考虑振动工况的gis触指电接触劣化模拟试验系统及方法
技术领域
1.本发明涉及电气工程技术领域，具体涉及一种考虑振动工况的gis触指电接触劣化模拟试验系统及方法。
背景技术：2.在现代工业生产中，电连接结构是电力设备当中必不可少的重要组件。由于长期经受电、热、力、化学联合的严酷考验，电连接结构的电接触性能的稳定性直接关系着电力设备的可靠运行。目前，国内外电连接器产品主要采用缩孔式、片簧式、线簧式和触指式结构。由于触指结构体积小、成本低、结构简单等特点，其被广泛应用于gis气体绝缘输电设备的电信号连接环节中。gis设备目前使用的触指主要包括三类：表带触指、弹簧触指和梅花触指。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。
3.gis断路器通电运行时，会产生三种类型的作用力：第一种，导体间流过电流，在导体上产生电动力；第二种，导体在周围空间产生周期变化的电磁场，对铁磁物质造成磁致收缩力；第三种，空间周期变化的电磁场在外壳等较大尺寸设备中作用，电磁感应生成涡流，涡流产生电动力。三类原因产生的力均随电流的周期正弦变化而周期变化，以此产生振动信号，而导体振动作用会对触指电连接结构的接触电阻产生影响，直接关系到触指电接触性能的退化发展过程。此外，实际工程应用中，由于安装角度等因素，触指电连接结构会产生偏心运行工况。然而，目前尚未发现有关触指电接触在电应力、化学腐蚀、往复摩擦载荷、振动载荷和偏心受力联合作用下的劣化机理研究，缺乏对触指电接触劣化特性的系统性试验研究及规律性分析。
4.因此，需要设计一种考虑振动工况的gis触指电接触劣化模拟试验系统及方法。
技术实现要素：5.本发明的目的在于提供一种考虑振动工况的gis触指电接触劣化模拟试验系统及方法，该试验系统及方法能够解决现有技术中的不足，用于研究振动、偏心等多因素耦合作用下触指的劣化机理，为电力设备触指连接结构的优化设计、劣化发展过程的基础研究提供试验研究平台。
6.为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
7.一种考虑振动工况的gis触指电接触劣化模拟试验系统，包括：密封罐体、设置于密封罐体内的公头导体和通过触指与公头导体相连的母头导体。
8.该系统还包括：
9.振动载荷加载装置，用于产生不同频率、不同振幅的振动信号，并将该振动信号传递给母头导体。
10.偏心加载装置，用于实现公头导体任意角度的偏转。
11.摩擦行程加载装置，用于实现母头导体的往复摩擦运动。
12.进一步的，所述母头导体的一端位于密封罐体内部，另一端伸出至密封罐体外侧。
13.进一步的，所述振动载荷加载装置包括：振子、功率放大器和信号放大器；所述振子，其安装于母头导体表面；所述功率放大器和信号放大器安装于密封罐体外侧；所述振子与功率放大器及信号放大器相连；通过调节功率放大器输出电压和信号发生器输出波形频率，使振子产生不同频率、不同振幅的振动信号，并将该振动信号传递给母头导体，实现导体不同振动频率和幅值下触指电接触性能的测量分析。
14.进一步的，所述偏心加载装置安装于密封罐体外侧，其包括：固定支撑板、通过若干调节螺栓与固定支撑板相连的活动支撑板以及与活动支撑板相连的球形支座；所述固定支撑座通过若干绝缘支柱与密封罐体相连。
15.进一步的，所述密封罐体与固定支撑板相连的一端设有密封盖板；所述密封盖板上开设有端面孔，所述球形支座与所述端面孔相切。
16.进一步的，所述摩擦行程加载装置包括步进电机和联动杆；所述步进电机的位移输出轴和联动杆的一端相连，所述联动杆的另一端与母头导体相连；所述联动杆的轴线与所述步进电机的位移输出轴的轴线平行；通过所述步进电机的带动，实现母头导体的往复摩擦运动。
