一种典型电流致热缺陷的模拟分析装置及实验方法

技术领域

本发明涉及检测实验技术领域，尤其涉及一种典型电流致热缺陷的模拟分析装置及实验方法。

背景技术

金具发热缺陷作为变电站一次设备常见的缺陷类型，成因多为电流致热型，存在分布广、严重程度不一、一般故障停电管理较为困难的特点。针对金具发热缺陷来看，实际巡检和运维发现，变电站非承留金具发热缺陷出现时可能存在的“发热故障表象转移”的情况，即实际故障部位可能会引起其他部位的发热，而其本身发热现象可能不明显。在此背景下，现场复杂结构下热缺陷的精准识别存在困难，且偶发性较大。

以变电站内绝缘子串遇门型架构之间连接所使用的连接金具发热为例，常规的解决办法是：变电站运维人员通过红外成像设备进行在线长时段监测，分别在预测的低负荷、中负荷和大负荷阶段进行在线监测，通过观测区域内最热点在时间范围和空间范围内的转移，结合实时负荷变化，推测实际故障点的可能。部分运维单位会整体替换发热部位金具及其周围结构，并对替换下的结构进行短时的回路电流测试，以确认其接触电阻和出厂数据对比呈现的变化。

该解决方法无法在观测到最热点转移时立即进行停电分析处理，导致即使能观察到热点转移变化，也无法准确识别当时的实际缺陷点。而维修替换故障结构后进行的测试又无法模拟现场工况，从而无法实现对故障点的诊断，也无法形成相应结构热缺陷的“故障集”来指导实际巡维。

因此，针对以上不足，需要提供一种典型电流致热缺陷的模拟分析装置及实验方法。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是解决现有的监测方式无法准确获得金具致热的故障点的问题。

（二）技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种典型电流致热缺陷的模拟分析装置及实验方法，包括红外检测部件、检测调节部件、夹持部件、挂载部件和支架，夹持部件和挂载部件均滑动连接在支架上以使夹持部件与挂载部件距离变化，夹持部件与挂载部件上布设有变频通电的典型结构件；红外检测部件包括固定红外检测仪和运动红外检测仪，固定红外检测仪以广角全画幅识别典型结构件；检测调节部件驱动运动红外检测仪水平滑动以及竖直翻转，以使运动红外检测仪跟踪至典型结构件最热端。

作为对本发明的进一步说明，优选地，夹持部件包括固定部、滑动部和螺杆，固定部一端间接与支架连接，固定部另一端抵接在典型结构件一侧，滑动部滑动连接在典型结构件另一侧的固定部上，螺杆一端转动连接在滑动部上，螺杆另一端与固定部螺纹连接以使滑动部与典型结构件抵接或不接触。

作为对本发明的进一步说明，优选地，滑动部内腔固连有薄膜或片状的温度传感器；固定部朝向红外检测部件一面贴有耐高温的反射片。

作为对本发明的进一步说明，优选地，挂载部件包括弯台、弯钩和加强筋，L型的弯台一端连接在支架上，弯台另一端与弯钩固连，典型结构件放置在弯钩，加强筋固连在弯台弯折处内侧。

作为对本发明的进一步说明，优选地，支架上固连有水平向的支台，支台上固连有一条水平向的模型滑轨，模型滑轨上滑动连接有夹持滑块和挂载滑块，夹持滑块上固连有夹持台座，固定部固连在夹持台座上，挂载滑块上固连有挂载台座，弯台固连在挂载台座上；模型滑轨一侧的支台上间隔转动连接有夹持丝杠和挂载丝杠，夹持丝杠贯穿挂载台座与夹持台座螺纹连接以驱动夹持台座移动；挂载丝杠贯穿夹持台座与挂载台座螺纹连接以驱动挂载台座移动。

作为对本发明的进一步说明，优选地，红外检测部件还包括摄像机，摄像机布设在固定红外检测仪和运动红外检测仪后方，以拍摄固定红外检测仪和运动红外检测仪的间距变化情况。

作为对本发明的进一步说明，优选地，支架前方设有底座，底座上固连有带凹槽的支撑杆，固定红外检测仪和摄像机通过螺栓螺母夹持在支撑杆的凹槽内以固定；检测调节部件架设在支撑杆上。

作为对本发明的进一步说明，优选地，检测调节部件包括滑动电机、滑动丝杠和滑动台座，滑动电机固连在支撑杆上，滑动丝杠转动连接在支撑杆上且一端与滑动电机转动连接，滑动台座与滑动丝杠螺纹连接；支撑杆上固连有检测滑轨，检测滑轨上滑动连接有检测滑块，检测滑块上固连有基座，基座底部与滑动台座固连，基座上部固连有翻转电机，翻转电机与运动红外检测仪转动连接以使运动红外检测仪翻转±60°。

