CN106771996A - 一种gis触头过热故障的带电检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供一种GIS触头过热故障的带电检测方法，涉及GIS设备金属导体温度测量技术领域，能够通过GIS外壳上温度的分布梯度判断GIS内部触头是否出现过热故障，可在带电情况下完成测量，保证设备的经济性运行。具体方案包括：通过温度传感器采集GIS外壳上K个测温点的温度值；K为大于1的整数；根据采集得到的K个温度值确定GIS外壳温度分布的特征量的实测值；将特征量的实测值与特征量的标准值相比较，当差值超过预设的容限值时，确定存在GIS触头过热故障；其中，特征量的标准值在GIS正常运行时测得并预先存储。本发明用于GIS触头过热故障检测。

Description

一种GIS触头过热故障的带电检测方法

技术领域

本发明的实施例涉及GIS设备金属导体温度测量技术领域，尤其涉及一种GIS触头过热故障的带电检测方法。

背景技术

气体绝缘金属封闭开关(英文全称：Gas Instulated Switchgear，英文简称：GIS)以SF₆气体作为绝缘介质，具有开断能力强、故障率低、维护费用少、占地面积小等优点，在变电站中获得了广泛应用。

当GIS触头接触不良时，其接触电阻变大，通过负载电流时将产生过热现象。触头和母线过热会引起绝缘老化甚至击穿，以至引发重大事故和经济损失。据不完全统计，国内外众多电力公司所采用的GIS设备，均不同程度地出现过封闭母线、隔离开关、电缆头等部件因绝缘老化或接触不良而造成的温度异常现象及并发事故。因此，寻找GIS触头过热故障判别方法，提前发现并消除热故障隐患，对GIS安全可靠运行具有非常重要的意义。

目前，在现场中应用的预防GIS设备触头过热的措施主要有三种：

第一种，人工观察触头表面颜色、定期测量回路电阻和使用红外成像仪对固定监测点定期进行温度监测。人工观察触头表面颜色和定期测量回路电阻两种方法需要GIS设备停电检修，不利于电网经济运行。

第二种，红外成像技术是现场使用比较普遍的判断设备热故障的方法，常用于判断裸露母线接头、常规隔离开关等设备的发热情况，目前没有应用于确定GIS内部触头过热故障的可行方案。

第三种，高校提出的比较前沿的触头温度监测方法，如红外辐射测温技术、光纤光栅测温技术。这些方法仍然有其相应弊端，红外辐射测温技术需对GIS设备开孔，造成安全隐患，且触头表面金属抛光和SF₆对红外光波的吸收均对测量产生影响；光纤光栅测量技术目前在开关柜触头测温中应用较为广泛，对于GIS触头温度监测还处于理论研究阶段，光纤光栅直接测温还没有找到传感器的植入方式，光纤光栅间接测温受环境因素影响较大。外辐射测温技术、光纤光栅测温技术均并没有现场试点应用。

现有技术中，虽然GIS测温方法众多，但是均无法在不停电的情况下完成GIS触头热故障的判别。

发明内容

本发明的实施例提供一种GIS触头过热故障的带电检测方法，能够通过GIS外壳上温度的分布梯度判断GIS内部触头是否出现过热故障，可在带电情况下完成测量，保证设备的经济性运行。

为了达成上述目的，本申请的实施例提供一种GIS触头过热故障的带电检测方法，包括：

通过温度传感器采集GIS外壳上K个测温点的温度值；K为大于1的整数；

根据采集得到的K个温度值确定GIS外壳温度分布的特征量的实测值；

将特征量的实测值与特征量的标准值相比较，当差值超过预设的容限值时，确定存在GIS触头过热故障；其中，特征量的标准值在GIS正常运行时测得并预先存储。

本发明的实施例所提供的GIS触头过热故障的带电检测方法，通过采集GIS外壳上的温度值确定外壳温度分布梯度，将实测值与标准值相比较，可以有效判别GIS触头是否出现过热故障。这种方法根据现场测得的以及正常运行时测得外壳温度梯度情况判别触头是否出现热故障，方法简单有效，解决了触头故障识别的难题；该方法无需对现场进行改造即可实现故障判别，且无需设备停电，保证了设备的经济性运行；对于GIS设备的运行可靠性的提高具有重大意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的实施例所提供的GIS触头过热故障的带电检测方法流程示意图；

图2为本发明的实施例中对GIS外壳上测温点分布的说明示意图；

图3为触头温度正常情况下外壳温度分布的等温线示意图；

图4为A或C相触头过热时外壳温度分布的等温线示意图；

图5为B相触头过热时外壳温度分布的等温线示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

本发明的实施例提供一种GIS触头过热故障的带电检测方法，采用红外热诊断对GIS进行带电检测。红外热像仪是现场常用的检测设备，通过监测GIS外壳上的温度分布判断GIS内部触头是否存在过热故障，从而实现在不停电的情况下完成触头热故障情况判别，而且可迅速推广使用。结合图1所示，对带电检测过程通过以下步骤进行说明。