17.进一步的，所述密封盖板采用不锈钢材质。
18.进一步的，所述密封罐体设置有真空气压表、气体进出口和气体组分检测接口。
19.本发明还涉及一种上述考虑振动工况的gis触指电接触劣化模拟试验系统的试验方法，该方法包括：
20.(1)试验系统组装好后，调整球形支座平面与密封罐体端面的角度，当球形支座平面与密封罐体端面角度发生变化时，球形支座带动公头导体的轴线与母头导体的轴线夹角发生变化，公头导体与母头导体出现夹角，对导体实际工程安装过程中出现的偏心受力工况进行模拟。
21.(2)将直流电源通过公头导体引入导体中，电流流经公头导体、触指和母头导体，模拟导体实际工程运行中的通流工况。
22.(3)步进电机带动联动杆直线往复移动，进而驱动母头导体进行水平往复运动，对真实磨损位移行程中对触指电连接结构的接触电阻进行测量。
23.(4)从气体进出口注入不同比例的气体进行试验，在密封罐体外放置氦离子化气相色谱仪，对反应后气体进行元素分析。
24.由以上技术方案可知，本发明不仅能够模拟实际不同类型触指电连接结构在gis等电力设备实际运行中振动、偏心工况下的接触面往复微动摩擦行为，实现电流、振动、偏心和摩擦载荷的联合加载，还能够通过改变微动运行工况和控制罐体环境，研究复杂环境下不同往复位移幅值、摩擦频率、偏心角度、振动频率和幅值等参数对触指电接触劣化、退化过程的影响。本发明能够更加全面的掌握触指电接触的劣化机理。
附图说明
25.图1是本发明中考虑振动工况的gis触指电接触劣化模拟试验系统的结构示意图一；
26.图2是本发明中考虑振动工况的gis触指电接触劣化模拟试验系统的结构示意图
一。
27.其中：
28.1-1、固定支撑板，1-2、活动支撑板，1-3、绝缘支柱，2-1、2-2、2-3均表示调节螺栓，3-1、球形支座，4-1、公头导体，4-2、母头导体，5-1、触指，6-1、振子，7-1、密封罐体，7-3、气体进出口，7-4、气体组分检测接口，8-1、步进电机，8-2、联动杆，9-1、真空气压表。
具体实施方式
29.下面结合附图对本发明做进一步说明：
30.如图1-图2所示的一种考虑振动工况的gis触指电接触劣化模拟试验系统，包括：密封罐体7-1、设置于密封罐体7-1内的公头导体4-1和通过触指5-1与公头导体4-1相连的母头导体4-2。
31.该系统还包括：
32.振动载荷加载装置，用于产生不同频率、不同振幅的振动信号，并将该振动信号传递给母头导体。
33.偏心加载装置，用于实现公头导体任意角度的偏转。
34.摩擦行程加载装置，用于实现母头导体的往复摩擦运动。
35.本发明通过公头导体4-1与母头导体4-2之间安装触指5-1，通过偏心加载装置、摩擦行程加载装置及电流加载装置的作用，可针对电力设备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，导体偏心受力、振动幅值和频率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电力设备实际运行中引发绝缘故障的内在机理。
36.进一步的，所述母头导体4-2的一端位于密封罐体7-1内部，另一端伸出至密封罐体7-1外侧。
37.进一步的，所述振动载荷加载装置包括：振子6-1、功率放大器和信号放大器；所述振子6-1，其安装于母头导体4-2表面；所述功率放大器和信号放大器安装于密封罐体7-1外侧；所述振子6-1与功率放大器及信号放大器相连；通过调节功率放大器输出电压和信号发生器输出波形频率，使振子6-1产生不同频率、不同振幅的振动信号，并将该振动信号传递给母头导体4-2，实现导体不同振动频率和幅值下触指电接触性能的测量分析。
