专利名称：Gis母线接头的接触电阻检测方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及电力设备技术领域，特别是涉及一种GIS母线接头的接触电阻检测方法和系统。
背景技术：
GIS (Gas-Insulated Switchgear)是气体绝缘封闭开关设备的英文简称，相对传统敞开式变电站而言，其具有占地少、可靠性高、无污染、维护方便、使用周期长等优势，因而成为国内外输配电行业开关设备中最尖端和最有竞争力的设备。但GIS设备属于封闭式，所有的断路器、隔离开关、母线均封闭在充满绝缘气体的壳体内，其潜在的故障隐患特别是电力连接处的接触隐患不容易被发现，加上设备制造、现场安装、验收等各个环节质量控制不严，致使GIS设备运行过程中存在安全隐患，极大影响了电网供电可靠性和稳定性。GIS母线接头过热是典型的GIS设备故障。由于在施工过程中存在诸如母线导体与梅花接头不同轴对接、螺栓预紧力不足、插入深度不足等隐患。在设备运行过程中导致梅花GIS母线接头梅花触指与母线插头的接触不良、母线接头接触电阻增大。进而接触区域的过热引发接头金属物熔焊迁移，最终造成GIS导体对外壳电弧短路。因此，做好GIS设备母线接头的触点接触电阻检测，及早发现隐患，可确保电力系统的安全运行，减少经济损失。目前，常见的GIS设备接触电阻检测方法的基本原理都是利用恒流源对待测量接头施加恒定电流，然后通过测量回路电压降得方法获得回路电阻。回路电阻的测量方法主要用于高压开关设备的回路电阻检测，用于GIS母线接触电阻的测量则存在以下不足①回路电阻的检测结果只是近似为整个导电回路所有接头接触电阻的总和，无法测量单个母线接头的接触电阻，导致无法判断接触电阻的异常部位由于所施加的恒流源是直流，无法准确模拟GIS母线的实际负荷情况；③由于GIS设备处于复杂的高压电磁环境下，测量结果易受干扰。
发明内容
基于此，有必要针对GIS传统设备传统回路电阻检测方法无法测量单个母线接头接触电阻、易受电磁干扰、测量精度低的问题，提供一种GIS母线接头的接触电阻检测方法，能够准确计算单个GIS母线接头的接触电阻。本发明的目的通过如下技术方案实现一种GIS母线接头的接触电阻检测方法，包括如下步骤根据GIS母线接头及其抱紧弹簧的材料参数确定GIS母线接头梅花触指与导体的接触压力；根据所述接触压力确定GIS母线接头的接触电阻。在其中一个实施例中，上述根据GIS母线接头及其抱紧弹簧的材料参数确定GIS母线接头梅花触指与导体的接触压力包括步骤通过f = K (D-L) /N确定GIS母线接头梅花触指与导体的接触压力，其中，f为GIS母线接头梅花触指与导体的接触压力，D为母线接头直径，L为弹簧自由长度，K为弹簧等效刚度，π为圆周率，N为GIS母线接头梅花触指个数。在其中一个实施例中，上述根据GIS母线接头及其抱紧弹簧的材料参数确定GIS母线接头梅花触指与导体的接触压力包括步骤通过fi = Bi (G)+K (JI D-L)/N确定GIS母线接头梅花触指与导体的接触压力，其中，A为第i个GIS母线接头梅花触指与导体的接触压力，Bi(G)为GIS母线接头和母线导体的重力G在第i个梅花接头上的径向分量，D为母线接头直径，L为弹簧自由长度，K为弹簧等效刚度，π为圆周率，i = 1.2. 3. ..N，N为GIS母线接头梅花触指个数。在其中一个实施例中，上述根据所述接触压力确定GIS母线接头的接触电阻包括步骤通过Rs= p/2n(f)a(f)确定收缩电阻Rs，其中，P为电阻率，n (f)为在接触面内 产生的微观导电斑点的数量，a(f)为导电斑点的平均半径；通过i =C1/^确定膜电阻Rm，其中，Cl、C2为膜电阻与接触压力的非线性拟合系数；通过R = Rs(f)+Rm(f)确定GIS母线接头的接触电阻R。