CN114236375A - 一种考虑偏心工况的gis触指电接触劣化模拟试验*** - Google Patents

Abstract

一种考虑偏心工况的GIS触指电接触劣化模拟试验***，包括密封罐体及其內设置的偏心加载装置，偏心加载装置一侧通过联动杆，穿过密封罐体，侧壁与微动行程加载装置相连接，偏心加载装置顶部通过导线，与电流加载装置相连接的密封罐体一侧还连接有腔内气体组分检测单元；通过微动行程加载装置驱动母头摩擦电极柱，能够使母头摩擦电极柱做往复滑移运动，公头摩擦电极柱和母头摩擦电极柱均与电流加载装置连接；利用电流加载装置能够为触指施加与一定范围的电流载荷，模拟通流大小对触指电接触劣化过程的影响；利用密封罐体上的气体进出口可向密封罐体内充入与触指实际工况相同的气氛，利用加热装置能够模拟触指实际可能存在的不同温度工况本发明能够用于研究多因素耦合作用下触指的劣化机理。

Description

一种考虑偏心工况的GIS触指电接触劣化模拟试验***

技术领域

本发明属于电气工程技术领域，具体涉及一种考虑偏心工况的GIS触指电接触劣化模拟试验***。

背景技术

电气领域中，电信号之间的相互传输是必不可少的环节，触指结构具有结构紧凑并可导通大电流的能力，通过其结构过渡产生多个接触点形成电气互联，每个接触点充当“桥梁”作用使电流均衡通过。由于其结构简单、体积小、适合批量制造，现普遍应用于大功率电气互连场合，如SF6气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear，GIS)中触指被广泛应用在断路器、母线和隔离开关等关键部件内。GIS设备目前使用的触指主要包括三类：表带触指、弹簧触指、梅花触指。作为电气设备中的重要零部件，触指电连接结构的安全可靠性直接关系到GIS设备的运行稳定性。

现有的触指试验***可以对一定条件下接触损伤区域的磨损腐蚀特性进行分析，大多研究温度、接触压力、微动幅值、频率等单一变量对接触模型的影响，且大多触指劣化模拟试验***的研究对象为平板-平板摩擦电极，与实际GIS等电力设备中圆柱公头-圆柱母头的电连接结构有所不同，且现有触指劣化模拟试验***无法研究实际运行中，触指电连接结构的偏心工况对电接触性能的影响，有关触指电接触在电应力、化学腐蚀和往复微动载荷联合作用下劣化机理的研究还未见报道，缺乏对触指电接触材料磨损腐蚀疲劳特性的***性试验研究及规律性分析。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种考虑偏心工况的GIS触指电接触劣化模拟试验***，能够用于研究多因素耦合作用下触指的损伤机理，可为触指电连接结构的优化设计、提升触指通流裕度提供试验研究平台。

本发明采用的技术方案如下：

一种考虑偏心工况的GIS触指电接触劣化模拟试验***，包括密封罐体6-1，所述密封罐体6-1内设有偏心加载装置，偏心加载装置一侧通过联动杆2-2穿过密封罐体6-1侧壁与微动行程加载装置相连接，偏心加载装置顶部通过导线1-2与电流加载装置相连接，密封罐体6-1内还设有腔内气体组分检测单元6。

所述偏心加载装置包括并列设于密封罐体6-1内底部的母头电极基座2-4及公头电极基座3-7，公头电极基座3-7顶端连接有下合页板3-3，下合页板3-3一端通过合页连接轴3-1与上合页板3-2一端可旋转连接，上合页板3-2与下合页板3-3另一端之间通过紧固螺母3-6相连接，紧固螺母3-6外侧，且远离合页连接轴3-1的上合页板3-2与下合页板3-3的末端之间还***有楔形块3-5，下合页板3-3末端还设有连接块3-3-1，连接块3-3-1上与楔形块3-5外侧相适应的高度设有顶进螺丝3-9，用于对楔形块3-5施加顶进压力；

