CN104132746B - 一种气体绝缘开关设备母线接头的温度检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种气体绝缘开关设备母线接头的温度检测方法，包括步骤：确定触头与绝缘盆子间距以及气体绝缘开关设备母线的外壳表面与母线接头相对应的温升最敏感点；获取设备母线的负荷电流、环境温度和温升最敏感点的温度、触头与绝缘盆子间距；得出设备母线的接头温度与设备母线的负荷电流、环境温度和温升最敏感点的温度、触头与绝缘盆子间距之间的函数关系；然后对设备三相母线接头温度进行检测。本发明能够实现气体绝缘开关设备母线接头温度的在线检测，无需对GIS进行断电检测，检测结果不受外界环境因素的影响，无需对设备结构进行任何更改，安全性与可行性高，并可对变电站不同电压等级的母线接头同时进行检测，便于实现检测自动化。

Description

一种气体绝缘开关设备母线接头的温度检测方法

技术领域

本发明涉及电气设备母线接头的温度检测技术领域，尤其是涉及一种直流及低频磁场信号检测设备。

背景技术

气体绝缘开关设备相对传统敞开式变电站而言，其具有占地少、可靠性高、无污染、维护方便、使用周期长等优势，因而成为国内外输配电行业开关设备中最尖端和最有竞争力的设备，目前已在国内外输配电系统中取得了广泛应用。然而，气体绝缘开关设备母线因接头接触电阻过大而造成的母线过热甚至烧毁等故障却严重影响了电网供电的可靠性和稳定性。

针对气体绝缘开关设备母线接头过热而产生故障的问题，目前主要采用的一般测量手段包括定期回路电阻检测、局部放电检测、定期红外检测等方法。测量回路电阻的方法不能进行带电检测，并且这种测量主回路如套管与接地开关之间电阻的方法，若不进行分解测量则存在较大的不确定性，即存在不能确定故障接头数量以及故障接头位置的问题。局部放电检测方法难以制定出行之有效的故障判据，而且过热与局部放电之间的关系有待深入研究，就现场运行情况看，母线接头过热未能监测出局放信号的现象存在。定期采用手持式红外热像仪进行巡检的方法，由于母线触头与外壳之间存在SF6气体，可能无法检测到触头温升变化，因此测温精度与灵敏度较低，该方法测温结果容易受到环境因素与检测距离的影响因此很难捕获故障特征，并且该方法难以实现在线监测系统的一体化集成，即使出现接触劣化的缺陷，需要运行人员具备丰富的经验才能做出正确判断。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种能够实现气体绝缘开关设备母线接头温度的在线准确检测，无需对GIS进行断电检测，检测结果不受外界环境因素的影响；同时，无需对设备结构进行任何更改，安全性与可行性高；可对变电站所有的母线接头同时进行检测，便于实现检测自动化的一种气体绝缘开关设备母线接头的温度检测方法。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种气体绝缘开关设备母线接头的温度检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，采用有限元数值计算方法，确定气体绝缘开关设备母线的外壳表面与母线接头相对应的GIS截面温升最敏感点分部；采用有限元数值方法，确定触头和绝缘盆子的轴向间距与温升敏感点和绝缘盆子的轴向间距之间的函数关系，从而得到外壳温度敏感点监测位置分布。

步骤2，获取所述气体绝缘开关设备母线的负荷电流、环境温度和所述温升最敏感点的三相温度；

其中，根据温升最敏感点的截面和轴向位置，在所述温升最敏感点处安装温度传感器，获取温升最敏感点的三相温度；

在距离所述气体绝缘开关设备母线的外壳1米至2米范围内安装温度传感器，获取所述气体绝缘开关设备母线的环境温度；

通过负荷监测系统获取所述气体绝缘开关设备母线的负荷电流。；

最后根据具体的GIS安装结构，确定触头与绝缘盆子的位置。

步骤3，得出所述设备母线的接头温度与所述气体绝缘开关设备母线的负荷电流、环境温度和所述温升最敏感点的温度、触头与绝缘盆子轴向间距之间的函数关系；

步骤4，根据得出的所述函数关系以及获取的所述气体绝缘开关设备母线的负荷电流、环境温度和所述温升最敏感点的温度、触头与绝缘盆子轴向间距，对所述母线接头的接头温度进行检测。

在上述的气体绝缘开关设备母线接头的温度检测方法，所述步骤2的具体方法是根据设备母线的接头温度与设备母线的负荷电流、环境温度和温升最敏感点的温度、触头与绝缘盆子轴向间距之间的函数关系以及获取的所述气体绝缘开关设备母线的负荷电流、环境温度和所述温升最敏感点的温度、触头与绝缘盆子轴向间距，对所述母线接头的接头温度进行检测。

因此，本发明具有如下优点：能够实现气体绝缘开关设备母线接头温度的在线准确检测，无需对GIS进行断电检测，检测结果不受外界环境因素的影响；同时，无需对设备结构进行任何更改，安全性与可行性高；可对变电站所有的母线接头同时进行检测，便于实现检测自动化。

