大电流开关柜温度分布特性的影响因素分析

负荷电流、环境温度、接触电阻是影响大电流开关柜温升的重要因素。本文针对4000A大电流开关柜建立仿真建模,利用COMSOL进行电磁-传热-对流多物理场耦合仿真计算,归纳了4000A大电流开关柜内部温度分布规律;研究了负荷电流、环境温度以及开关柜各部位接触电阻的增加对于母线和梅花触头温升的影响情况。本设计并进行了大电流开关柜不同负荷条件下稳态温升实验,实验结果验证了仿真模型的合理性。经计算得出,对于4000A大电流开关柜,在负荷达到约80%时,梅花触头温升已超出国标上限,需要对开关柜进行强制散热。环境温度对开关柜内部温升有较大的影响,在设计开关柜温升监测系统时不能忽视环境温度的监测。梅花触头与静触头搭接点接触电阻的增加较大程度影响梅花触头和母线的温升,因此需要对梅花触头的温升实时监测以确保及时发现异常运行状态。电流互感器是大电流开关柜中不可忽略的发热部位,若安装不当存在接触问题,则会产生异常温升影响整体母线温度分布。本文研究结果可为后续开展开关柜温升在线监测、故障位置判断以及设计运维方案提供一定的理论依据。     

基于有限元分析的GIS断路器温度场仿真研究

气体绝缘开关设备的工作可靠性对于保证电力系统的安全稳定运行具有重要意义。由于触头接触不良导致局部过热是引发 GIS 故障的主要因素之一。采用ANSYS Workbench软件,综合考虑集肤效应、涡流效应、重力作用、气体对流、辐射散热等因素,建立220 kV GIS断路器多物理场耦合模型,并研究负荷电流、环境温度、接触电阻对温度场的影响。结果表明：水平放置的断路器触头处温度最高,整体呈现上高下低,左右基本对称的温度分布规律;环境温度仅影响设备温度的绝对值,而负荷电流和接触电阻的增大直接影响欧姆损耗使温度升高;动静触头同轴度偏移引起接触电阻不均匀变化,有可能导致触头温升异常引发过热性故障。研究结果可为GIS设备温度监测及故障诊断提供参考。     

气体绝缘组合电器触头电接触状态检测与评估方法

为准确判断气体绝缘组合电器(GIS)内触头的接触状态,避免传统诊断方法只能依据管理值判断GIS触头接触状态的局限性,选取3种典型GIS导电连接件为研究对象,研究了不同幅值电流对接触电阻测量的影响,以及不同接触状态对接触电阻测量的影响,提出了一种评估GIS触头电接触状态的新方法。研究结果表明:当触头在不同接触状态时,流过不同幅值的电流,接触电阻会发生不同程度的收缩变化。因此,提出利用接触电阻随着试验电流增长的变化率,来判断触头的接触状态。通过对某500 kV变电站内GIS设备的现场试验表明,该评估方法能够在未知设备管理值的情况下对GIS触头接触状态进行精确的评估。     

252 kV GIS隔离开关温度场仿真及触头温度的预测方法研究

为了实现对气体绝缘开关GIS(gas insulator switchgear)触头温升的预测,文中建立了252 kV三相分箱型GIS隔离开关的三维电磁—传热—流场的多场耦合模型并采用有限元方法进行了求解。通过一段电阻率可变导体来模拟隔离开关触头存在接触电阻的情况,首先通过电磁场计算出各部分损耗,再将损耗作为热源带入传热-流场中,最后计算得到GIS的温度分布。对环境温度在-10～30℃、载流量在1 000～3 150 A、接触电阻在0～100μΩ的条件下,基于该模型计算出了不同情况下GIS的温度场分布,确定了触头最高温升的影响因素,得到了180组触头最高温升与外壳最高温升和载流量的关系。基于所得数据拟合出了一个预测触头最高温度的经验公式,同时基于算得的不同条件下的另外100组触头最高温升与外壳最高温升和载流量的数据以及实测GIS温度初步验证了公式的有效性。文中的工作对GIS内部温度预测的研究有一定的参考价值。     

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。     

10kV开关柜无源无线环形测温传感器的研制

随着配电网建设规模的扩大及用电负荷的不断攀升,10 kV中置式开关柜的内部发热导致温升成为影响设备稳定运行的关键问题。针对现有技术无法精确测量开关柜内静触头温度,研制了一种环形无源无线静触头测温传感器。该方案采用电磁线圈感应取电为传感器提供工作电源,利用物联网无线传输技术解决开关柜封闭结构数据传输难题。传感器通过国家权威机构检测与多项型式试验,已在浙江省内20余座110kV变电所推广应用。其运行工况稳定可靠,温度数据传输准确,实现了10kV开关柜触头温度实时在线监测与超温预警功能,提升了运维检修穿透管理水平,为预防变电站设备过热隐患提供了有力保障。     

