CN106226696A - 一种gis中隔离开关触头接触状态模拟试验系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种GIS中隔离开关触头接触状态模拟试验系统及方法，包括壳体，壳体上下两端分别设有上绝缘盖板和下绝缘盖板，上绝缘盖板上穿设有静触头，静触头与上绝缘盖板之间静密封；下绝缘盖板上可拆卸地穿设有动触头，动触头与下绝缘盖板之间动密封；静触头具有可供动触头伸入的凹槽。本发明可模拟不同接触深度、接触材料及接触压力下的接触状态，试验时对装置动、静触头施加电压、电流，实测不同接触状态下的接触电阻、接触点温度。本发明可用于研究GIS中隔离开关接触电阻、接触点温度与接触状态的关系与变化规律，为开展GIS中隔离开关触头接触状态检测奠定基础。

Description

一种GIS中隔离开关触头接触状态模拟试验系统及方法
技术领域
本发明涉及电气设备试验系统，尤其是一种GIS中隔离开关触头接触状态模拟试验系统及方法。
背景技术
封闭式气体绝缘组合电器具有占地面积小、良好的绝缘性能而在电网中得到了广泛的应用。但是由于其的全封闭结构特点，一旦出现事故，造成的后果比分离敞开式设备严重得多，其故障修复尤为复杂。
GIS(Gas Insulated Switchgear，气体绝缘组合电器)往往采用现场组装的方式进行安装，由于现场环境恶劣，组装周期短，易于出现机械故障，特别是隔离开关，由于开合次数多，易于出现触头接触不良等机械故障。当隔离开关出现接触不良等故障时，会导致接触电阻变大、接触点发热严重等。由于隔离开关密封在GIS内部，无法通过常规检测手段获得触头的接触状态，因此，迫切需要开展GIS隔离开关异常发热的故障机理试验研究，为GIS隔离开关状态检测提供理论依据。现有研究普遍基于GIS隔离开关真型模型开展相关试验，存在触头温度测量手段单一，触头接触深度无法量化调节、动触头材质工艺难以更换、触头夹紧力难以改变、难以实现温升和接触电阻同步测量、破坏性试验成本过高等不足之处，不利于模拟各类典型工况下的接触不良缺陷，无法系统深入地研究GIS中隔离开关异常发热的故障机理。
发明内容
发明目的：针对上述现有技术存在的缺陷，本发明旨在提供一种GIS中隔离开关触头接触状态模拟试验系统及方法，以实现GIS中隔离开关在不同接触深度、接触材料及接触压力下的触头温度、接触电阻测试及分析。
技术方案：一种GIS中隔离开关触头接触状态模拟试验系统，包括壳体，壳体上下两端分别设有上绝缘盖板和下绝缘盖板，上绝缘盖板穿设有静触头，静触头与上绝缘盖板之间静密封；下绝缘盖板上可拆卸地穿设有动触头，动触头与下绝缘盖板之间动密封；静触头具有可供动触头伸入的凹槽。
进一步的，还包括测温装置，所述测温装置包括至少两个静触头温度传感器、至少两个动触头温度传感器。
进一步的，所述壳体表面开有红外测温窗口，用于对静触头和动触头进行红外热成像测温。
进一步的，还包括接触电阻测量仪，用于测量静触头和动触头间的接触电阻。
进一步的，还包括三工位开关，所述三工位开关包括电流源档、回路电阻测量档及断开档，用于控制通流回路和接触电阻测量回路的通断。
进一步的，所述静触头包括触头和与触头相连的触头座，所述触头上安装有可拆卸的抱紧弹簧，所述触头为梅花触头。
进一步的，所述动触头的表面设有刻度，用于观测动触头伸入静触头的深度。
进一步的，还包括钳形电流表，所述钳形电流表连接在静触头和动触头所在的通流回路上。
进一步的，所述壳体表面安装有用于向壳体内充气的充气阀和用于测量壳体内部气体压力的压力表。
一种GIS中隔离开关触头接触状态模拟试验方法，包括如下步骤：
(1)根据试验方案选择不同材料及加工工艺的动触头，并将动触头装配在下绝缘盖板上；
(2)根据试验方案选择不同刚度、长度及材质的抱紧弹簧，并将抱紧弹簧装配在静触头上；利用充气阀向试验模型中充入SF6气体，观察压力表直至气压达到试验所需气压值时停止充气；
