CN109341887A - 一种gis隔离开关外壳温度监测试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种GIS隔离开关外壳温度监测试验装置，它包括：GIS隔离开关、大电流发生器、温度测量系统、母线和断路器；GIS隔离开关与大电流发生器连接；大电流发生器还通过母线与断路器连接；温度测量系统与大电流发生器连接，用于实时监测GIS外壳温度。本发明在500kV真型GIS上设置隔离开关接触不良，并进行温升实验，研究隔离开关触头温升与外壳定点温升之间的对应定量关系，达到利用GIS外壳温度和环境温度来监测隔离开关触头温度的目的。

Description

一种GIS隔离开关外壳温度监测试验装置

技术领域

本发明涉及GIS设备技术领域，特别是一种GIS隔离开关外壳温度监测试验装置。

背景技术

气体绝缘组合电器(Gas Insulated Switchgear，GIS)以其优良的性能得到了大规模的应用。尽管GIS制造质量、运行可靠性较高，但其发生故障时会造成大范围的停电，对电网的正常运行会造成较大的影响；GIS设备属于封闭式组合结构，对其进行检修维护不仅需耗费大量的人力和物力，也需要花费较长的时间。由于GIS设备投入运行的时间相对较短，运行工作人员对其内部结构可能还不甚了解，现场实际运行的经验还有些匮乏，这就可能出现对设备故障判断出现偏差，如果不及时处理故障，将会导致设备受损甚至电网崩溃。

GIS设备中接头是产生局部过热故障的“高危”部位，其故障往往带来严重的后果，轻则减负荷、部分设备断电，重则导致设备损坏甚至引发短路故障，从而威胁整个GIS设备系统的安全稳定运行。触头温度是反应触头热故障信息最直接的指标，因此应当实时在线监测GIS设备触头温度，将其温度作为直观反映GIS运行状态的重要参数。GIS设备内部温度传递过程复杂，包含热传导、对流、辐射三种热量传递形式，呈现出很强的非线性，利用解析的方法很难基于GIS隔离开关外壳温度和环境温度求出触头温度。虽然有部分学者提出利用试验数据拟合出了触头与外壳某些单点的温升对应关系，进而由外壳某些单点的温升初步推算出触头温升，但其精度还不能满足工程实际运用的要求。

目前国内外基于GIS隔离开关外壳多点温度和环境温度来监测隔离开关触头温度的研究还处于起步阶段，尽管有少部分学者提出利用神经网络拟合环境温度、外壳温度与隔离开关触头温度的关系，从而通过外壳和环境温度来间接监测隔离开关触头温度，但其监测精度还有待提高。通过神经网络建模得到的往往是局部最优点，而不是全局最优点，并且神经网络训练学习过程十分依赖学习样本，常常需要大样本数据才能满足其监测精度，实际情况通过试验能够提供的数据是往往有限，一般只能提供小样本的数据。通过各种检测方法对GIS设备温升进行监测，得到各种检测方法下的特征量与GIS设备温升的关系，提取出能够表征GIS设备温升的特征量，能够为实现GIS设备温升状态监测和故障诊断提供科学的理论依据。所以研制GIS隔离开关外壳温度监测实验模拟装置，对于GIS设备温升的状态监测和故障诊断以避免大停电事故及保证电力系统安全运行具有深远的意义。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明的目的就是提供一种GIS隔离开关外壳温度监测试验装置，在500kV真型GIS上设置隔离开关接触不良，并进行温升实验，研究隔离开关触头温升与外壳定点温升之间的对应定量关系，达到利用GIS外壳温度和环境温度来监测隔离开关触头温度的目的。

本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，一种GIS隔离开关外壳温度监测试验装置，它包括有：GIS隔离开关、大电流发生器、温度测量系统、母线和断路器；

