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。     

引入多重边界条件的GIS母线温度分布多场耦合计算及影响因素分析

GIS母线温度分布可为触头温度监测及载流能力评判提供参考。基于有限元方法建立实际GIS母线原型的多物理场耦合计算模型,并引入太阳辐射、空气流速、环境温度等多重边界条件,以分析外部气候条件对GIS母线温度分布的影响。开展GIS母线稳态温升实验,验证多重边界下多物理场耦合模型的有效性。基于所建仿真模型,分析负荷电流、环境温度、太阳辐射以及风速对GIS温度分布的影响,结果表明:导体和外壳温度增长率随着负荷增加而逐渐变大;环境温度改变导致GIS温度近似线性变化;太阳辐射导致GIS母线整体温度显著提高,外壳最热点向太阳直射方向偏移,外壳温度展开曲线近似为正弦形;风速导致外壳温度分布偏离正弦形,对导体的降温作用也受到SF6导热能力限制。最后,利用导体温度与GIS外壳最低点温度、环境温度、负荷电流三个条件的数值关系,给出了导体温度的计算方法,与实验值对比表明该方法的精度较高。     

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。     

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。     

基于红外传感的GIS隔离开关触头温度在线监测技术研究

为实现对触头温度的在线监测,针对GIS设备隔离开关的结构特点,提出了一种基于红外(IR)传感的适用于GIS设备触头温度在线监测的方法。因为金属导体表面发射率低,所以在金属导体触头表面涂敷高辐射涂料。针对SF6气体吸收红外光的影响,提出通过调节红外温度传感器的发射率来补偿SF6气体的吸收效应。建立了GIS试验平台,研究了SF6气体体积分数、红外滤光片和环境温度对红外测温的影响。实验结果表明,SF6气体体积分数的升高会导致红外温度传感器读数的下降,需要调低传感器的发射率进行补偿。最后根据所提方法设计了GIS设备触头温度在线监测系统。     

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。     

金属封闭高压开关柜手车触头温度场仿真分析及实验研究

由于高压开关柜触头盒内外温升的差异性,导致盒外在线测温装置不能直接反映触头最高温度。因此针对某常用型号开关柜建立了手车触头接触正常情况和不良情况下的导电回路发热模型,利用ANSYS有限元电热耦合方法进行了仿真计算,得到了触头部位沿临近回路的温度分布特征。通过对比该型号开关柜温升实验的结果,验证了仿真计算的正确性。研究结果可为现有开关柜过热预警装置传感器安装及温度监测数据分析提供参考,有助于及时、准确地发现过热故障隐患。     

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。     

基于多物理场计算和模糊神经网络算法的变压器热点温度反演

热点温度是影响油浸式变压器绝缘寿命的重要因素之一。针对分布式光纤传感器测温系统测量热点温度时造成的不良影响与安装的不便性。提出一种基于多物理场计算和模糊神经网络算法的油浸式变压器热点温度反演模型。以66 kV三相三柱油浸自冷式变压器为例,采用有限体积法耦合迭代求解变压器流体–温度场,确定热点温度范围区域。筛选出环境温度、变压器顶层油温、变压器外壳及油箱顶部等12个特征点的温度建立模糊子集,再通过T–S模糊神经网络算法预测变压器绕组热点温度值。计算结果表明其与光纤传感器实际测量绕组热点温度误差4%,比传统方法具有更高的精度。该方法实现了特征量测量非植入式,为电力变压器在线监测、热点温度计算提供一种新的计算思路。     

有屏蔽罩结构的GIS触头温度红外在线监测技术

由于红外温度传感器不能直接测量带屏蔽罩结构的GIS触头温度,因此提出了通过直接测量屏蔽罩温度来间接获得触头部位温度的方法。建立了GIS开关传热模型,获得了触头处温度场分布。研究了GIS开关触头温度与屏蔽罩温度、环境温度关系,并且运用支持向量机算法和神经网络算法预测了触头温度和屏蔽罩温度之间的映射关系,结果表明神经网络算法的拟合预测准确度更高。     