一种GIS母线接头的接触电阻检测系统，包括接触压力确定模块，用于根据GIS母线接头及其抱紧弹簧的材料参数确定GIS母线接头梅花触指与导体的接触压力，并将得到的接触压力发送给接触压力确定模块；所述接触电阻确定模块用于在接收到所述接触压力后，根据所述接触压力确定GIS母线接头的接触电阻。在其中一个实施例中，上述接触压力确定模块通过f = K (JI D-L) /N确定GIS母线接头梅花触指与导体的接触压力，其中，f为GIS母线接头梅花触指与导体的接触压力，D为母线接头直径，L为弹簧自由长度，K为弹簧等效刚度，π为圆周率，N为GIS母线接头梅花触指个数。在其中一个实施例中，上述接触压力确定模块通过& = (G)+K(JI D-L)/N确定GIS母线接头梅花触指与导体的接触压力，其中，A为第i个GIS母线接头梅花触指与导体的接触压力，Bi(G)为GIS母线接头和母线导体的重力G在第i个梅花接头上的径向分量，D为母线接头直径，L为弹簧自由长度，K为弹簧等效刚度，为圆周率，i = 1.2. 3. ..N, N为GIS母线接头梅花触指个数。在其中一个实施例中，上述接触电阻确定模块包括收缩电阻确定单元，用于通过Rs = p/2n(f)a(f)确定收缩电阻Rs，其中，P为电阻率，n(f)为在接触面内产生的微观导电斑点的数量，a(f)为导电斑点的平均半径；膜电阻确定单元，用于通过I=C1广确定膜电阻Rm，其中，Cl、C2为膜电阻与接触压力的非线性拟合系数；接触电阻确定单元，用于通过R = Rs(f)+Rm(f)确定GIS母线接头的接触电阻R。依据上述本发明的方案，根据GIS母线接头弹簧参数计算施加在GIS母线接头梅花触指上的接触压力，并利用获得的接触压力计算GIS母线接头的接触电阻大小。本发明无需断电即可检测单个母线接头的接触电阻，能够及早发现并预警GIS母线接头的过热性故障。
图I为本发明实施例的GIS母线接头的接触电阻检测方法的流程示意图；图2为本发明实施例的GIS母线接头的接触电阻检测系统的结构示意图；图3为图2中的接触电阻确定模块的结构示意图。
具体实施例方式下面结合实施例及附图对本发明作进一步阐述，但本发明的实施方式不限于此。 实施例I本发明所涉及的GIS母线接头的接触电阻检测方法是基于两个假设的。假设I :GIS母线接头表面经过清洁处理，即于电流流经视在接触面上的一系列微观导电斑点时发生收缩所产生的收缩电阻在接触电阻中占主要地位，而由于导电体表面发生化学反应而产生的膜电阻占从属地位。根据GIS设备的安装规程，GIS母线接头是要经过严格的清洁工序才能进入装配阶段，在运行过程中，由于GIS母线接头处于SF6 (六氟化硫)绝缘气体环境中，在温度低于200°C，即接头正常工作温度范围内，SF6的化学性质非常稳定，因此这个假设可以认为是成立的。假设2 :接触表面为高斯面，任何视在的光洁平面其表面都是粗糙不平的，若其粗糙尖峰的高度分布符合统计学上的高斯分布时，粗糙的表面被称作为高斯面，其尖峰高度分布的标准差被称为表面粗糙度(光洁度)，根据目前的研究成果，大部分的机械加工都会在材料的表面产生高斯面，其偏差很小，不会对接触电阻的检测精度产生太大影响。