故障診斷技術(shù)——基于異常振動(dòng)分析的GIS機(jī)械缺陷診斷
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及機(jī)械故障診斷技術(shù)領(lǐng)域尤其設(shè)及一種基于異常振動(dòng)分析的GIS機(jī)械缺陷診斷系統(tǒng)及方法。
[0002] 氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備(Gas Insulated Switchgear,GIS)廣泛應(yīng)用于各電 壓等級(jí)的變電站中具有諸多優(yōu)點(diǎn)比如占地面積小、檢修周期長、元件全部密封不受環(huán)境 干擾、運(yùn)行可靠性高技術(shù)先進(jìn)并且經(jīng)濟(jì)優(yōu)越。雖然GIS具有很多的優(yōu)點(diǎn)但是也存在一些問 題例如：由于GIS的全部元件都封裝在金屬箱里結(jié)構(gòu)緊湊內(nèi)部電器元件多難W及時(shí)發(fā) 現(xiàn)和準(zhǔn)確定位出現(xiàn)的故障；一旦出現(xiàn)故障鑒于其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)不易拆卸很難實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場維 修。如果發(fā)生故障GIS-般有2周的停電時(shí)間然而現(xiàn)實(shí)情況下檢修需要兩周W上的時(shí)間來 完成。因此很有必要對(duì)GIS的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測。
[0003] GIS的異常機(jī)械振動(dòng)在運(yùn)行變電站時(shí)有發(fā)生異常振動(dòng)會(huì)對(duì)GIS運(yùn)行狀態(tài)產(chǎn)生不利 影響并且產(chǎn)成的超標(biāo)噪聲，MGA6煙氣分析儀會(huì)影響運(yùn)行人員及變電站附近人員工作及生活。同時(shí)異常振 動(dòng)會(huì)對(duì)現(xiàn)場GIS局部放電超聲波檢測造成干擾進(jìn)而影響GIS運(yùn)行狀態(tài)的準(zhǔn)確評(píng)估。
[0004] 目前存在W下幾種GIS故障診斷方法：
[0005] 1.SF6氣體檢測法
[0006] 通過抽取GIS內(nèi)部的SF6氣體分析所含分解物來判斷是否發(fā)生放電故障及放電強(qiáng) 度。但此方法不是實(shí)時(shí)檢測法甚至不是快速檢測法。氣體檢測法靈敏度很低并且對(duì)于某 些機(jī)械故障類型并不適用取氣工作安全風(fēng)險(xiǎn)高不能作為長期的檢測方法使用。
[0007] 2.高頻接地電流法
[000引利用帶有鐵漁氧等磁忍材料的羅可夫斯基線圈作為傳感器測量故障高頻信號(hào)。 但底線需要穿過線圈給現(xiàn)場使用帶來了不便。
[0009] 3.超局頻檢測法
[0010] 可W根據(jù)放電脈沖的波形特征和UHF信號(hào)的頻率特征進(jìn)行故障診斷具有良好的 檢測靈敏度但超高頻傳感器本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)無法抑制來自變電站內(nèi)高頻段的干擾運(yùn)就 使得檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性受到了嚴(yán)重影響。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0011] 本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題提出了一種基于異常振動(dòng)分析的GIS機(jī)械 缺陷診斷系統(tǒng)及方法該系統(tǒng)及方法通過分析異常振動(dòng)信號(hào)對(duì)采集到的振動(dòng)信號(hào)應(yīng)用小 波降噪處理得到對(duì)應(yīng)的頻譜圖從而掌握不同機(jī)械故障類型下的振動(dòng)信號(hào)特性可為GIS 的故障檢測和診斷提供更為全面的補(bǔ)充有利于發(fā)現(xiàn)GIS潛在故障及故障定位。
