摘要
气体绝缘开关设备GIS(Gas Insulated Substation)由于具有占地面积小、可靠性高、安全性好、不易受外界因素影响等特点被广泛应用;作为变电站设备中重要组成部分之一，其安全稳定运行对于整个电力系统来说相当重要;对于GIS设备，由于其内部开关触头接触不良引起触头过热失效，进而引起短路的事故时有发生;因此，基于温升这个重要状态量对触头接触状况进行监测和评估具有重要的现实意义。本文以一台三相分体式40.5kV GIS断路器作为对象开展研究，主要研究工作如下。 首先，对触头接触电阻的数学模型及影响因素进行研究，并根据Bahrami接触模型得到接触电阻与接触压力的关系;为了确定触头接触良好时的接触电阻值，应用触指力学模型计算得到触头接触点的接触压力;之后建立触头三维模型仿真计算出触头的接触压力，验证了力学模型计算结果的准确性，由此得到了触头接触良好时接触电阻的大小。 其次，对接触电阻进行等效处理，建立了 40.5kV GIS断路器的有限元仿真模型;基于此模型进行多物理场耦合分析，仿真计算得到断路器载流导体和外壳的电磁损耗，将此电磁损耗作为激励源再进行流场温度场仿真分析，得到断路器触头及外壳的温度分布情况。然后根据温升的影响因素，分析了环境温度和负荷电流大小对触头与外壳稳态温升的影响;随后分析了触头应力松弛和插接深度改变引起触头接触不良时触头与外壳稳态温升的变化规律。结果表明:触头接触良好时，正常环境温度范围内，在额定负荷电流情况下运行，触头与外壳温升不会超过国家标准文件规定的温升极限;而触头接触不良时，接触面接触压力会明显降低，导致接触电阻变大，造成触头和外壳温升过高。 最后，通过设计温度检测系统，在实验室条件下对GIS断路器进行稳态温升测试试验，采集设备的温度信号，对比分析试验与仿真数据，证明了仿真计算结果的准确性，最后由仿真数据得到了接触电阻与外壳温升梯度的相关性，并建立了触头温升与外壳温升的对应关系，提出了一种GIS开关触头过热的多点监测与状态评估方法。
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