101、通过温度传感器采集GIS外壳上K个测温点的温度值。

其中，K为大于1的整数。K个测温点的温度值用于表征GIS外壳上的温度分布梯度。

102、根据采集得到的K个温度值确定GIS外壳温度分布的特征量的实测值。

特征量的取值，是用于判定是否出现过热故障的依据。特征量可以是GIS外壳上某个或者某些位置的温度值之差、平均值或者变化率等。可以认为特征量是关于K个测温点的温度值的函数。

103、将特征量的实测值与特征量的标准值相比较，当差值超过预设的容限值时，确定存在GIS触头过热故障。

其中，特征量的标准值在GIS正常运行时测得并预先存储。本发明的实施例中将监测过程确定的特征量的实测值与预存储的特征量的标准值相比较，实测值与标准值相等或者两者差值不超过容限值时，则确定此时GIS正常运行，否则确定GIS存在触头过热故障。

本发明的实施方案可以分为两部分：第一部分，以GIS的典型结构作为试验平台，通过仿真计算确定在正常运行情况下和存在GIS触头过热故障的运行情况下，GIS外壳上温度分布的差异，将描述该差异的物理量作为特征量，并进一步确定特征量的标准值并存储，作为判定是否存在过热故障的判据。第二部分，实际检测过程中，检测得到特征量的实测值，将实测值与标准值相比较，判定是否存在过热故障。

第一部分中，以GIS的典型结构作为试验平台，在标准环境参数下，模拟正常运行情况下和存在GIS触头过热故障的运行情况下，通过温度传感器采集GIS外壳上K个测温点的温度值，根据采集得到的温度值确定特征量的标准值并存储；

标准环境参数至少包括标准环境温度值、标准环境湿度值、标准风速值以及标准光照强度值中的任一项。对标准环境参数的约束有利于减少自然环境对局部触头过热判断结果的影响，从而提高局部触头过热故障判断的准确性。

在模拟正常运行情况和故障运行情况时，可以采集多组温度数据，以保证数据的可靠性。例如当SF₆气体气压不同和运行负载电流不同时，采集GIS外壳上K个测温点的温度值。

采集得到的温度值，表征正常运行情况和故障运行情况下，GIS外壳上的温度分布梯度，将描述该差异的物理量作为特征量，并以该物理量的取值作为特征量的标准值。

第二部分中，确定特征量的实测值，并与标准值比较确定是否存在过热故障。

在一种具体的实施方式中，GIS结构如图2所示，GIS外壳上测温点共6个(K＝6)，图2中分别用①～⑥表示。其中测温点①、④、⑤、⑥在GIS外壳正中间截面处，测温点①和测温点⑥分别位于顶部和底部，测温点④和测温点⑤位于中间位置，测温点②、③分别位于外壳两侧顶部边缘位置。

结合上述图2所示的测温点的分布，对特征量具体说明如下：

在一种具体的实施方式中，特征量为测温点A和测温点C之间的温度差。其中，测温点A为GIS外壳上与A相导电杆接近的点，测温点C为GIS外壳上与C相导电杆接近的点。可选的，测温点A和测温点C位于GIS外壳的同一横截面上，测温点A对应图2中的测温点④，测温点C对应图2中的测温点⑤。

检测过程中，通过红外热像仪扫描外壳温度分布，以④⑤之间温差作为GIS外壳温度分布的特征量。若④⑤之间温差的实测值(特征量的实测值)，与正常运行情况下④⑤之间温差的差值，超过预设的容限值时，可判定GIS触头出现热故障。例如，标准值为2℃，容限值为0℃时，则当实测值超过2℃时，即可判定GIS触头出现热故障。

为提高判定结果的可靠性，可以对容限值进行修改正，例如将容限值设为0.5℃时，实测值减去标准值所得的差，如果超过0.5℃时，即可判定GIS触头出现热故障。

在另一种具体的实施方式中，特征量为测温点B与测温点D在GIS外壳上的连线上温度的变化率。其中，测温点B为GIS外壳上与C相导电杆接近的点，测温点D与测温点B位于GIS外壳的同一横截面上，且测温点D与测温点B位于横截面直径的两端。测温点B对应图2中的测温点⑥，测温点D对应图2中的测温点①。

检测过程中，通过红外热像仪扫描外壳温度分布，若确定沿外壳半周方向①到⑥的斜率变化大于正常情况时沿外壳半周方向①到⑥的斜率，或者两者差值大于容限值，即可判断GIS触头出现热故障。

以ZF16-252型单个GIS母线腔体为例，图3为触头温度正常情况下外壳温度分布的等温线示意图。由图3可以看出，在触头温度正常情况下，外壳正面和反面温度分布近似相同，整体趋势为上高下低，左右对称。出现这种温度分布的原因在于GIS内部导体产生的热量主要通过SF₆气体传递外壳，而SF₆气体在收到导体热量后由于热浮力的作用，向上流动，进而加热金属外壳，导致外壳温度上高下低，正面和反面近似对称分布；同时，由于GIS两侧盆式绝缘子的导热能力不及SF₆气体，最终使得外壳的温度最高点在外壳顶部中间位置。