所述GIS隔离开关与所述大电流发生器连接；

所述大电流发生器还通过母线与所述断路器连接；

所述温度测量系统与所述大电流发生器连接，用于实时监测GIS外壳温度。

进一步，所述GIS隔离开关包括有导电杆、触头、触头座、绝缘子和外壳、屏蔽罩；

所述导电杆通过触头连接构成通路，动触头贯穿于触头座，触头座固定在绝缘子上，绝缘子固定在外壳上，所述触头位于屏蔽罩内部，并与大电流发生器连接；

进一步，所述导电杆为铝导电杆，所述触头为铜触头。

进一步，所述外壳为铝外壳，所述屏蔽罩为铝屏蔽罩。

进一步，所述GIS隔离开关为500KVGIS隔离开关；所述大电流发生器为500A大电流发生器。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：

1.本发明能模拟真实GIS隔离开关的运行情况，利用热电偶监测触头温度，光纤光栅温度传感器监测外壳温度和环境温度，进行了GIS隔离开关气室的温升试验，弥补了现有基于GIS隔离开关外壳多点温度和环境温度来监测隔离开关触头温度研究的部分不足。利用本发明装置可以通过观察外壳的温升情况来判定内部是否出现接触不良故障，为完善GIS的状态监测和故障诊断打下实验基础。

2.本发明可以进行不同接触电阻、不同负荷电流下的GIS隔离开关温升试验，为GIS隔离开关触头和外壳温升速率变化规律、触头和外壳温度随时间变化规律以及触头与外壳某些点之间的温升对应关系提供条件。

3.本发明装置的结构简单，成本低。本发明可广泛用于GIS发生过热性故障时的模拟，为GIS设备在发生过热性故障时的实验研究提供了一种简单易用的方法和实验平台。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。

附图说明

本发明的附图说明如下：

图1为GIS隔离开关外壳温度监测试验装置的连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例，如图1所示；一种GIS隔离开关外壳温度监测试验装置，它包括有：GIS隔离开关、大电流发生器、温度测量系统、母线和断路器；

GIS隔离开关与大电流发生器连接；

大电流发生器还通过母线与断路器连接；

温度测量系统与大电流发生器连接，用于实时监测GIS外壳温度。

一500kV GIS隔离开关：其主要由导电杆、触头、屏蔽罩、盆式绝缘子和外壳等部件组成。其中，触头为铜材料，导电杆为铝材料，外壳和屏蔽罩为铝合金材料。导电杆之间通过触头连接构成通路，触头处于屏蔽罩内部，并连接大电流发生器。为保证GIS隔离开关气室良好的绝缘性，在气室内充满压力为0.3MPa的SF6气体；

一5000A大电流发生器：输出端通过导线与GIS隔离开关相连，由于导电杆、触头、金属外壳良好的散热性能，通入大电流后，导电杆和触头的温度迅速升高，内部高温导体(触头、导电杆)的热量通过气固交界面的对流换热传送给气室内温度较低的SF6气体，部分SF6气体温度升高，使得气室内的气体间存在温差，不同位置的气体密度不同，气体开始流动，流动的气体通过对流换热的方式将热量传递给金属外壳。在金属外壳的固体域内热量主要以热传导的形式传递，金属外壳温度升高，为该装置提供了可实时监测的GIS外壳温度；

一温度测量系统：温升试验中GIS隔离开关触头温度主要由K型热电偶监测，热电偶温度数字显示仪显示；而外壳及环境温度的测量系统主要由光纤光栅温度传感器、数据采集装置、解调仪和PC机等组成，其测量精度为±0.5℃。以上测温设备均能实现温度自动记录并实时保存；

一母线：汇聚、分配和传送电能，为500kVGIS隔离开关提供电压；

一断路器：在系统发生故障时能与保护装置和自动装置相配合，迅速切断故障电流，防止故障进一步加重，从而保证试验与系统的安全运行。

由于试验条件限制，触头温度传感器只能安装在触头附近导体上近似测量触头的温度。为了保证气室的气密性，在GIS壳体上安装了信号端子板，用耐热材料将触头传感器固定后，其引线通过定制信号端子板引出。在光纤光栅温度传感器与GIS隔离开关外壳表面之间涂覆导热硅胶以保证良好的导热性能，提高外壳测温的准确度。并且为了减少环境对温度传感器测温的影响，在传感器表面贴覆保温棉。环境温度传感器安装在距离隔离开关气室2m处，使其免受温升试验的影响。在试验过程中需要对外壳、触头温度进行同步实时测量，以全面观察外壳、触头的温升情况。

