开关触头接触电阻影响温升的原因和过热对触头寿命损伤的原理进行分析,探讨了触头发热机理。通过触头温升试验,验证触头发热因素的复杂性和不确定性。从管理措施和技术措施两方面提出预防过热故障的方法,提高户外高压隔离开关的运行可靠性,从而确保电网的安全稳定运行。     

GIS隔离开关不同接触状态下的温升特性研究

GIS因具有通流能力强、输送容量大、结构紧凑和使用寿命长等优点被广泛地应用于高压输电领域,而GIS隔离开关由于其封闭性和结构的紧凑性导致内部热故障不易被发现。因此,文中利用有限元多物理场分析方法建立仿真模型,分析了GIS隔离开关导体和外壳在同一负荷电流、不同接触状态下以及同一接触状态、不同负荷电流下的温升,得到GIS内部的温度场及流场分布情况,并搭建了GIS隔离开关温升实验平台进行实验验证。结果表明:通过对比多物理场耦合计算结果与实验结果证明了该模型的正确性以及有效性;触指是温升最高的地方,触头上方的位置为外壳上的最佳温度监测点;触头接触不良时的温升值和温升速率明显增大。文中的研究可以为GIS隔离开关的状态监测提供参考。     

GIS隔离开关接触状态振动–温度联合检测方法

气体绝缘开关设备(gas insulated switchgear,GIS)中隔离开关接触状态对于设备的安全运行具有极大的影响，因此围绕GIS隔离开关接触状态与振动信号、温度变化的对应关系展开研究，搭建了252 kV三相分体式GIS试验平台。通过控制动静触头接触距离模拟了3种机械状态，测量了隔离开关在不同接触状态下的振动信号和温度信号，获得了振动和温度信号的关联关系，基于振动和温度信号的特征量联合分析，提出了隔离开关接触状态的综合检测方法。试验结果表明：正常运行时，GIS外壳振动幅值较小，频率主要分布在100 Hz，温升在1℃左右；随着接触状态劣化，振动幅值明显增加，频谱中出现200 Hz、300 Hz等异常振动信号，外壳温度持续升高。研究结果表明：以振动信号的振幅、频率幅值占比和温度变化为特征量，综合分析不同接触状态下振动信号的相似度和相对温差，得到特征量间的相对系数，能够在不同电流下较好地识别GIS隔离开关接触状态，对现场检测具有实际意义。     

550kV高压隔离开关热稳定性分析

550 kV高压隔离开关在实际运行中由于电阻损耗发热而温度升高,甚至会超过允许温升,而影响其工作性能。尤其是隔离开关的接触电阻,直接影响其热稳定性,严重时可能引起烧瓷粘连事故。为了保证高压隔离开关工作的安全性和稳定性,建立了三维有限元分析模型,计算了550 kV高压隔离开关的损耗,得到了电流分配情况。通过瞬态热分析,讨论了隔离开关在65 kA/3 s下的热稳定性,并且研究了接触电阻、接触面积及电流对动静触头接触点温升的影响。计算结果为产品试验提供了参考,分析方法为产品设计提供理论指导。     

基于ANSYS模型分析GIS隔离开关内部电场变化

目前GIS设备在电网运行中占据了很大的部分,而隔离开关是GIS设备中的关键结构,其健康状况对于电网的正常运行和对于高电压的隔离具有重要意义。GIS的可靠性虽然高,但仍然存在故障。仅2014年内,云南电网太安变500 k V隔离开关就发生了两起隔离开关击穿故障。由于隔离开关气室的封闭性,目前对于GIS隔离开关内部故障的分析具有一定的局限性。故通过使用ANSYS仿真计算的方法,对高压GIS隔离开关进行模拟计算。通过构建缺陷模型,从电场分布变化的角度对隔离开关故障的分析提供依据。     

750kV GIS中隔离开关取消合分闸电阻可行性研究

文中以西安南750 kV GIS电站为工程背景,研究取消750 kV GIS中隔离开关分合闸电阻的可行性。依据西安南750 kV GIS结构和电气接线选取了7种典型的运行方式,建立了ATP-EMTP仿真计算模型,分别对不同方式下隔离开关进行分合闸操作,研究分析各设备节点的电压幅值。对幅值较高的电压波形进行幅频分析,对过电压及VFTO进行绝缘配合校验。计算结果表明:取消隔离开关分合闸电阻后,不同接线方式下操作隔离开关时,进线套管、与被操作隔离开关相邻的断路器、与之连接在同一母线上且与之相邻的隔离开关上的过电压幅值较高,但均未超过设备的雷电耐受电压。因此可以得出结论:从绝缘配合的角度,750 kV GIS中隔离开关分合闸电阻可以取消。     

基于同频同相原理的GIS设备现场交流耐压试验方法研究及应用

GIS设备扩建部分与原有运行部分仅通过母线隔离开关断开,若采用常规调频串联谐振耐压试验方法在原有运行部分带电条件下对扩建部分进行交流耐压试验,由于试验频率在30~100 Hz之间且相位不固定,则必然存在某一时刻使得试验电压和运行电压幅值反向叠加,隔离开关断口电压最大,可能导致断口击穿进而危及GIS运行设备的情况。为解决以上问题,文中通过对试验时隔离开关断口电压进行分析,找到了降低隔离开关断口电压的途径,并依此对常规串联谐振耐压试验方法进行改进,提出了基于同频同相原理的GIS设备现场交流耐压试验方法 ,研制出同频同相交流耐压试验装置,并通过现场试验,验证了试验方法的有效性和装置的可靠性。该方法的提出,使得在原有运行部分带电条件下对扩建部分进行交流耐压试验成为现实,大大提高了供电可靠性,具有十分重大的经济价值和社会效益。     