(3)根据试验方案调节动触头插入静触头的深度，记录插入深度；
(4)将三工位开关切换至回路电阻测试档，测量并记录回路电阻，随后将三工位开关切换至电流源档，准备通流试验；
(5)打开电流源，开始通流试验，观察并记录钳形电流表示数，测量并记录静触头温度传感器和动触头温度传感器所测量的温度，同时利用红外测温窗口观测静触头和动触头表面温度分布并拍摄红外热像图；每持续通流预设时间后将三工位开关切换至回路电阻测试档，测量并记录回路电阻，随后切换回电流源档；直至触头温度达到稳态且获取足够的试验数据后，关闭电流源，将三工位开关切换至断开档；
(6)重复步骤(3)～(5)完成不同插入深度情况下的模拟试验；
(7)重复步骤(2)～(6)完成不同弹簧抱紧力情况下的模拟试验。
(8)重复步骤(1)～(7)完成不同动触头材料及加工工艺情况下的模拟试验。
有益效果：本发明试验系统中动触头可拆卸地穿设在下绝缘盖板上，动触头与下绝缘盖板之间动密封，因此动触头的插入深度能够定量调节，并且动触头能够整体更换，可根据试验需要更换成不同材料及加工工艺的动触头因此可模拟GIS中隔离开关在不同动触头接触深度、接触材料的接触状态，同时静触头抱紧弹簧更换方便，也可模拟动静触头不同接触压力下的接触状态；试验电流源和接触电阻测量仪通过三工位开关与试验模型相连，通过反复切换开关位置能够实现试验过程中接触电阻的跟踪测量；同时使用接触式和非接触式测温原理进行动静触头温度检测，温度测量结果能够进行对比分析、验证，本发明可用于研究GIS中隔离开关接触电阻、接触点温度与接触状态的关系与变化规律。
附图说明
图1是本发明的系统组成原理图。
具体实施方式
下面通过一个最佳实施例并结合附图对本技术方案进行详细说明。
如图1所示，一种GIS中隔离开关触头接触状态模拟试验系统，包括壳体1和电流源17，电流源17用于产生试验所需的电流；本实施例中壳体1采用与GIS类似的圆筒设计，本领域技术人员也可根据其特殊需要采用其他形状的壳体，壳体1采用具有一定厚度的金属材料以保证足够的强度，金属壳体1表面安装有用于向壳体1内充气的充气阀13和用于测量壳体1内部气体压力的压力表14，可根据需要充入不同压力的SF6气体，模拟不同气体压力下的接触状态。
金属壳体1表面开有红外测温窗口8，用于对静触头4和动触头5进行红外热成像测温，可通过该窗口开展隔离开关静触头4的红外热像检测。
壳体1上下两端分别设有上绝缘盖板2和下绝缘盖板3，上绝缘盖板、下绝缘盖板与壳体之间可以用螺钉固定，方便拆卸，本领域技术人员也可根据需求采用其他方式固定，本实施例中上绝缘盖板2和下绝缘盖板3均为环氧材料，上绝缘盖板2上穿设有静触头4，静触头4与上绝缘盖板2之间静密封，具体是上绝缘盖板2与静触头4之间采用一只O形密封圈的静密封设计；下绝缘盖板3上可拆卸地穿设有动触头5，动触头5与下绝缘盖板3之间动密封；下绝缘盖板3与动触头5之间采用一只X形密封圈与一只防尘O形密封圈相配合的直动密封设计，避免了静触头4和外腔体的电气连接，金属腔体通过接地线可靠接地，现有技术中的静触头与动触头均密封在壳体内部，因此难以对动触头与静触头的接触深度进行量化分析。
试验系统的动触头5由金属棒制作，动触头5与下绝缘盖板3之间采用双密封圈动密封设计，可调节动触头5插入静触头4的深度，用以模拟不同的插入深度的隔离开关接触状态，动触头5表面有刻度，用于观测动触头伸入静触头的深度，动触头5可整体更换，通过改变动触头5材质可模拟镀银、裸铜、搪锡等情况下的接触状态。
试验系统的，静触头4具有可供动触头5伸入的凹槽，与动触头5相适配，动触头5插入凹槽内，静触头4包括触头41和与触头41相连的触头座42，所述触头41上安装有可拆卸的抱紧弹簧11，所述触头41为梅花触头。由于抱紧弹簧11可拆卸、更换，因此能够通过改变弹簧材质、长度、刚度可模拟不同接触压力下的接触状态。
