GIS異響聲機(jī)械振動(dòng)信號(hào)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(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了體積小、運(yùn)行可靠、維修方便、以及GIS（氣體絕緣開關(guān)柜）等優(yōu)點(diǎn)，且有很高的運(yùn)行可靠性，所以在實(shí)際的使用中非常普遍。為了保證GIS安全穩(wěn)定運(yùn)行，使它的檢測(cè)周期盡量延長(zhǎng)，深入研究并預(yù)測(cè)出其內(nèi)部潛在故障的方法就顯得尤為必要。在GIS的實(shí)際運(yùn)行中，除了放電現(xiàn)象，導(dǎo)致異響的機(jī)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(yùn)行，本課題對(duì)GIS殼體振動(dòng)信號(hào)及其信號(hào)特征進(jìn)行了深入的研究和分析，以提高GIS的機(jī)械特性故障診斷能力。

關(guān)鍵詞：GIS；機(jī)械故障；異響

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

1 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)電能的需求空前膨脹，電網(wǎng)的電壓等級(jí)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(cè)周期長(zhǎng)、維護(hù)方便、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)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(jí)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(yùn)行，盡量延長(zhǎng)檢修周期，研究預(yù)測(cè)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(jī)械性的振動(dòng)故障也是GIS在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行工作中引起事故發(fā)生的主要原因之一。在GIS進(jìn)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部的一些缺陷引發(fā)在其在正常振動(dòng)情況之外發(fā)生異常的振動(dòng)信號(hào)時(shí)，則將對(duì)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?，F(xiàn)階段GIS設(shè)備運(yùn)行時(shí)間仍然十分有限，運(yùn)行人員和維修人員的操作經(jīng)驗(yàn)不多， GIS各種機(jī)械噪聲逐漸顯現(xiàn)。因此，為了保證GIS的安全穩(wěn)定運(yùn)行，有必要對(duì)GIS的機(jī)械故障進(jìn)行改進(jìn)。

2 GIS常見機(jī)械故障分類

（1）電磁力、電動(dòng)力、磁致伸縮引起的振動(dòng)。由電磁力引起的振動(dòng)，當(dāng)鐵磁共振時(shí)，3倍的磁密度的增加將導(dǎo)致勵(lì)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(lì)磁，PT會(huì)引起不正常的嗡嗡聲，從而引起GIS外殼的劇烈振動(dòng)。電動(dòng)力引起的振動(dòng)：當(dāng)電流通過母線時(shí)，在電動(dòng)力的激勵(lì)下導(dǎo)致結(jié)構(gòu)振動(dòng)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(dòng)。

（2）開關(guān)操作引起的振動(dòng)。高壓斷路器是一種瞬時(shí)機(jī)械式的斷路器，它的啟閉過程，實(shí)際上是供電的運(yùn)行機(jī)制，在很短的時(shí)間內(nèi)，經(jīng)過一系列機(jī)械部件的起動(dòng)、制動(dòng)、沖擊運(yùn)動(dòng)，快速進(jìn)行能量傳遞的過程。在這個(gè)過程中，各種機(jī)械零件的運(yùn)動(dòng)、撞擊和磨擦?xí)a(chǎn)生振動(dòng)，整個(gè)過程具有高強(qiáng)度沖擊和高速運(yùn)轉(zhuǎn)的特點(diǎn)。

（3）使其振動(dòng)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(zhǎng)期過熱可能會(huì)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(duì)殼體電弧短路。

（4）斷路器機(jī)械故障引起的振動(dòng)。當(dāng)把斷路器的控制開關(guān)調(diào)置到“合閘”時(shí)，此時(shí)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(dòng)，斷路器關(guān)閉電流表呈現(xiàn)了擺動(dòng)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(jī)械故障，使斷路器的檢修機(jī)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(jī)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(jí)。

3 GIS振動(dòng)信號(hào)的特征研究

通常用來描述振動(dòng)響應(yīng)的三個(gè)參數(shù)是位移、速度和加速度。

振動(dòng)位移是質(zhì)量運(yùn)動(dòng)的總距離，也就是說，當(dāng)質(zhì)量振動(dòng)時(shí)，位移是質(zhì)量塊，運(yùn)動(dòng)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(dòng)位移的時(shí)間波形計(jì)算振動(dòng)的速度和加速度值。它既可以是靜態(tài)位移，也可以是動(dòng)態(tài)位移。一般我們測(cè)試的都是動(dòng)態(tài)位移量。有角位移和線位移等。

振動(dòng)速度是指振動(dòng)過程中質(zhì)量運(yùn)動(dòng)的量度。當(dāng)質(zhì)量塊移動(dòng)到波形的上限和下限時(shí)，其速度為0，因?yàn)橘|(zhì)量塊必須在兩點(diǎn)之前停止，才能改變運(yùn)動(dòng)方向。當(dāng)質(zhì)量加速到最大值時(shí)，該點(diǎn)也是質(zhì)量塊在平衡位置處的振動(dòng)速度的最大值。之后，它開始減速。振動(dòng)速度單位以毫米/秒表示。

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

振動(dòng)位移可以更清晰地反映振動(dòng)強(qiáng)度，因?yàn)閱挝粫r(shí)間內(nèi)的低頻振動(dòng)振動(dòng)較少，時(shí)間長(zhǎng)，數(shù)值速度和加速度相對(duì)較??；頻率高，表明振動(dòng)次數(shù)多，過程短，速度特別是加速度值變化大，所以振動(dòng)強(qiáng)度與振動(dòng)加速度成正比。也就是說，振動(dòng)位移反映了振動(dòng)間隔的大小，并且振動(dòng)速度反映了振動(dòng)能量的大小。 振動(dòng)加速度反映了振動(dòng)沖擊力的大小。GIS在運(yùn)行過程中如接觸不良等機(jī)械故障，主要是振動(dòng)和沖擊力過大，因此對(duì)于加速度測(cè)量需要用振動(dòng)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(diǎn)，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(huì)帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。通過研究GIS外殼信號(hào)的振動(dòng)特性，研究了該系統(tǒng)在機(jī)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(cè)，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的潛伏性故障，增強(qiáng)GIS設(shè)備運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性和可靠性。

GIS機(jī)械故障檢測(cè)系統(tǒng)技術(shù)研究可為現(xiàn)場(chǎng)使用超聲波進(jìn)行放電性故障檢測(cè)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(chǎng)檢測(cè)結(jié)果的分析提供了重要參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊哲，張倩然，高陽，陳彪. GIS機(jī)械故障振動(dòng)檢測(cè)研究綜述[J]. 山東工業(yè)技術(shù)，2015（17）：261-263.

[2]李璇，柳菲，王國(guó)亮，柳陽一.GIS異響的振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)方法研究[J].電子技術(shù)與軟件工程，2016（13）：137.

[3]李秀廣，吳旭濤，朱洪波，郭飛，丁培，劉世濤，馬云龍，郝金鵬.基于振動(dòng)信號(hào)的GIS觸頭接觸異常研究分析[J]. 高壓電器，2016（10）：165-169+175.

[4]諶倫作.GIS設(shè)備故障原因分析[J].黑龍江科技信息，2016（29）：167.

[5]錢家驪，沈力，劉衛(wèi)東，趙洪海，徐雄飛，沈飛英.GIS的殼體振動(dòng)現(xiàn)象及其檢測(cè)[J].高壓電器，1990（06）：3-9.endprint