GIS机械振动触头接触性的研究

李东阳+高阳+吴伟晴+于杰承

摘 要：本文主要应用通过实验来获取无故障发生时和有机械故障发生时的振动图谱的方法建立故障诊断的知识库，而通过实验建立GIS机械故障振动图谱的数据库也是本文研究的难点。

关键词：GIS机械故障；知识库；故障诊断

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.03.026

1 试验设备及接线

在实验室的一台252kV带有隔离开关的GIS上进行了实体试验。试验中电流源采用FCG-3000/5数字式大电流发生器，该发生器采用数控技术，抗干扰能力强，采用低功耗、大容量的自耦线圈和高导磁率铁芯制作的变流器，其基本原理与电流互感器相似，仅仅是将电流互感器的线圈反过来用。该发生器最高输出电流可达3000A。本次试验需加压到1000A左右。试验电压可调，面板自带数显电流表。

对不同隔离开关触头状态下进行大电流试验，252kV GIS的两个套管分别为电流的进线与出线，由于通过电流过大（几百至上千安培），故导线的同流能力值得注意。本实验采用FCG-3000/5数字式大电流发生器自带的软粗导线与电缆串联的方法将大电流发生器的电流引至套管进线端。本实验测试GIS的一相振动情况。考虑到电缆的同流能力，采用电缆的三相并联的方式连接。由于软粗导线与电缆之间难以链接，且有通流能力方面的考虑，用铜质宽连接线进行二者之间的相互连接。为了得到最大的通流能力，电缆每一相与两条铜质宽连接线连接，再将电缆的三相连在一起，等同于一根导体，进而进行电流的导通。电缆每一相与两条铜质宽连接线进行连接，电缆共三相，故有六条铜质宽连接线与FCG-3000/5数字式大电流发生器升流箱的一个出线端进行连接，而FCG-3000/5数字式大电流发生器升流箱共有两个出线端，故总共有12条铜质宽连接线与FCG- 3000/5数字式大电流发生器升流箱进行连接。

2 试验结果分析

对隔离开关不同触头状态下进行大电流试验，并进行振动测试。试验中从0开始进行电流的增加，步长为50A，最大电流施加到1000A。记录不同电流下的振动信号。

（1）状态1。此时隔离开关触头为中度接触状态，不同电流下的检测结果如图1所示。

可以看出，此时随着外加电流的增加，已经出现了明显的振动信号，信号以100Hz为主，同时伴随有幅值较低的高频分量。从时域波形上也可看出，当电流为1000A时，时域波形呈现三角波形式，幅值明顯。不同电流下的振动检测信号最大值如图2所示。

可以看出，随着外加电流幅值的增加，振动幅值最大值呈现线性增加趋势，对其进行线性拟合。

此时拟合公式为：

（2）状态2。状态2为动静触头微微接触状态，此时可以流过电流。不同电流幅值时状态2下的振动信号不同。此时随着外加电压的增加，振动信号幅值越来越大，且高频分量较为明显，特别是3倍频分量，除了基频的100Hz分量，在300Hz，600Hz出现了较为明显的信号。这也是此类故障的一个较为明显的特征。不同电流下状态2的振动信号分布可以看出，在此种状态下，当电流增加到一定程度时，振动信号会突然增加，当电流超过500A时，振动信号幅值增加迅速。当施加电流小于500A时，两者振动幅值最大值的增加趋势和幅值都很类似，但一旦外加电流超过500A，状态2的振动幅值增加迅速，会远远大于状态1，这也说明了对于触头接触越不良好，在大电流下越能表现的明显。

根据实验室试验可以看出，对于单相GIS，当触头接触良好时，不存在振动信号，这也和之前的分析是一致的，但一旦存在触头接触故障，由于电流线的收缩，会产生电动力，进而产生振动信号，特别是当流过触头的电流较大时，会导致振动信号迅速增加。触头接触不良时，振动信号存在以100Hz为基频的信号，且触头接触不良故障更严重时，会产生3倍频分量，即会产生300Hz，600Hz分量，这也是此类故障的较为典型的特征。

3 总结

本文主要应用通过实验来获取无故障发生时和有机械故障发生时的振动图谱的方法建立故障诊断的知识库，对GIS机械故障振动检测的研究来判断GIS故障类型的研究很有限，因此本文通过隔离开关和断路器动触头上的软连接夹片松动，以及接地螺丝和断路器锁栓状态不正常进行了实验，获得了相应的机械故障振动信号。

参考文献：

[1]柳菲，王国亮，孙璐.GIS异响的振动信号特性[J].电子技术与软件工程，2015（12）：137.

[2]杨哲，张倩然，高阳，陈彪.GIS机械故障振动检测研究综述[J]. 山东工业技术，2015（17）：261-263.

[3]黄金剑，杨宝琨.基于振动信号的GIS机械状态检测系统及其应用[J].广西电力，2015（05）：55-59.

[4]杨哲，邢敬，高阳，陈彪.GIS设备异响振动信号特性及检测系统研究[J].山东工业技术，2015（21）：216-218.

[5]孙庆生，曹涛，周章斌，侯焰.基于EMD算法的GIS机械振动信号分析[J].电气应用，2016（20）：79-84.

[6]李丹.超高压GIS抗震抗风特性及其机械性能研究[D].沈阳工业大学，2015.

[7]周秀，李秀广，田禄，何宁辉，梁亚波，顾雨嘉.两起GIS带电设备异常现象的研讨[J].宁夏电力，2015（06）：46-49.

[8]凌卫家，张浩，管敏渊. 互感器振动对GIS超声波局部放电检测的影响[J]. 电工电能新技术，2016（05）：74-80.

[9]李璇，柳菲，王国亮，柳阳一.GIS异响的振动信号检测方法研究[J].电子技术与软件工程，2016（13）：137.