[0012] 為實(shí)現(xiàn)上述目的本發(fā)明的具體方案如下：
[0013] 基于異常振動(dòng)分析的GIS機(jī)械缺陷診斷系統(tǒng)包括:加速度傳感器、電荷放大器、數(shù) 據(jù)采集儀和數(shù)據(jù)處理裝置；
[0014] 所述加速度傳感器固定于GIS殼體表面的測量點(diǎn)位置處加速度傳感器、電荷放大 器、數(shù)據(jù)采集儀和數(shù)據(jù)處理裝置依次串聯(lián)連接；
[0015] 數(shù)據(jù)處理裝置對(duì)測量的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行小波降噪后最終得到各測量點(diǎn)振動(dòng)信號(hào)的 頻譜圖通過分析頻譜圖各頻率段信號(hào)成分確定GIS機(jī)械故障類型。
[0016] 在GIS的外殼表面進(jìn)行加速度傳感器的布點(diǎn)布點(diǎn)位置應(yīng)均勻的分布在可粘貼的 G IS殼體表面。
[0017] 通過分析頻譜圖各頻率段信號(hào)成分確定GIS機(jī)械故障類型具體如下：
[001引由局部放電引起的振動(dòng)振動(dòng)主頻率在5~30Ifflz之間；
[0019] GIS中由于電極表面不平整出現(xiàn)毛刺或由于絕緣子中有氣穴存在在電場作用下 造成局部放電集中而發(fā)生放電運(yùn)種放電產(chǎn)生的電磁波引起外殼的振動(dòng)振動(dòng)主頻率在 20K化~eoifflz之間；
[0020] 在lOOHz處磁致伸縮引發(fā)的振動(dòng)接近于電動(dòng)力所引發(fā)的振動(dòng)但電動(dòng)力引發(fā)的振 動(dòng)在高頻信號(hào)300HzW上時(shí)非常微弱而鐵忍的磁致伸縮作用引發(fā)的振動(dòng)仍然非常強(qiáng)烈由 磁致伸縮作用引發(fā)的鐵忍的振動(dòng)振動(dòng)信號(hào)在600Hz頻率處依然很強(qiáng)烈。
[0021] 由于導(dǎo)體中交流電流產(chǎn)生的交變電動(dòng)力引起的母線振動(dòng)其振動(dòng)頻率主要為 lOOHz；
[0022] 由靜電力引起的振動(dòng)其振動(dòng)頻率主要為1 OOHz。
[0023] -種基于異常振動(dòng)分析的GIS機(jī)械缺陷診斷系統(tǒng)的方法包括：
[0024] (1)在GIS的外殼表面進(jìn)行加速度傳感器的布點(diǎn)布點(diǎn)位置應(yīng)均勻的分布在可粘貼 的殼體表面；
[0025] (2)測量GIS振動(dòng)信號(hào)對(duì)測得的振動(dòng)信號(hào)按整周期進(jìn)行截取；
[0026] (3)采用小波分析方法對(duì)截取后的信號(hào)進(jìn)行降噪處理；
[0027] (4)對(duì)降噪后的信號(hào)段進(jìn)行頻譜分析得到各測量點(diǎn)振動(dòng)信號(hào)的頻譜圖；
[0028] (5)根據(jù)得到的信號(hào)頻譜圖確定每一個(gè)測量點(diǎn)振動(dòng)信號(hào)的主要頻率成分及各頻 率成分所占的百分比；
[0029] (6)分別W測量點(diǎn)的主要頻率成分和頻率成分所占的百分比為橫、縱坐標(biāo)軸建立 直角坐標(biāo)系在所述直角坐標(biāo)系上繪出每一個(gè)測量點(diǎn)的主要頻率成分及各頻率成分所占的 百分比的折線圖；
