CN104316218A - 提高测量gis隔离开关外壳温度精确度的方法 - Google Patents

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崔金涛
牛林
陈强
战杰
黄金鑫
马梦朝
鲁国涛
李庆民
丛浩熹
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North China Electric Power University
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State Grid Corp of China SGCC
North China Electric Power University
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Abstract

本发明公开了一种提高测量GIS隔离开关外壳温度精确度的方法，包括：确定GIS隔离开关外壳的测温点；选择光纤光栅温度传感器作为温度测量工具，在所述光纤光栅温度传感器与GIS隔离开关外壳的连接点处涂敷用于消除温度传感器与外壳之间的微小空气间隙的导热硅胶。本发明有益效果：结构简单，易于实现，可有效解决外壳温度监测准确度不高的问题。采用本方法所测得的外壳温度值间接推算所得的触头温度值具有非常高的准确度，对光纤温度传感器在GIS触头温度在线监测中的应用推广具有重大意义。

Description

提高测量GIS隔离开关外壳温度精确度的方法
技术领域
本发明涉及GIS设备金属导体温度测量技术领域，尤其涉及一种提高光纤温度传感器测量GIS隔离开关外壳温度精确度的方法。
背景技术
近年来随着电力工业的高速发展，气体绝缘组合电器(GIS)因其安全可靠、安装维护方便、占地空间小等优点，在国内外电力***中得到了广泛应用。但GIS设备具备上述优点的同时，其密封严、体积小、电流大等结构与工况特点，也导致导体损耗发热问题日益突出。尤其当GIS导体触头接触不良时，其接触电阻变大，导体通过负载电流产生的焦耳热将导致触头过热现象。触头过热导致GIS内部局部温度过高，可能引起绝缘老化甚至击穿，以至引发重大事故，进而对电厂与电网的安全稳定运行造成隐患。
目前针对触头发热问题，现场主要通过定期测量回路电阻、人工观察触头表面颜色和使用红外成像仪对固定监测点定期进行温度监测等方法进行检查。虽然这些方法在现场易于实现，但是经常需要以停电检修为代价，并且存在不能够进行设备状态的在线监测的弊端，因此这些方法已经不满足智能电网的发展需要。针对这一个问题，学者提出了基于红外温度传感器、光纤温度传感器的触头温度在线监测***。其中光纤温度传感器以其直径小、重量轻、电绝缘性能好以及不受强电磁干扰的特性使其触头温度在线监测***应用成为研究热点。
光纤温度传感器属于接触式测温元件，只有当传感器与被测物体充分接触时才能准确测温。而由于GIS内部结构紧凑，且高气压密封，光纤温度传感器不便于安装于GIS内部，这也是光纤温度传感器监测GIS导体触头温度的瓶颈。针对这个难题，学者们提出了一种利用光纤温度传感器间接测量触头温度的方法。这种方法是基于在达到热平衡的情况下GIS的触头温度、外壳温度与外部空间环境温度三者之间存在着一定关系的原理，通过测量GIS外壳温度与外部空间环境温度，经过合适的算法迭代计算，最终推算出GIS触头温度。这种方法易于实现，并且具有较高的准确度。然而，其面临的一个问题是该方法最终推算结果准确性主要取决于所测外壳温度精确度。通过实验表明，GIS触头温度每变化10℃，GIS外壳温度变化约1℃。因此外壳温度的误差将对最终推算所得GIS触头温度产生非常大的影响。
对GIS外壳温度测量的误差主要来自以下几方面：
1、外壳测温点的选择
虽然GIS外壳是热的良导体，但是由于GIS内部气体在热浮力的作用下不断流动，GIS外壳温度并不相同，外壳不同位置对GIS触头温度变化的反映灵敏度也不尽相同。
2、光纤温度传感器的测温精度
由于外壳温度变化并不明显，为了准确测量外壳温度，需要光纤温度传感器具有较高测量精度及较短的响应时间。
3、光纤温度传感器与外壳连接点微小空气间隙
光纤温度传感器只有与被测物体紧密接触才能准确测温，而由于表面粗糙度的原因，接触面上有可能出现微小的空气层，导致传感器不能反映外壳真实温度。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题，提出了一种提高测量GIS隔离开关外壳温度精确度的方法，该方法充分利用传热学基本原理，寻找到外壳上最合适的测温位置，同时通过遴选合适的光纤温度传感器以及对连接点的处理，来达到对GIS隔离开关外壳温度的精确测量。该方法结构简单，易于实现，经济实用，可有效解决外壳温度监测准确度不高的问题，为触头温度的监测提供可靠依据。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种提高测量GIS隔离开关外壳温度精确度的方法，包括：
确定GIS隔离开关外壳的测温点；选择光纤光栅温度传感器作为温度测量工具，在所述光纤光栅温度传感器与GIS隔离开关外壳的连接点处涂敷用于消除温度传感器与外壳之间的微小空气间隙的导热硅胶。
所述GIS隔离开关外壳测温点的确定为选择GIS隔离开关外壳上对GIS触头温度变化感知最灵敏的一点。
所述GIS隔离开关外壳上对GIS触头温度变化感知最灵敏的一点位于未被屏蔽罩覆盖的GIS触头的正上方。
所述光纤光栅温度传感器为非金属单端光纤光栅温度传感器。
所述导热硅胶为双组份室温固化交联液体导热硅胶。
所述导热硅胶的使用方法为将双组份室温固化交联液体导热硅胶的A、B两种组分在室温下按1:1体积比混合均匀，涂敷于光纤温度传感器与GIS隔离开关外壳的连接点处，涂敷厚度范围为0.4mm-0.6mm，在确保光纤温度传感器、导热硅胶以及GIS隔离开关外壳无缝连接的情况下，室温放置一定时间完成导热硅胶的固化。
本发明的有益效果：
本发明通过确定选择GIS外壳测温位置，测温传感器的选择以及连接点的处理来达到对外壳温度的精确测量。该方法结构简单，易于实现，可有效解决外壳温度监测准确度不高的问题。采用本方法所测得的外壳温度值间接推算所得的触头温度值具有非常高的准确度，对光纤温度传感器在GIS触头温度在线监测中的应用推广具有重大意义。
附图说明
图1为本发明方法示意图；
图2为GIS隔离开关外壳温度分布云图；
其中，1代表温度分布云图的红色区域，2代表温度分布云图的黄色区域，3代表温度分布云图的绿色区域，4代表温度分布云图的蓝色区域。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
图1为本发明方法示意图。本发明包括外壳测温点的确定、光纤温度传感器的选取、光纤温度传感器与外壳连接点的处理。
GIS内部导体的热量通过传导、对流和辐射的形式向外散发。GIS内部气体在热浮力的作用下，气体对流明显，基于此原因，GIS外壳温度分布并不均匀。此外，为了实际运行中变电站运行人员观察GIS隔离开关触头分合位置情况，GIS外壳开设有观察窗，并且对应位置没有屏蔽罩，触头直接裸露在观察窗的视野中。此设计导致此位置没有屏蔽罩的阻挡，触头和外壳之间直接进行气体对流换热。
因此外壳上GIS裸露导体正上方的位置出现了一个对触头温度变化反映最灵敏的一点，此点亦是外壳温度的最高点。本发明所取外壳测温点正是此点。图2为GIS外壳温度分布云图，此图为有限元仿真软件计算结果图，实验测量结果与仿真计算结果一致，图中不同颜色所代表的温度值由高到低顺序为红、黄、绿、蓝，分别对应灰度图像上的1、2、3、4区域位置。
GIS外壳温度变化并不明显，测温范围较小，因此需要传感器具有很高的精度及反应速度。本发明所选择光纤温度传感器为OS4310的非金属单端光纤光栅温度传感器。该传感器采用非金属材料，其测量结果不受电场、磁场干扰。经过温度标定后的该传感器精度可达0.05℃，反应时间为0.7s，工作温度范围为-40℃--150℃。此外，本发明所采用传感器感光位置经过封装处理，安装方便，经久耐用。
本发明所采用导热硅胶为型号为TC-235-AD的双组份室温固化交联液体导热硅胶。使用时将硅胶的A、B两种组分在室温下按1:1体积比混合均匀，涂敷于清污后测温点，的涂敷厚度约0.5mm，然后安置光纤温度传感器，压紧固定。在确保传感器、导热硅胶、外壳在无缝连接情况下，室温放置24小时即可完成导热硅胶的固化，传感器的安装至此完成。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (6)

