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。     

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。     

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。     

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。     

基于铂电阻的高压隔离开关无源无线测温系统

基于感应取电和无线通信技术,结合隔离开关的结构、工作原理进行在线测温相关技术的理论分析与验证,解决在高电压强电磁环境中在线测温系统的数据无线传输、传感器工作能源供给、设备高可靠性等方面的难题,通过温升试验,分析隔离开关不同影响因素作用下的触头温度分布,在试验研究隔离开关不同触头材料和缺陷情况下的回路电阻,以及回路电阻与接触温度的对应关系的基础上,研制出相应的在线测温装置,并在运行的户外高压隔离开关上进行应用。提出适用于隔离开关的低成本高效率的触头温度实时监测技术,对及时发现高压隔离开关触头的异常发热缺陷,对保证设备安全运行、提高供电可靠性具有重要意义。     

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。     

基于热电耦合方法的800 kV GIS隔离开关温度场仿真研究

温升是GIS设备的重要考核指标之一,温升过高会导致设备发热严重,进而影响GIS运行的可靠性。为准确分析GIS的发热和温升,基于有限元分析软件,通过热电耦合方法,建立800 kV GIS隔离开关损耗发热的求解模型,在综合考虑导体及外壳不同的散热系数、环境温度和材料电阻率随温度变化等多种因素的基础上,计算分析隔离开关的整体温度场分布。通过温升试验,对比主要部位温升的计算值和试验值,证明了该方法的准确性,为隔离开关的设计提供了参考。     

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。     

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%。     

负荷电流对电接触点温升的影响

由于高压电气设备的电接触点的发热功率和负荷电流的大小有关,在通过温度判断其是否存在电接触缺陷时需要考虑负荷的影响,因此文中研究了负荷电流对电接触点发热的影响。首先根据焦耳—楞次定律和热传递理论从理论上分析了电接触点的发热机理及温升规律,然后通过实验研究了隔离开关这种典型的电接触设备在负荷变化情况下发热部位的温度随时间的变化规律,以及发热部位稳态温升和负荷电流之间的关系。研究表明,对于隔离开关的触头和接线端,在负荷变化时其温度变化快慢和热时间常数有关,其稳态温升和负荷电流之间存在幂函数的关系。文中的研究结果为在不同负荷情况下判断电接触缺陷提供了参考。     

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。     

GW16型隔离开关热稳定性仿真分析

以GW16型高压隔离开关接触系统为研究对象,首先运用NX建立其接触系统的三维简化模型,然后利用Maxwell与ANSYS Workbench联合进行动静触头温升仿真,分析其接触系统动静触头在稳态和瞬态条件下的温升情况可知,GW16型高压隔离开关在3 150 A下正常工作,其接触系统最高温升为59.606℃,同时可以满足瞬时大电流的冲击。将仿真结果与试验数据对比,误差小于5%。分析表明:利用Maxwell与ANSYS Workbench进行GW16型高压隔离开关动静触头温升仿真分析,可以确定其动静触头温度分布状况,避免传统理论计算查询参数的复杂性及计算的繁琐性,为提高GW16型高压隔离开关的可靠性提供强有力的参考依据。     

GIS设备非电接触松动缺陷的振动试验研究与特性分析

气体绝缘组合电器GIS包含设备众多，机械结构复杂，工作时处于高电压、大电流的状态，容易产生机械故障，通过振动检测可对GIS设备机械状态进行判断。为进一步研究GIS设备机械缺陷检测方法，探究设备内非电接触松动缺陷的振动特性，文中在一台550 kV GIS设备上开展振动试验，在试验回路中设置内部屏蔽罩松动和外部地脚螺栓松动两种机械缺陷，通过测量不同状态、不同电流下GIS外壳的振动信号，从时域、频域方面总结振动信号特征和变化规律，并提出基本特征量的提取方法。结果表明GIS设备内部非电接触机械缺陷所产生的异常振动不会引起信号中100 Hz基频分量变化，内部屏蔽罩松动缺陷会导致200 Hz和300 Hz分量的幅值升高；地脚螺栓松动缺陷会导致1 700 Hz以上频率幅值均值升高，随着电流的增加，幅值增大越明显。研究结果补充了GIS设备非电接触机械缺陷检测研究，为设备振动检测试验提供了新的思路与参考。     

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。     

GIS内触头过热的无线感知系统研制

为了实现72.5 kV及以上电压GIS内触头温度的无线感知,文中阐述了一套GIS内触头温度无线感知系统的设计思路,并进行了研制。通过功能性试验,验证了本系统的有效性和可行性。最后,建立了252 kV GIS角型隔离开关接触良好和接触不良工况模型,开展了一系列局部过热无线感知试验。试验数据与热电偶测试数据进行了对比,验证了本系统的可信性。试验结果表明：本系统能够实现GIS内部触头温度的无线感知;当接触电阻Rj>250μΩ,动触头及静触头座的温度上升较快;当Rj达到620μΩ,负荷电流600 A时,静触头座的温度已接近50℃,可勉强通过红外成像检出;当Rj达到1.8 mΩ,负荷电流大于400 A时,触头的温度一直在增长,可通过红外成像清晰检测。     

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。     

电网中高压隔离开关触头接触温升实验测试分析

探讨了GW16-220隔离开关在不同的触头接触状态下产生的最大温升,同时分析了触头温升和隔离开关参数之间的关系。研究结果表明,在450～600 N的夹紧力范围内,GW16-220隔离开关处于一个状态良好的夹紧力区间中,在这一区间中接触电阻与温升都没有发生显著的改变。当负载电流升高后,触头温度升高。触头表面的污秽程度对于隔离开关的稳态温升具有明显影响,触头温升受到接触压力的影响程度将会不断增加。随热点温度的升高,得到的最高温度和最低温度差值也会增加。静触头上下两侧具有相近的温升规律,并且下方略微低于上方温升。