[0030] (7)根據(jù)所述折線圖判斷測量點(diǎn)是否存在振動(dòng)信號(hào)異常分布的情況;如果有則判 斷該測量點(diǎn)存在振動(dòng)異常根據(jù)該測量點(diǎn)的振動(dòng)信號(hào)頻率分布情況確定可能出現(xiàn)的GIS故 障原因。
[0031] 所述步驟(3)中采用小波分析方法對(duì)截取后的信號(hào)進(jìn)行降噪處理的方法具體為：
[0032] 假定帶噪聲的振動(dòng)信號(hào)Si為有用信號(hào)fi和高斯白噪聲信號(hào)ei的和；
[0033] 求取帶噪聲的振動(dòng)信號(hào)Si的小波系數(shù)設(shè)定闊值λ保存高于閥值λ的系數(shù)而將低 于閥值λ的每一項(xiàng)系數(shù)均設(shè)定為零；
[0034] 處理后的小波系數(shù)記為信號(hào)fi的估計(jì)值。
[0035] 所述步驟(7)中由于GIS設(shè)備所受的力與電流和磁場強(qiáng)度的乘積及漏磁通與電流 成正比其振動(dòng)的加速度正比于負(fù)載電流的平方故振動(dòng)信號(hào)的基頻是負(fù)載電流基頻的2 倍即100化；當(dāng)GIS信號(hào)中的高頻成分增多當(dāng)高頻信號(hào)所占比重增大到超出lOOHz頻率所 占比重時(shí)判斷該測量點(diǎn)存在振動(dòng)異常。
[0036] 本發(fā)明的有益效果：
[0037] 本發(fā)明所提出的基于異常振動(dòng)分析的GIS診斷技術(shù)研究為發(fā)現(xiàn)GIS的機(jī)械缺陷或 潛在故障提供一種重要而可行的檢測手段對(duì)保障GIS可靠運(yùn)行具有重要意義。
[0038] 由于信號(hào)與噪聲在時(shí)域和頻域兩種模態(tài)下存在差異采用小波降噪技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn) 理想的信噪分離進(jìn)而達(dá)到有效的除噪效果。采用頻譜分析方法確定振動(dòng)信號(hào)頻譜特征量 能準(zhǔn)確反映 GIS故障具有較高的準(zhǔn)確性和可靠性。
[0039] 基于現(xiàn)場檢測證實(shí)GIS機(jī)械故障檢測診斷可W通過振動(dòng)信號(hào)的采集準(zhǔn)確有效的 處理。
【附圖說明】
[0040] 圖1為GIS異常振動(dòng)信號(hào)分布示意圖；
[0041] 圖2為小波降噪效果圖；
[0042] 圖3為測量CH1通道的信號(hào)頻譜；
[0043] 圖4為測量C肥通道的信號(hào)頻譜；
[0044] 圖5為測量C冊(cè)通道的信號(hào)頻譜；
[0045] 圖6為測量CH4通道的信號(hào)頻譜；
[0046] 圖7為信號(hào)頻譜組成折線圖。
【具體實(shí)施方式】：
[0047] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明：
[004引如圖1所示GIS外殼的振動(dòng)信號(hào)主要是由其內(nèi)部輸電設(shè)備的振動(dòng)傳導(dǎo)過來的運(yùn) 些輸電設(shè)備包括斷路器、隔離開關(guān)、互感器、母線因而在外殼上的振動(dòng)信號(hào)就具有運(yùn)些設(shè) 備振動(dòng)信號(hào)的振動(dòng)特征。圖1中1.表示局部放電引起的振動(dòng)2.表示異物振動(dòng)3.表示電磁 力、磁致伸縮引起的振動(dòng)4.表示靜電力引起的振動(dòng)5.表示操作引起的振動(dòng)6 .表示對(duì)地 短路引起的振動(dòng)。
[0049] 局部放電引起的振動(dòng)。
