可识别接触状态的隔离开关分合位置判别方法研究及应用

提出一种可识别接触状态的隔离开关分合位置判别方法,通过对隔离开关触头压紧弹簧压力和触头温度的综合判别来实现,根据压力的突变量大小来判别隔离开关处于分位还是合位,当判断隔离开关处于合位时,根据温度的高低来判断触头接触状态是否良好。该方法简单可靠,实时性好,解决了现有隔离开关分合位置判别方法不能判别隔离开关处于半合状态的难题,对于电网设备的安全稳定运行具有重要意义。     

基于图像识别技术的气体绝缘金属封闭开关设备中开关触头位置监测系统

GIS设备结构复杂,长期运行过程中难免出现各种不可预见的机械故障,有可能出现开关触头的分合指示状态与触头实际的分合状态不相符或者是分合不到位的情况,而导致电气锁机制失效,如果在这种状态下操作GIS,就会产生高压开关操作事故。为了能够直接监测开关的分合状态,避免高压开关运行事故的出现,本文提出了基于图像识别技术的GIS中开关触头位置监测系统。     

基于振动信号的GIS隔离开关接触状态带电检测技术研究

隔离开关是GIS重要部件,隔离开关在安装过程及运行过程中会频繁操作,会导致其存在动静触头接触松动、开合不到位等机械故障。研究了利用运行过程中GIS外壳振动信号进行隔离开关接触状态的带电检测技术。理论分析了隔离开关由于接触状态改变所导致的振动信号特征,并通过实验研究了隔离开关松动时GIS设备的外壳振动信号特性,结果表明一旦隔离开关接触状态劣化,出现松动的机械故障,会导致振动信号幅值变大、信号出现除100 Hz外的其他分量。利用所研制的带电检测系统对现场220 k V GIS进行了振动测试,并结合X射线证明了所研究方法的有效性。     

110kV AIS隔离开关分合操作瞬态电场的模拟实验研究

在空气绝缘变电站(air insulated substations,AIS)中,为了研究隔离开关分合空载母线产生的空间电磁环境对站内一次侧电子设备的影响,需要在实际变电站现场进行大量重复实验以获得空间电磁环境变化规律,但这对正常电力运维是不现实的。文中设计了可以模拟实际隔离开关操作产生的瞬态电磁场的隔离开关模拟骚扰源,利用该源对110 kV AIS隔离开关分合操作产生的电场随母线参数、隔离开关触头距离、电源容量进行研究。研究结果表明:该系统可以产生频率在0.9～2 MHz左右、强度在6～20 kV的空间瞬态电场,与现有文献报道的110 k V AIS站隔离开关操作实测瞬态电场数据相吻合。     

电子式电流互感器电磁抗干扰仿真与测试

为提高电子式电流互感器电磁防护性能,对其进行等效电路建模仿真与试验测试。在隔离开关分合容性小电流试验状态下,搭建隔离开关分合模型,得出操作过电压和过电流的电流仿真波形,以此暂态电流信号为激励源,对罗氏线圈建立等效电路模型,仿真隔离开关分合操作时的罗氏线圈输出为高频信号,输出电压峰值高达680 V,导致采集单元中A/D转换器无法正常工作。最后针对罗氏线圈输出信号的特点,提出TVS管与RC低通滤波器相结合的电磁抗干扰措施,并对抗干扰措施进行建模仿真,结果表明瞬态电压峰值可降到0.6 V以下。通过对电子式电流互感器进行隔离开关分合容性小电流试验测试,测试结果证明了上述的建模方法及抗干扰措施的有效可靠性。     

基于机-热-电多参量信号特征的GIS隔离开关状态评估方法

气体绝缘开关(gas insulated switchgear, GIS)设备中的隔离开关故障往往是机械、热、电气多物理量综合作用的结果,从微小缺陷发展至严重故障的过程中,会产生异常振动、温度、局部放电多种参量信号,同时测量并分析GIS隔离开关的多参量信息对于准确获取其运行状态具有重要意义。文中通过在实体220 kV GIS实验平台上模拟隔离开关最为常见的接触不良缺陷,研究不同接触状态时振动信号、温度变化和局部放电信号的演化规律,获得其与设备状态之间的对应关系,结合健康指数理论和改进层次分析法,提出基于多参量特征的GIS隔离开关综合评估方法。使用该方法开展现场测试,其检查结果与多参量综合评估方法的的分析结果相吻合。文中的研究为GIS隔离开关状态的带电检测提供了一种可行性较高的多参量融合分析新方法。     

