阅读说明：本技术 一种gis母线接触缺陷实验模拟装置及方法 (GIS bus contact defect experiment simulation device and method ) 是由 高凯 曹培 李莉华 徐鹏 吴天逸 金立军 于 2020-05-30 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种GIS母线接触缺陷实验模拟装置及方法,该装置包括GIS模拟器、测温元件、数据采集仪、温湿度仪、电流表、调压器和交流电源,调压器、电流表和GIS模拟器串联构成回路,调压器与交流电源连接,测温元件置于动触臂、可调梅花触头以及外壳上并与数据采集仪连接,可调梅花触头为紧固弹簧的数量可变的梅花触头,且可调梅花触头的若干根触指与动触臂之间可插入电阻片或绝缘片,红外热像仪测量GIS模拟器外壳的温度分布,温湿度仪测量GIS模拟器所处环境的温度和湿度。与现有技术相比,本发明具有调节方便、结构简单、适用范围广等优点。(The invention relates to a GIS bus contact defect experiment simulation device and a method, the device comprises a GIS simulator, a temperature measuring element, a data acquisition instrument, a temperature and humidity instrument, an ammeter, a voltage regulator and an alternating current power supply, wherein the voltage regulator, the ammeter and the GIS simulator are connected in series to form a loop, the voltage regulator is connected with the alternating current power supply, the temperature measuring element is arranged on a movable contact arm, an adjustable plum blossom contact and a shell and is connected with the data acquisition instrument, the adjustable plum blossom contact is a plum blossom contact with variable quantity of fastening springs, a resistor disc or an insulating sheet can be inserted between a plurality of contact fingers of the adjustable plum blossom contact and the movable contact arm, an infrared thermal imager measures the temperature distribution of the shell of the GIS simulator, and the temperature and humidity instrument measures the temperature and humidity of the. Compared with the prior art, the invention has the advantages of convenient adjustment, simple structure, wide application range and the like.)

一种GIS母线接触缺陷实验模拟装置及方法

技术领域

本发明涉及高压电气设备试验技术领域，尤其是涉及一种GIS母线接触缺陷实验模拟装置及方法。

背景技术

气体绝缘金属封闭开关设备(GIS，Gas Instulated Switchgear)是电力系统的重要设备，它采用气体绝缘，具有体积小、易维护等特点。母线是GIS的关键部件之一，是一种高电压、大电流电力传输设备。GIS母线由导电杆、外壳、绝缘支撑件和绝缘气体组成，导电杆两端***触头座，触头座通过螺栓固定在绝缘盆子上。由于导体焦耳热损耗以及外壳中的感应涡流损耗，运行中的GIS母线处于发热状态，正常情况下母线的触头温度与导电杆导体温度相同或相近，随着GIS设备运行年限日益增长，会出现接触缺陷而导致的接触不良现象，如存在螺栓松动、触头弹簧松弛、导电杆***深度不足以及导体表面粗糙等接触缺陷，触头与导电杆之间的接触电阻将会增大，由于电流的收缩效应，母线触头温度将会急剧升高，触头温升又会引起材料蠕变，导致连接松弛，接触电阻进一步增大，触头温度继续上升，从而形成恶性循环，温升不仅限制了母线的最大载流能力，而且将影响绝缘材料的性能，使绝缘气体分解，固体绝缘劣化，降低母线的使用寿命，甚至可能出现触头熔焊，导致严重的短路故障，引起设备停运甚至***。为预防和及早发现导电回路的接触缺陷，现有的解决方案主要是测量GIS设备内部回路电阻并与允许值比较，来对GIS内部导体之间的接触问题进行判别，但测量GIS设备回路电阻需要对GIS设备停电，降低了供电可靠性。