[0050] 鑒于異物比起殼體來太小可W忽略摩擦力的作用異物(顆�；蚴菍�(dǎo)線）由于受 到交變電場作用會(huì)發(fā)生運(yùn)動(dòng)當(dāng)電壓升高到一定程度雜質(zhì)所受到的電場力超過自身重力 時(shí)導(dǎo)致異物漂浮運(yùn)動(dòng)于二電極之間撞擊金屬外殼引起振動(dòng)；同樣在電場作用下金屬 顆粒或其他缺陷會(huì)引發(fā)局部電場集中而導(dǎo)致放電同樣可能引起外殼振動(dòng)運(yùn)些振動(dòng)頻率 特性有很高的識(shí)別性振動(dòng)主頻率在5~30Ifflz之間。
[0化1]異物振動(dòng)。
[0052] GIS中由于電極表面不平整出現(xiàn)毛刺或由于絕緣子中有氣穴存在在電場作用下 造成局部放電集中而發(fā)生放電運(yùn)種放電產(chǎn)生的電磁波引起外殼振動(dòng)加速度一般為10-5~ 10-3個(gè)重力加速度運(yùn)種振動(dòng)加速度出現(xiàn)在電源電壓的固定相位上該相位幾乎與局部放電 的電訊號(hào)出現(xiàn)的相位相同。振動(dòng)的頻率主要20Ifflz~eOIfflz之間。
[0053] 引起互感器鐵忍和繞組振動(dòng)的內(nèi)在原因主要有:①鐵忍振動(dòng)是由于娃鋼片的接縫 處和疊片之間有漏磁場造成電磁吸引力所致。②在電磁場作用娃鋼片由于磁致伸縮效應(yīng) 導(dǎo)致鐵忍振動(dòng)。③線應(yīng)間、線餅間、繞組間有電流流過時(shí)動(dòng)態(tài)電磁力的存在引起繞組振 動(dòng)。
[0054] 互感器的振動(dòng)在空載情況下和短路情況下主要分別由鐵忍的磁致伸縮和繞組在 電動(dòng)力的激勵(lì)下產(chǎn)生的；在負(fù)載情況下互感器的振動(dòng)可W認(rèn)為是兩種作用的疊加。在 100化處磁致伸縮引發(fā)的振動(dòng)比較相近于電動(dòng)力所引發(fā)的但電動(dòng)力引發(fā)的振動(dòng)在高頻信 號(hào)(300化W上)非常微弱而鐵忍的磁致伸縮作用仍然非常強(qiáng)烈此時(shí)鐵屯、振動(dòng)(磁致伸縮） 現(xiàn)象產(chǎn)生互感器大多數(shù)的高頻信號(hào)。100化附近是電動(dòng)力主振頻率區(qū)由電動(dòng)力引發(fā)的振動(dòng) 信號(hào)在200Hz300Hz頻率范圍時(shí)信號(hào)都比較微弱300化W上的諧波大多衰減到零振動(dòng)幅 值一般為5Χ10-3~10^1個(gè)重力加速度。相比于電動(dòng)力引發(fā)的振動(dòng)信號(hào)磁致伸縮引發(fā)的信 號(hào)幅值偏小一般為5 Χ10-4~10-2個(gè)重力加速度但其振動(dòng)信號(hào)在600Hz頻率處依然很強(qiáng) 烈信號(hào)更加多樣。
[0055] GIS內(nèi)部的振動(dòng)源除了 W上幾種外還有由于開關(guān)操作等引起的外殼振動(dòng)。運(yùn)種機(jī) 械振動(dòng)的頻率比較低一般在幾百化范圍內(nèi)振動(dòng)強(qiáng)度則超過上述幾種振動(dòng)強(qiáng)度數(shù)倍甚至 數(shù)十倍。GIS母線的安裝結(jié)構(gòu)是支持絕緣子通過金屬窩頭套在導(dǎo)電桿來起支撐作用但由于 長時(shí)間負(fù)荷電流的振動(dòng)影響金屬窩頭與逐漸松動(dòng)的導(dǎo)電桿的間隙逐漸變大放電現(xiàn)象逐 漸加劇最終引發(fā)對(duì)地短路現(xiàn)象由此而產(chǎn)生的異響和振動(dòng)均異于常態(tài)幅值最高可達(dá)上百 重力加速度。由于導(dǎo)體中交流電流產(chǎn)生的交變電動(dòng)力引起母線振動(dòng)所W其振動(dòng)頻率主要 為lOOHz。
[0056] 靜電力引起的振動(dòng)。
[0057] GIS內(nèi)部電流通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生的靜電力與二倍基頻成正比。此類振動(dòng)頻率主要為 lOOHz振動(dòng)加速度值大約為百分之一個(gè)重力加速度。