本发明还提供一种典型电流致热缺陷的模拟分析装置的实验方法，其特征在于：包括以下步骤：

Ⅰ.将典型结构件一侧连接到夹持部件上，另一侧连接到挂载部件上，并在典型结构件长度方向两端连接伸缩式电流试验线；

Ⅱ.通过主机控制夹持丝杠以及挂载丝杠沿模型滑轨长度方向移动，以使典型结构件水平拉长并使典型结构件沿水平方向整体移动；启动摄像机拍摄反射片，待识别到反射片进入画面后停止夹持丝杠以及挂载丝杠的转动；

Ⅲ.通过主机控制检测调节部件运动以使运动红外检测仪对准典型结构件；并控制挂载部件沿远离夹持部件移动将典型结构件完全拉直以检测典型结构件各处连接是否牢固可靠，随后控制挂载部件复位使典型结构件松弛至模拟现实状态；

Ⅳ.向主机输入典型结构件实际运行时的负荷电流，由主机控制大电流发生装置，按照实际工况负荷曲线对典型结构件通电流，使用固定红外检测仪以及运动红外检测仪记录无故障状态下，典型结构件随负荷曲线变化时各处温度的变化情况；同时利用摄像机捕捉运动红外检测仪的运动过程与滑动电机和翻转电机的数据做对比；

Ⅴ.根据实际运维经验以及现场初步判断可能出现的故障情况，根据故障情况调整典型结构件的组合结构，设定新的负荷曲线并对新的典型结构件施加负荷电流，使用固定红外检测仪以及运动红外检测仪记录有故障状态下，典型结构件随负荷曲线变化时各处温度的变化情况。

作为对本发明的进一步说明，优选地，在人为设置缺陷的情况下，给不同典型结构件施加0A～500A的电流，设置0～3小时的连通时间，利用运动红外检测仪观察热点转移的情况，以建立表象缺陷温度-实际故障点的联系。

（三）有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：

本发明通过设计一种新的模拟分析装置，结合实验方法，还原模拟现场无故障状态及故障状态喜爱，变电站容易发生电流致热缺陷的典型结构的发热现象，在实验室进行还原模拟和分析，解决现场在“发热故障表象转移”的情况下，热缺陷无法准确识别成因的痛点。

附图说明

图1是本发明的总装效果图；

图2是本发明的红外检测部件结构图；

图3是本发明的检测调节部件结构图；

图4是本发明的典型结构件挂载效果图；

图5是本发明的典型结构件结构图；

图6是图5中A的放大图；

图7是本发明的挂载部件结构图；

图8是本发明的夹持部件剖面图。

图中：1、红外检测部件；11、固定红外检测仪；12、运动红外检测仪；13、摄像机；14、底座；15、支撑杆；2、检测调节部件；21、滑动电机；22、滑动丝杠；23、滑动台座；24、检测滑轨；25、检测滑块；26、基座；27、翻转电机；3、夹持部件；31、固定部；32、滑动部；33、螺杆；34、夹持台座；35、夹持电机；36、夹持丝杠；37、夹持滑块；38、温度传感器；39、反射片；4、挂载部件；41、弯台；42、弯钩；43、加强筋；44、挂载台座；45、挂载电机；46、挂载丝杠；47、挂载滑块；5、支架；51、支台；52、模型滑轨；53、控制主机；54、变流器；6、典型结构件；61、联板；62、挂板；63、调整板；64、挂环；65、缆线；66、引流线夹；67、线夹间隔棒。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种典型电流致热缺陷的模拟分析装置及实验方法，结合图1、图3，包括红外检测部件1、检测调节部件2、夹持部件3、挂载部件4和支架5，夹持部件3和挂载部件4均滑动连接在支架5上以使夹持部件3与挂载部件4距离可变化，夹持部件3与挂载部件4上布设有变频通电的典型结构件6作为待测件。检测调节部件2设置在支架5前方，红外检测部件1布设在检测调节部件2上以调节其相对典型结构件6处的位置，红外检测部件1对准典型结构件6以对典型结构件6的温度和外观进行监测。

结合图1、图2，红外检测部件1包括固定红外检测仪11、运动红外检测仪12和摄像机13，检测调节部件2下方设有底座14，底座14上固连有带凹槽的支撑杆15，固定红外检测仪11和摄像机13通过螺栓螺母夹持在支撑杆15的凹槽内以固定，检测调节部件2架设在支撑杆15上，固定红外检测仪11固连在支撑杆15顶部一侧，运动红外检测仪12与检测调节部件2相连以使运动红外检测仪12相对固定红外检测仪11水平移动。固定红外检测仪11与运动红外检测仪12均为红外检测仪但为不同型号，其中固定红外检测仪11以广角全画幅识别典型结构件6，检测调节部件2驱动运动红外检测仪12水平滑动以及竖直翻转，以使运动红外检测仪12跟踪至典型结构件6的最热端。摄像机13布设在固定红外检测仪11和运动红外检测仪12后方，以拍摄固定红外检测仪11和运动红外检测仪12的间距变化情况，以及通过广角镜头拍摄当前典型结构件6的组成结构。