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。     

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。     

基于电磁感应原理的隔离开关分合到位判断方法

隔离开关分合状况的智能、可靠判断对于电网调度发挥着重要作用。为满足隔离开关全面调度遥控操作的需求，至少需要2个非同源指示发生对应变化，为此提出了一种基于电磁感应原理的隔离开关分合到位判断方法，其判断结果可作为辅助判据。该方法通过在动触头侧安装无源接收线圈及电压感知元件，在静触头侧安装磁能发射线圈及控制装置，基于磁耦合谐振式无线电能传输原理，通过辨识开关分合运动带来发射、接收线圈间互感变化引起的感应电压变化实现隔离开关位置判别。研究首先分析了基于电磁感应原理的开关分合到位判别方法的原理及工作逻辑，然后建立系统模型，给出了参数设计准则及流程，最后搭建实验样机对所提方法进行验证。仿真及实验结果均表明，隔离开关动作过程中两线圈互感与感应电压间存在映射关系，通过设定合理的感应电压阈值，可以实现隔离开关分合状态的判断，验证了所提方法的有效性。     

基于轮廓匹配度的隔离开关三相分合闸状态同步识别算法研究

采用图像识别的方法进行隔离开关分合闸状态识别已有了部分工程应用,图像识别算法多是按照一幅图像识别一相触头配置的,工程中摄像头配置数量较多,且识别算法容易受周围环境影响。文中提出了一种基于轮廓匹配度的隔离开关三相分合闸状态同步识别算法,通过差分算法与OTSU二值化算法相结合的方法从一幅图像同步提取一组隔离开关的三相触头轮廓,计算轮廓匹配度,实现三相触头分合闸状态的同步定量识别。通过一组敞开式隔离开关三相标准的合闸过程视频对轮廓匹配度算法进行了验证,确定可以通过该算法能够实现三相触头分合闸状态的定量同步识别。     

252kV GIS隔离开关特快速暂态过电压试验中触头间隙重复击穿过程研究

为深入研究气体绝缘开关设备(gas insulated switchgear,GIS)中隔离开关分合空载短母线产生的触头间隙重复击穿现象,实现隔离开关操作全过程特快速暂态过电压(very fast transient overvoltage,VFTO)的准确仿真,建立了252 kV GIS试验平台,对GIS隔离开关分合产生的间隙重复击穿过程及影响因素进行了试验研究。通过同步测量触头间隙电压及长度,获得了隔离开关分合操作中触头间隙击穿电压与间隙长度的统计关系。统计结果表明,操作过程中间隙击穿电压与间隙长度的关系与工频电压下各长度的击穿电压基本吻合,且具有极性效应。每次间隙放电产生的空间电荷促进了后续击穿的发生,且首次放电越剧烈,这种趋势越明显。负载侧残余电压衰减时间常数约为160 min,仿真时可不计重复击穿间歇残余电压的衰减。相同的触头间隙恢复电压下,接地腔体对间隙电场分布影响不大。基于上述研究结果建立了隔离开关操作全过程VFTO仿真模型,仿真结果与实测结果基本吻合。     

550kV GIS隔离开关调速电机操动机构的研制

为改进550 k V气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)内的隔离开关,计算分析了隔离开关与电机操动机构的运动及动力配合特性,得到触头运动过程与摆角电机转角的对应关系。隔离开关触头运动速度主要取决于电机操动机构的转动速度,根据隔离开关触头运动过程可控化的要求,利用有限元数值方法,建立了摆角电机电、磁、机械耦合场数学模型,计算分析其动态特性,研制了速度可控的摆角电机及其调速控制系统样机。通过对多传感器输出信号的实时采集,利用自适应比例积分微分控制策略对动触头的运动速度进行实时调节。进行了550 k V GIS隔离开关电机操动机构的常规分合闸操作,分合闸速度分别达到1.1 m/s和1.2 m/s,满足隔离开关的性能要求。在此基础上,开展了隔离开关合闸调速实验,通过调节电机绕组电流,实现了触头速度0.9~1.2 m/s的变化。操动机构具有良好的可控性,为通过调节触头运动速度以减小击穿次数并抑制快速暂态过电压(VFTO)的幅值奠定了基础。     