基于ILPSO-LSSVM的GIS设备隔离开关机械异响振动识别方法研究

隔离开关正常运行对保证气体绝缘开关GIS(gas insulated equipment)设备安全极为重要。文中针对GIS设备隔离开关机械异响振动识别方法开展研究，采用真型GIS设备平台模拟了隔离开关触头接触不良的5个典型状态：正常接触（148μΩ）、轻微接触不良（221、298μΩ）、严重接触不良（433、550μΩ），检测并分析了GIS设备隔离开关机械振动特性，发现GIS设备正常振动的主频率为100 Hz，振动幅值随电流增大而增大；当隔离开关存在接触不良缺陷时，振动频谱100 Hz振动分量幅值增加，同时出现100 Hz的倍频以及更高的频率成分；为实现隔离开关接触不良状态准确识别，文中采用变分模态分解、信号模态间能量分布差异分析和奇异值分解提取了表征隔离开关接触状态的缺陷特征参量，通过将改善线性约束问题的粒子群算法和最小二乘支持向量机算法（ILPSO-LSSVM）融合构建了隔离开关触头接触不良缺陷辨识模型，检验结果表明该模型辨识效果优。     

GIS温度场分布特性及影响因素的有限元仿真研究

气体绝缘开关(GIS)装置在运行过程中,电流流过高压导体时会导致设备发热,进而影响设备的可靠运行。综合考虑了涡流损耗、集肤效应、邻近效应、SF_6气体对流传热等因素,对GIS温度场的分布特性进行仿真研究,得出GIS隔离开关、导杆、盆式绝缘子等部件的温度分布规律,分析了材料、外部气体温度、风速和太阳辐射等4种因素对GIS温度分布的影响规律。结果表明:在GIS的横截面上,温度由内到外逐渐降低;从散热的角度考虑,铜芯铝壳是GIS的最佳结构形式;外界空气温度对GIS温升的影响不明显;风速增大会导致GIS的温升降低;太阳辐射能有效提升GIS的温升效果。     

基于多物理场的三相共箱型隔离开关温度场仿真研究

126 kV GIS设备作为城市电网建设中的重要设备,需要更加小型化来降低变电站的土地使用面积,而温升是制约设备小型化的关键因素之一.文中建立126 kV GIS三相共箱型隔离开关及母线电磁?热?流耦合三维模型,通过对开关设备总体发热和散热研究,分析了三相共箱型结构不同布置方式产生的不同功率损耗,并基于温度场仿真研究得...     

基于热-电耦合有限元法的隔离开关热稳定性分析

运行状态中的隔离开关由于电阻损耗发热而温度升高,极端情况下会超过允许温升,影响电力系统的工作稳定性。为了分析其工作可靠性,使用三维有限元方法建立某型号隔离开关的有限元模型,对隔离开关进行热-电耦合仿真分析,得到稳态及瞬态的温度分布云图与最高温升数值,现场试验结果验证了仿真分析的准确性。该方法可为产品设计提供参考,并为隔离开关可靠运行提供理论计算依据。     

基于多点分布式光纤光栅的GIS隔离开关触头温度在线监测技术

GIS设备导体触头温升过高会引发重大事故,光纤光栅技术在电气设备温度在线监测方面具有广泛的应用前景。针对光纤光栅温度传感器无法直接安装在导体触头表面进行温度测量的难题,提出了一种基于测量多点外壳温度及环境温度,从而间接计算导体触头温度的方法。建立了单相GIS隔离开关三维有限元计算模型,得到GIS内部温度分布规律,确定了多个光纤光栅温度传感器的最优安装位置。进行GIS隔离开关温升实验,将实验数据与仿真结果进行了比较,验证了仿真计算模型的准确性。最后利用人工神经网络算法对环境温度、外壳温度和导体触头温度进行了曲线拟合,计算结果与实测数据对比表明本方法具有较高准确度。该在线测温方法简单有效,无需破坏现有GIS设备的结构,具有较好的应用前景。     

基于多特征融合的GIS隔离开关接触状态评估方法

现有气体绝缘开关（GIS）的隔离开关接触状态评估方法依据状态特征量单一,评估结果可靠性低,易出现误判漏判等情况。基于此,提出一种基于多特征融合的GIS隔离开关接触状态评估方法。搭建220 kV GIS隔离开关多状态量综合检测实验平台,实验研究了GIS隔离开关外壳温度信号、外壳振动信号及局部放电信号与隔离开关接触状态之间的关系。在此基础上,将GIS隔离开关外壳温升、外壳振动信号振幅及局部放电特高频信号放电幅值作为隔离开关状态特征量,建立基于支持向量机的隔离开关接触状态评估模型。对该状态评估模型进行测试,结果表明基于多特征融合的GIS隔离开关接触状态评估方法准确率最高,可达到92.92%。     

新型1100 kV隔离开关的开发研制

隔离开关是GIS设备中的关键结构,特别是对于特高压电压等级,研制具有高性能及高可靠性的隔离开关是开发GIS过程中的重中之重。文中介绍了一种新型1 100 k V隔离开关的结构特点及性能参数,该隔离开关不带有分合闸电阻,整体结构体积小,重量轻,布置灵活。采用仿真分析软件对新型隔离开关的绝缘性能及操作时可能产生的VFTO进行计算,并与原有结构隔离开关的计算结果进行对比分析,计算结果表明:该新型隔离开关性能安全可靠,各项型式试验的顺利通过验证了新型隔离开关设计的合理性及计算结果的正确性。目前,该新型1 100 k V隔离开关已经成功应用于某特高压变电站工程中。