CN103197149B - Gis导电回路电气参数测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种GIS导电回路电气参数测量方法，本测量方法采用二阶非振荡电路产生千安级的冲击电流，通过电压隔离传感器采集标准电阻和GIS导电杆的电压降信号，获取冲击电流峰值，即电流变化率为零时刻的瞬时电流值和其对应时刻的导电连接件的电压降，测得回路电阻。消除导电杆电感分量对回路电阻测量的影响。本发明在准确测量回路电阻的基础上，提取冲击电流的斜率，并根据对应的导电杆电压降测量GIS导电杆的电感量。

Description

GIS导电回路电气参数测量方法

技术领域

本发明涉及GIS导电杆的接触状态评估技术领域，尤其是指一种GIS导电回路电气参数测量方法。

背景技术

GIS具有结构紧凑、占地面积小、运行可靠、维护工作量小的优点，又由于其封闭性，GIS不受污秽和气象等自然条件的影响。因此GIS日益获得广泛采用。

在电力系统实际运行中，由于GIS安装过程中，内部导电杆插入深度不够，表面产生氧化膜和毛刺等原因，导致其回路电阻会增大，引起触头发热，触头发热后温升造成电阻进一步增大，形成恶性循环，引发的事故时有发生。虽然GIS导电杆的检修涉及机械和电气多方面的综合因素，但是导电杆触头连接状态还是工作人员最为关心的。在GIS预防性试验时，不可能打开GIS检查导电杆触头。所以，如何采用有效的检测方法测量GIS导电杆的导电回路电阻，反映其接触状态，是避免事故发生必需采取的措施。

《电气设备预防性试验规程》规定，对GIS导电杆的回路电阻测量采用直流压降法，电流值不小于100A，测试值不得大于出厂值的1.2倍。现有回路电阻测试仪通常采用开关恒流源，输出100A到300A的电流。GIS导电杆的回路电阻的测试是在高电压等级的变电站进行，在现场强电磁干扰下测试信号很容易淹没在噪声中。为了更准确的从干扰信号中分离出测量信号以测试回路电阻，就需要提高测试电流。

传统回路电阻测试测试采用的直流开关电流源的输出都存在一定纹波。而GIS导电杆呈现电感特性。因此，采用直流开关电流源为放电电源测量GIS导电杆的回路电阻难免不受被测元件所含的电感影响。为精确测量导电杆的回路电阻值，必须消除电感对测量的干扰。

发明内容

鉴于此，本发明有必要提供一种GIS导电回路电气参数测量方法，其能够准确的测量GIS导电杆的导电回路电阻，有效反应其解除状态，有效避免事故发生。

本发明的目的是这样实现的：

一种GIS导电回路电气参数测量方法，其包括有：

(1)通过充电电路对电容器进行充电；

(2)电容器充满电荷后，切除充电电路；

(3)所述电容器与GIS导电杆、标准电阻组成RLC电路，电容器放电并产生千安级的冲击电流，获得电容器释放的冲击电流的完全波形，获得GIS导电杆电压降波形；

(4)获取冲击电流的变化率为零时刻t_m，此时被测GIS导电杆的回路电阻r可根据r＝U_tm/I_m计算得出；

其中，所述电容器的放电过程为非振荡放电过程，所述电容器的电容量为法拉级，GIS导电杆的电感量为微亨级，U_tm为电流变化率为零时刻t_m的电压降，I_m为电流变化率零时刻t_m的电流值。

优选的是，其还包括有步骤(5)，根据公式计算得出GIS导电杆电感L；其中，I_t为冲击电流上t时刻的电流，Δt为数据采集时间间隔，I_t+Δt为数据采集间隔时间Δt后的冲击电流，U_t为I_t对应的GIS导电杆上的电压降。

优选的是，所述数据采集时间间隔Δt小于1ms。

优选的是，冲击电流的发生电路包括有串联连接的放电触发模块、电容器、GIS导电杆及分流器，还包括与所述分流器并联连接的第一电压隔离传感器、与所述GIS导电杆连接并联连接的第二电压隔离传感器。