1.一种提高测量GIS隔离开关外壳温度精确度的方法，其特征是，包括：
确定GIS隔离开关外壳的测温点；选择光纤光栅温度传感器作为温度测量工具，在所述光纤光栅温度传感器与GIS隔离开关外壳的连接点处涂敷用于消除温度传感器与外壳之间的微小空气间隙的导热硅胶。
2.如权利要求1所述的一种提高测量GIS隔离开关外壳温度精确度的方法，其特征是，所述GIS隔离开关外壳测温点的确定为选择GIS隔离开关外壳上对GIS触头温度变化感知最灵敏的一点。
3.如权利要求2所述的一种提高测量GIS隔离开关外壳温度精确度的方法，其特征是，所述GIS隔离开关外壳上对GIS触头温度变化感知最灵敏的一点位于未被屏蔽罩覆盖的GIS触头的正上方。
4.如权利要求1所述的一种提高测量GIS隔离开关外壳温度精确度的方法，其特征是，所述光纤光栅温度传感器为非金属单端光纤光栅温度传感器。
5.如权利要求1所述的一种提高测量GIS隔离开关外壳温度精确度的方法，其特征是，所述导热硅胶为双组份室温固化交联液体导热硅胶。
6.如权利要求5所述的一种提高测量GIS隔离开关外壳温度精确度的方法，其特征是，所述导热硅胶的使用方法为将双组份室温固化交联液体导热硅胶的A、B两种组分在室温下按1:1体积比混合均匀，涂敷于光纤温度传感器与GIS隔离开关外壳的连接点处，涂敷厚度范围为0.4mm-0.6mm，在确保光纤温度传感器、导热硅胶以及GIS隔离开关外壳无缝连接的情况下，室温放置一定时间完成导热硅胶的固化。
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