GIS隔离开关开合短母线型式试验方式1中VFTO测量系统构建及波形解析北大核心CSCD

开合短母线方式1试验是考核GIS隔离开关电气性能的关键型式试验之一。在方式1试验中,需要准确测量隔离开关在试验操作过程中所产生的全过程对地瞬态电压。为此文中构建了基于电容分压传感的超宽频瞬态电压测量系统,用于方式1试验。系统包括VFTO传感器、监测终端以及控制单元,模拟带宽和系统采样率分别是100 MHz和250 MS/s。监测终端采用隔离变压器进行供电,有效提升了系统的抗干扰能力。文中以1100 kV GIS隔离开关作为试品,全过程监测了隔离开关方式1试验过程中交流侧和直流侧的瞬态电压波形。结合被试品的结构尺寸,分析了被试品两侧全过程瞬态电压的时域和频域特征。同时还分析了被试品的内部发生击穿时,隔离开关两侧所测电压信号的异常变化特征,形成了有效的内部击穿判据。通过1100 kV GIS隔离开关方式1试验,验证了文中所构建瞬态电压监测系统优异的测量和抗干扰性能,为GIS隔离开关的性能考核和优化设计提供了有力的支撑。     

隔离开关图像数据扩充方法及其在自动状态识别中的应用

针对隔离开关分合状态自动识别算法效果受到巡检图像训练样本限制的问题,提出了一种结合三维空间信息的隔离开关图像数据扩充方法。首先,通过隔离开关的二维图像,结合关于隔离开关三维形状的先验知识,求解隔离开关各关键点的三维坐标;然后,在三维空间中对隔离开关进行多次旋转变换,以模拟拍摄角度发生变化的情况;最后,通过透视投影变换将三维空间的隔离开关重新投影到二维平面,生成新的隔离开关图像数据,实现训练样本的扩充。算例结果表明,相比于平移、放缩、旋转、改变长宽比、改变亮度等传统图像数据扩充方法,所提出的隔离开关图像数据扩充方法对于隔离开关位置和分合状态识别效果有更显著的提升。     

一起隔离开关机构失效引起的GIS绝缘故障分析北大核心CSCD

GIS设备由于其封闭性,难以直观的确认其隔离开关和接地开关的位置状态,通常通过操动机构上的指示牌和辅助开关发出的二次分合闸信号来判断其内部刀闸是否分、合闸到位。一旦分合闸指示牌和辅助开关位置信号出现误差,影响对分合闸状态的判断,会引起GIS内部的绝缘故障。文中结合一起220 kV GIS隔离开关因机构位置判断失效引起的内部闪络击穿故障,分析故障的根本原因,并提出了解决和预防方案,提高了该型GIS设备的运行可靠性。     

基于IGBT技术的隔离开关智能操控系统设计

针对目前高压隔离开关在操控过程中动触头运动缺少精准控制和控制回路较复杂不易排除故障的问题,提出了一种集中化、可视化、智能化的隔离开关智能操作控制系统。该系统基于绝缘栅双极型晶体管(IGBT)变频调速技术,实现了隔离开关触头运动过程的精准控制;通过对原有控制回路的分析与整合,实现了隔离开关控制回路中各项逻辑的可视化。试验结果表明:该系统能够满足隔离开关分合闸的技术要求,可以有效提高隔离开关操作控制精准度与智能化水平。     

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%。     

高低温条件下GW16型隔离开关机械特性研究

以GW16型隔离开关为研究对象,搭建高低温试验平台,研究环境温度变化对GW16型隔离开关机械特性的影响程度,通过对动静触头相对位置、动静触头接触压力、回路电阻、平衡弹簧力值、操作机构扭矩和操作机构输出角度的试验研究,掌握了环境温度对GW16型隔离开关机械特性的影响规律,并根据GW16型隔离开关结构特点,提出了高低温条件下的隔离开关稳定性提升方法,为进一步优化和提高GW16型隔离开关的性能提供技术支持。     

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。