真空灭弧室非对称两极式线圈纵磁触头结构仿真

为改善真空断路器的开断能力,文中设计一款非对称双线圈两极式纵向磁场电极的真空灭弧室触头。建立触头结构三维模型,在考虑涡流效应的影响下,采用有限元法对触头系统进行三维磁场仿真。结果表明,在电流峰值时动、静触头表面及触头间隙中心平面产生的纵向磁场强度有效面积较大且分布均匀。静触头表面最大值0.842 T,动触头表面最大值0.306 T;电流过零时刻触头间隙中心平面剩余磁场小,最大磁滞时间0.87 ms,导体回路电阻29.77μΩ。该非对称触头结构具有较大纵向磁场,电流过零时刻剩余磁场小,磁滞时间小,有利于提高断路器的分断性能。     

基于无刷直流电机电流的断路器手车梅花触头对中度诊断方法

目前,市场上可抽出式高压开关柜无法确认断路器手车梅花触头与静触头的对中度是否良好。文中提出了以无刷直流电机作为底盘车驱动电机,利用电枢电流数据实现手车梅花触头和静触头对中度诊断的方法。首先,为确定电枢电流的影响因素,分析无刷直流电机数学模型并仿真验证;利用具有不同偏心距离的静触头代替试验台原静触头,模拟不同程度的对中偏差;其次,以均值滤波和高斯拟合处理啮入阶段曲线,提取拟合函数参数A、xmax和啮入阶段电流均值为曲线特征,训练BP神经网络模型用于对中度诊断;最后,采集新数据,对所述方法进行试验验证。结果表明,所述方法对手车梅花触头和静触头对中度识别精度高。该方法为断路器手车梅花触头对中度诊断提供了一种思路。     

基于千安级冲击电流的GIS电接触特性状态评估研究

为了准确测量并评估GIS导电连接件的电接触状态,针对基于超级电容器产生的千安级冲击电流测量导电连接件回路电阻的测试方法,提出依据回路电阻随测试电流增长的变化率大小来判断GIS触头电接触状态是否良好的评估判据。利用该方法对多种典型标准的GIS导电杆进行多触头串联验证试验以及GIS变电站现场验证试验。试验结果表明,基于千安级冲击电流的GIS电接触状态的评估方法具有可行性和有效性,比传统直流压降法更能反应导电连接件触头的电接触特性。     

基于多特征量的GIS触头温度预测方法研究

为防止因气体绝缘开关(GIS)触头温升造成的事故，有必要对GIS触头温度进行监测与预测。针对触头温度不易直接测量以及其温度易受运行工况与外界因素影响的问题，本文提出了一种基于多特征量的GIS触头温度预测方法。通过建立三维仿真模型，分析了在不同接触电阻值、负荷电流、环境温度、风速、SF6压强、太阳辐射强度下GIS的温度分布规律，结合热路理论定性验证了仿真模型的可靠性。通过分析可知GIS触头温度预测的关键因素为外壳温升、负荷电流、风速、SF6压强、太阳辐射强度，而环境温度影响可忽略，采取BP神经网络用以上多特征量预测触头温升，将得到的预测值与建模方法的计算结果进行对比，误差在[-0.7，0.68]℃范围内。该预测方法综合考虑多种影响因素对GIS温度场的影响，为基于外置传感器的GIS触头温度预测提供参考。     

基于红外的GIS内部导体温度检测技术研究

为预防气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)触头过热缺陷,解决传统测温技术无法实现GIS设备内部触头温度准确检测的难题,提高GIS设备内部触头温度的测量精度,提出一种基于红外热成像GIS内部导体温度检测技术。通过不同光程和气压条件下SF_6吸收率试验,对影响红外测温精度的光程和SF_6气体压力进行分析,得到光程、气体压力与温度修正值的关系,并计算得到温度补偿算法;将该温度补偿算法应用在红外测温装置中,能够根据被测物的光程和SF_6气体压力准确测得GIS内部导体实际温度。最终的试验结果显示,该红外测温仪在加入补偿算法后能够较准确地测量出GIS设备气室内触头的实际温度。     

低压交流阻性负载条件下AgSn02触头材料抗电弧侵蚀性能研究

利用小容量触头材料试验与测试系统,在低压交流50Hz、220V、15A、纯阻性负载条件下,对分别采用混粉、化学和雾化工艺制备的添加WO3.、Bi203.、CuO或In203微量添加剂的8种AgSnO2触头材料进行了45000次连续通断试验,并对试验过程中的燃弧能量、熔焊力、燃弧时间、静触头温度和接触电阻等参数进行了测量;采用电子分析天平称取了试验前后动、静触头的质量,采用SEM和EDS观察和分析了8种AgSnO：铆钉触头试验后的表面形貌与特殊区域的微区成分;探讨了制备工艺和微量添加剂对AgSnO：触头材料抗电弧侵蚀性能的影响。     

