论文总字数：23725字

摘 要

摘要：随着社会经济不断发展，人们对供电可靠性的要求日益提高。气体绝缘开关设备因为具有占地面积小、结构紧凑、无污染、易维护、运行可靠性高等优点而被大量投入使用，但各种故障问题也随之而来。为了防止变电站倒闸操作过程中隔离开关故障导致事故发生，可以通过测量开合母线转换电流来监测隔离开关的运行状态。另外，考虑到气体绝缘开关设备（GIS）的封闭特性，为了实现非侵入式的母线转换电流测量，需要将电流测量元件安装于气体绝缘开关设备的外壳上。考虑气体绝缘开关设备的不同接地方式，本文创造性地提出了一种基于磁场耦合分析和回路电流法的GIS壳体感应电流计算方法，得出了外壳环流和母线转换电流之间关系的近似计算公式，从而可以排除外壳环流对非侵入测量的不良影响。最后，本文提出了一种热倒母线操作时隔离开关状态检测的方案设计，可以在非侵入GIS开关的前提下监测隔离开关的运行状态和潜在隐患，大大提高了倒闸动作的可靠性，有利于提高电力生产和运行的可靠性。

关键词：气体绝缘开关设备(GIS)，隔离开关，开合母线转换电流，外壳环流。

Abstract

Abstract：As the continuous development of social economy, the demand of the reliability of power supply is growing. A large number of gas insulated switchgear has been put into use for its advantages of small land occupancy, compact structure, no pollution, easy maintenance and high reliability. However, kinds of faults occur. In order to prevent disconnected switch faults during the process of substation switching operation, it’s important to measure the bus-transfer current to monitor the running status of disconnected switches. In addition, considering the sealing property of the inherent structure of GIS, current-measuring elements need to be installed around the enclosure of GIS to achieve non-invasive measurement of the bus-transfer current. By analyzing the different connection modes of GIS, this paper creatively proposes a new method based on magnetic field coupling analysis and the loop current method to calculate the enclosure current of GIS. It figures out the approximate calculation formula of the connection between the enclosure current and the bulk current of GIS, therefore, the influence of the enclosure current on the non-invasive measurement is excluded. At last, this paper presents a solution design for monitoring the running status of disconnected switches during the process of substation switching operation, it can discover the potential risks of substation switching operation on the premise of non-invasive measurement. This design not only greatly improves the operation and motion reliability of gas insulated switchgear, but also brings high power supply reliability and huge economic benefit to our society.

Key words: gas insulated switchgear, disconnected switches, bus-transfer current, enclosure current.

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 研究现状 3

1.2.1 GIS的应用现状 3

1.2.2 隔离开关检测技术的研究现状 3

1.2.3 开合母线转换电流分析的研究现状 5

1.3 光纤电流互感器的有关原理 6

1.4 本文的主要工作 9

第二章 开合母线转换电流的研究 10

2.1 开合母线转换电流建模 10

2.1.1 正常情况下环流的分析 11

2.1.2 隔离开关合闸不到位的情况下环流的分析 12

2.2 开合母线转换电流算例分析 13

第三章 GIS外壳环流的研究 15

3.1不连续型GIS外壳环流的研究 16

3.2 不连式GIS外壳环流的研究 17

3.3 全连式GIS外壳环流的研究 19

3.3.1 全连式GIS外壳环流建模 19

3.3.2 全连式GIS外壳环流算例分析 23

3.4 实验验证方案 25

3.5 小结 25

第四章 热倒母线操作时隔离开关状态检测的方案设计 27

4.1 总体架构 27

4.2 子站内算法流程设计 27

第五章 结论与展望 29

致谢 30

参考文献 31

第一章 绪论

研究背景

隔离开关是一种开关设备。它在分位置时，触头间有符合规定要求的绝缘距离和明显的断开标志；在合位置时，能承受正常条件下的电流和异常条件下规定时间内的电流。

隔离开关，俗称“刀闸”，一般指的是额定电压在1kV及以上的高压隔离开关,我们通常简称其为隔离开关，它是一种使用频率非常高的高压开关电器设备。隔离开关的结构以及工作原理比较简单，但由于使用量很大，对工作可靠性要求较高，故其在变电站和电厂的设计、建立与安全运行等环节中均能产生较大的影响。隔离开关的特点之一是不具备灭弧能力，它只能在未承载负荷电流时进行分合电路的操作。隔离开关用于各级电压，其作用是改变电路连接形式或者将线路或设备与电源进行隔离。另外，隔离开关没有断流能力，只能先使用其它设备将线路断开，然后再进行后续操作。一般情况下，隔离开关均配有联锁装置，它能够防止开关带有负荷时的误操作，也需要销子来预防开关在大故障的磁力作用下断开的情况的发生。

在第一次对隔离开关进行安全调试时，技术人员的水平可能有所欠缺，熟练度不够高，另外，少部分技术人员责任心意识不强，没有把导电杆的可调联接和调节拉杆调整到应有的位置，在进行分合闸操作时隔离开关受到的阻力会显著增大，因此，合闸时隔离开关受到齿轮的推动力会减小，很有可能出现可调联接和调节连杆还未完全伸展到指定位置就停止工作的故障现象，从而使得上下连杆无法正常伸展，导致隔离开关无法合闸到位。此外，由于合闸不到位，往往会使得动触头与静触头之间产生空隙或者接触不良的现象，导致流通电流的能力不同程度地下降，引起发热等一系列问题。通过对变电站现场的调查分析，我们发现由于初次调试情况的不理想，以及没有根据实际情况进行重新调试等后续措施的跟进，造成了隔离开关合闸时不到位的情况。所以调试阶段工作的不到位造成三相合闸不到位，是隔离开关分、合闸时出现问题的重要原因。另外，隔离开关机械传动部分的元件如果出现松脱、卡涩、变形、摩擦过大、损坏等产品质量和设计问题，这些原因也常常会造成隔离开关分、合闸不到位的问题。某变电站就经常出现隔离开关合闸不到位的情况，该变电站的隔离开关是水平伸缩式，其发生合闸不到位问题的主要是由于静触头的入口尺寸太小，并且没有导向板。在合闸过程中，动触头在即将与静触头接触时会上下摆动，从而抵触到静触头的上弹簧触齿，进而导致合闸不到位问题的发生，这种情况即属于产品设计不合理（设计缺陷）造成的故障^[1]。

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