雷电冲击下GIS外壳暂态电位升的研究

为了计算雷击GIS单相套管外引线时,GIS外壳暂态电位升高,建立了GIS电路模型。利用电磁场理论和多导体传输线理论提取了GIS主要元件参数,建立了GIS主要元件的电路模型。以某220 kV GIS智能开关设备为研究对象,计算了智能组件传感器安装处GIS外壳TEV,并进行了试验验证。所得的仿真结果为下一步智能组件端口骚扰电压的研究提供基础。     

基于有限元的GIS母线温度推演方法研究

针对GIS母线内部导体温度无法直接测量的问题,提出了 一种基于有限元分析的GIS母线温度推演方法,该方法采用可直接测量的GIS母线外壳温度、负载电流、环境温度等参数对导体温度进行推演.结合GIS母线参数、热参数以及边界条件等,利用COMSOL有限元分析软件进行电磁-流体-温度场耦合仿真,求解不同环境温度与负荷电流条件下...     

基于流线分析的10kV油浸式变压器绕组热点温度反演模型建立及验证研究EI北大核心CSCD

准确获取运行变压器绕组热点温度一直是电力行业的难点问题之一。源自变压器绕组热源区域的热流是导致变压器外场域温度升高的直接推动力,该文基于变压器温度流体场耦合数值计算,分析变压器内部热流扩散规律,通过提取流经绕组热点区域与外壳散热区域的典型热流流线,选取变压器外部可测并与绕组热点温度具有强关联关系的特征测温点,并采用网格搜索法优化的支持向量回归机构建特征测温点温度与绕组热点温度间的多维非线性关系,进而建立变压器绕组热点温度反演检测模型。为拓宽反演模型的普适性,采用正交设计法构建反演模型所需的训练样本和测试样本,采用变压器多工况温升试验验证变压器温度流体场仿真结果的准确性,并验证绕组热点温度反演模型的准确性,绕组热点温度反演平均绝对误差为1.82%,最大温差小于3℃。     

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。     

基于多物理场仿真和神经网络算法相结合的油浸式变压器热点温度动态反演方法

绕组热点温度是影响油浸式电力变压器绝缘老化程度的重要因素之一。已有的变压器热点温度计算方法主要包括经验热模型、热路等值模型、人工智能算法等,这些方法在计算准确性和实际应用方面各有不足。基于此,提出了基于多物理场仿真和神经网络算法相结合的油浸式变压器热点温度反演方法。借助多物理场仿真技术实现变压器的高精度模拟,以获取多种环境温度和负载升降变化运行断面下的可信样本,并提取环境温度、顶层油温、负载系数等特征参量作为输入,采用反向传播神经网络建立变压器热点温度的反演模型。以100 kVA/10 kV变压器为例进行分析,结果表明该文提出的热点温度计算方法可以实现负载系数和环境温度变化过程中热点温度的动态反演,其动态反演曲线和实际测量曲线均方根误差为0.94℃,较现有的导则经验公式和热路模型有更高的计算精度。     

特高压GIS特高频内置传感器有效监测范围现场测试与评估技术研究

为有效评估特高压GIS特高频内置传感器的灵敏度及其监测范围,搭建了252 k V GIS等效脉冲注入实验平台。首先通过等效实验方法,建立252 k V GIS内典型缺陷5 p C放电量与等效注入脉冲信号波形之间的关系;结合252 k V GIS和1 100 k V GIS的特高频电磁波数值计算,仿真得到了1 100k V GIS内缺陷5 p C放电量下的等效注入脉冲信号的波形参数。针对特高压某站1 100 k V GIS的各种典型特高频传感器布置方式,开展有效监测范围的现场测试与评估,结果表明:特高压安吉站1 100k V GIS只有出线间隔布置方式的B相满足监测灵敏度的要求。最后提出特高频内置传感器优化布置计算方法,并依此提出了特高压某站1 100 k V GIS的特高频内置传感器优化布置方案。     

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。     

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。