基于红外的GIS内部导体温度检测技术研究

为预防气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)触头过热缺陷,解决传统测温技术无法实现GIS设备内部触头温度准确检测的难题,提高GIS设备内部触头温度的测量精度,提出一种基于红外热成像GIS内部导体温度检测技术。通过不同光程和气压条件下SF_6吸收率试验,对影响红外测温精度的光程和SF_6气体压力进行分析,得到光程、气体压力与温度修正值的关系,并计算得到温度补偿算法;将该温度补偿算法应用在红外测温装置中,能够根据被测物的光程和SF_6气体压力准确测得GIS内部导体实际温度。最终的试验结果显示,该红外测温仪在加入补偿算法后能够较准确地测量出GIS设备气室内触头的实际温度。     

基于红外测温技术的GIS导体温度在线监测的方案

提出了将红外测温功能集成在GIS中的方案。针对GIS运行过程中温升过高点多发生在导体连接处的特点,在导体连接部位安装点式红外测温仪来适时监测导体关键点的温度,该方案讨论了导体的发射率和SF6气体温室效应的影响,同时考虑测温仪的安装对GIS的密封性的影响,从而针对性地提出了解决方案,为在线监测GIS关键点的温度提供了新的途径。方案的实现将在及时发现异常温升、避免突发故障方面起到重要作用。     

GIS红外温度传感系统的设计表征研究

文中设计并制造了一种可用于测量气体绝缘金属封闭开关设备(gas insulated switchgear,GIS)触头以及母线等关键位置温度的红外测温系统,可对GIS设备的过热故障进行监控和预警。本测温系统设计红外传感测温模组对温度数据进行模数转换、滤波、校准、补偿后通过远距离无线电(long range radio,LORA)协议进行无线传输。通过定制化的红外介质窗口和密封系统实现红外信号的通路并保证设备的气密性和可靠性。将测温模组安装于红外介质窗口,实现对测温模组的安装固定。针对触头和母线发射率低、表面结构差异大、介质窗口红外光衰减以及SF6气体对红外光的吸收和衰减等因素,开发了温度补偿算法,大幅提升了GIS测温的可靠性。该红外测温系统可以在10～150℃的温度范围内实现对GIS母线和触头表面温度的测量,并达到±2℃的测温精度,证明了本红外测温系统的可行性。     

基于多点分布式光纤光栅的GIS隔离开关触头温度在线监测技术

GIS设备导体触头温升过高会引发重大事故,光纤光栅技术在电气设备温度在线监测方面具有广泛的应用前景。针对光纤光栅温度传感器无法直接安装在导体触头表面进行温度测量的难题,提出了一种基于测量多点外壳温度及环境温度,从而间接计算导体触头温度的方法。建立了单相GIS隔离开关三维有限元计算模型,得到GIS内部温度分布规律,确定了多个光纤光栅温度传感器的最优安装位置。进行GIS隔离开关温升实验,将实验数据与仿真结果进行了比较,验证了仿真计算模型的准确性。最后利用人工神经网络算法对环境温度、外壳温度和导体触头温度进行了曲线拟合,计算结果与实测数据对比表明本方法具有较高准确度。该在线测温方法简单有效,无需破坏现有GIS设备的结构,具有较好的应用前景。     

GIS设备内SF_6废气成分的定量分析方法

GIS设备绝缘体内SF6气体及其衍生物的组成和体积分数严重影响GIS设备内绝缘气体SF6的绝缘能力,而分析故障GIS设备内SF6气体衍生物及它们的体积分数,可以评估GIS设备发生故障的原因。为了从GIS设备内SF6气体的红外谱图中获取部分特定衍生物的体积分数信息,在差谱法的基础上,采用神经网络模型及粒子群算法对红外谱图进行训练分析,实现了特定衍生物的定量分析。结论表明采用红外谱图方法进行GIS设备绝缘气体部分衍生物的定量分析是可行的。     