参见图I所示，为本发明实施例的GIS母线接头的接触电阻检测方法的流程示意图，如图I所示，在该实施例中的GIS母线接头的接触电阻检测方法包括如下步骤步骤SlOl :根据GIS母线接头及其抱紧弹簧的材料参数确定GIS母线接头梅花触指与导体的接触压力，进入步骤S102，其中，材料参数包括母线接头直径、弹簧的自由长度、弹簧的等效刚度、GIS母线接头梅花触指个数等，导体指代的是GIS中用于承载负荷电流的母线末端，一般为一个铜镀银的接头，接头的一段焊接在母线上，另一端插入梅花触头；由于目前绝大多部分投运的目前绝大部分投运的GIS设备母线电连接设备使用的是依靠抱紧弹簧提供接触压力的接头，当弹簧箍紧在接头上时，弹簧自由长度发生变化产生径向力F = K( Ji D-L)，因而，单个GIS母线接头梅花触指与导体间的接触压力可以通过公式⑴确定，f = KO D-L)/N (I)其中f为GIS母线接头梅花触指与导体的接触压力，D为母线接头直径，L为弹簧自由长度，K为弹簧等效刚度，π为圆周率，N为GIS母线接头梅花触指个数；通过公式(I)确定GIS母线接头梅花触指与导体的接触压力的方式一般是适用于盆子侧和其它有支撑绝缘件的母线接头，其中，盆子是指GIS母线筒中的盆式绝缘子，通常的作用是将GIS间隔分成功能独立的气室(如断路器、隔离开关、电压互感器等)，此处的盆子侧的母线接头是位于连接两个母线气室的盆式绝缘子侧的GIS母线接头。对于悬空对接的GIS母线接头，对于悬空对接的GIS母线接头，考虑到GIS母线接头和母线导体的重力G，GIS母线接头梅花触指与母线导体的接触压力可以通过公式(2)获得fi = Bi (G)+K (31 D-L)/N (i = I. 2. 3. . . N)(2)其中，A为第i个GIS母线接头梅花触指与导体的接触压力，Bi (G)为GIS母线接头和母线导体的重力G在第i个梅花接头上的径向分量，D为母线接头直径，L为弹簧自由长度，K为弹簧等效刚度，为圆周率，i = I. 2. 3. . . N，N为GIS母线接头梅花触指个数。步骤S102 :根据步骤SlOl中得到的接触压力确定GIS母线接头的接触电阻，其具体过程可以通过如下步骤实现通过Rs= p/2n(f)a(f)确定收缩电阻Rs，其中，P为电阻率，n(f)为在接触面内产生的微观导电斑点的数量，a(f)为导电斑点的平均半径，n(f)、a(f) —般是关于接触压力f的函数，由于GIS母线接头处的接触压力并不是很大，可以假定在宏观上发生弹性形变，微观接触是基于高斯表面的弹塑性形变，根据相关材料力学的知识可确定n(f)、a(f)， 如通过如下的公式(3)确定
π MJ) 00(f W)exp(-( 3 )Kf)=紫Aa(Z)^fiplp2Jf1 + A)f3
AL·其中Pl、P2为梅花触头接触面与导体的半径，σ为接头材料表面光洁度，λ (f)为与接触压力有关的无量纲参数，Y(f)是指接触压力作用下接触物体间的弹性形变出是指材料的弹性模量，Aa(f)为经典接触力学中的赫兹接触；通过= C1尸确定膜电阻Rm，其中，C1、C2为膜电阻与接触压力的非线性拟合系数，均可以通过现有技术的方式求得，在此不予赘述。由于GIS属于封闭式的气体绝缘设备，内部的六氟化硫气体化学性质稳定，在500°C以下都不会分解，而GIS母线接头属于固定接触，正常情况下没有高温电弧产生，因此可以认为触头表面膜所处的化学环境稳定，其膜电阻的值仅与接触压力有关，故一般情况下，C1和C2为常量；通过R = Rs(f)+Rm(f)确定GIS母线接头的接触电阻R。实施例2根据上述本发明的GIS母线接头的接触电阻检测方法，本发明还提供一种GIS母线接头的接触电阻检测系统，以下就本发明的GIS母线接头的接触电阻检测系统的实施例进行详细说明。