附图说明

图1是本发明气体绝缘开关设备母线接头的温度检测方法的流程示意图；

图2a是本发明气体绝缘开关设备母线接头的温度检测方法的测温原理图(三相GIS母线轴向截面图)。

图2b是本发明气体绝缘开关设备母线接头的温度检测方法的测温原理图(三相GIS母线轴向截面图)。

图2c是本发明气体绝缘开关设备母线接头的温度检测方法的测温原理图(单相GIS母线横向截面图)。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

请参阅图1，为本发明气体绝缘开关设备母线接头的温度检测方法的流程示意图。本发明气体绝缘开关设备母线接头的温度检测方法包括以下步骤：

S101确定气体绝缘开关设备母线的外壳表面与母线接头相对应的温升最敏感点；

作为其中一个实施例，采用有限元数值计算方法，确定气体绝缘开关设备母线的外壳表面与母线接头相对应的温升最敏感点。

由于不同位置接头发热反映在外壳表面的最热点位置不同，通过有限元数值计算方法，计算母线温度场分布，根据温度场分布确定母线外壳表面与接头相对应的GIS截面温升最敏感点。确定触头和绝缘盆子的轴向间距与温升敏感点和绝缘盆子的轴向间距之间的函数关系，从而得到外壳温度敏感点监测位置分布。

S102获取所述气体绝缘开关设备母线的负荷电流、环境温度和所述温升最敏感点的温度以及触头与绝缘盆子的轴向间距；

作为其中一个实施例，在所述温升最敏感点处安装温度传感器，获取所述温升最敏感点的温度。在距离所述气体绝缘开关设备母线的外壳1米至2米范围内安装温度传感器，获取所述气体绝缘开关设备母线的环境温度。通过负荷监测系统获取所述气体绝缘开关设备母线的负荷电流。

假设气体绝缘开关设备母线负荷电流为I，环境温度为T_e，母线接头温度为T₁，母线外壳表面三相温度为T₂，触头与绝缘盆子的轴向间距D₁，温升敏感点和绝缘盆子的轴向间距为D₂。

S103采用有限元数值计算方法，分别得出所述设备母线接头温度与所述气体绝缘开关设备母线的负荷电流、环境温度和所述温升最敏感点的温度以及触头与绝缘盆子的轴向间距之间的函数关系；

在GIS母线接头过热性故障过程中，GIS母线接头温度受到母线的负荷电流、环境温度和所述温升最敏感点的温度以及触头与绝缘盆子的轴向间距的综合影响。为此本发明中结合典型运行条件下GIS母线接头的传热特性，计算母线的负荷电流、环境温度和所述温升最敏感点的温度以及触头与绝缘盆子的轴向间距综合作用下GIS母线接头温度，建立GIS母线接头温度T₁与母线的负荷电流I、环境温度T_e和所述温升最敏感点温度T₂以及触头与绝缘盆子的轴向间距D₁的函数关系为：T₁＝f(T_e,I,T₂,D₁)，利用该函数关系可以反推巡检时的GIS母线接头温度。

S104根据得出的所述对应关系以及获取的所述气体绝缘开关设备母线的负荷电流、环境温度和所述温升最敏感点的温度、触头与绝缘盆子的轴向间距对所述三相母线接头的接头温度进行检测。

处理器实时采集测点温度与电流数据，根据GIS母线接头温度与母线的负荷电流、环境温度和所述温升最敏感点的温度以及触头与绝缘盆子的轴向间距的函数关系计算母线接头温度，实现间接测量。

作为一个优选的实施例，图2展示了本发明的测温原理图。

图2a所示为三相GIS母线轴向截面图，在图2中，1为A相接头；2为B相接头；3为C相接头；4为外壳；5为A相接头温度传感器；6为B相接头温度传感器；7为C相接头温度传感器；8为环境温度传感器；9为处理器。

图2b为GIS母线轴向截面图，在该图中，触头与绝缘盆子的轴向间距为D₁，温升最敏感点处布置的传感器距离绝缘盆子的轴向间距为D₂。

根据传热学与流体力学理论，气体绝缘开关设备母线不同位置接头过热会在外壳4表面产生不同的温度分布特征，利用该分布特征能够确定与三相接头相对应的三相共箱GIS截面温升最敏感点；根据触头和绝缘盆子的轴向间距与温升敏感点和绝缘盆子的轴向间距之间的函数关系，得到外壳温度敏感点监测位置分布。因此在图2a中，A相接头1、B相接头2以及C相接头3的温升最敏感点分别为图中A相接头温度传感器5、B相接头温度传感器6以及C相接头温度传感器7所在位置。在母线附近安装环境温度传感器8。根据典型运行条件下GIS母线接头的传热特性，计算母线的负荷电流、环境温度和所述温升最敏感点的三相温度以及触头与绝缘盆子的轴向间距综合作用下GIS母线接头温度，得出GIS母线A、B、C三相接头温度TA、TB、TC与母线的负荷电流I、环境温度Te和所述温升最敏感点的三相温度TtA、TtB和TtC以及触头与绝缘盆子的轴向间距D1的函数关系为TA＝F1(Te,I,TtA,TtB,TtC，D1)、TB＝F2(Te,I,TtA,TtB,TtC,D1)、TC＝F3(Te,I,TtA,TtB,TtC,D1)。处理器利用这一函数关系实现接头温度间接检测。