[0058] 振動(dòng)信號(hào)經(jīng)GIS筒體管道衰減、傳遞到外殼表面。在筒體表面通過
安裝傳感器來 監(jiān)測、采集筒體振動(dòng)信號(hào)將所得的振動(dòng)信號(hào)利用小波降噪算法加 W處理最后通過頻譜分 析及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障隱患從而最大可能地降低GIS大型事故發(fā)生概率。
[0059] 基于小波降噪的振動(dòng)信號(hào)處理
[0060] 由于信號(hào)與噪聲在時(shí)域和頻域兩種模態(tài)下存在差異GIS有效的狀態(tài)監(jiān)測與故障 診斷即可利用運(yùn)種差異實(shí)現(xiàn)理想的信噪分離進(jìn)而達(dá)到有效的除噪效果。
[0061] 假定帶噪聲的振動(dòng)信號(hào)
[0062] si = fi+ei (1)
[0063] 式中fi為真實(shí)信號(hào)ei為方差的高斯白噪聲即（0,〇2)si為含有噪聲的信號(hào)。令 I為fi的估計(jì)值則構(gòu)造估計(jì)模型黨的均方差為
[0064]
( 2 )
[0065] 極少數(shù)小波系數(shù)受有用信號(hào)fi的影響而所有小波系數(shù)中的任何一項(xiàng)均受到白噪 聲ei的不同影響。
[0066] 取定一個(gè)閥值λ保存高于閥值λ的系數(shù)而將低于閥值λ的每一項(xiàng)系數(shù)均設(shè)定為 零。處理后的小波系數(shù)記為信號(hào)fi的估計(jì)值。
[0067] 所W建立小波降噪模型過程可分為W下步驟：
[0068] 1)計(jì)算信號(hào)Si的小波系數(shù)wj,k。
[0069] 2)闊值計(jì)算
[0070]
( 3 )
[0071] 式中η為輸出樣本的長度。
[0072] 將信號(hào)Si中的每一個(gè)元素取絕對(duì)值即I S I。取閥值處理后的小波系數(shù)ru如果I S >λ則令
[0073] ru = si即（S) ( I S I-λ) (4)
[0074] 否則 τμ = 〇;
[00對(duì)把Wj,k代入式（4)得離
[0076] 3)對(duì)g進(jìn)行小波重構(gòu)得到f(ti)的估計(jì)信號(hào)二W·''苗即為降噪后的信號(hào)W為 小波分解算子。
[0077] 對(duì)于上述降噪模型0=wTf則f(ti)的估計(jì)值的均方差為
[007引
：（5 )
[0079] 因此f(ti)的估計(jì)誤差取決于·|;的值式(4)求得的潑值為Θ的理想估計(jì)值。由式(5) 可得到f(ti)均方意義下的理想估計(jì)值。
[0080] 其中f(ti)是有用信號(hào)Θ是重構(gòu)后的信號(hào)f是重構(gòu)前的信號(hào)。
[0081 ]圖2所示為小波降噪后的效果圖。
[0082] 3GIS異常振動(dòng)信號(hào)的測量
[0083] 利用傳感器獲取振動(dòng)信號(hào)放大器或變換器用來加工輸出信號(hào)二者共同組成振 動(dòng)信號(hào)測量單元。振動(dòng)測試傳感器(又名拾振器）是一種敏感元件能夠?qū)⒄駝?dòng)信號(hào)變換為 電參量。振動(dòng)測試傳感器能夠?qū)⒈粶y的振動(dòng)物理量轉(zhuǎn)換成W電量(電壓、電荷)或電參數(shù)(電 阻、電容、電感等)為主要形式的信號(hào)。
[0084] 在GIS的外殼表面進(jìn)行加速度傳感器的布點(diǎn)布點(diǎn)位置應(yīng)均勻的分布在可粘貼的 殼體表面具體分布情況如下。
[0085] 4試驗(yàn)結(jié)果及分析
[0086] 對(duì)測量的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行小波降噪后最終得到各通道振動(dòng)信號(hào)的頻譜圖如下所 不為通道CH1-CH4的f目號(hào)頻譜圖3-圖6所不。