38.进一步的，所述偏心加载装置安装于密封罐体7-1外侧，其包括：固定支撑板1-1、通过若干调节螺栓(2-1、2-2、2-3)与固定支撑板1-1相连的活动支撑板1-2以及与活动支撑板1-2相连的球形支座3-1；所述固定支撑座通过若干绝缘支柱与密封罐体7-1相连。
39.进一步的，所述密封罐体7-1与固定支撑板1-1相连的一端设有密封盖板；所述密封盖板上开设有端面孔，所述球形支座与所述端面孔相切。
40.进一步的，所述摩擦行程加载装置包括步进电机8-1和联动杆8-2；所述步进电机8-1的位移输出轴和联动杆8-2的一端相连，所述联动杆8-2的另一端与母头导体4-2相连；所述联动杆8-2的轴线与所述步进电机8-1的位移输出轴的轴线平行；在所述步进电机8-1的带动下，实现母头导体4-2的往复摩擦运动。
41.进一步的，所述密封盖板采用不锈钢材质。
42.进一步的，所述密封罐体7-1设置有真空气压表9-1、气体进出口7-3和气体组分检测接口。
43.本发明还涉及一种上述考虑振动工况的gis触指电接触劣化模拟试验系统的试验方法，该方法包括：
44.(1)试验系统组装好后，调整球形支座3-1平面与密封罐体7-1端面的角度，当球形支座3-1平面与密封罐体7-1端面角度发生变化时，球形支座3-1带动公头导体4-1的轴线与母头导体4-2的轴线夹角发生变化，公头导体4-1与母头导体4-2出现夹角，对导体实际工程安装过程中出现的偏心受力工况进行模拟。
45.(2)将直流电源通过公头导体4-1引入导体中，电流流经公头导体4-1、触指5-1和母头导体4-2，模拟导体实际工程运行中的通流工况。
46.(3)步进电机8-1带动联动杆直线往复移动，进而驱动母头导体4-2进行水平往复运动，对真实磨损位移行程中对触指电连接结构的接触电阻进行测量。
47.(4)从气体进出口注入不同比例的气体进行试验，在密封罐体7-1外放置氦离子化气相色谱仪，对反应后气体进行元素分析。
48.本发明通过摩擦动行程加载装置驱动母头导体4-2，能够使母头导体4-2做往复摩擦运动；利用电流加载装置能够为触指5-1施加与一定范围的电流载荷，模拟通流大小对触指5-1电接触劣化过程的影响；通过偏心加载装置能够使公头导体4-1产生任意的偏心角度；利用密封罐体7-1上的气体进出口可向密封罐体7-1内充入与触指实际工况相同的气氛；利用密封罐体7-1上的气体组分检测接口7-4可以对罐体内气体成分进行在线监测，获得触指劣化对气体分解产物的影响。
49.本发明可研究振动载荷、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和振动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、往复摩擦和振动载荷联合作用下劣化机理的研究还未见报道，缺乏对触指电连接结构在导体偏心工况下电接触性能劣化的系统性试验研究及规律性分析，本发明可针对gis等电力设备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等电力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。
50.以上所述实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