采用两组红外检测仪，既能对典型结构件6进行大范围的测温，同时能够先找出最热点的位置，随后利用运动红外检测仪12移动至与最热点基本处以同一竖直面上，然后利用运动红外检测仪12进行小范围查找移动和翻转，以使运动红外检测仪12能够直对最热点，并跟踪记录最热局部的温度变化。设置摄像机13一方面通过投影图像处理能够计算出当前运动红外检测仪12与固定红外检测仪11的实际距离是否与控制系统内所计算的距离相同，以判断检测调节部件2是否能够正常工作，另一方面还能捕捉典型结构件6是否出现表面烧损，配合红外检测仪的数据以使实验人员能够直观地看出发热对该类型典型结构件6产生的结构影响，进而能够很快判断该类型典型结构件6能否耐用。

结合图1、图3，检测调节部件2包括滑动电机21、滑动丝杠22和滑动台座23，滑动电机21固连在支撑杆15上，滑动丝杠22转动连接在支撑杆15上且一端与滑动电机21转动连接，滑动丝杠22长度方向水平且长度方向与典型结构件6长度方向相同，滑动台座23与滑动丝杠22螺纹连接。支撑杆15上固连有检测滑轨24，检测滑轨24上滑动连接有检测滑块25，检测滑块25上固连有基座26，基座26底部与滑动台座23固连，基座26上部固连有翻转电机27，翻转电机27与运动红外检测仪12转动连接以使运动红外检测仪12在竖直面上能够翻转±60°。设置带有检测滑轨24和检测滑块25能使运动红外检测仪12横向移动更为顺滑，翻转电机27采用步进电机能够更为准确地移动特定角度，提升对运动红外检测仪12的控制精度。

结合图1、图7，框形的支架5上固连有水平向的支台51，支台51上固连有一条水平向的模型滑轨52，模型滑轨52上滑动连接有夹持滑块37和挂载滑块47，夹持滑块37上固连有夹持台座34，夹持部件3架设在夹持台座34上。挂载滑块47上固连有挂载台座44，挂载部件4架设在挂载台座44上。支架5底部设有控制主机53，支台51另一侧设有变流器54，控制主机53与变流器54电性连接，控制主机53可由测控主机进行远程控制。通过设置控制主机53和变流器54，与自耦调压器组成大电流发生装置，其功率达到5KVA，能够输出10V电压，输出0～500A的电流，精度为0.5级。

结合图4、图5，待测的典型结构件6包括联板61、挂板62、调整板63、挂环64和缆线65，片状的联板61一侧与绝缘子相连，联板61另一侧与两组挂板62通过连接栓连接，调整板63为扇形板状结构，调整板63弧面上开设有若干个孔用于调整典型结构件6的张紧和放松。调整板63一端与挂板62通过连接栓连接，调整板63另一端与挂环64通过连接栓连接，挂环64和缆线65固连。由于通过联板61上连接有两组挂板62，则延伸出的缆线65也有两条，每条缆线65上均固连有引流线夹66，两条缆线65之间还固连有线夹间隔棒67以避免两条缆线65拖拉。

结合图5、图6，夹持部件3包括固定部31、滑动部32和螺杆33，固定部31一端固连在夹持台座34上，固定部31另一端抵接在典型结构件6的联板61一侧，滑动部32滑动连接在联板61另一侧的固定部31上，螺杆33一端转动连接在滑动部32上，螺杆33另一端与固定部31螺纹连接以使滑动部32与联板61抵接或不接触。通过设置夹持部件3，能够使夹持部件3夹持不同规格的联板61，进而能够夹持不同类型的典型结构件6，提升夹持部件3的适用性。

结合图6、图8，滑动部32内腔固连有薄膜或片状的温度传感器38；固定部31朝向红外检测部件1的一面上贴有耐高温且带有栅格的反射片39。设置温度传感器38可用于实时监测联板61的发热情况，在检测到联板61升温后可通过远程控制开启红外检测部件1进行监测，实现自动启动的效果。同时在试验过程中能够更为准确地监测联板61的温度，可与红外检测部件1的远程测温做对比验证，若数据差距大则说明某一类测温部件出现故障，应该及时断电进行更换维修，以免影响实验结果。设置反射片39可使摄像机13准确捕捉到夹持部件3在模型滑轨52上的位置，通过以固定红外检测仪11作为参照一方面识别位置，另一方面为后续调节典型结构件6的位置做好自动定位的基础。