[0087] 由W上圖形可W看出：在CH1通道所測得的振動(dòng)信號(hào)中800化和700Hz為最大幅值 頻率點(diǎn)主要振動(dòng)信號(hào)都集中在4000化頻率范圍內(nèi)且都是在lOOHz整數(shù)倍的頻率點(diǎn)處出現(xiàn) 峰值情況最低峰值點(diǎn)為lOOHz。振動(dòng)信號(hào)幅值在lOOHz-4000化范圍內(nèi)分布較為分散集中 程度較C肥-CH4通道的信號(hào)集中程度較低。
[008引在CH2通道所測得的振動(dòng)信號(hào)中幅值最大的頻率點(diǎn)在lOOHz處而且在1300化、 800化和700Hz等頻率點(diǎn)處出現(xiàn)幅值稍低的次峰值。主要振動(dòng)信號(hào)都集中在3000化頻率范圍 內(nèi)且都是在lOOHz整數(shù)倍的頻率點(diǎn)處出現(xiàn)峰值情況最低峰值點(diǎn)為lOOHz。振動(dòng)信號(hào)幅值在 lOOHz-3000化范圍內(nèi)分布較為分散集中程度較CH3、CH4通道的信號(hào)集中程度較低比CH1 通道的信號(hào)集中程度高。
[0089]在CH3通道所測得的振動(dòng)信號(hào)中峰值幅值最大的頻率點(diǎn)在lOOHz處次峰值出現(xiàn) 在300Hz處。主要振動(dòng)信號(hào)都集中在1200化頻率范圍內(nèi)且都是在lOOHz整數(shù)倍的頻率點(diǎn)處 出現(xiàn)峰值情況最低峰值點(diǎn)為lOOHz。振動(dòng)信號(hào)分布較CH1、C肥通道的信號(hào)要更為集中。 [0090]在畑4通道所測得的振動(dòng)信號(hào)與畑3的振動(dòng)信號(hào)高度相似最高峰值都出現(xiàn)在 100化處且信號(hào)都集中在1200化頻率范圍W內(nèi)振動(dòng)信號(hào)分布較CHUCH2通道的信號(hào)要更 為集中。W下表格列出了 4個(gè)測量通道CH1-CH4的測量信號(hào)中各主要頻率成分所占的百分比 重。
[0091 ]表1 CH1-CH4信號(hào)各主要頻率成分所占的百分比 [00921
[0093] 根據(jù)W上表格畫出信號(hào)頻率組成折線圖如圖7所示直觀的反映出各頻率成分的 組成大小。
[0094] 綜上所述可W得到W下結(jié)論：
[0095] 在W上4個(gè)測量點(diǎn)中1號(hào)測量點(diǎn)所測的振動(dòng)信號(hào)出現(xiàn)最為嚴(yán)重的異常分布情況2 號(hào)測量點(diǎn)的振動(dòng)信號(hào)頻率分布存在輕微的異常3號(hào)和4號(hào)測量點(diǎn)的振動(dòng)信號(hào)頻率分布符合 理論分析情況為正常情況。所W可W-次推測在1號(hào)測量點(diǎn)的附近存在振動(dòng)異常引起噪 聲的異常情況宜對(duì)1號(hào)測量點(diǎn)附近的設(shè)備進(jìn)行檢修W杜絕故障的發(fā)生。根據(jù)1號(hào)點(diǎn)的振動(dòng) 信號(hào)頻率分布情況在700HZ-1200化頻率范圍內(nèi)有幅值較大的信號(hào)存在有較大可能是由 于GIS內(nèi)部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)松動(dòng)或者互感器設(shè)備中的鐵忍或繞組發(fā)生松動(dòng)或變形引起的振動(dòng)與噪 聲的異常需要進(jìn)行進(jìn)一步的驗(yàn)證。
[0096] 5 結(jié)論