现有技术也给出了一些解决方案，中国专利CN201910526870.5提出了一种GIS内外温升监测试验装置，包括GIS模拟器，GIS模拟器包括圆柱形壳体，壳体轴向贯穿设有导电棒，导电棒包括动触头、静触头，动触头、静触头连接处套有屏蔽罩，还包括大电流发生器，大电流发生器与导电棒电性连接，壳体侧壁设有透明观测窗，观测窗外固定有第一红外测温仪，第一红外测温仪正对导电棒设置；导电棒、动触头、静触头侧壁均设有热敏传感器，热敏传感器与位于GIS模拟器外部的解调器电连；GIS模拟器还连接有压力容器，压力容器与GIS模拟器之间连接有压差计；还包括第二红外测温仪，第二红外测温正对壳体设置。该专利能够同时监测GIS内部温度、壳体外部温度真实的试验数据，以拟合得出GIS内外温度曲线关系。

但该专利存在以下问题：

该专利的模拟装置不符合GIS的实际接触结构。该专利的动触头和静触头之间的接触采用螺纹的形式，动触头端部设有外螺纹，静触头端部设有带内螺纹的盲孔，通过调整动触头端部旋入静触头盲孔的深度改变接触电阻的大小。而实际的GIS导体基本采用弹簧触指的接触方式，触指对导体的压紧力的变化是引起接触电阻变化的主要原因。因此，该专利无法模拟由于接触紧固力下降和金属老化带来的接触电阻增大的情况，无法模拟GIS的真实运行状况，对于触指压力不足、触指局部接触不良和接触区材料导通性劣化等接触缺陷的模拟难以实现。此外，该专利采用大电流发生器提供电流，使模型体积大和方便易用性较差。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种GIS母线接触缺陷实验模拟装置及方法，结构简单，适用范围广。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种GIS母线接触缺陷实验模拟装置，包括GIS模拟器、测温元件、数据采集仪、电流表、调压器和交流电源，所述的GIS模拟器包括外壳以及固定在外壳内部且依次连接的动触臂、可调梅花触头和静触臂，所述的调压器、电流表和GIS模拟器依次串联构成回路，所述的调压器与交流电源连接，所述的测温元件安装在动触臂、可调梅花触头以及外壳上并与数据采集仪连接，所述的可调梅花触头包括触指、固定板以及可拆卸的紧固弹簧，触指固定在固定板上，紧固弹簧箍在根触指外侧，可调梅花触头为紧固弹簧的数量可变的梅花触头，由于通过GIS模拟器的电流由与交流电源连接的调压器控制，电流较小，为使GIS模拟器的发热功率增大，接近真实过热缺陷时的故障水平，在可调梅花触头的若干根触指与动触臂之间串联有电阻片，模拟金属老化造成的接触电阻增大，其余触指与动触臂之间设有绝缘片，增大单个触指上的电流，也可以在所有触指和动触臂之间串联电阻片。

进一步地，所述的调压器与交流电源之间串联有用于保护电路的保险开关。

进一步地，所述的紧固弹簧的数量为1～4根，所述的触指的数量为4～8根。

进一步地，所述的电阻片采用可通流发热的铁铬铝电阻丝。

进一步地，所述的数据采集仪采用JK808，所述的调压器采用TDGC-6调压器。

一种采用上述的一种GIS母线接触缺陷实验模拟装置的模拟方法，具体为：

通过减少紧固弹簧的数量模拟因梅花触头老化而导致触指与动触臂的接触紧固力下降，通过在部分触指与动触臂之间串联电阻片，其余触指与动触臂之间设置绝缘片控制与动触臂接触的触指数量，进而模拟由于金属老化而造成的接触电阻增大，同时增大单个触指上的通流，增大发热功率，模拟过热缺陷；采用超声信号检测仪检测GIS模拟器的声信息，采用温湿度传感器检测GIS模拟器周围的环境温度信息，所述的测温元件采集动触臂、可调梅花触头以及外壳上的测量点温度信息，所述的数据采集仪采集测量点温度信息，采用红外热像仪检测GIS模拟器的外壳温度分布信息；

