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    基于振动原理的 GIS 隔离开关触头接触状态检测技术

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    气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)具有占地面积小、运行可靠性高、检修周期长等优点,目前已经在电力系统中得到了越来越广泛的应用,特别是在高电压等级电网中。虽然 GIS 设备具有运行可靠性高的优势,但在其运行过程中,绝缘及机械缺陷、故障仍然时有发生,且事故停电范围广,修复难度大。隔离开关作为 GIS 中的主要单元之一,其操作次数最为频繁,在大量的操作过程中,触头在机械闭合力的冲击和触头间的应力作用下会不断磨损,经常出现触指镀层裂缝、剥落等情况,从而导致触头接触不良。此外,安装调试不当引起机构卡涩等,也会导致隔离开关合闸不到位,使得触头接触不良。触头接触不良会使得回路接触电阻变大, 温升过高,从而引起绝缘老化甚至击穿,进而引发短路,造成重大事故。另外,触头接触不良时, 接触方式会发生变化,此时当电流流过触头时,触头间会产生电动力,从而引起异常振动,而长期的振动可能使螺栓松动,造成 GIS 气体泄露、压力降低,从而引发事故。因此,有必要开展 GIS 隔离开关触头接触状态检测技术的研究,以及时发现隔离开关触头接触故障,从而避免隔离开关设备故障影响电网安全运行。


    目前,工程实际中应用的 GIS 隔离开关触头接触状态检测方法主要有回路电阻测量方法、红外检测法、光纤光栅测温法,以及振动检查法等。其中,回路电阻法需 GIS 设备停电检修,且需要根据设备出厂管理值来判断触头的接触状态,因此故障判断比较被动;红外检测法由于金属表面发射率其中低以及 SF6 气体对红外光强烈的吸收性使得其分辨率和精度都难以达到要求;光纤光栅测温法虽然实现了 GIS 隔离开关的在线监测,但是由于 GIS 内部导体与外壳温度的对应关系需要大量的基础数据支撑,对于不同结构的 GIS 不具有通用性,且传感器的成本较高,因此也未能得到广泛应用;振动检测法因与设备主回路无电气连接,不影响设备正常运行,同时具有抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠等优点,因此被逐渐应用于电力设备机械状态的检测中,且应用前景良好。20 世纪 90 年代国外就有研究者通过检测 GIS 的振动信号进行其触头接触不良缺陷的检测,但是该项研究仅限于实验室中, 并未形成现场可用的检测系统。国内对于通过振动信号的检测来进行 GIS 的故障诊断也有一定的研究,但都停留在实验室阶段,目前还未见现场可用的检测装置及机械缺陷评估方法。



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