GIS異響聲機械振動信號特性的研究

王琳媛+白迪

摘 要：由于電網電壓水平的不斷提高，電力設備所用的電網由于其自身的優點，實現了體積小、運行可靠、維修方便、以及GIS（氣體絕緣開關柜）等優點，且有很高的運行可靠性，所以在實際的使用中非常普遍。為了保證GIS安全穩定運行，使它的檢測周期盡量延長，深入研究并預測出其內部潛在故障的方法就顯得尤為必要。在GIS的實際運行中，除了放電現象，導致異響的機械性故障是導致事故發生的另一大主要原因。為了保證GIS的安全穩定運行，本課題對GIS殼體振動信號及其信號特征進行了深入的研究和分析，以提高GIS的機械特性故障診斷能力。

關鍵詞：GIS；機械故障；異響

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.21.154

1 引言

隨著我國經濟的快速發展，對電能的需求空前膨脹，電網的電壓等級不斷升高，氣體絕緣金屬封閉開關（GIS）以其較高的工作可靠性而得到越來越廣泛的應用。由于GIS設備安全可靠、占地面積小、占地面積小、檢測周期長、維護方便、環境適應性強等優點，在我國特高壓工程的發展中得到了廣泛的應用，近年來，隨著GIS電壓等級的不斷提高，其體積越來越大，在特高壓電網中得到了越來越廣泛的應用。為了保證氣體絕緣組合電器安全穩定運行，盡量延長檢修周期，研究預測內部潛在的故障的方法是非常有用的。除去放電性故障以外，一些機械性的振動故障也是GIS在現場運行工作中引起事故發生的主要原因之一。在GIS進行機械運動時，因為內部的一些缺陷引發在其在正常振動情況之外發生異常的振動信號時，則將對GIS設備造成巨大危害，并且其采用全封閉結構，一旦發生故障，難以進行準確排除。現階段GIS設備運行時間仍然十分有限，運行人員和維修人員的操作經驗不多， GIS各種機械噪聲逐漸顯現。因此，為了保證GIS的安全穩定運行，有必要對GIS的機械故障進行改進。

2 GIS常見機械故障分類

（1）電磁力、電動力、磁致伸縮引起的振動。由電磁力引起的振動，當鐵磁共振時，3倍的磁密度的增加將導致勵磁電流電壓互感器的正常值過大，正常電流可能達到數百甚至數千倍，由于過度勵磁，PT會引起不正常的嗡嗡聲，從而引起GIS外殼的劇烈振動。電動力引起的振動：當電流通過母線時，在電動力的激勵下導致結構振動并產生噪音，由于管狀母線套管的放大效應，便產生異常響聲及振動。

（2）開關操作引起的振動。高壓斷路器是一種瞬時機械式的斷路器，它的啟閉過程，實際上是供電的運行機制，在很短的時間內，經過一系列機械部件的起動、制動、沖擊運動，快速進行能量傳遞的過程。在這個過程中，各種機械零件的運動、撞擊和磨擦會產生振動，整個過程具有高強度沖擊和高速運轉的特點。

（3）使其振動的原因是GIS的觸頭碰到溫度過高引發接觸不良。觸頭是指斷路器和隔離開關觸頭，產生溫度過高的現象是觸頭的接觸不良。長期過熱可能會造成惡性循環，最后，接觸梅花接觸沒有彈性，接觸電阻增加。由于嚴重的熱，使接觸金屬熔化，從而形成尖端放電，使成GIS導體對殼體電弧短路。

（4）斷路器機械故障引起的振動。當把斷路器的控制開關調置到“合閘”時，此時斷路器的指示燈為紅燈亮綠燈滅、紅燈在亮過后又滅了，綠燈一直閃動，斷路器關閉電流表呈現了擺動現象。這種情況表明，斷路器合閘控制開關閉合，但由于斷路器機械故障，使斷路器的檢修機制難以使斷路器處于合閘位置，關閉支架的梯度大或不正常復位，且操作機構的尺寸不能達到準確的位置，開關電源的電壓超過一般電壓等級。

3 GIS振動信號的特征研究

通常用來描述振動響應的三個參數是位移、速度和加速度。

振動位移是質量運動的總距離，也就是說，當質量振動時，位移是質量塊，運動距離很遠。位移的單位是用?m 來表示。因此可以根據振動位移的時間波形計算振動的速度和加速度值。它既可以是靜態位移，也可以是動態位移。一般我們測試的都是動態位移量。有角位移和線位移等。

振動速度是指振動過程中質量運動的量度。當質量塊移動到波形的上限和下限時，其速度為0，因為質量塊必須在兩點之前停止，才能改變運動方向。當質量加速到最大值時，該點也是質量塊在平衡位置處的振動速度的最大值。之后，它開始減速。振動速度單位以毫米/秒表示。

振動速度的加速度是指被振動速度的變化率，它的單位可以用有多少個m/s2或 g來表示。。

振動位移可以更清晰地反映振動強度，因為單位時間內的低頻振動振動較少，時間長，數值速度和加速度相對較小；頻率高，表明振動次數多，過程短，速度特別是加速度值變化大，所以振動強度與振動加速度成正比。也就是說，振動位移反映了振動間隔的大小，并且振動速度反映了振動能量的大小。 振動加速度反映了振動沖擊力的大小。GIS在運行過程中如接觸不良等機械故障，主要是振動和沖擊力過大，因此對于加速度測量需要用振動加速度傳感器。

4 總結

GIS設備在電網中的應用越來越廣泛，雖然GIS具有占地面積小、安全可靠等優點，但由于其全封閉結構，一旦發生故障，難以準確排除，因此如果發生設備故障，將會帶來嚴重的經濟損失。通過研究GIS外殼信號的振動特性，研究了該系統在機械和放電故障診斷中的應用，可有效地指導gis變電站電氣設備的在線檢測，能夠及時發現設備的潛伏性故障，增強GIS設備運行的安全性、穩定性和可靠性。

GIS機械故障檢測系統技術研究可為現場使用超聲波進行放電性故障檢測提供了重要的指導意義，并且為今后典型缺陷譜圖為現場檢測結果的分析提供了重要參考。

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