变电站10kV开关柜温度监测技术分析与应用

10kV开关柜内隔离刀闸触头接触部位、开关小车触头接触部位、导电排搭接部位、电缆头连接部位在运行中可能会产生发热缺陷,引发短路故障,造成大面积停电,降低了10kV用户供电可靠性并带来重大经济损失。文中分析示温蜡片温度监视技术、手持红外测温技术、有源传感器无线测温技术及无源传感器无线测温技术优缺点,并结合10kV开关柜结构、巡视及检修维护的特点,提出了10kV开关柜内温度监测技术优化组合方案,实现了10kV开关柜内设备温度的有效监测,保障了10kV开关柜安全可靠运行。     

基于Ansys的柱上开关温度场仿真分析北大核心CSCD

文中采用三维建模软件Solidworks及有限元软件Ansys对充入干燥空气的柱上开关进行了温度场仿真分析,研究不同接触电阻条件下柱上开关内温度分布规律。仿真结果表明,柱上开关接触点在正常接触电阻条件下温升均符合标准要求;真空灭弧室静触头与动触头接触点接触电阻增大1.56倍,隔离开关动触头与隔离开关静触头接触点接触电阻增大1.80倍,温升达到标准规定的限值。最后,进行了相应的温升试验,温度的仿真结果与试验结果相吻合。     

GIS红外温度传感系统的设计表征研究

文中设计并制造了一种可用于测量气体绝缘金属封闭开关设备(gas insulated switchgear,GIS)触头以及母线等关键位置温度的红外测温系统,可对GIS设备的过热故障进行监控和预警。本测温系统设计红外传感测温模组对温度数据进行模数转换、滤波、校准、补偿后通过远距离无线电(long range radio,LORA)协议进行无线传输。通过定制化的红外介质窗口和密封系统实现红外信号的通路并保证设备的气密性和可靠性。将测温模组安装于红外介质窗口,实现对测温模组的安装固定。针对触头和母线发射率低、表面结构差异大、介质窗口红外光衰减以及SF6气体对红外光的吸收和衰减等因素,开发了温度补偿算法,大幅提升了GIS测温的可靠性。该红外测温系统可以在10～150℃的温度范围内实现对GIS母线和触头表面温度的测量,并达到±2℃的测温精度,证明了本红外测温系统的可行性。     

基于多层模型的GIS盆式绝缘子温度分布仿真

GIS盆式绝缘子两侧存在与母线连接的电接触点,其接触电阻在GIS运行过程中可能会因接触不良而增大,从而产生异常发热,甚至引起故障。为探究盆式绝缘子在实际运行中的温度分布规律,文中利用110 kV GIS盆式绝缘子搭建了真型试验平台,依据该平台的参数建立了等比例的盆式绝缘子多层仿真模型,并通过注入等效热源的方式模拟通流导体、SF6气体以及GIS外壳对盆式绝缘子的热传递过程,替代了对流及辐射传热计算,使单次计算时间从几小时缩短至几分钟,在保证结果准确性的前提下有效提升了仿真计算速度。利用试验平台进行了800、1 200、1 600 A负荷电流的温升试验,通过红外仪及热电偶测量了盆式绝缘子表面的温度分布,验证了该仿真模型的有效性,并总结出不同负荷电流下仿真参数的设置规律。最后通过与单层模型仿真结果的对比分析表明多层模型的优化结果更加符合试验数据的温度变化规律。     

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。     

10 kV开关柜断路器间隔绝缘故障分析

介绍了一起10kV开关柜断路器间隔绝缘故障,通过现场检查、视频分析、故障后试验及故障分析,发现造成此次故障的主要原因为主变侧隔刀A相静触头处的无线测温传感器不锈钢绑扎带断裂或松开后从触头盒空隙伸出,导致对地(柜体)距离不足引起放电,使静触头处烧蚀出凹坑,最终导致断路器发生故障并造成主变跳闸。     

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。     

风电场户外35kV交流高压跌落式熔断器故障分析及改进措施

内蒙古大唐国际风电开发有限公司红牧风电场35 kV集电线路终端杆处跌落式熔断器的静触头频繁烧毁,严重影响了供电可靠性。对故障的原因进行分析后认为,由于跌落式熔断器采用上触头弹簧施压接触模式,上动触头与静触头咬合松动,造成上触头发热甚至烧红,弹性下降,加剧松动,当高压熔断管被风吹掉,在动、静触头分离瞬间产生电弧,导致静触头烧毁。将老式单一跌落式熔断器改为隔离开关—熔断器组合设备,改造后设备运行正常,再未发生上述故障。