图2c所示为单相GIS母线横向截面图，它是由外壳、单相接头、单相接头温度传感器、环境温度传感器、处理器组成。其中，触头与绝缘盆子的轴向间距为D₃。

根据传热学与流体力学理论，气体绝缘开关设备母线不同位置接头过热会在外壳表面产生不同的温度分布特征，利用该分布特征能够确定与接头相对应的单相GIS截面温升最敏感点；根据触头和绝缘盆子的轴向间距与温升敏感点和绝缘盆子的轴向间距之间的函数关系，得到外壳温度敏感点监测位置分布。在图2c中，在单相接头温升最敏感点处安装温度传感器；在母线附近安装环境温度传感器。根据典型运行条件下GIS母线接头的传热特性，计算母线的负荷电流、环境温度和所述温升最敏感点的温度以及触头与绝缘盆子的轴向间距综合作用下GIS母线接头温度，得出GIS母线单相接头温度T₁与母线的负荷电流I、环境温度T_e和所述温升最敏感点的温度T₂以及触头与绝缘盆子的轴向间距D₃的函数关系为T₁＝F₄(T_e,I,T₂,D₃)。处理器利用这一函数关系实现接头温度间接检测。

与一般技术相比，本发明气体绝缘开关设备母线接头的温度检测方法，可实现气体绝缘开关设备母线接头温度的在线准确检测，无需断电操作，检测结果不受外界环境因素的影响。无需对设备结构进行任何更改，安全性与可行性高。并且，借助本发明可对变电站所有的母线接头同时进行检测，便于实现检测自动化。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (2)

1.一种气体绝缘开关设备母线接头的温度检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，采用有限元数值计算方法，确定气体绝缘开关设备母线的外壳表面与母线接头相对应的GIS截面温升最敏感点分部；采用有限元数值方法，确定触头和绝缘盆子的轴向间距与温升敏感点和绝缘盆子的轴向间距之间的函数关系，从而得到外壳温度敏感点监测位置分布；

由于不同位置接头发热反映在外壳表面的最热点位置不同，通过有限元数值计算方法，计算母线温度场分布，根据温度场分布确定母线外壳表面与接头相对应的GIS截面温升最敏感点；

步骤2，获取所述气体绝缘开关设备母线的负荷电流、环境温度和所述温升最敏感点的三相温度；

其中，根据温升最敏感点的截面和轴向位置，在所述温升最敏感点处安装温度传感器，获取温升最敏感点的三相温度；

在距离所述气体绝缘开关设备母线的外壳1米至2米范围内安装温度传感器，获取所述气体绝缘开关设备母线的环境温度；

通过负荷监测系统获取所述气体绝缘开关设备母线的负荷电流；；

最后根据具体的GIS安装结构，确定触头与绝缘盆子的位置；

步骤3，得出所述设备母线的接头温度与所述气体绝缘开关设备母线的负荷电流、环境温度和所述温升最敏感点的温度、触头与绝缘盆子轴向间距之间的函数关系；

在GIS母线接头过热性故障过程中，GIS母线接头温度受到母线的负荷电流、环境温度和所述温升最敏感点的温度以及触头与绝缘盆子的轴向间距的综合影响；建立GIS母线接头温度T₁与母线的负荷电流I、环境温度T_e和所述温升最敏感点温度T₂以及触头与绝缘盆子的轴向间距D₁的函数关系为：T₁＝f(T_e,I,T₂,D₁)；

步骤4，根据得出的所述函数关系以及获取的所述气体绝缘开关设备母线的负荷电流、环境温度和所述温升最敏感点的温度、触头与绝缘盆子轴向间距，对所述母线接头的接头温度进行检测；

处理器实时采集测点温度与电流数据，根据GIS母线接头温度与母线的负荷电流、环境温度和所述温升最敏感点的温度以及触头与绝缘盆子的轴向间距的函数关系计算母线接头温度，实现间接测量。

2.根据权利要求1所述的气体绝缘开关设备母线接头的温度检测方法，其特征在于，所述步骤2的具体方法是根据设备母线的接头温度与设备母线的负荷电流、环境温度和温升最敏感点的温度、触头与绝缘盆子轴向间距之间的函数关系以及获取的所述气体绝缘开关设备母线的负荷电流、环境温度和所述温升最敏感点的温度、触头与绝缘盆子轴向间距，对所述母线接头的接头温度进行检测。