结合图6、图7，挂载部件4包括弯台41、弯钩42和加强筋43，L型的弯台41一端固连在挂载台座44上，弯台41另一端与弯钩42固连，弯钩42钩在引流线夹66下端，加强筋43固连在弯台41弯折处内侧以避免弯台41受压变形。通过只设置弯钩42用于挂载典型结构件6，降低挂载典型结构件6的难度，且不失挂载的稳定性。

结合图4、图7，模型滑轨52一侧的支台51上间隔转动连接有夹持丝杠36和挂载丝杠46，夹持丝杠36贯穿挂载台座44与夹持台座34螺纹连接以驱动夹持台座34移动。挂载丝杠46贯穿夹持台座34与挂载台座44螺纹连接以驱动挂载台座44移动。支台51长度方向两侧分别设有夹持电机35和挂载电机45，夹持丝杠36与夹持电机35转动连接，挂载丝杠46与挂载电机45转动连接，夹持丝杠36与夹持电机35转动连接，夹持电机35和挂载电机45均与主机电性连接，以使夹持部件3和挂载部件4能够沿模型滑轨52自动移动。

通过仅在支台51上设置一根模型滑轨52，以及夹持丝杠36和挂载丝杠46的紧凑布置，既可实现夹持部件3和挂载部件4的自动移动，又能节约占用支台51的空间，避免支台51重心过于外突而影响支台51与支架5的连接强度。此外通过夹持电机35和挂载电机45的控制，配合输入的待测典型结构件6规格数据，能够起到根据典型结构件6的规格自动调节夹持部件3和挂载部件4的相对位置，以便能够直接挂载典型结构件6，无需人为调整节省人力。同时配合摄像机13还能再挂载后自动调节典型结构件6相对红外检测部件1的位置，以使固定红外检测仪11和运动红外检测仪12能够直接对准典型结构件6，也无需人为多次校准调整，节省人力。

本发明还提供一种典型电流致热缺陷的模拟分析装置的实验方法，其特征在于：包括以下步骤：

Ⅰ.将典型结构件6的联板61连接到夹持部件3上，引流线夹66搭到挂载部件4上，并在典型结构件6长度方向两端连接伸缩式大电流试验线。

Ⅱ.通过主机控制夹持电机35驱动夹持丝杠36以及控制挂载电机45驱动挂载丝杠46沿模型滑轨52长度方向移动，以使典型结构件6水平拉长并使典型结构件6沿水平方向整体移动，启动摄像机13拍摄反射片39，待识别到反射片39进入画面后停止夹持丝杠36以及挂载丝杠46的转动，实现对典型结构件6的定位。

Ⅲ.通过主机控制检测调节部件2运动以使运动红外检测仪12对准典型结构件6；并控制挂载部件4沿远离夹持部件3移动将典型结构件6完全拉直以检测典型结构件6各处连接是否牢固可靠，随后控制挂载部件4复位使典型结构件6松弛至模拟现实状态。

Ⅳ.向主机输入典型结构件6实际运行时的负荷电流，由主机控制大电流发生装置，按照实际工况负荷曲线对典型结构件6通电流，使用固定红外检测仪11以及运动红外检测仪12记录无故障状态下，典型结构件6随负荷曲线变化时各处温度的变化情况；同时利用摄像机13捕捉运动红外检测仪12的运动过程与滑动电机21和翻转电机27的数据做对比，以验证运动红外检测仪12是否正常工作。

Ⅴ.根据实际运维经验以及现场初步判断可能出现的故障情况，根据故障情况调整典型结构件6的组合结构，例如依据建模分析、实际运维经验、现场初步判断等，设置可能故障有A、B、C、D等类别。然后设定新的负荷曲线并对新的典型结构件6施加负荷电流，使用固定红外检测仪11以及运动红外检测仪12记录有故障状态下，典型结构件6随负荷曲线变化时各处温度的变化情况。

在人为设置缺陷的情况下，给不同典型结构件6施加0A～500A的电流，设置0～3小时的连通时间，利用运动红外检测仪观察热点转移的情况，以建立表象缺陷温度-实际故障点的联系，对维修替换下故障结构，可按实际工况在时间尺度内设置通流曲线，模拟实际工况，观察热点转移，比对形成“故障集”的“红外图像集”。结合人为设置的缺陷模拟，帮助进行故障点的精准识别。

综上所述，本发明通过设计一种新的实验分析装置，配合实验方法，能够获得多种规格的变电站金具在出现不同最热点时，故障位置的准确分布。其中表面缺陷的分布规律可以通过摄像机13进行捕捉，而内生缺陷通过人为设置的缺陷模拟进行分辨，总结成对照表后可在实际维护中，能够准确替换故障位置的零件，无需将全部金具替换。该装置结构简单，生产难度低，控制灵活，能够适配多种规格的变电站金具，具有较高的适用性。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。