通过改变GIS模拟器所处区域的通风和散热条件，控制GIS模拟器的环境温湿度，获得更全面的模拟结果。

进一步地，所述的超声信号检测仪采用PDS-T，所述的温湿度传感器采用Si7021。

与现有技术相比，本发明具有以如下有益效果：

(1)本发明将调压器与交流电源连接，依次串联调压器、电流表和GIS模拟器，构成回路，GIS模拟器的外壳、动触臂以及可调梅花触头上设有测温元件，采集关键测点的温度信息，可调梅花触头为紧固弹簧的数量可变的梅花触头，通过减少紧固弹簧的数量模拟因梅花触头弹簧老化而导致触指与动触臂的接触紧固力下降，通过在部分触指与动触臂之间串联电阻模拟由于接触老化而造成的接触电阻增大，通过在部分触指与动触臂之间***绝缘片模拟触点未接触，同时改变各个触指上的通流分布，增大导通触点的发热功率，接近真实过热缺陷时的故障水平，也可以在所有触指和动触臂之间串联发热电阻，模拟多种过热缺陷，通过改变GIS模型所处区域的通风和散热条件，控制GIS模型的环境温湿度，获得更全面的模拟结果，操作简便，适用范围广；

(2)本发明在调压器与交流电源之间串联有用于保护电路的保险开关，安全性好，交流电源易于获取，回路中的电流较小，可在回路中直接接入电流表，结构简单，操作简便，成本低，适用范围广。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为可调梅花触头的结构示意图；

图3为缺陷实验时可调梅花触头的结构示意图；

图中标号说明：

1.动触臂，2.静触臂，3.紧固弹簧，4.触指，5.电阻片，6.绝缘片，7.固定板，8.测温元件。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

一种GIS母线接触缺陷实验模拟装置，如图1，包括GIS模拟器、测温元件8、数据采集仪、电流表、调压器和交流电源，调压器、电流表和GIS模拟器依次串联构成回路，调压器通过保险开关与交流电源连接，数据采集仪采用JK808，调压器采用TDGC-6调压器，交流电源采用220V电源。

如图2，GIS模拟器包括外壳以及外壳内部的绝缘子、动触臂1、可调梅花触头和静触臂2，动触臂1、可调梅花触头和静触臂2依次连接，动触臂1和静触臂2通过绝缘子固定在外壳内部，可调梅花触头包括6根触指4、2块固定板7以及4根可拆卸的紧固弹簧3，6根触指4固定在2块固定板7上，紧固弹簧3箍在6根触指4外侧，如图3，测温元件8置于动触臂1、可调梅花触头以及外壳上并与数据采集仪连接，可调梅花触头为紧固弹簧3的数量可变的梅花触头，且可调梅花触头的若干根触指4与动触臂1之间串联有电阻片5，电阻片5采用铁铬铝电阻丝，其余触指4与动触臂1之间设有绝缘片6。

实施例2

与实施例1对应的一种GIS单分支母线缺陷实验模拟方法，具体为：

通过减少紧固弹簧3的数量模拟因梅花触头老化而导致触指4与动触臂1的接触紧固力下降，通过在部分触指4与动触臂1之间串联电阻片5，其余触指4与动触臂1之间设置绝缘片6控制与动触臂1接触的触指4数量，进而模拟由于金属老化而造成的接触电阻增大，同时增大单个触指4上的通流，电阻片5阻值为1Ω，增大发热功率，模拟过热缺陷，通过改变GIS模拟器所处区域的通风和散热条件，控制GIS模拟器的环境温湿度，多次模拟过热缺陷，获得更全面的模拟结果。

采用超声信号检测仪检测GIS模拟器的声信息，采用温湿度传感器检测GIS模拟器周围的环境温度信息，测温元件8采集动触臂1、梅花触头以及外壳的测量点温度信息并通过数据采集仪采集，红外热像仪正对GIS模拟器并测量其外壳的温度分布信息，超声信号检测仪采用PDS-T，温湿度传感器采用Si7021。

实施例1与实施例2提出了一种GIS母线接触缺陷实验模拟装置及方法，将调压器与易于获取的220V电压连接，依次串联调压器、电流表和GIS模拟器，构成回路，GIS模拟器采用紧固弹簧3的数量可变的可调梅花触头，可调梅花触头的若干根触指4与动触臂1之间串联有电阻片5，其余触指4与动触臂之间设有绝缘片6，能够模拟因老化而导致的动触臂1与触指4的接触紧固力下降、金属老化而造成的接触电阻增大，同时增大单个触指4上的通流，接近真实过热缺陷时的故障水平，结构简单，成本低，适用范围广。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。