GIS異響的振動信號檢測方法研究綜述

高陽+于杰承+吳偉晴

摘 要：本文介紹了GIS異常聲振信號的產(chǎn)生機理，闡述了不同噪聲類型的GIS殼體振動信號的特點，并對GIS異常振動檢測系統(tǒng)進行了研究和描述。隨著電網(wǎng)電壓等級的不斷提高，電力網(wǎng)絡要求所使用的電氣設備滿足體積小、運行可靠、便于維護等特點，而GIS（氣體絕緣開關）正因為具有這些優(yōu)點，且有很高的運行可靠性，因此應用廣泛。本文通過對GIS外殼振動信號的特點、其信號特征進行深度研究分析，再配合放電性檢測對其機械性故障進行檢測，使兩項檢測結(jié)果互相補充，加強GIS機械故障檢測，確保GIS安全運行。本文分析了GIS運行中的正常和異響振動信號的產(chǎn)生機理，頻率范圍、傳播特性等數(shù)據(jù)，并根據(jù)不同類型故障的產(chǎn)生原因和特征表現(xiàn)，為現(xiàn)場檢測提供檢測和判斷依據(jù)。

關鍵詞：GIS；機械性故障；機械原理；振動信號特性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.03.218

0 引言

隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，電網(wǎng)對電網(wǎng)電壓等級空前擴大的電力需求，開關操作因其高可靠性已越來越廣泛地應用于氣體絕緣金屬封閉。所謂GIS即是由斷路器、隔離開關、接地開關、互感器、避雷器、母線、連接件和出線終端等組成。由于GIS設備運行安全可靠、體積小占地面積少、維護周期長、便于維修、環(huán)境適應能力強等優(yōu)點，廣泛應用在電網(wǎng)中，隨著我國特高壓工程的開展，GIS的電壓等級越來越高，體積越來越大。近年來，它已被廣泛應用于特高壓電網(wǎng)。為了保障氣體絕緣組合電器穩(wěn)定運行，盡可能延長維護周期，研究預測內(nèi)部潛在性故障的方法是很有必要的。

1 GIS機械故障振動檢測國內(nèi)外發(fā)展概況

國外針對電力設備智能狀態(tài)監(jiān)測的研究從上個世紀就已經(jīng)開始，但因為監(jiān)測理論不夠成熟和傳感元件不夠完善的原因，研究還處于發(fā)展階段。目前，國內(nèi)外電力行業(yè)越來越重視電力設備的在線監(jiān)測，這是電力技術(shù)飛速發(fā)展的重要原因。國內(nèi)基于研究均是針對完善GIS局部放電故障提出相關方法，基于GIS的機械故障只有中國電科院高壓郭碧紅在上世紀80年代由GIS殼體檢測GIS內(nèi)部故障的典型振動信號的頻率特性監(jiān)測研究，本文研究了GIS內(nèi)自由導電粒子在電場中運動而引起的振動和固定雜質(zhì)所引起的局部放電而導致的振動等，也主要研究了內(nèi)部局部放電故障而引起的振動。

2 GIS常見機械故障類型

GIS 由斷路器、隔離開關、接地開關、母線、電流 互感器、電壓互感器、避雷器、套管等諸多電氣設備組合而成，然而，故障率遠低于個人電氣設備的故障率。GIS故障的主要來源有以下兩個方面：一是GIS對操作環(huán)境要求更高，安裝或操作不當會導致嚴重的故障；其次，長期的高壓環(huán)境導致材料的惡化，這已成為許多GIS故障的原因。以國家電網(wǎng)為例，對高壓開關柜的典型故障進行了介紹，并對其在生產(chǎn)和安裝中的故障80%進行了介紹，GIS故障可分為機械故障、絕緣故障、二次回路故障、主體泄漏等故障。GIS故障主要表現(xiàn)為機械故障和絕緣故障，大多數(shù)氣體泄漏是由于機械故障造成的，所以氣體泄漏可分為機械故障，因此氣體泄漏可分為機械故障。

3 GIS外殼振動信號的振動原理

振動是指一定間隔后的重復運動。振動理論是指物體的振動規(guī)律與作用于物體上的力之間的關系的研究。機械振動的原理是，物體在平衡位置附近來回移動。

機械振動是工程中普遍存在的現(xiàn)象，機械設備的零部件和機器有不同程度的振動。機械設備的振動通常會影響設備的工作精度，加快機械的磨損，加快疲勞損壞；而隨著磨損的增加和疲勞損壞的發(fā)生，機械設備的振動將更加強烈，產(chǎn)生惡性循環(huán)，直到設備發(fā)生故障、損壞。此外，振動的理論和方法是成熟和簡單的。因此在機械設備的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)中，振動檢測技術(shù)是一種普遍被使用的常用方法。

4 振動信號的采集及處理

4.1 振動信號的采集

近年來，各種便攜式數(shù)據(jù)采集技術(shù)已廣泛應用于振動信號的采集領域，作為磁帶錄像機的替代品，它們特別適合于測量點分散，檢測量大，無需連續(xù)在線監(jiān)測場合。這些產(chǎn)品體積小、功能強大、可靠性高，一般都帶有與計算機聯(lián)通的傳輸口，可以通過安裝對應的軟件將現(xiàn)場的信號采集、數(shù)據(jù)處理分析與管理結(jié)合在一起，構(gòu)成完整的監(jiān)測系統(tǒng)。然而，由于數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)處理和編程能力是有限的。

4.2 振動信號的處理

目前，振動信號的處理方法有多種，振動信號是用來確定振動發(fā)生時間和振幅的，根據(jù)信號時間的變化來判斷GIS狀態(tài)，信號處理單元主要是信號的濾波和放大，根據(jù)濾波器的測量頻率范圍，濾波器用1-4khz低通濾波器，放大器可以160倍。

5 結(jié)論

本文研究介紹了GIS異響振動信號產(chǎn)生的機理、對不同異響類型的GIS外殼振動信號特性進行闡述、對GIS異響振動帶電檢測系統(tǒng)進行了研究和敘述。針對GIS由于機械原因?qū)е碌某掷m(xù)振動，提出采用加速度傳感器可進行有效檢測，并針對GIS振動的來源及檢測方法的實現(xiàn)進行了大量研究；針對機械故障檢測，研究了GIS殼體振動信號的特點和GIS振動信號的信號特征，再配合放電性檢測對其機械性故障進行檢測，使兩項檢測結(jié)果互相補充，加強對GIS機械性故障的檢測，保證GIS安全運行。

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