技术特征：1.一种考虑振动工况的gis触指电接触劣化模拟试验系统，其特征在于，包括：密封罐体、设置于密封罐体内的公头导体和通过触指与公头导体相连的母头导体；该系统还包括：振动载荷加载装置，用于产生不同频率、不同振幅的振动信号，并将该振动信号传递给母头导体；偏心加载装置，用于实现公头导体任意角度的偏转；摩擦行程加载装置，用于实现母头导体的往复摩擦运动。2.根据权利要求1所述的考虑振动工况的gis触指电接触劣化模拟试验系统，其特征在于，所述母头导体的一端位于密封罐体内部，另一端伸出至密封罐体外侧。3.根据权利要求1所述的考虑振动工况的gis触指电接触劣化模拟试验系统，其特征在于，所述振动载荷加载装置包括：振子、功率放大器和信号放大器；所述振子，其安装于母头导体表面；所述功率放大器和信号放大器安装于密封罐体外侧；所述振子与功率放大器及信号放大器相连；通过调节功率放大器输出电压和信号发生器输出波形频率，使振子产生不同频率、不同振幅的振动信号，并将该振动信号传递给母头导体，实现导体不同振动频率和幅值下触指电接触性能的测量分析。4.根据权利要求1所述的考虑振动工况的gis触指电接触劣化模拟试验系统，其特征在于，所述偏心加载装置安装于密封罐体外侧，其包括：固定支撑板、通过若干调节螺栓与固定支撑板相连的活动支撑板以及与活动支撑板相连的球形支座；所述固定支撑座通过若干绝缘支柱与密封罐体相连。5.根据权利要求4所述的考虑振动工况的gis触指电接触劣化模拟试验系统，其特征在于，所述密封罐体与固定支撑板相连的一端设有密封盖板；所述密封盖板上开设有端面孔，所述球形支座与所述端面孔相切。6.根据权利要求1所述的考虑振动工况的gis触指电接触劣化模拟试验系统，其特征在于，所述摩擦行程加载装置包括步进电机和联动杆；所述步进电机的位移输出轴和联动杆的一端相连，所述联动杆的另一端与母头导体相连；所述联动杆的轴线与所述步进电机的位移输出轴的轴线平行；通过所述步进电机的带动，实现母头导体的往复摩擦运动。7.根据权利要求5所述的考虑振动工况的gis触指电接触劣化模拟试验系统，其特征在于，所述密封盖板采用不锈钢材质。8.根据权利要求1所述的考虑振动工况的gis触指电接触劣化模拟试验系统，其特征在于，所述密封罐体设置有真空气压表、气体进出口和气体组分检测接口。9.根据权利要求1～8任意一项所述的考虑振动工况的gis触指电接触劣化模拟试验系统的试验方法，其特征在于，该方法包括：(1)试验系统组装好后，调整球形支座平面与密封罐体端面的角度，当球形支座平面与密封罐体端面角度发生变化时，球形支座带动公头导体的轴线与母头导体的轴线夹角发生变化，公头导体与母头导体出现夹角，对导体实际工程安装过程中出现的偏心受力工况进行模拟；(2)将直流电源通过公头导体引入导体中，电流流经公头导体、触指和母头导体，模拟导体实际工程运行中的通流工况；(3)步进电机带动联动杆直线往复移动，进而驱动母头导体进行水平往复运动，对真实
磨损位移行程中对触指电连接结构的接触电阻进行测量；(4)从气体进出口注入不同比例的气体进行试验，在密封罐体外放置氦离子化气相色谱仪，对反应后气体进行元素分析。
技术总结本发明涉及电气工程技术领域，具体涉及一种考虑振动工况的GIS触指电接触劣化模拟试验系统及方法。该试验系统包括：密封罐体、设置于密封罐体内的公头导体和通过触指与公头导体相连的母头导体。该系统还包括：振动载荷加载装置，用于产生不同频率、不同振幅的振动信号，并将该振动信号传递给母头导体。偏心加载装置，用于实现公头导体任意角度的偏转。摩擦行程加载装置，用于实现母头导体的往复摩擦运动。该试验系统及方法能够解决现有技术中的不足，用于研究振动、偏心等多因素耦合作用下触指的劣化机理，为电力设备触指连接结构的优化设计、劣化发展过程的基础研究提供了试验研究平台。平台。平台。
技术研发人员：杨为 赵恒阳 胡迪 张国宝 蔡梦怡 陈忠 黄伟民 谢铖 吴正阳 官玮平 王青于 靳守锋 刘鹏 彭宗仁
受保护的技术使用者：国网安徽省电力有限公司 西安交通大学
技术研发日：2022.07.26
技术公布日：2022/11/1
