GIS异响声机械振动信号特性的研究

王琳媛+白迪

摘 要：由于电网电压水平的不断提高，电力设备所用的电网由于其自身的优点，实现了体积小、运行可靠、维修方便、以及GIS（气体绝缘开关柜）等优点，且有很高的运行可靠性，所以在实际的使用中非常普遍。为了保证GIS安全稳定运行，使它的检测周期尽量延长，深入研究并预测出其内部潜在故障的方法就显得尤为必要。在GIS的实际运行中，除了放电现象，导致异响的机械性故障是导致事故发生的另一大主要原因。为了保证GIS的安全稳定运行，本课题对GIS壳体振动信号及其信号特征进行了深入的研究和分析，以提高GIS的机械特性故障诊断能力。

关键词：GIS；机械故障；异响

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

1 引言

随着我国经济的快速发展，对电能的需求空前膨胀，电网的电压等级不断升高，气体绝缘金属封闭开关（GIS）以其较高的工作可靠性而得到越来越广泛的应用。由于GIS设备安全可靠、占地面积小、占地面积小、检测周期长、维护方便、环境适应性强等优点，在我国特高压工程的发展中得到了广泛的应用，近年来，随著GIS电压等级的不断提高，其体积越来越大，在特高压电网中得到了越来越广泛的应用。为了保证气体绝缘组合电器安全稳定运行，尽量延长检修周期，研究预测内部潜在的故障的方法是非常有用的。除去放电性故障以外，一些机械性的振动故障也是GIS在现场运行工作中引起事故发生的主要原因之一。在GIS进行机械运动时，因为内部的一些缺陷引发在其在正常振动情况之外发生异常的振动信号时，则将对GIS设备造成巨大危害，并且其采用全封闭结构，一旦发生故障，难以进行准确排除。现阶段GIS设备运行时间仍然十分有限，运行人员和维修人员的操作经验不多， GIS各种机械噪声逐渐显现。因此，为了保证GIS的安全稳定运行，有必要对GIS的机械故障进行改进。

2 GIS常见机械故障分类

（1）电磁力、电动力、磁致伸缩引起的振动。由电磁力引起的振动，当铁磁共振时，3倍的磁密度的增加将导致励磁电流电压互感器的正常值过大，正常电流可能达到数百甚至数千倍，由于过度励磁，PT会引起不正常的嗡嗡声，从而引起GIS外壳的剧烈振动。电动力引起的振动：当电流通过母线时，在电动力的激励下导致结构振动并产生噪音，由于管状母线套管的放大效应，便产生异常响声及振动。

（2）开关操作引起的振动。高压断路器是一种瞬时机械式的断路器，它的启闭过程，实际上是供电的运行机制，在很短的时间内，经过一系列机械部件的起动、制动、冲击运动，快速进行能量传递的过程。在这个过程中，各种机械零件的运动、撞击和磨擦会产生振动，整个过程具有高强度冲击和高速运转的特点。

（3）使其振动的原因是GIS的触头碰到温度过高引发接触不良。触头是指断路器和隔离开关触头，产生温度过高的现象是触头的接触不良。长期过热可能会造成恶性循环，最后，接触梅花接触没有弹性，接触电阻增加。由于严重的热，使接触金属熔化，从而形成尖端放电，使成GIS导体对壳体电弧短路。

（4）断路器机械故障引起的振动。当把断路器的控制开关调置到“合闸”时，此时断路器的指示灯为红灯亮绿灯灭、红灯在亮过后又灭了，绿灯一直闪动，断路器关闭电流表呈现了摆动现象。这种情况表明，断路器合闸控制开关闭合，但由于断路器机械故障，使断路器的检修机制难以使断路器处于合闸位置，关闭支架的梯度大或不正常复位，且操作机构的尺寸不能达到准确的位置，开关电源的电压超过一般电压等级。

3 GIS振动信号的特征研究

通常用来描述振动响应的三个参数是位移、速度和加速度。

振动位移是质量运动的总距离，也就是说，当质量振动时，位移是质量块，运动距离很远。位移的单位是用?m 来表示。因此可以根据振动位移的时间波形计算振动的速度和加速度值。它既可以是静态位移，也可以是动态位移。一般我们测试的都是动态位移量。有角位移和线位移等。

振动速度是指振动过程中质量运动的量度。当质量块移动到波形的上限和下限时，其速度为0，因为质量块必须在两点之前停止，才能改变运动方向。当质量加速到最大值时，该点也是质量块在平衡位置处的振动速度的最大值。之后，它开始减速。振动速度单位以毫米/秒表示。

振动速度的加速度是指被振动速度的变化率，它的单位可以用有多少个m/s2或 g来表示。。

振动位移可以更清晰地反映振动强度，因为单位时间内的低频振动振动较少，时间长，数值速度和加速度相对较小；频率高，表明振动次数多，过程短，速度特别是加速度值变化大，所以振动强度与振动加速度成正比。也就是说，振动位移反映了振动间隔的大小，并且振动速度反映了振动能量的大小。 振动加速度反映了振动冲击力的大小。GIS在运行过程中如接触不良等机械故障，主要是振动和冲击力过大，因此对于加速度测量需要用振动加速度传感器。

4 总结

GIS设备在电网中的应用越来越广泛，虽然GIS具有占地面积小、安全可靠等优点，但由于其全封闭结构，一旦发生故障，难以准确排除，因此如果发生设备故障，将会带来严重的经济损失。通过研究GIS外壳信号的振动特性，研究了该系统在机械和放电故障诊断中的应用，可有效地指导gis变电站电气设备的在线检测，能够及时发现设备的潜伏性故障，增强GIS设备运行的安全性、稳定性和可靠性。

GIS机械故障检测系统技术研究可为现场使用超声波进行放电性故障检测提供了重要的指导意义，并且为今后典型缺陷谱图为现场检测结果的分析提供了重要参考。

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