CN110441646A - 一种基于阻性电位差比的gil导电杆连接评价***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于阻性电位差比的GIL导电杆连接评价***及方法，***包括GIL导电杆试样，GIL导电杆试样包括通过触头串联的有连接段GIL导电杆和无连接段GIL导电杆，有连接段GIL导电杆的电流端依次连接电流互感器、电流源和无连接段GIL导电杆的电流端，GIL导电杆还连接有电位差测试回路，本发明根据GIL导电杆连接段触头接触不良会引起沿导电杆轴向上阻抗的变化，必然导致连接段电位差的变化，采用GIL导电杆无连接段作为基准替代标准交流阻抗，以有连接段和无连接段表面阻性电位差比作为评价参数，实现GIL导杆连接质量(状态)的评价。该方法具有不受测试环境温度的影响和抗干扰能力强等优点。
Description
技术领域
本发明属于导电杆质量评价领域，具体涉及一种基于阻性电位差比的GIL导电杆连接评价***及方法。
背景技术：
气体绝缘输电线路(gas-insulated transmission lines，GIL)是采用金属外壳封闭导电杆、压缩气体(如SF6、SF6/N2混合气体等)绝缘、外壳与导电杆同轴布置的电能传输设备，具有传输容量大、单位损耗低、受环境影响小、运行可靠性高、占地少等优点，随着电力工业的发展，人们对GIL设备的发展日趋重视。
GIL导电杆采用滑动触头插接方式联接，中间触头通过内部锁扣插接，触头结构允许一定的轴向伸缩和角度偏转。在电气工程领域，传统GIL导电杆连接质量评价是以直流电阻为依据，直流电阻的测试电流小，且沿GIL导电杆截面均匀流过，而正常工作时GIL导电杆的电流为交流，电流幅值大，由于集肤效应的影响在GIL导电杆截面和连接处电流分布不均匀，同时导电杆连接的触头锁紧位置、力度和触头与锁扣之间的温度等因素都将导致接触电阻的变化。因此，直流电阻不能全面反映GIL导电杆连接质量，需要建立全面反映GIL导电杆连接质量评价的新方法。
比较法是大截面导体电阻测试普遍采用的方法，该方法是通过标准电阻标定被测电阻，而在交流大电流测试条件下没有合适的标准电阻(阻抗)，主要是因为标准电阻(阻抗)自身发热，以及测试条件和环境温度等影响电阻的精度。本发明提出了一种基于阻性电位差比的GIL导电杆连接质量评价的新方法，解决了交流等效电阻在大电流测试条件下没有合适的标准电阻(阻抗)面临的技术难题，并克服测试温度的影响，实现了GIL导电杆连接质量的准确评价。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于阻性电位差比的GIL导电杆连接评价***及方法，以解决现有技术中导致的交流等效电阻在大电流测试条件下没有合适的标准电阻的缺陷。
本发明通过以下技术方案实现：
第一方面，提供了一种基于阻性电位差比的GIL导电杆连接评价***，所述***包括GIL导电杆试样，所述GIL导电杆试样包括通过触头串联的有连接段GIL导电杆和无连接段GIL导电杆，所述有连接段GIL导电杆的电流端依次连接电流互感器、电流源和无连接段GIL导电杆的电流端，所述GIL导电杆还连接有电位差测试回路，所述测试回路上连接与电流互感器的输出端连接的精密电阻。
结合第一方面，进一步的，所述测试回路包括与所述GIL导电杆试样连接的锁相放大器，所述锁相放大器有四个探头，其中一个探头与所述有连接段GIL导电杆连接，其余三个探头均与无连接段GIL导电杆连接。
结合第一方面，进一步的，所述探头的电位端与电流端的间距大于3倍的所述GIL导电杆试样的直径。
结合第一方面，进一步的，所述GIL导电杆试样的外侧套接有与温控箱连接的柔性电加热套。
第二方面，提供了一种基于表面阻性电位差比的GIL导电杆连接质量评价方法，所述方法包括如下步骤：
将有连接段GIL导电杆的电路等效为电感Lx和电阻Rx串联的电路1；
将无连接段GIL导电杆的电路等效为电感Ls和电阻Rs串联的电路2；
将电路1和电路2串联后测量电路中的电性参数；
根据电性参数计算得到表面阻性电位差的比。
结合第二方面，进一步的，所述电性参数包括：
流过GIL导电杆的电流等效电感LX和等效电阻RX上的电压和等效电感Ls和等效电阻Rs上的电压和其中与电流同方向为阻性电压，将超前电流90°为感性电压，和互为正交；与电流同方向为阻性电压，超前电流90°为感性电压，和互为正交。