上合页板3-2顶部，且合页连接轴3-1上方设有紧贴设置的背板3-8及T形板3-4，T形板3-4的电极板面与公头摩擦电极柱4-7的一端相连接，公头摩擦电极柱4-7的外周开有触指槽4-7-1，触指槽4-7-1内放置触指页片4-7-2；公头摩擦电极柱4-7另一端***母头摩擦电极柱4-8相适配的凹槽内。

所述母头摩擦电极柱4-8和公头摩擦电极柱4-7初始状态时位于同一水平轴线上，所述触指槽4-7-1及触指页片4-7-2相适配。

所述微动行程加载装置包括大行程大推力压电陶瓷驱动器2-1，压电陶瓷驱动器2-1的位移输出轴与联动杆2-2的一端相连接，联动杆2-2的另一端穿过密封罐体6-1侧壁与母头摩擦电极柱4-8的电极板相连接，且联动杆2-2与母头摩擦电极柱4-8的电极板之间还连接有拉力压力传感器2-3。

所述联动杆2-2的轴线与压电陶瓷驱动器2-1的位移输出轴2-5的轴线平行，母头摩擦电极柱4-8水平往复运动行程最高10cm，位移精度在100nm以内。

所述电流加载装置包括密封罐体6-1顶部的上密封盖板1-3，上密封盖板1-3上方且对应公头摩擦电极柱4-7及母头摩擦电极柱4-8分别设有两组水冷式铜电极1-1，其中右侧的一组水冷式铜电极1-1通过导线1-2与T形板3-4电极板及公头摩擦电极柱4-7相连接，左侧的一组水冷式铜电极1-1通过导线1-2与母头摩擦电极柱4-8相连接，水冷式铜电极1-1将电流从直流电源引入到密封罐体6-1内部。

所述上密封盖板1-3采用不锈钢材质，不锈钢上密封盖板1-3与水冷式铜电极1-1之间采用聚四氟乙烯垫圈进行绝缘。

所述偏心加载装置的背板3-8内布置有带有负反馈模块的加热棒5-1，对公头摩擦电极柱4-7进行加热，公头摩擦电极柱4-7对触指页片4-7-2进行传热，保证试验时环境温度相对恒定。

所述腔内气体组分检测单元6包括密封罐体6-1内设置的数显复合式真空计、流量显示仪和气体组分检测仪，对密封罐体6-1气体进行绝缘气体的分析；密封罐体6-1侧壁及不锈钢门6-2上设置的观察窗6-3，密封罐体6-1一侧还设有气体进出口6-4和真空抽气装置6-5，密封罐体6-1顶部还设有真空气压表1-5。

相对于现有技术，本发明的有益效果在于：

1、本发明通过微动行程加载装置驱动母头摩擦电极柱4-8，能够使母头摩擦电极柱4-8做往复滑移运动，串联的拉力压力传感器2-4能够测量母头摩擦电极柱4-8运动过程中所受的拉压力值，压电陶瓷驱动器2-1相比于步进电机与丝杠结合的驱动方式，定位精度更高(纳米量级)，响应更快，且推动力大。

2、通过偏心加载装置能够使公头摩擦电极产生一定的偏心角度；利用电流加载装置能够为触指施加与一定范围的电流载荷，模拟通流大小对触指电接触劣化过程的影响，利用密封罐体6-1上的气体进出口6-4可向密封罐体6-1内充入与触指实际工况相同的气氛，利用带有负反馈模块的加热棒5-1能够模拟触指实际可能存在的不同温度工况。

3、通过公头摩擦电极柱4-7与母头摩擦电极柱4-8之间安装触指页片，通过偏心加载装置、微动行程加载装置及电流加载装置的作用，可针对GIS实际运行工况下载流连接触指结构进行劣化模拟试验，研究实际GIS等电力设备中实际圆柱公头-圆柱母头电连接结构的电接触性能劣化过程、原因及机理，特别是可研究实际运行中，温度、偏心受力、微动幅值等多变量联合作用触指电连接结构的偏心工况对电接触性能的影响，揭示触指电连接在高压GIS设备实际运行中引发过热性故障的内在机理。