本系统还包括测温装置，所述测温装置包括至少两个静触头温度传感器6、至少两个动触头温度传感器7，本实施例是在在动、静触头4的两侧分别布置温度传感器，温度传感器采用热电偶或铂电阻，此处在动、静触头各安装2个以上传感器的原因有：第一，两个传感器温度进行比对可以更真实地反映动、静触头温度分布；第二，测量动、静触头2个不同位置的温度，有利于与权利要求书3中所述的红外热成像测温结果进行对比验证，可进一步提高整个测温系统的效果与可靠性。
静触头温度传感器6和动触头温度传感器7均通过接线子排15与温度处理模块16相连，工作时，接线子排15需从密封的壳体1中穿出，但不能破坏试验所需的密封状态，因此接线子排15周围采用密封设计，可以从壳体中开密封孔穿出，也可以在上绝缘盖板2或下绝缘盖板3开孔穿出，本领域技术人员可根据实际情况选择；所述温度处理模块16用于处理并输出静触头温度传感器6和动触头温度传感器7所测量的温度；试验时通过测量并记录静触头温度传感器和动触头温度传感器所测量的温度，同时利用红外测温窗口观测静触头和动触头表面温度分布并拍摄红外热像图；能够得到接触及非接触这两种测量方式的温度数据，红外热像图能够反映静触头和动触头各个区域的温度分布，而温度传感器测得的温度可与红外热像图的温度值进行对比验证，为后续的温度分析提供更可靠的依据。
还包括钳形电流表12，所述钳形电流表12连接在静触头4和动触头5所在的通流回路上。
本系统还包括接触电阻测量仪9，用于测量静触头4和动触头5的回路电阻，还包括三工位开关10，三工位开关10包括电流源档、回路电阻测量档及断开档，用于控制通流回路和接触电阻测量回路的通断，能够在测量时便捷的切换电路进行电阻测量和电流测量。试验装置的电流源17和接触电阻测量仪9通过三工位开关10与试验模型相连。
一种GIS中隔离开关触头接触状态模拟试验方法，包括如下步骤：
(1)根据试验方案选择不同材料及加工工艺的动触头，包括镀银、裸铜、搪锡等，将动触头装配在下绝缘盖板上；
(2)根据试验方案选择不同刚度、长度及材质的抱紧弹簧，并将抱紧弹簧装配在静触头的触指上；利用充气阀向试验模型中充入SF6气体，观察压力表直至气压达到试验所需气压值时停止充气；
(3)根据试验方案调节动触头插入静触头的深度，根据刻度记录插入深度；
(4)将三工位开关切换至回路电阻测试档，测量并记录回路电阻，随后将三工位开关切换至电流源档，准备通流试验；
(5)打开电流源，开始通流试验，观察并记录钳形电流表示数，测量并记录静触头温度传感器和动触头温度传感器所测量的温度，同时利用红外测温窗口观测静触头和动触头表面温度分布并拍摄红外热像图；每持续通流预设时间(本实施例中预设时间为30分钟，也可根据试验需要设定其他时间范围)后将三工位开关切换至回路电阻测试档，测量并记录回路电阻，随后迅速切换回电流源档；直至触头温度达到稳态且获取足够的试验数据后，关闭电流源，将三工位开关切换至断开档；
(6)重复步骤(2)～(4)完成不同插入深度情况下的模拟试验；
(7)重复步骤(1)～(5)完成不同弹簧抱紧力情况下的模拟试验。
(8)重复步骤(1)～(7)完成不同动触头材料及加工工艺情况下的模拟试验。
本发明试验系统中的动触头插入深度能够定量调节，动触头能够整体更换，静触头抱紧弹簧更换方便，因此可模拟GIS中隔离开关在不同动触头接触深度、接触材料和接触压力下的接触状态；试验电流源和接触电阻测量仪通过三工位开关与试验模型相连，通过反复切换开关位置能够实现试验过程中接触电阻的跟踪测量；同时使用接触式和非接触式测温原理进行动静触头温度检测，温度测量结果能够进行对比分析、验证，本发明可用于研究GIS中隔离开关接触电阻、接触点温度与接触状态的关系与变化规律。