结合第二方面，进一步的，所述表面阻性电位差的比的计算方法包括如下步骤：
由电性参数得出以下公式：
由上述式子可得：
式中：为连接段与无连接段GIL导电杆电位差的比；
为连接段GIL导电杆等效电阻上电压的模；
为无连接段GIL导电杆等效电阻上电压的模；
K为表面阻性电位差的比；j为虚部单位；ω为角频率。
本发明的优点在于：该***及方法：
1.避免了直流电阻测试电流条件与实际工作状态不符，充分考虑了集肤效应、温度等因素对电阻的影响，所得的参数及其特性将真实反映GIL导电杆的连接状态；
2.该评价方法采用GIL导电杆无连接段作为基准替代标准交流阻抗，以有连接段和无连接段表面阻性电位差比作为评价参数，消除了电源的精度、交流干扰和直流干扰等测试条件的影响，实现了GIL导电杆连接质量的准确评价；
3.通过对GIL导电杆表面阻性电位差比及其频率和温度特性测试，建立GIL导电杆连接质量的评价标准，同时也能够反映不同温度、不同频率、不同电流下GIL导电杆的连接状态。
附图说明
图1为本发明中GIL导电杆表面阻性电位差比的测量原理示意图。
图2为本发明中GIL导电杆的等效电路示意图。
图3为本发明中GIL导电杆的等效向量示意图。
图4为本发明中GIL导电杆表面阻性电位差比的温度特性测量示意图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1至图4所示，一种基于阻性电位差比的GIL导电杆连接评价***，所述***包括GIL导电杆试样，所述GIL导电杆试样包括通过触头串联的有连接段GIL导电杆和无连接段GIL导电杆，所述有连接段GIL导电杆的电流端依次连接电流互感器、电流源和无连接段GIL导电杆的电流端，所述GIL导电杆还连接有电位差测试回路，所述测试回路上连接与电流互感器的输出端连接的精密电阻。
图1中，为电流源输出电流；为精密电阻上的电压；分别为连接段和无连接段GIL导电杆的表面电位差。
图2中，分别为连接段和无连接段GIL导电杆的表面电位差；LX、RX为连接段GIL导电杆的等效电感和等效电阻；分别为等效电感LX和等效电阻RX上的电压；Ls、Rs为无连接段GIL导电杆的等效电感和等效电阻；分别为等效电感Ls和等效电阻Rs上的电压；为流过GIL导电杆的电流。
图3中，分别为连接段和无连接段GIL导电杆的表面电位差；分别为等效电感LX和等效电阻RX上的电压；分别为等效电感Ls和等效电阻Rs上的电压；为流过GIL导电杆的电流。
图4中，分别为连接段和无连接段GIL导电杆的表面电位差；为精密电阻上的电压；为流过GIL导电杆的电流。
在本实施例中，所述测试回路包括与所述GIL导电杆试样连接的锁相放大器，所述锁相放大器有四个探头，其中一个探头与所述有连接段GIL导电杆连接，其余三个探头均与无连接段GIL导电杆连接。
在本实施例中，所述探头的电位端与电流端的间距大于3倍的所述GIL导电杆试样的直径。
在本实施例中，所述有连接段GIL导电杆的电流端和无连接段GIL导电杆的电流端均设有夹具。
在本实施例中，所述电流源为幅值和频率均可调的可调节电流源。
在本实施例中，所述GIL导电杆试样的外侧套接有与温控箱连接的柔性电加热套。
一种基于表面阻性电位差比的GIL导电杆连接质量评价方法，所述方法包括如下步骤：
将有连接段GIL导电杆的电路等效为电感Lx和电阻Rx串联的电路1；
将无连接段GIL导电杆的电路等效为电感Ls和电阻Rs串联的电路2；
将电路1和电路2串联后测量电路中的电性参数；
根据电性参数计算得到表面阻性电位差的比。
在本实施例中，所述电性参数包括：
流过GIL导电杆的电流等效电感LX和等效电阻RX上的电压和等效电感Ls和等效电阻Rs上的电压和其中与电流同方向为阻性电压，将超前电流90°为感性电压，和互为正交；与电流同方向为阻性电压，超前电流90°为感性电压，和互为正交。
在本实施例中，所述表面阻性电位差的比的计算方法包括如下步骤：
由电性参数得出以下公式：
由上述式子可得：
式中：为连接段与无连接段GIL导电杆电位差的比；
为连接段GIL导电杆等效电阻上电压的模；
为无连接段GIL导电杆等效电阻上电压的模；