综上，本发明的可考虑触指电连接结构偏心受力工况的GIS触指劣化模拟试验***可模拟实际不同类型触指电连接结构在GIS设备实际运行中发生的接触面往复微动摩擦行为，可实现纳米级别的位移精度控制，通过改变微动运行工况和控制实验环境，可研究复杂环境下不同往复微动幅值、微动循环次数、偏心受力等参数对表带触指电接触劣化、退化过程的影响，从而可以更加全面的掌握触指电接触的劣化机理，有望获得创新性的研究结果。

附图说明

图1是本发明的正视图。

图2是本发明打开单开门的正视图。

图3是本发明中的摩擦电极、受力偏心加载装置的结构示意图。

图4是本发明公头摩擦电极柱4-7，母头摩擦电极柱4-8剖面结构示意图。

图中，1-1、水冷式铜电极，1-2、导线，1-3、上密封板，1-5、真空气压表，2-1、压电陶瓷驱动器，2-2、联动杆，2-3、拉力压力传感器，2-4、母头基座，2-5、位移输出轴，3-1、连接轴，3-2、上合页板，3-3、下合页板，3-3-1、连接块；3-4、T形板，3-5、楔形板，3-6、锁紧螺母，3-7、公头基座，3-8、背板，3-9、顶丝，4-7、公头摩擦电极，4-7-1、触指槽；4-7-2、触指页片；4-8、母头摩擦电极，5-1、带有负反馈模块的加热棒；6、气体组分检测单元；6-1、密封罐体，6-2、单开不锈钢门，6-3、观测窗，6-4、气体进出口，6-5、真空抽气装置。

具体实施方式

下面结合实施例来对本发明做进一步的说明。

参照图1-图4，一种考虑偏心工况的GIS触指电接触劣化模拟试验***，包括密封罐体6-1，所述密封罐体6-1内设有偏心加载装置，偏心加载装置一侧通过联动杆2-2穿过密封罐体6-1侧壁与微动行程加载装置相连接，偏心加载装置顶部通过导线1-2与电流加载装置相连接，密封罐体6-1一侧还设有腔内气体组分检测单元6。

所述偏心加载装置包括并列设于密封罐体6-1内底部的母头电极基座2-4及公头电极基座3-7，公头电极基座3-7顶端连接有下合页板3-3，下合页板3-3一端通过合页连接轴3-1与上合页板3-2一端可旋转连接，上合页板3-2与下合页板3-3另一端之间通过紧固螺母3-6相连接，紧固螺母3-6外侧，且远离合页连接轴3-1的上合页板3-2与下合页板3-3的末端之间还***有楔形块3-5，下合页板3-3末端还设有连接块3-3-1，连接块3-3-1上与楔形块3-5外侧相适应的高度设有顶进螺丝3-9，用于对楔形块3-5施加顶进压力。

上合页板3-2顶部，且合页连接轴3-1上方设有紧贴设置的背板3-8及T形板3-4，T形板3-4的电极板面与公头摩擦电极柱4-7的一端相连接，公头摩擦电极柱4-7的外周开有触指槽4-7-1，触指槽4-7-1内放置触指页片4-7-2；公头摩擦电极柱4-7另一端***母头摩擦电极柱4-8相适配的凹槽内。

所述母头摩擦电极柱4-8和公头摩擦电极柱4-7初始状态时位于同一水平轴线上。

所述微动行程加载装置包括大行程大推力压电陶瓷驱动器2-1，压电陶瓷驱动器2-1的位移输出轴与联动杆2-2的一端相连接，联动杆2-2的另一端穿过密封罐体6-1侧壁，与母头摩擦电极柱4-8的电极板相连接，且联动杆2-2与母头摩擦电极柱4-8的电极板之间还连接有拉力压力传感器2-3。

所述联动杆2-2的轴线与压电陶瓷驱动器2-1的位移输出轴2-5的轴线平行，母头摩擦电极柱4-8水平往复运动行程最高10cm，位移精度在100nm以内。

所述电流加载装置包括密封罐体6-1顶部的上密封盖板1-3，上密封盖板1-3上方且对应公头摩擦电极柱4-7及母头摩擦电极柱4-8分别设有两组水冷式铜电极1-1，其中右侧的一组水冷式铜电极1-1通过导线1-2与T形板3-4及公头摩擦电极柱4-7相连接，左侧的一组水冷式铜电极1-1通过导线1-2与母头摩擦电极柱4-8相连接，水冷式铜电极1-1将电流从直流电源引入到密封罐体6-1内部。

