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，這是電力技術飛速發(fā)展的重要原因。國內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內自由導電粒子在電場中運動而引起的振動和固定雜質所引起的局部放電而導致的振動等，也主要研究了內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)測和故障診斷技術中，振動檢測技術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)處理分析與管理結合在一起，構成完整的監(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 結論

本文研究介紹了GIS異響振動信號產生的機理、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由于機械原因導致的持續(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，使兩項檢測結果互相補充，加強對GIS機械性故障的檢測，保證GIS安全運行。

參考文獻：

[1]柳菲，王國亮，孫璐.GIS異響的振動信號特性[J].電子技術與軟件工程，2015（12）：137.

[2]楊哲，張倩然，高陽，陳彪.GIS機械故障振動檢測研究綜述[J]. 山東工業(yè)技術，2015（17）：261-263.

[3]楊哲，邢敬，高陽，陳彪.GIS設備異響振動信號特性及檢測系統(tǒng)研究[J].山東工業(yè)技術，2015（21）：216-218.

[4]李璇，柳菲，王國亮，柳陽一.GIS異響的振動信號檢測方法研究[J].電子技術與軟件工程，2016（13）：137.

[5]謝順添.GIS超高頻局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)研究及應用[D].華南理工大學，2015.