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(wǎng)電壓水平的不斷提高，電力設(shè)備所用的電網(wǎng)由于其自身的優(yōu)點，實現(xiàn)了體積小、運行可靠、維修方便、以及GIS（氣體絕緣開關(guān)柜）等優(yōu)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(wěn)定運行，使它的檢測周期盡量延長，深入研究并預(yù)測出其內(nèi)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(xiàn)象，導(dǎo)致異響的機械性故障是導(dǎo)致事故發(fā)生的另一大主要原因。為了保證GIS的安全穩(wěn)定運行，本課題對GIS殼體振動信號及其信號特征進(jìn)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(guān)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(jīng)濟的快速發(fā)展，對電能的需求空前膨脹，電網(wǎng)的電壓等級不斷升高，氣體絕緣金屬封閉開關(guān)（GIS）以其較高的工作可靠性而得到越來越廣泛的應(yīng)用。由于GIS設(shè)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(huán)境適應(yīng)性強等優(yōu)點，在我國特高壓工程的發(fā)展中得到了廣泛的應(yīng)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(wǎng)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。為了保證氣體絕緣組合電器安全穩(wěn)定運行，盡量延長檢修周期，研究預(yù)測內(nèi)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(xiàn)場運行工作中引起事故發(fā)生的主要原因之一。在GIS進(jìn)行機械運動時，因為內(nèi)部的一些缺陷引發(fā)在其在正常振動情況之外發(fā)生異常的振動信號時，則將對GIS設(shè)備造成巨大危害，并且其采用全封閉結(jié)構(gòu)，一旦發(fā)生故障，難以進(jìn)行準(zhǔn)確排除。現(xiàn)階段GIS設(shè)備運行時間仍然十分有限，運行人員和維修人員的操作經(jīng)驗不多， GIS各種機械噪聲逐漸顯現(xiàn)。因此，為了保證GIS的安全穩(wěn)定運行，有必要對GIS的機械故障進(jìn)行改進(jìn)。

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(dāng)鐵磁共振時，3倍的磁密度的增加將導(dǎo)致勵磁電流電壓互感器的正常值過大，正常電流可能達(dá)到數(shù)百甚至數(shù)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(dāng)電流通過母線時，在電動力的激勵下導(dǎo)致結(jié)構(gòu)振動并產(chǎn)生噪音，由于管狀母線套管的放大效應(yīng)，便產(chǎn)生異常響聲及振動。

（2）開關(guān)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(nèi)，經(jīng)過一系列機械部件的起動、制動、沖擊運動，快速進(jìn)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?xí)a(chǎn)生振動，整個過程具有高強度沖擊和高速運轉(zhuǎn)的特點。

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

（4）斷路器機械故障引起的振動。當(dāng)把斷路器的控制開關(guān)調(diào)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(guān)閉電流表呈現(xiàn)了擺動現(xiàn)象。這種情況表明，斷路器合閘控制開關(guān)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(guān)閉支架的梯度大或不正常復(fù)位，且操作機構(gòu)的尺寸不能達(dá)到準(zhǔn)確的位置，開關(guān)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(yīng)的三個參數(shù)是位移、速度和加速度。

振動位移是質(zhì)量運動的總距離，也就是說，當(dāng)質(zhì)量振動時，位移是質(zhì)量塊，運動距離很遠(yuǎn)。位移的單位是用?m 來表示。因此可以根據(jù)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(tài)位移，也可以是動態(tài)位移。一般我們測試的都是動態(tài)位移量。有角位移和線位移等。

振動速度是指振動過程中質(zhì)量運動的量度。當(dāng)質(zhì)量塊移動到波形的上限和下限時，其速度為0，因為質(zhì)量塊必須在兩點之前停止，才能改變運動方向。當(dāng)質(zhì)量加速到最大值時，該點也是質(zhì)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(nèi)的低頻振動振動較少，時間長，數(shù)值速度和加速度相對較小；頻率高，表明振動次數(shù)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(jié)

GIS設(shè)備在電網(wǎng)中的應(yīng)用越來越廣泛，雖然GIS具有占地面積小、安全可靠等優(yōu)點，但由于其全封閉結(jié)構(gòu)，一旦發(fā)生故障，難以準(zhǔn)確排除，因此如果發(fā)生設(shè)備故障，將會帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟損失。通過研究GIS外殼信號的振動特性，研究了該系統(tǒng)在機械和放電故障診斷中的應(yīng)用，可有效地指導(dǎo)gis變電站電氣設(shè)備的在線檢測，能夠及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備的潛伏性故障，增強GIS設(shè)備運行的安全性、穩(wěn)定性和可靠性。

GIS機械故障檢測系統(tǒng)技術(shù)研究可為現(xiàn)場使用超聲波進(jìn)行放電性故障檢測提供了重要的指導(dǎo)意義，并且為今后典型缺陷譜圖為現(xiàn)場檢測結(jié)果的分析提供了重要參考。

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