[0097] 由該次振動(dòng)檢測數(shù)據(jù)的分析，現(xiàn)場可W基本斷定GIS內(nèi)部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)松動(dòng)且初步定 位異常振動(dòng)位于互感器設(shè)備。在停電檢修中發(fā)現(xiàn)由于B相電壓互感器支撐槽鋼緊固不牢 造成互感器產(chǎn)生振動(dòng)。檢修結(jié)果證實(shí)基于異常振動(dòng)分析可W有效的檢測GIS機(jī)械缺陷。
[0098] 本發(fā)明所提出的基于異常振動(dòng)分析的GIS診斷技術(shù)研究為發(fā)現(xiàn)GIS的機(jī)械缺陷或 潛在故障提供一種重要而可行的檢測手段對(duì)保障GIS可靠運(yùn)行具有重要意義。
[0099] 上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范 圍的限制所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上本領(lǐng)域技術(shù)人員不 需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍W內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 基于異常振動(dòng)分析的GIS機(jī)械缺陷診斷系統(tǒng)其特征是包括:加速度傳感器、電荷放 大器、數(shù)據(jù)采集儀和數(shù)據(jù)處理裝置； 所述加速度傳感器固定于GIS殼體表面的測量點(diǎn)位置處加速度傳感器、電荷放大器、 數(shù)據(jù)采集儀和數(shù)據(jù)處理裝置依次串聯(lián)連接； 數(shù)據(jù)處理裝置對(duì)測量的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行小波降噪后最終得到各測量點(diǎn)振動(dòng)信號(hào)的頻譜 圖通過分析頻譜圖各頻率段信號(hào)成分確定GIS機(jī)械故障類型。2. 如權(quán)利要求1所述的基于異常振動(dòng)分析的GIS機(jī)械缺陷診斷系統(tǒng)其特征是在GIS的 外殼表面進(jìn)行加速度傳感器的布點(diǎn)布點(diǎn)位置應(yīng)均勾的分布在可粘貼的GIS殼體表面。3. 如權(quán)利要求1所述的基于異常振動(dòng)分析的GIS機(jī)械缺陷診斷系統(tǒng)其特征是通過分 析頻譜圖各頻率段信號(hào)成分確定GIS機(jī)械故障類型具體如下： 由局部放電引起的振動(dòng)振動(dòng)主頻率在5~30KHz之間； GIS中由于電極表面不平整出現(xiàn)毛刺或由于絕緣子中有氣穴存在在電場作用下造成 局部放電集中而發(fā)生放電這種放電產(chǎn)生的電磁波引起外殼的振動(dòng)振動(dòng)主頻率在20KHz~ 60KHz之間； 在100Hz處磁致伸縮引發(fā)的振動(dòng)接近于電動(dòng)力所引發(fā)的振動(dòng)但電動(dòng)力引發(fā)的振動(dòng)在 高頻信號(hào)300Hz以上時(shí)非常微弱而鐵芯的磁致伸縮作用引發(fā)的振動(dòng)仍然非常強(qiáng)烈由磁致 伸縮作用引發(fā)的鐵芯的振動(dòng)振動(dòng)信號(hào)在600Hz頻率處依然很強(qiáng)烈。4. 如權(quán)利要求1所述的基于異常振動(dòng)分析的GIS機(jī)械缺陷診斷系統(tǒng)其特征是由于導(dǎo) 體中交流電流產(chǎn)生的交變電動(dòng)力引起的母線振動(dòng)其振動(dòng)頻率主要為100Hz; 由靜電力引起的振動(dòng)其振動(dòng)頻率主要為100Hz。5. -種如權(quán)利要求1所述的基于異常振動(dòng)分析的GIS機(jī)械缺陷診斷系統(tǒng)的方法，其特征 是包括： (1) 在GIS的外殼表面進(jìn)行加速度傳感器的布點(diǎn)布點(diǎn)位置應(yīng)均勾的分布在可粘貼的殼 體表面； (2) 測量GIS振動(dòng)信號(hào)對(duì)測得的振動(dòng)信號(hào)按整周期進(jìn)行截�。