优选的是，所述放电触发模块为可控硅模块。

本发明GIS导电回路电气参数测量方法与现有技术相比，具有如下有益效果：

本测量方法采用二阶非振荡电路产生千安级的冲击电流，通过电压隔离传感器采集标准电阻和GIS导电杆的电压降信号，获取冲击电流峰值，即冲击电流变化率为零时刻的瞬时电流值和其对应时刻的导电连接件的电压降，消除导电杆电感分量对回路电阻测量的影响。本发明在准确测量回路电阻的基础上，提取冲击电流的斜率，并根据对应的导电杆电压降测量GIS导电杆的电感量。

本测量方法可消除被测GIS导电杆所含的电感成分的影响，测得回路电阻。被测GIS导电杆呈现电感特性，当冲击电流作用于GIS导电杆回路时，冲击电流在电感上产生的电压降与放电电流的变化率成正比。电感电压降在电流变化率为零时，即电流峰值时刻，电感上的电压降等于零，此时GIS导电杆的电压降降是纯电阻特性的。由电流峰值时刻的导电杆电压降和峰值电流即可精确计算GIS导电杆的导电回路电阻，消除GIS导电杆回路电感的影响。而对于纯电阻特性的被测元件，在冲击电流作用下在各时刻的电压降与电流始终正比，可根据欧姆定律求得回路电阻。

附图说明

图1为本发明GIS导电回路冲击电流发生回路示意图；

图2为本发明GIS导电回路冲击电流发生回路原理图；

图3为本发明GIS导电回路电阻的计算原理图。

具体实施方式

本发明一种GIS导电回路电气参数测量方法，其包括有：

(1)通过充电电路对电容器进行充电；

(2)电容器充满电荷后，切除充电电路；

(3)所述电容器与GIS导电杆、标准电阻组成RLC电路，电容器放电并产生千安级的冲击电流，获得电容器释放的冲击电流的完全波形，获得GIS导电杆电压降波形；

(4)获取冲击电流的变化率为零时刻t_m，此时被测GIS导电杆的回路电阻r可根据r＝U_tm/I_m计算得出；

其中，所述电容器的放电过程为非振荡放电过程，所述电容器的电容量为法拉级，GIS导电杆的电感量为微亨级，U_tm为电流变化率为零时刻t_m的电压降，I_m为电流变化率零时刻t_m的电流值。

还包括有步骤(5)，根据公式计算得出GIS导电杆电感L；其中，I_t为冲击电流上t时刻的电流，Δt为数据采集时间间隔，I_t+Δt为数据采集间隔时间Δt后的冲击电流，U_t为I_t对应的GIS导电杆上的电压降。优选的是，所述数据采集时间间隔Δt小于1ms。

如图1所示，冲击电流的发生电路包括有串联连接的放电触发模块2、电容器1、分流器3及GIS导电杆4，还包括与所述分流器3并联连接的第一电压隔离传感器31、与所述GIS导电杆4连接并联连接的第二电压隔离传感器41。优选的是，所述放电触发模块2为可控硅模块。所述分流器3为微欧级标准电阻。所述GIS导电杆4为被测元件，由触头和导电杆组成。电容器1、分流器3及GIS导电杆4组成放电回路。有初始电压的电容器1对回路放电。所述电压隔离传感器31用于采集所述分流器3的电压降信号，所述电压隔离传感器41用于采集GIS导电杆4电压降信号。

1.冲击电流的产生

如图2所示，冲击电流的发生回路(即电容器放电回路)等效为一个RLC电路。电容器1的电容为C，总回路电阻R包括有电容器1内阻、导线电阻，分流器3的电阻和被测GIS导电杆4回路电阻，总回路电阻阻值为R。被测GIS导电杆电感为L。

电容器1对分流器3和GIS导电杆4放电，此放电过程是二阶电路的零输入响应。电容器1的电容量为法拉级，GIS导电杆4的电感L为微亨级，因此放电过程为非振荡放电。标准电阻阻值与电容器放电回路的电阻均为微欧级，电容器内阻为毫欧级。

列出KVL方程：-U_C+U_L+U_R＝0

电流： $i=-C\frac{{\mathrm{dU}}_C}{dt};$

电压： $U_{RL}=Ri+L\frac{di}{dt}=-RC\frac{{\mathrm{dU}}_C}{dt}-LC\frac{d^2{U}_C}{{\mathrm{dt}}^2};$