以上对本发明所提供的GIS中隔离开关触头接触状态模拟试验系统进行了详细介绍，本实施例说明的原理及实施方式仅用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，这些改变之处均在本发明的保护范围内，本实施例不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种GIS中隔离开关触头接触状态模拟试验系统，其特征在于，包括壳体(1)，壳体(1)上下两端分别设有上绝缘盖板(2)和下绝缘盖板(3)，上绝缘盖板(2)穿设有静触头(4)，静触头(4)与上绝缘盖板(2)之间静密封；下绝缘盖板(3)上可拆卸地穿设有动触头(5)，动触头(5)与下绝缘盖板(3)之间动密封；静触头(4)具有可供动触头(5)伸入的凹槽。
2.根据权利要求1所述的一种GIS中隔离开关触头接触状态模拟试验系统，其特征在于，还包括测温装置，所述测温装置包括至少两个静触头温度传感器(6)、至少两个动触头温度传感器(7)。
3.根据权利要求1所述的一种GIS中隔离开关触头接触状态模拟试验系统，其特征在于，所述壳体(1)表面开有红外测温窗口(8)，用于对静触头(4)和动触头(5)进行红外热成像测温。
4.根据权利要求1所述的一种GIS中隔离开关触头接触状态模拟试验系统，其特征在于，还包括接触电阻测量仪(9)，用于测量静触头(4)、动触头(5)间的接触电阻。
5.根据权利要求1所述的一种GIS中隔离开关触头接触状态模拟试验系统，其特征在于，还包括三工位开关(10)，所述三工位开关(10)包括电流源档、回路电阻测量档及断开档，用于控制通流回路和接触电阻测量回路的通断。
6.根据权利要求1所述的一种GIS中隔离开关触头接触状态模拟试验系统，其特征在于，所述静触头(4)包括触头(41)和与触头(41)相连的触头座(42)，所述触头(41)上安装有可拆卸的抱紧弹簧(11)，所述触头(41)为梅花触头。
7.根据权利要求1所述的一种GIS中隔离开关触头接触状态模拟试验系统，其特征在于，所述动触头(5)的表面设有刻度，用于观测动触头伸入静触头的深度。
8.根据权利要求1所述的一种GIS中隔离开关触头接触状态模拟试验系统，其特征在于，还包括钳形电流表(12)，所述钳形电流表(12)连接在静触头(4)和动触头(5)所在的通流回路上。
9.根据权利要求1所述的一种GIS中隔离开关触头接触状态模拟试验系统，其特征在于，所述壳体(1)表面安装有用于向壳体(1)内充气的充气阀(13)和用于测量壳体(1)内部气体压力的压力表(14)。
10.一种GIS中隔离开关触头接触状态模拟试验方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)根据试验方案选择不同材料及加工工艺的动触头，并将动触头装配在下绝缘盖板上；
(2)根据试验方案选择不同刚度、长度及材质的抱紧弹簧，并将抱紧弹簧装配在静触头上；利用充气阀向试验模型中充入SF6气体，直至气压达到试验所需气压值时停止充气；
(3)根据试验方案调节动触头插入静触头的深度，记录插入深度；
(4)将三工位开关切换至回路电阻测试档，测量并记录回路电阻，随后将三工位开关切换至电流源档，准备通流试验；
(5)打开电流源，开始通流试验，记录钳形电流表示数，测量并记录静触头温度传感器和动触头温度传感器所测量的温度，同时利用红外测温窗口观测静触头和动触头表面温度分布并拍摄红外热像图；每持续通流预设时间后将三工位开关切换至回路电阻测试档，测量并记录回路电阻，随后切换回电流源档；直至触头温度达到稳态且获取足够的试验数据后，关闭电流源，将三工位开关切换至断开档；
(6)重复步骤(3)～(5)完成不同插入深度情况下的模拟试验；
(7)重复步骤(2)～(6)完成不同弹簧抱紧力情况下的模拟试验。
(8)重复步骤(1)～(7)完成不同动触头材料及加工工艺情况下的模拟试验。
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