参见图2所示，该实施例中的母线接头接触电阻检测系统包括接触压力确定模块201和接触电阻确定模块202，其中接触压力确定模块201用于根据GIS母线接头及其抱紧弹簧的材料参数确定GIS母线接头梅花触指与导体的接触压力，并将得到的接触压力发送给接触压力确定模块202，其中，材料参数包括母线接头直径、弹簧的自由长度、弹簧的等效刚度、GIS母线接头梅花触指个数等，导体指代的是GIS中用于承载负荷电流的母线末端，一般为一个铜镀银的接头，接头的一段焊接在母线上，另一端插入梅花触头；接触电阻确定模块202用于在接收到所述接触压力后，根据所述接触压力确定GIS母线接头的接触电阻。由于目前绝大多部分投运的目前绝大部分投运的GIS设备母线电连接设备使用的是依靠抱紧弹簧提供接触压力的接头，当弹簧箍紧在接头上时，弹簧自由长度发生变化产生径向力F = K( Ji D-L)，因而，在其中一个实施例中，接触压力确定模块201可以通过公式(I)确定单个GIS母线接头梅花触指与导体间的接触压力。通过公式(I)确定GIS母线接头梅花触指与导体的接触压力的方式一般是适用于盆子侧和其它有支撑绝缘件的母线接头，其中，盆子是指GIS母线筒中的盆式绝缘子，通常的作用是将GIS间隔分成功能独立的气室(如断路器、隔离开关、电压互感器等)，此处的盆子侧的母线接头是位于连接两个母线气室的盆式绝缘子侧的GIS母线接头。对于悬空对接的GIS母线接头，对于悬空对接的GIS母线接头，考虑到GIS母线接头和母线导体的重力G，在其中一个实施例中，接触压力确定模块201可以通过公式(2)确定单个GIS母线接头梅花触指与导体间的接触压力。在另一个实施例中，给出了一种接触电阻确定模块202的具体结构，如图3所示，包括收缩电阻确定单元301、膜电阻确定单元302、接触电阻确定单元303，其中收缩电阻确定单元301,用于通过Rs = P/2n(f)a(f)确定收缩电阻Rs,其中，，其中，P为电阻率，n(f)为在接触面内产生的微观导电斑点的数量，a(f)为导电斑点的平均半径，n(f)、a(f) —般是关于接触压力f的函数，由于GIS母线接头处的接触压力并不是很大，可以假定在宏观上发生弹性形变，微观接触是基于高斯表面的弹塑性形变，根据相关材料力学的知识可确定n (f)、a (f)，如通过上面的公式(3)确定；膜电阻确定单元302，用于通过角定膜电阻Rm，其中，其中，Cl、C2S膜电阻与接触压力的非线性拟合系数，均可以通过现有技术的方式求得，在此不予赘述。由于GIS属于封闭式的气体绝缘设备，内部的六氟化硫气体化学性质稳定，在500°C以下都不会分解，而GIS母线接头属于固定接触，正常情况下没有高温电弧产生，因此可以认为触头表面膜所处的化学环境稳定，其膜电阻的值仅与接触压力有关，故一般情况下，C1和C2为常量；接触电阻确定单元303，用于通过R = Rs(f)+Rm(f)确定GIS母线接头的接触电阻R0本发明与现有技术对比的有益效果是 本发明所提供的GIS母线接头接触电阻检测方法，无需断电检测，能够及时发现故障隐患，提高GIS的供电可靠性。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
权利要求
1.一种GIS母线接头的接触电阻检测方法，其特征在于，包括如下步骤 根据GIS母线接头及其抱紧弹簧的材料参数确定GIS母线接头梅花触指与导体的接触压力； 根据所述接触压力确定GIS母线接头的接触电阻。
2.根据权利要求I所述的GIS母线接头的接触电阻检测方法，其特征在于，所述根据GIS母线接头及其抱紧弹簧的材料参数确定GIS母线接头梅花触指与导体的接触压力包括步骤通过f = K( D-L)/N确定GIS母线接头梅花触指与导体的接触压力，其中，f为GIS母线接头梅花触指与导体的接触压力，D为母线接头直径，L为弹簧自由长度，K为弹簧等效刚度，n为圆周率，N为GIS母线接头梅花触指个数。
