学位论文题目：室内GIS母线温度演变规律与热缺陷识别方法

论文简介

气体绝缘金属封闭开关设备（Gas-insulated metal-enclosed switchgear, GIS）作为新型电力系统的核心输变电装备，凭借其结构紧凑、占地小、绝缘性能优异及运行可靠性高等优势，已广泛应用于超高压与特高压变电站、城市核心电网等关键场景，是保障电能高效传输与电网稳定运行的核心枢纽。GIS 内部导体、触头及绝缘子等关键部件的运行温度状态，直接决定设备绝缘性能、载流能力与服役寿命，是评估设备健康水平、防范重大安全事故的核心表征指标。现有 GIS 温度监测技术多聚焦于稳态温度测量，难以适配外界环境与负荷电流的动态变化特性，且无法实现内部导体温度的精准感知及接触不良缺陷的早期识别，难以满足设备智能运维的工程需求。为此，本文以室内 GIS 母线为研究对象，聚焦温度演变规律、内部温度状态感知及接触不良缺陷轴向识别三大核心内容展开系统研究，为 GIS 母线潜伏性热缺陷早期预警与主动防控提供理论依据与技术支撑。

针对现有 GIS 母线温度研究多集中于稳态、对温度演变过程研究不足的问题，本文聚焦室内 GIS 母线暂态热传递机制与温度演变规律展开系统探究。本文首先基于三相共箱式室内 GIS 母线原型机搭建了符合国家标准的温升试验平台，基于热电偶测温系统实现母线内部温度的精准监测；结合 GIS 母线结构特征与传热机理，依次构建二维与三维多物理场耦合仿真模型。依托多物理场仿真开展 GIS 母线暂态温度演变与热传递机制研究，剖析径向与轴向热传递特性，划分暂态温度演变的关键阶段；结合多工况仿真与温升试验，揭示环境温度、导体温度与外壳温度的演变规律，明确温度变化率的核心特性，为后续状态感知与缺陷识别提供规律支撑。

针对现有室内 GIS 母线温度感知方法通用性弱，难以实现内部温升实时监测与预警的问题，本文提出了 GIS 母线内部温度变化率径向感知方法。基于 GIS 母线径向截面热平衡，推导暂态径向温度平衡数学模型与温度变化率约束条件，阐明环境、导体与外壳温度变化率的动态平衡关系；基于导体温度变化率的正负特性，提出适用于负荷电流波动场景的径向温度变化率感知方法;通过外壳与环境温度变化率间接反演导体温度变化率，经多工况温升试验验证，该方法仅需两组有效数据即可实现计算。

针对传统评估方法无法早期预测接触不良缺陷，本文提出了基于温度变化率的室内 GIS 母线接触不良缺陷轴向识别方法。基于有限体积法开展 GIS 母线轴向热传递数值分析，推导导体暂态热平衡数学模型，阐明导体与外壳温度变化率的内在关联；提出接触不良缺陷轴向识别方法，在负荷电流恒定时通过外壳轴向测点温度变化率实现缺陷识别，电流降低时依据温度变化率幅值关系判别缺陷严重程度；搭建接触不良缺陷模拟温升试验平台，验证了模型与方法的有效性。

本文研究成果完善了 GIS 母线暂态热特性理论体系，突破了传统监测技术的局限性，为室内 GIS 母线内部温度状态感知及接触不良缺陷早期诊断提供了新的技术路径，对提升 GIS 设备运行可靠性、推动电力系统智能运维发展具有重要的理论价值与工程应用意义。