所述上密封盖板1-3采用不锈钢材质，不锈钢上密封盖板1-3与水冷式铜电极1-1之间采用聚四氟乙烯垫圈进行绝缘。

所述偏心加载装置的背板3-8内布置有带有负反馈模块的加热棒5-1，对公头摩擦电极柱4-7进行加热，公头摩擦电极柱4-7对触指页片4-7-2进行传热，保证试验时环境温度相对恒定。

所述腔内气体组分检测单元6包括密封罐体6-1内设置的数显复合式真空计、流量显示仪和气体组分检测仪，对密封罐体6-1气体进行绝缘气体的分析；密封罐体6-1侧壁及不锈钢门6-2上设置的观察窗6-3，密封罐体6-1一侧还设有气体进出口6-4和真空抽气装置6-5，密封罐体6-1顶部还设有真空气压表1-5。

***的控制连接均为现有，不做赘述。

本发明的工作原理为：

将装置组装好后，先通过顶进螺丝3-9控制楔形块3-5***上合页板3-2与下合页板3-3的深度，通过合页连接轴3-1调整上合页板相对于下合页板3-3的转动角度，此时T形块3-4也跟随转动，进而带动公头摩擦电极柱4-7相对于母头摩擦电极柱4-8形成偏心角度的加载，待调整至合适角度后，停止转动顶进螺丝3-9，通过紧固螺母3-6将上合页板3-2、下合页板3-3与楔形块3-5之间位置固定，将直流电源通过水冷式铜电极1-1引入电极板，电流经水冷式铜电极1-1进入密封罐体6-1内部后，采用导线与公头摩擦电极柱4-7、母头摩擦电极柱4-8相连，在偏心加载装置内布置了带有负反馈模块的加热棒5-1进行辅助加热，带有负反馈模块的加热棒带有负反馈模块，能够保证试验时环境温度相对恒定，实现触指不同温度下的电接触性能测量；压电陶瓷驱动器2-1带动位移输出轴2-5，使得母头摩擦电极柱4-8水平往复运动，通过真实磨损位移行程的测量，对试验接触电阻的测量，对试样所受偏心位移和角度的测量；从气体进出口6-4注入不同比例的绝缘气体进行试验，或在真空条件下对工作状态进行测试。

本发明可研究温度、偏心受力、微动幅值等多变量联合作用对触指电连接结构接触性能的影响，可研究实际GIS等电力设备中实际圆柱公头-圆柱母头电连接结构的电接触性能劣化过程、原因及机理，特别是可研究实际运行中触指电连接结构的偏心工况对电接触性能的影响，为触指电连接结构电接触性能的等效考核提供了试验研究平台；弥补了目前有关触指电接触在电应力、化学腐蚀和往复微动载荷联合作用下劣化机理的研究还未见报道，缺乏对触指电接触材料磨损腐蚀疲劳特性的***性试验研究及规律性分析，本发明可针对GIS实际运行工况下载流连接触指结构进行劣化模拟试验，对揭示触指电连接在高压GIS设备实际运行中引发过热性故障的内在机理具有重要意义。

Claims (9)

1.一种考虑偏心工况的GIS触指电接触劣化模拟试验***，包括密封罐体(6-1)，其特征在于：所述密封罐体(6-1)内设有偏心加载装置，偏心加载装置一侧通过联动杆(2-2)穿过密封罐体(6-1)侧壁与微动行程加载装置相连接，偏心加载装置顶部通过导线(1-2)与电流加载装置相连接，密封罐体(6-1)内还设有腔内气体组分检测单元(6)。