3.根据权利要求I所述的GIS母线接头的接触电阻检测方法，其特征在于，所述根据GIS母线接头及其抱紧弹簧的材料参数确定GIS母线接头梅花触指与导体的接触压力包括步骤通过= Bi (G)+K (JI D-L)/N确定GIS母线接头梅花触指与导体的接触压力，其中，A为第i个GIS母线接头梅花触指与导体的接触压力，a, (G)为GIS母线接头和母线导体的重力G在第i个梅花接头上的径向分量，D为母线接头直径，L为弹簧自由长度，K为弹簧等效刚度，n为圆周率，i = I. 2. 3. . . N，N为GIS母线接头梅花触指个数。
4.根据权利要求I至3之一所述的GIS母线接头的接触电阻检测方法，其特征在于，所述根据所述接触压力确定GIS母线接头的接触电阻包括步骤 通过Rs= p/2n(f)a(f)确定收缩电阻Rs，其中，P为电阻率，n(f)为在接触面内产生的微观导电斑点的数量，a(f)为导电斑点的平均半径； 通过=9/4确定膜电阻Rm，其中，C1, C2为膜电阻与接触压力的非线性拟合系数； 通过R = Rs (f)+Rm (f)确定GIS母线接头的接触电阻R。
5.—种GIS母线接头的接触电阻检测系统，其特征在于，包括 接触压力确定模块，用于根据GIS母线接头及其抱紧弹簧的材料参数确定GIS母线接头梅花触指与导体的接触压力，并将得到的接触压力发送给接触压力确定模块； 所述接触电阻确定模块用于在接收到所述接触压力后，根据所述接触压力确定GIS母线接头的接触电阻。
6.根据权利要求5所述的GIS母线接头的接触电阻检测系统，其特征在于，所述接触压力确定模块通过f = K( D-L)/N确定GIS母线接头梅花触指与导体的接触压力，其中，f为GIS母线接头梅花触指与导体的接触压力，D为母线接头直径，L为弹簧自由长度，K为弹簧等效刚度，n为圆周率，N为GIS母线接头梅花触指个数。
7.根据权利要求5所述的GIS母线接头的接触电阻检测系统，其特征在于，接触压力确定模块通过A = Bi (G)+K (JI D-L)/N确定GIS母线接头梅花触指与导体的接触压力，其中，fi为第i个GIS母线接头梅花触指与导体的接触压力，a, (G)为GIS母线接头和母线导体的重力G在第i个梅花接头上的径向分量，D为母线接头直径，L为弹簧自由长度，K为弹簧等效刚度，n为圆周率，i = I. 2. 3. . . N，N为GIS母线接头梅花触指个数。
8.根据权利要求5至7之一所述的GIS母线接头的接触电阻检测方法，其特征在于，所述接触电阻确定模块包括 收缩电阻确定单元，用于通过Rs= P/2n(f)a(f)确定收缩电阻Rs，其中，P为电阻率，n(f)为在接触面内产生的微观导电斑点的数量，a(f)为导电斑点的平均半径；膜电阻确定单元，用于通过圪= 广确定膜电阻Rm，其中，Cl、C2S膜电阻与接触压力的非线性拟合系数； 接触电阻确定单元，用于通过R = Rs (f)+Rm (f)确定GIS母线接头的接触电阻R。
全文摘要
本发明提供一种GIS母线接头的接触电阻检测方法和系统，包括步骤根据GIS母线接头及其抱紧弹簧的材料参数确定GIS母线接头梅花触指与导体的接触压力；根据所述接触压力确定GIS母线接头的接触电阻。本发明所提供的GIS母线接头接触电阻检测方法和系统，无需对GIS进行断电检测，能够及时发现故障隐患，提高GIS的供电可靠性。
文档编号G01R27/02GK102798757SQ20121028944
公开日2012年11月28日 申请日期2012年8月14日 优先权日2012年8月14日
发明者刘根才, 詹清华, 舒乃秋, 金向朝, 苏杏志, 李玲, 李洪涛, 李红玲, 关向雨, 吴晓文 申请人:广东电网公司佛山供电局, 武汉大学