图4为A或C相触头过热时外壳温度分布的等温线示意图。由图4可以看出当出现A或C相触头过热故障时，温度分布整体上虽然仍呈现上高下低，左右对称，但是与图3正常情况下对比就可以发现两者有明显区别：外壳温度正面和反面不再近似相同，外壳中间部位沿径向温度分布梯度呈现明显差别，且随着故障的增加，差异愈加明显，出现这个现象主要原因在于一相导体过热，临近过热导体的一侧外壳受到过热导体的加热作用所致。因此对于三相三导体同腔体母线外壳中间处顶部沿径向两侧温度分布梯度差值大于等于某一数值(如2℃)时即可判定GIS内部出现接触故障，且是A或C相故障。

图5为B相触头过热时外壳温度分布的等温线示意图。由于B相导体处于中间位置，B相过热时并不会出现图4外壳中间部位沿径向温度分布梯度呈现明显差异的情况。但是对于ZF16-252型GIS设备，由于其尺寸的特殊性，除了A或C相故障出现外壳温度径向明显差异外，任何一相故障(包括B相)也有其独有特点：外壳温度沿外壳半周从中间顶部位置到底部位置的下降梯度大于正常接触情况，即沿外壳半周方向①到⑥的斜率变化大于正常情况时沿外壳半周方向①到⑥斜率。出现这种情况的主要原因在于一相导体过热时产生热量急剧增加，ZF16-252型GIS设备沿轴向盆式绝缘子和径向外壳的散热能力不足以散失增加的热量，随着SF₆气体的流动，促使GIS气体上部温度远高于底部温度，而底部温度变化不大，从而表现在外壳顶部温度远高于底部，出现外壳温度沿外壳一周从中间顶部位置到底部位置的下降梯度大于正常接触情况的现象。

本发明的实施例所提供的GIS触头过热故障的带电检测方法，通过采集GIS外壳上的温度值确定外壳温度分布梯度，将实测值与标准值相比较，可以有效判别GIS触头是否出现过热故障。这种方法根据现场测得的以及正常运行时测得外壳温度梯度情况判别触头是否出现热故障，方法简单有效，解决了触头故障识别的难题；该方法无需对现场进行改造即可实现故障判别，且无需设备停电，保证了设备的经济性运行；对于GIS设备的运行可靠性的提高具有重大意义。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种GIS触头过热故障的带电检测方法，其特征在于，包括：

通过温度传感器采集GIS外壳上K个测温点的温度值；K为大于1的整数；

根据采集得到的K个温度值确定GIS外壳温度分布的特征量的实测值；

将特征量的实测值与特征量的标准值相比较，当差值超过预设的容限值时，确定存在GIS触头过热故障；其中，特征量的标准值在GIS正常运行时测得并预先存储。

2.根据权利要求1所述的GIS触头过热故障的带电检测方法，其特征在于，所述将特征量的实测值与特征量的标准值相比较之前，还包括：

在标准环境参数下，通过温度传感器采集所述K个测温点的温度值，根据采集得到的温度值确定特征量的标准值并存储；

其中，所述标准环境参数至少包括以下任一项：

标准环境温度值；

标准环境湿度值；

标准风速值；

标准光照强度值。

3.根据权利要求2所述的GIS触头过热故障的带电检测方法，其特征在于，所述通过温度传感器采集所述K个测温点的温度值，包括：

以GIS的典型结构作为试验平台，模拟正常运行情况下和存在GIS触头过热故障的运行情况下，通过温度传感器采集GIS外壳上K个测温点的温度值。

4.根据权利要求3所述的GIS触头过热故障的带电检测方法，其特征在于，所述模拟正常运行情况下和存在GIS触头过热故障的运行情况下，通过温度传感器采集GIS外壳上K个测温点的温度值，包括：

分别在模拟正常运行情况下和存在GIS触头过热故障的运行情况下，当SF₆气体气压不同和运行负载电流不同时，采集GIS外壳上K个测温点的温度值。

5.根据权利要求3或4所述的GIS触头过热故障的带电检测方法，其特征在于，所述根据采集得到的温度值确定特征量的标准值，包括：

根据采集得到的温度值，确定GIS正常运行情况下和存在GIS触头过热故障的运行情况下，外壳温度分布梯度的差异；

以描述该差异的物理量作为特征量；

以描述该差异的物理量的取值作为特征量的标准值。

6.根据权利要求5所述的GIS触头过热故障的带电检测方法，其特征在于，GIS外壳温度分布的特征量为：

测温点A和测温点C之间的温度差；其中，测温点A为GIS外壳上与A相导电杆接近的点，测温点C为GIS外壳上与C相导电杆接近的点。

7.根据权利要求6所述的GIS触头过热故障的带电检测方法，其特征在于，

测温点A和测温点C位于GIS外壳的同一横截面上。

8.根据权利要求5所述的GIS触头过热故障的带电检测方法，其特征在于，GIS外壳温度分布的特征量为：

测温点B与测温点D在GIS外壳上的连线上温度的变化率；

其中，测温点B为GIS外壳上与C相导电杆接近的点，测温点D与测温点B位于GIS外壳的同一横截面上，且测温点D与测温点B位于横截面直径的两端。