则： $LC\frac{d^2{U}_C}{{\mathrm{dt}}^2}+RC\frac{{\mathrm{dU}}_C}{dt}+U_C=0.---\left(1\right)$

其中，U_C为电容器1电压，U_L为GIS导电杆4电感分量电压，U_R为总回路电阻电压，U_RL为GIS导电杆4电感分量电压与总回路电阻电压之和。

求解常微分方程(1)。电容器1电容量为法拉级，GIS导电杆4的电感量为微亨级，而总回路电阻R主要取决于电容器1的内阻，为毫欧级。回路冲击电流波形8为非振荡波。

2.基于冲击电流的GIS导电杆4回路电阻的测量

分流器3为纯电阻元件，冲击电流在分流器3上产生的瞬时电压降与冲击电流瞬时值成正比。分流器3上电阻已知，且为微欧级，采集分流器3上的电压降信号U_i，电压降信号U_i与分流器3电阻值即可求得冲击电流的完全波形8。

GIS导电杆4上流过冲击电流呈现出感抗压降和回路电阻压降。如图3，电容器1对回路放电产生的冲击电流波形如图3中8所示，在冲击电流8的作用下，被测GIS导电杆4电压降波形如图3中9所示。为消除GIS导电杆4中的电感分量影响，取冲击电流的变化率为零时刻，即电流峰值时刻对应的GIS导电杆4的电压降信号。

对于电感的电压降，当时，此时GIS导电杆4的感性压降为零，所采集的电压降信号为纯电阻压降。

冲击电流峰值I_m，电流峰值时刻t_m对应的GIS导电杆4的电压降为U_tm。则被测GIS导电杆4的回路电阻r可据以下公式计算得：

对于纯电阻元件的回路电阻的测量同样依据上述计算方法。

3.基于冲击电流的GIS导电杆4电感分量的测量

GIS导电杆4的电感量的测量是在导电杆回路电阻测量结果的基础上完成的。取冲击电流上一点I_t，以及数据采集时间间隔Δt(Δt很小，大小为数据采集周期，不大于1ms)后的冲击电流I_t+Δt，I_t对应的GIS导电杆上的电压降信号为U_t。

则GIS导电杆电感量可依据下式计算：

由于冲击电流的波头陡度。优选实施例取波尾段的冲击电流数据作为计算数据。依据本发明提供的方法计算多组GIS导电杆电感量L，求平均值作为计算结果。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种GIS导电回路电气参数测量方法，其特征在于，其包括有：

(1)通过充电电路对电容器进行充电；

(2)电容器充满电荷后，切除充电电路；

(3)所述电容器与GIS导电杆、标准电阻组成RLC电路，电容器放电并产生千安级的冲击电流，获得电容器释放的冲击电流的完全波形，获得GIS导电杆电压降波形；

(4)获取冲击电流的变化率为零时刻t_m，此时被测GIS导电杆的回路电阻r可根据r＝U_tm/I_m计算得出；

其中，所述电容器的放电过程为非振荡放电过程，所述电容器的电容量为法拉级，GIS导电杆的电感量为微亨级，U_tm为电流变化率为零时刻t_m的电压降，I_m为电流变化率零时刻t_m的电流值。

2.根据权利要求1所述的GIS导电回路电气参数测量方法，其特征在于，其还包括有步骤(5)，根据公式计算得出GIS导电杆电感L；其中，I_t为冲击电流上t时刻的电流，Δt为数据采集时间间隔，I_t+Δt为数据采集间隔时间Δt后的冲击电流，U_t为I_t对应的GIS导电杆上的电压降。

3.根据权利要求2所述的GIS导电回路电气参数测量方法，其特征在于，所述数据采集时间间隔Δt小于1ms。

4.根据权利要求1所述的GIS导电回路电气参数测量方法，其特征在于，冲击电流的发生电路包括有串联连接的放电触发模块、电容器、GIS导电杆及分流器，还包括与所述分流器并联连接的第一电压隔离传感器、与所述GIS导电杆并联连接的第二电压隔离传感器。

5.根据权利要求4所述的GIS导电回路电气参数测量方法，其特征在于，所述放电触发模块为可控硅模块。