K为表面阻性电位差的比，表面阻性电位差比K实际为连接段与无连接段GIL导电杆等效电阻上电压模的比，反映的是连接段与无连接段GIL导电杆等效电阻的比值关系。显然，参数K的测量结果与施加的交流电流大小无关，电源的精度将不会对测量准确度产生影响。由于连接段和无连接段GIL导电杆串接，所处的测试条件一致，环境温度对测试结果没有影响。
上述测试原理中，四端钮探头的电位端与电流端间距要大于3倍的GIL导电杆的直径，目的是为了消除电流端夹具与导电杆连接部电流分布不均匀对测试结果的影响。
基于上述，该***及方法中，在表面阻性电位差比的基本测量原理中，空间电磁场引起的交流干扰和直流干扰对测量的影响不可忽略，本发明采用锁相放大器与可调电流源等技术可以有效抑制上述干扰。在测量回路中的接触电势、热电势和化学电势等形成直流干扰，以及空间电磁场产生的交流感应电动势都会叠加在被测量电位上，由于被测量电位差很小，如果直接测试电位差叠加的直流和交流干扰会产生非常大的误差，且现有测量方法均无法同时消除。锁相放大器以精密电阻R上的电压信号为参考通过相敏检波技术提取相同频率 电压信号，并分解得到阻性电压和进而实现表面阻性电位差比K的测量，消除了直流干扰的影响；通过改变电流源的频率避开空间电磁场的交流干扰，使其对测试结果不产生影响。
为了更加准确考察工作状态下GIL导电杆的连接质量，温度也是GIL导电杆连接质量评价技术中不可忽略的因素。本发明采用柔性电加热套为GIL导电杆试样加热方式实现上述目的，加热方式如附图4所示。
综上所述，本发明根据上述测量原理实现表面阻性电位差比K及其频率和温度特性的测量，建立基于表面阻性电位差比的GIL导电杆连接质量的评价标准，判别GIL导电杆的连接状态。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
Claims (7)
1.一种基于阻性电位差比的GIL导电杆连接评价***，其特征在于，所述***包括GIL导电杆试样，所述GIL导电杆试样包括通过触头串联的有连接段GIL导电杆和无连接段GIL导电杆，所述有连接段GIL导电杆的电流端依次连接电流互感器、电流源和无连接段GIL导电杆的电流端，所述GIL导电杆还连接有电位差测试回路，所述电位差测试回路上连接与电流互感器的输出端连接的精密电阻。
2.根据权利要求1所述的一种基于阻性电位差比的GIL导电杆连接评价***，其特征在于：所述测试回路包括与所述GIL导电杆试样连接的锁相放大器，所述锁相放大器有四个电位探头，其中一个探头与所述有连接段GIL导电杆连接，其余三个探头均与无连接段GIL导电杆连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于阻性电位差比的GIL导电杆连接评价***，其特征在于：所述探头的电位端与电流端的间距大于3倍的所述GIL导电杆试样的直径。
4.根据权利要求1所述的一种基于阻性电位差比的GIL导电杆连接评价***，其特征在于：所述GIL导电杆试样的外侧套接有与温控箱连接的柔性电加热套。
5.一种基于阻性电位差比的GIL导电杆连接评价方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
将有连接段GIL导电杆的电路等效为电感Lx和电阻Rx串联的电路1；
将无连接段GIL导电杆的电路等效为电感Ls和电阻Rs串联的电路2；
将电路1和电路2串联后测量电路中的电性参数；
根据电性参数计算得到表面阻性电位差的比。
6.根据权利要求5所述的一种基于阻性电位差比的GIL导电杆连接评价方法，其特征在于：所述电性参数包括：
流过GIL导电杆的电流等效电感LX和等效电阻RX上的电压和等效电感Ls和等效电阻Rs上的电压和其中与电流同方向为阻性电压，将超前电流90°为感性电压，和互为正交；与电流同方向为阻性电压，超前电流90°为感性电压，和互为正交。
7.根据权利要求6所述的一种基于阻性电位差比的GIL导电杆连接评价方法，其特征在于：所述表面阻性电位差的比的计算方法包括如下步骤：
由电性参数得出以下公式：
由上述式子可得：
式中：为连接段与无连接段GIL导电杆电位差的比；
为连接段GIL导电杆等效电阻上电压的模；
为无连接段GIL导电杆等效电阻上电压的模；
K为表面阻性电位差的比；j为虚部单位；ω为角频率。
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