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    基于振動原理的 GIS 隔離開關觸頭接觸狀態檢測技術

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    氣體絕緣金屬封閉開關設備(GIS)具有占地面積小、運行可靠性高、檢修周期長等優點,目前已經在電力系統中得到了越來越廣泛的應用,特別是在高電壓等級電網中。雖然 GIS 設備具有運行可靠性高的優勢,但在其運行過程中,絕緣及機械缺陷、故障仍然時有發生,且事故停電范圍廣,修復難度大。隔離開關作為 GIS 中的主要單元之一,其操作次數最為頻繁,在大量的操作過程中,觸頭在機械閉合力的沖擊和觸頭間的應力作用下會不斷磨損,經常出現觸指鍍層裂縫、剝落等情況,從而導致觸頭接觸不良。此外,安裝調試不當引起機構卡澀等,也會導致隔離開關合閘不到位,使得觸頭接觸不良。觸頭接觸不良會使得回路接觸電阻變大, 溫升過高,從而引起絕緣老化甚至擊穿,進而引發短路,造成重大事故。另外,觸頭接觸不良時, 接觸方式會發生變化,此時當電流流過觸頭時,觸頭間會產生電動力,從而引起異常振動,而長期的振動可能使螺栓松動,造成 GIS 氣體泄露、壓力降低,從而引發事故。因此,有必要開展 GIS 隔離開關觸頭接觸狀態檢測技術的研究,以及時發現隔離開關觸頭接觸故障,從而避免隔離開關設備故障影響電網安全運行。


    目前,工程實際中應用的 GIS 隔離開關觸頭接觸狀態檢測方法主要有回路電阻測量方法、紅外檢測法、光纖光柵測溫法,以及振動檢查法等。其中,回路電阻法需 GIS 設備停電檢修,且需要根據設備出廠管理值來判斷觸頭的接觸狀態,因此故障判斷比較被動;紅外檢測法由于金屬表面發射率其中低以及 SF6 氣體對紅外光強烈的吸收性使得其分辨率和精度都難以達到要求;光纖光柵測溫法雖然實現了 GIS 隔離開關的在線監測,但是由于 GIS 內部導體與外殼溫度的對應關系需要大量的基礎數據支撐,對于不同結構的 GIS 不具有通用性,且傳感器的成本較高,因此也未能得到廣泛應用;振動檢測法因與設備主回路無電氣連接,不影響設備正常運行,同時具有抗干擾能力強、靈敏度高、安全可靠等優點,因此被逐漸應用于電力設備機械狀態的檢測中,且應用前景良好。20 世紀 90 年代國外就有研究者通過檢測 GIS 的振動信號進行其觸頭接觸不良缺陷的檢測,但是該項研究僅限于實驗室中, 并未形成現場可用的檢測系統。國內對于通過振動信號的檢測來進行 GIS 的故障診斷也有一定的研究,但都停留在實驗室階段,目前還未見現場可用的檢測裝置及機械缺陷評估方法。



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