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。     

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。     

特高压直流隔离开关载流技术研究北大核心CSCD

1 120 kV特高压直流隔离开关的核心问题在于其通流能力,而载流系统的接触部位温升大小决定了隔离开关的通流水平。文中从接触电阻理论出发,研究了接触压力与接触点数对接触电阻的影响规律,设计了一种双层环形触指/触头载流结构,开发了环形触指的制造加工工装及加工工艺流程,并在环形触指/触头的基础上设计出了高载流技术的新型1 120 kV特高压直流隔离开关。为进一步研究隔离开关载流性能,文中对触指/触头接触部位进行了独立的电—热耦合分析,结果显示载流系统最大温升61.56 K,满足国标规定的温升值65 K。最后,通过隔离开关载流系统温升试验、动热稳定试验以及直流隔离开关整机的绝缘试验,进一步验证了设计的载流系统的可靠使用性能。     

500 kV GIS隔离开关触头温度监测及外壳温度传感器优化布置

GIS触头温度是反应触头热故障信息最直接的指标,有必要实时监测其温度。目前无法在触头上安装传感器来监测其温度,因此文中提出利用多点外壳温度和环境温度的监测值来反演计算GIS触头温度,并对布置在外壳上的多点传感器进行了优化。首先建立了500 kV隔离开关气室的温度—流体场有限元分析模型,计算出温度场分布,确定了外壳传感器安装位置。同时进行温升试验,将试验和仿真结果对比,验证仿真模型的合理性。接着利用支持向量回归机训练多点外壳温度、环境温度和触头温度的对应关系,并利用多点外壳温度和环境温度的实测来反演计算触头温度,比较计算和实测结果发现平均绝对监测误差为0.47%。最后,利用遗传算法对外壳温度传感器进行优化布置,传感器数量从25个减少到5个,优化后平均绝对监测误差为2.07%,节约了成本,提高了反演计算的速度。     

GW6B-252型隔离开关触头温升与接触状态关系研究

高压隔离开关异常发热是电力系统中长期存在的安全隐患。温升是评估隔离开关运行状态的一个重要指标,接触电阻值是表征导电回路联接是否良好的关键参数。隔离开关设备的温升主要受接触电阻控制,接触电阻值变化时,将引起隔离开关整体温度分布改变。文中针对隔离开关不同缺陷对隔离开关触头接触电阻和触头最大温升的影响进行相关试验,最终得到GW6B-252型隔离开关触头压力应该在400 N以上,且触头污秽对隔离开关温升影响最大的结论。     

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%。     

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。     

110kV隔离开关激光清洗后接触电阻值的仿真计算分析

对隔离开关激光清洗后的接触电阻进行定性计算分析,将对实际隔离开关激光清洗工作具有指导意义.利用 ANSYSWorkbench计算隔离开关触头触指间的应力分布,并基于 COMSOL建立隔离开关接触电阻计算模型,在考虑激光清洗后触头、触指接触面粗糙度及其应力变化的情况下,对接触电阻值进行计算分析.研究结果表明,表面粗糙度中高度参数对接触电阻影响较大,粗糙度中高度增加会使接触电阻明显增大,粗糙度中斜率增加会使接触电阻明显减小。     

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。     

基于有限元分析的不同电压等级GIS隔离开关温度场仿真研究

GIS隔离开关部位容易引起热故障,研究温度场分布可为GIS温度监测提供参考。基于AnsysWorkbench有限元仿真软件,针对不同电压等级的GIS隔离开关,建立多物理场耦合仿真模型,计算分析实际工况下隔离开关的温度场分布。同时分析外界环境温度和风速对导杆温度及外壳温度的影响,结果表明:环境温度的改变能导致GIS温度近似线性变化;风速能改变外壳与空气之间的对流换热能力,风速的增大能相应地降低导杆和外壳温度,但温度下降的趋势越来越缓慢,散热效果也在降低,两者呈非线性关系。最后,利用外壳温升、环境温度和风速三者的数值关系,总结出计算各电压等级的GIS隔离开关导杆温度的经验公式。     

基于隔离开关结构和操作特性的电弧放电模型研究与应用

文中从微观粒子动力学特性出发,以特高压GIS(gas insulated switchgear,GIS)隔离开关为研究对象,建立隔离开关SF6放电数学模型,分析气室结构和操作特性对电弧电阻的影响,计算得到隔离开关操作下触头间隙多次重复击穿VFTO全波频暂态特性,并与实测波形进行对比,结果表明:隔离开关电弧放电模型受触头...     

基于温度检测的气体绝缘开关接触状态场路结合分析法

以气体绝缘开关（GIS）为研究对象,通过分析动静触头的接触电阻及温度、风速和辐射等环境因素对GIS温度分布的影响规律,提出基于温度检测的GIS接触电阻的场路结合计算方法,用于定量预测GIS触头的接触状态。首先建立GIS的电磁-热-流多物理场耦合模型,并提出考虑热传导、热对流和热辐射3种散热方式的等效热路模型,进而利用多物理场数值仿真结果作为训练样本,给出导杆与壳体之间的SF6气体对流散热等效热阻、壳体内外表面之间的等效热阻以及壳体外表面与空气之间的等效热阻的计算方法。利用该场路结合预测模型,通过检测并输入壳体上下代表测点的温差值可计算得到GIS的接触电阻,从而评估GIS接触状态。最后通过GIS接触电阻计算结果与试验结果对比,验证了提出的场路结合分析法评估GIS接触状态的可行性和优越性。     

GN30-10Q隔离开关接触电阻值的计算分析

接触电阻是衡量电接触系统可靠性的重要指标,接触电阻增大是导致隔离开关发热故障的主要原因。笔者结合GN30-10Q隔离开关的结构特点,研究该型号隔离开关运行时动静触头的受力情况;根据电接触理论,求解出该类型隔离开关接触电阻的工程计算值。计算结果真实可信,对处理隔离开关发热故障具有一定的指导意义。     

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。     

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。     

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。     

基于场路耦合的超高压GIS母线温度场研究

超高压GIS母线发热的最高点主要出现在触头、触指部位。运用有限元方法,建立了带有触头、触指的550kV GIS母线三维电磁场-流场-温度场耦合有限元求解模型。将触指进行合理简化,计算了母线导体、触头、触指等各部位元件的功率损耗,并将其作为发热源,耦合至流场-温度场求解模型,计算出母线温度场分布。将计算结果与温升试验数据对比,触头温度误差在0.3%,导体温度误差在1.04%,外壳温度误差在4%,证明了触指简化模型的合理性与正确性,对GIS母线设计以及触头、触指的温度场仿真具有指导意义。     

高低温条件下隔离开关触头耐磨特性研究

以隔离开关关键零部件触头为研究对象,通过±60℃高低温试验平台,测试了±60℃环境温度下触头表面镀层特性、接触电阻等通流参数,建立数据统计理论模型,定性研究高低温对触头通流能力的影响。建立温度与触头镀银层磨损量和接触电阻的关系曲线,分析了触头镀银层和接触电阻随温度变化情况,研究了接触电阻增大的机理,并以此提出了减小磨损量的相关措施,为提高隔离开关通流能力的提升奠定理论基础。