� (3) 采用小波分析方法對(duì)截取后的信號(hào)進(jìn)行降噪處理； (4) 對(duì)降噪后的信號(hào)段進(jìn)行頻譜分析得到各測量點(diǎn)振動(dòng)信號(hào)的頻譜圖； (5) 根據(jù)得到的信號(hào)頻譜圖確定每一個(gè)測量點(diǎn)振動(dòng)信號(hào)的主要頻率成分及各頻率成 分所占的百分比； (6) 分別以測量點(diǎn)的主要頻率成分和頻率成分所占的百分比為橫、縱坐標(biāo)軸建立直角 坐標(biāo)系在所述直角坐標(biāo)系上繪出每一個(gè)測量點(diǎn)的主要頻率成分及各頻率成分所占的百分 比的折線圖； (7) 根據(jù)所述折線圖判斷測量點(diǎn)是否存在振動(dòng)信號(hào)異常分布的情況;如果有則判斷該 測量點(diǎn)存在振動(dòng)異常根據(jù)該測量點(diǎn)的振動(dòng)信號(hào)頻率分布情況確定可能出現(xiàn)的GIS故障原 因。6. 如權(quán)利要求5所述的基于異常振動(dòng)分析的GIS機(jī)械缺陷診斷系統(tǒng)的方法其特征是 所述步驟(3)中采用小波分析方法對(duì)截取后的信號(hào)進(jìn)行降噪處理的方法具體為： 假定帶噪聲的振動(dòng)信號(hào)81為有用信號(hào)h和高斯白噪聲信號(hào)ei的和； 求取帶噪聲的振動(dòng)信號(hào)81的小波系數(shù)設(shè)定閾值λ保存高于閥值λ的系數(shù)而將低于閥 值λ的每一項(xiàng)系數(shù)均設(shè)定為零； 處理后的小波系數(shù)記為信號(hào)h的估計(jì)值。7.如權(quán)利要求5所述的基于異常振動(dòng)分析的GIS機(jī)械缺陷診斷系統(tǒng)的方法其特征是 所述步驟(7)中由于GIS設(shè)備所受的力與電流和磁場強(qiáng)度的乘積及漏磁通與電流成正比 其振動(dòng)的加速度正比于負(fù)載電流的平方故振動(dòng)信號(hào)的基頻是負(fù)載電流基頻的2倍即 100Hz;當(dāng)GIS信號(hào)中的高頻成分增多當(dāng)高頻信號(hào)所占比重增大到超出100Hz頻率所占比重 時(shí)判斷該測量點(diǎn)存在振動(dòng)異常。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于異常振動(dòng)分析的GIS機(jī)械缺陷診斷系統(tǒng)及方法包括：加速度傳感器固定于GIS殼體表面的測量點(diǎn)位置處加速度傳感器、電荷放大器、數(shù)據(jù)采集儀和數(shù)據(jù)處理裝置依次串聯(lián)連接；數(shù)據(jù)處理裝置對(duì)測量的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行小波降噪后最終得到各測量點(diǎn)振動(dòng)信號(hào)的頻譜圖通過分析頻譜圖各頻率段信號(hào)成分確定GIS機(jī)械故障類型。本發(fā)明有益效果：本發(fā)明所提出的基于異常振動(dòng)分析的GIS診斷技術(shù)研究為發(fā)現(xiàn)GIS的機(jī)械缺陷或潛在故障提供一種重要而可行的檢測手段對(duì)保障GIS可靠運(yùn)行具有重要意義。
【公開號(hào)】CN105629100
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510971986
【發(fā)明人】孫慶生, 曹濤
【申請(qǐng)人】國網(wǎng)安徽省電力公司合肥供電公司, 國家電網(wǎng)公司
【公開日】2016年6月1日
【申請(qǐng)日】2015年12月18日
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