基于光声光谱法的SF_6气体分解组分在线监测技术

为研究基于光声光谱法的分解组分在线监测技术,设计了在线监测的拓扑结构,提出了自循环监测气路设计,构建了气体光声检测单元,实现了分解组分SO2、CO及CF4含量和增长速率的连续监测,可及时发现SF6电气设备内部早期绝缘缺陷。基于光声光谱理论进行仿真研究,设计了一维纵向共振式光声池,获得了制作光声池的最优参数。选定了气体组分的最优吸收峰,测定不同体积分数标准气体的光声信号幅值,发现体积分数和光声信号幅值线性关系良好。测定了相同试验条件下的噪声水平,得到了SO2、CO和CF4气体的最低检测限,体积分数分别为1.94×10-6、6.28×10-6和7.17×10-6。根据研究结果制作了一台GIS气体组分光声光谱在线监测装置,已成功应用,实现了基于光声光谱法的GIS内多组分的无干扰在线监测,为基于SF6气体特征分解组分的设备内绝缘故障诊断奠定了基础。     

252 kV三相共箱GIS母线壳体温度场分布特性研究

气体绝缘金属封闭开关(gas insulated switchgear,GIS)在电力系统中应用广泛,其内部触头过热会引发重大事故,因此研究其温度场分布特性具有重要意义。文中设计了252 kV GIS温升实验平台,通过实验获得了GIS母线导体、SF6气体和外壳部位的温度分布情况。针对上述实验平台建立了GIS三维物理模型和数学模型,基于有限元分析法对上述实验获得的GIS母线壳体温度场分布规律进行了仿真佐证。研究结果表明,在GIS壳体内部靠上区域,SF6气体温差较小,梯度不明显,而在GIS壳体内部下方区域,SF6气体温度呈明显的梯度分布;靠近壳体的SF6气体温度和壳体温度趋于一致;对于外壳,其顶部和侧面温差不大,底部温度最低,沿着圆周方向从顶部到底部温度逐渐降低。上述研究可为揭示GIS内部温度场分布特性和确定温度感知最灵敏位置提供一定的指导意义。     

SF_6继电器温度补偿方式的现状分析与探讨

电力行业要求定期对充SF_6气体的断路器、互感器或气体绝缘金属封闭开关(GIS)内的SF_6气体密度进行人工巡检、抄表,人为因素较大,每个运维人员抄的数据也有偏差,一般的密度表有温度补偿装置,但目前的产品只针对设备额定压力值进行准确补偿,而对于其它压力值的温度补偿精确度较差。将电力设备内的SF_6气体密度、温度实时传送至监测后台,按照SF6气体温度、压力、密度之间的状态方程,在软件上对在线数值进行实时动态补偿。通过对该技术的关键点进行深入探讨,证明了其可行性、实用性。     

SF6分解产物的红外光谱特性与放电趋势

SF6分解组分与GIS的绝缘缺陷密切相关,通过气体组分的监测可对GIS内绝缘状态做出评估。为此,利用傅立叶变换红外吸收光谱法(FTIR)和气相色谱法(GC)对SF6局部放电分解组分进行了检测分析,每12 h检测一次,共放电96 h。成功检测到了SOF2、SO2F2、SO2、SOF4、SF4等气体,且在不同的时段检测到了不同的组分种类和体积分数变化趋势,FTIR可检测的组分种类比GC多。利用各吸收峰的吸光度值做初步的定量分析,发现不同的放电时间有不同的气体组分和产气率,该方法能够实现GIS的在线监测。     

SF_6开关室环境中SF_6及氧气含量在线监测的应用研究

通过对电力系统用户对SF6实际需求的分析和了解国内外对SF6相关研究的最新进展,在分析了当前行业上已有的SF6浓度和氧气含量在线监测的原理及功能的基础上,着重介绍了基于数字式的实用化室内SF6气体设备(尤其是GIS设备)状态监测的解决方案,增加了室内气体的温度和湿度检测,实现了对SF6气体状态的综合在线监测,并提出了对SF6气体设备安全运行的进一步设想。