2.根据权利要求1所述的一种考虑偏心工况的GIS触指电接触劣化模拟试验***，其特征在于：所述偏心加载装置包括并列设于密封罐体(6-1)内底部的母头电极基座(2-4)及公头电极基座(3-7)，公头电极基座(3-7)顶端连接有下合页板(3-3)，下合页板(3-3)一端通过合页连接轴(3-1)与上合页板(3-2)一端可旋转连接，上合页板(3-2)与下合页板(3-3)另一端之间通过紧固螺母(3-6)相连接，紧固螺母(3-6)外侧，且远离合页连接轴(3-1)的上合页板(3-2)与下合页板(3-3)的末端之间还***有楔形块(3-5)，下合页板(3-3)末端还设有连接块(3-3-1)，连接块(3-3-1)上与楔形块(3-5)外侧相适应的高度设有顶进螺丝(3-9)；

上合页板(3-2)顶部，且合页连接轴(3-1)上方设有紧贴设置的背板(3-8)及T形板(3-4)，T形板(3-4)的电极板面与公头摩擦电极柱(4-7)的一端相连接，公头摩擦电极柱(4-7)的外周开有触指槽(4-7-1)，触指槽(4-7-1)内放置触指页片(4-7-2)；公头摩擦电极柱(4-7)另一端***母头摩擦电极柱(4-8)相适配的凹槽内。

3.根据权利要求1所述的一种考虑偏心工况的GIS触指电接触劣化模拟试验***，其特征在于：所述母头摩擦电极柱(4-8)和公头摩擦电极柱(4-7)初始状态时位于同一水平轴线上。

4.根据权利要求1所述的一种考虑偏心工况的GIS触指电接触劣化模拟试验***，其特征在于：所述微动行程加载装置包括大行程大推力压电陶瓷驱动器(2-1)，压电陶瓷驱动器(2-1)的位移输出轴与联动杆(2-2)的一端相连接，联动杆(2-2)的另一端穿过密封罐体(6-1)侧壁与母头摩擦电极柱(4-8)的电极板相连接，且联动杆(2-2)与母头摩擦电极柱(4-8)的电极板之间还连接有拉力压力传感器(2-3)。

5.根据权利要求1所述的一种考虑偏心工况的GIS触指电接触劣化模拟试验***，其特征在于：所述联动杆(2-2)的轴线与压电陶瓷驱动器(2-1)的位移输出轴(2-5)的轴线平行，母头摩擦电极柱(4-8)水平往复运动行程最高10cm，位移精度在100nm以内。

6.根据权利要求1所述的一种考虑偏心工况的GIS触指电接触劣化模拟试验***，其特征在于：所述电流加载装置包括密封罐体(6-1)顶部的上密封盖板(1-3)，上密封盖板(1-3)上方且对应公头摩擦电极柱(4-7)及母头摩擦电极柱(4-8)分别设有两组水冷式铜电极(1-1)，其中右侧的一组水冷式铜电极(1-1)通过导线(1-2)与T形板(3-4)电极板及公头摩擦电极柱(4-7)相连接，左侧的一组水冷式铜电极(1-1)通过导线(1-2)与母头摩擦电极柱(4-8)相连接。

7.根据权利要求1所述的一种考虑偏心工况的GIS触指电接触劣化模拟试验***，其特征在于：所述上密封盖板(1-3)采用不锈钢材质，不锈钢上密封盖板(1-3)与水冷式铜电极(1-1)之间采用聚四氟乙烯垫圈进行绝缘。

8.根据权利要求2所述的一种考虑偏心工况的GIS触指电接触劣化模拟试验***，其特征在于：所述偏心加载装置的背板(3-8)内布置有带有负反馈模块的加热棒(5-1)，对公头摩擦电极柱(4-7)进行加热，公头摩擦电极柱(4-7)对触指页片(4-7-2)进行传热，保证试验时环境温度相对恒定。

9.根据权利要求1所述的一种考虑偏心工况的GIS触指电接触劣化模拟试验***，其特征在于：所述腔内气体组分检测单元(6)包括密封罐体(6-1)内设置的数显复合式真空计、流量显示仪和气体组分检测仪；密封罐体(6-1)侧壁及不锈钢门(6-2)上设置有观察窗(6-3)，密封罐体(6-1)一侧还设有气体进出口(6-4)和真空抽气装置(6-5)，密封罐体(6-1)顶部还设有真空气压表(1-5)。

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