具体实施方式如下：

在隔离开关气室内通入0.3MPa的SF6气体进行温升试验。首先打开温度自动采集设备，采集10-20min内的环境、触头、外壳温度初始值；然后控制调压器使试验电流达到预定值，每隔20min采集一次温度值，并自动记录采集时间，如果在1h内隔离开关触头温升变化在1K以内，即认为隔离开关温升达到稳态。

1)检查试验平台的气密性，然后利用SF6气体回收回充装置往气室内充入0.3MPa的SF6气体。

2)当隔离开关处于闭合状态时，采用回路电阻测量仪测试隔离开关温升试验的回路电阻，调节测试电流；

3)采集10-20min内环境、触头以及外壳温度，待示数稳定后记录环境、触头以及外壳的温度初始值；

4)待初始温度稳定后，利用大电流发生器对隔离开关温升回路连续加载6-7h1000A的恒定电流，调节温升试验控制台使试验电流稳定并达到预定值，每隔20min记录一次热电偶测得的触头温度，光纤光栅温度传感器测得的外壳以及环境温度，若连续1h内触头温度变化不超过1K，则认为隔离开关温升达到稳态，此时记录稳态时的触头温度、隔离开关外壳温度以及环境温度。

5)调节温升试验控制台使得隔离开关温升试验回路电流降为零，关断温升试验控制台电源；

6)待温升回路温度降到室温，进行下一组实验。返回步骤2)，通过手动摇杆人为改变GIS隔离开关动静触头的接触面积，采用回路电阻测量仪测试隔离开关温升试验的回路电阻，将测试电流调到100A，等待回路电阻测试仪上示数稳定后记录下回路电阻值，重复测量5次取平均值。将步骤2)中接触电阻依次取不同的值，共进行5组试验。

本发明具有如下优点：

1.本发明能模拟真实GIS隔离开关的运行情况，利用热电偶监测触头温度，光纤光栅温度传感器监测外壳温度和环境温度，进行了GIS隔离开关气室的温升试验，弥补了现有基于GIS隔离开关外壳多点温度和环境温度来监测隔离开关触头温度研究的部分不足。利用本发明装置可以通过观察外壳的温升情况来判定内部是否出现接触不良故障，为完善GIS的状态监测和故障诊断打下实验基础。

2.本发明可以进行不同接触电阻、不同负荷电流下的GIS隔离开关温升试验，为GIS隔离开关触头和外壳温升速率变化规律、触头和外壳温度随时间变化规律以及触头与外壳某些点之间的温升对应关系提供条件。

3.本发明装置的结构简单，成本低。本发明可广泛用于GIS发生过热性故障时的模拟，为GIS设备在发生过热性故障时的实验研究提供了一种简单易用的方法和实验平台。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (5)

1.一种GIS隔离开关外壳温度监测试验装置，其特征在于，所述装置包括有：GIS隔离开关、大电流发生器、温度测量系统、母线和断路器；

所述GIS隔离开关与所述大电流发生器连接；

所述大电流发生器还通过母线与所述断路器连接；

所述温度测量系统与所述大电流发生器连接，用于实时监测GIS外壳温度。

2.如权利要求1所述的GIS隔离开关外壳温度监测试验装置，其特征在于，所述GIS隔离开关包括有导电杆、触头、触头座、绝缘子和外壳、屏蔽罩。所述导电杆通过触头连接构成通路，动触头贯穿于触头座，触头座固定在绝缘子上，绝缘子固定在外壳上，所述触头位于屏蔽罩内部，并与大电流发生器连接。

3.如权利要求2所述的GIS隔离开关外壳温度监测试验装置，其特征在于，所述导电杆为铝导电杆，所述触头为铜触头。

4.如权利要求2所述的GIS隔离开关外壳温度监测试验装置，其特征在于，所述外壳为铝外壳，所述屏蔽罩为铝屏蔽罩。

5.如权利要求1所述的GIS隔离开关外壳温度监测试验装置，其特征在于，所述GIS隔离开关为500KVGIS隔离开关；所述大电流发生器为500A大电流发生器。