(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 111912610 A(43)申请公布日 2020.11.10
(21)申请号 202010638435.4(22)申请日 2020.07.06
(71)申请人 国网江苏省电力有限公司检修分公
司
地址 211102 江苏省南京市江宁开发区苏
源大道58号-5(72)发明人 张正东 卞超 李军浩 赵科
刘媛 甘强 肖焓艳 李玉杰 关为民 陈昊 张兆君 (74)专利代理机构 宿迁市永泰睿博知识产权代
理事务所(普通合伙) 32264
代理人 陈臣(51)Int.Cl.
G01M 13/00(2019.01)G01H 17/00(2006.01)
权利要求书2页 说明书4页 附图1页
(54)发明名称
一种GIS机械故障振动特性试验系统及方法(57)摘要
本发明公开了一种GIS机械故障振动特性试验系统及方法，该系统包括试验腔体、腔体母线、第一振动传感器和第二振动传感器，腔体母线连接在试验腔体内，腔体母线的一端回路分叉形成第一分支母线和第二分支母线；第一分支母线和第二分支母线均包括导杆和触头座，第一分支母线上的导杆和触头座根部设有间隙，模拟导体接触不良缺陷；第二分支母线上的导杆和触头座连接良好。第一振动传感器用于测试第一分支母线中的导杆产生的振动，第二振动传感器用于测试第二分支母线中的导杆产生的振动。本系统通过振动传感器检测两路分支母线产生的振动，能够有效的获取接触不良处产生的实际振动信号。
CN 111912610 ACN 111912610 A
权 利 要 求 书
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1.一种GIS机械故障振动特性试验系统，其特征在于，包括试验腔体(1)、腔体母线(4)、第一振动传感器(8)和第二振动传感器(9)，所述腔体母线(4)连接在所述试验腔体(1)内，所述腔体母线(4)的一端回路分叉形成第一分支母线(2)和第二分支母线(3)；
所述第一分支母线(2)和第二分支母线(3)均包括导杆和触头座，所述第一分支母线(2)上的导杆和触头座之间设有间隙；所述第二分支母线(3)上的导杆和触头座无间隙连接；
所述第一振动传感器(8)用于测试所述第一分支母线(2)中的导杆产生的振动，所述第二振动传感器(9)用于测试所述第二分支母线(3)中的导杆产生的振动。
2.根据权利要求1所述的GIS机械故障振动特性试验系统，其特征在于，所述试验腔体(1)内包含第一腔体和第二腔体，所述第一腔体位于所述第二腔体的上方；
所述第一腔体和附着在其上的第一振动传感器(8)构成第一测试通道，所述第一分支母线(2)位于所述第一腔体内；所述第二腔体和附着在其上的第二振动传感器(9)构成第二测试通道，所述第二分支母线(3)位于所述第二腔体内。
3.根据权利要求2所述的GIS机械故障振动特性试验系统，其特征在于，还包括升流器(5)，所述升流器(5)连接在所述腔体母线(4)外的腔体外壳上，所述升流器(5)用于对所述腔体母线(4)产生电流。
4.根据权利要求3所述的GIS机械故障振动特性试验系统，其特征在于，还包括盆式绝缘子(6)，所述盆式绝缘子(6)通过绝缘螺栓(7)连接在所述腔体母线(4)外的腔体外壳上，所述盆式绝缘子(6)用于在腔体外壳上形成金属断路，使所述升流器(5)只在腔体内部的导杆上感应产生交流电流。
5.根据权利要求1所述的GIS机械故障振动特性试验系统，其特征在于，所述第一分支母线(2)和第二分支母线(3)具有相同的结构参数。
6.根据权利要求1所述的GIS机械故障振动特性试验系统，其特征在于，所述第一分支母线(2)上的导杆的电流频率及幅值和所述第二分支母线(3)上的导杆的电流频率及幅值相同，频率均为10～300Hz、幅值均为0.1～3kA。
7.根据权利要求1所述的GIS机械故障振动特性试验系统，其特征在于，所述第一分支母线(2)上的导杆和触头座根部之间的间隙的长度为0.5-2mm。
8.一种如权利要求1-7任一项所述GIS机械故障振动特性试验系统的试验方法，其特征在于，包括如下步骤：
获取第一分支母线(2)上产生的机械振动信号f1(t)；获取第二分支母线(3)上产生的机械振动信号f2(t)；
根据所述第一分支母线(2)上的机械振动信号和第二分支母线(3)上的机械振动信号获取异常振动信号f3(t)＝f1(t)-f2(t)。
9.根据权利要求8所述的GIS机械故障振动特性试验系统的试验方法，其特征在于，还包括对获取的异常振动信号f3(t)进行小波时频分析，获取异常振动信号的时频分析图。
10.根据权利要求9所述的GIS机械故障振动特性试验系统的试验方法，其特征在于，所述小波时频分析的公式为：
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其中，a为伸缩因子、b为平移因子，ψ(t)为小波基函数。
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说 明 书
一种GIS机械故障振动特性试验系统及方法
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技术领域
[0001]本发明涉及电气设备检测技术领域，具体涉及一种GIS机械故障振动特性试验系统及方法。
背景技术
[0002]气体绝缘组合电器(GIS)在电网的应用越来越广泛，GIS设备不仅仅是复杂的电气设备，也是复杂的机械设备，由于其体积庞大，因此往往采用现场组装的形式进行安装。GIS在运行过程中由于安装错误等原因会导致其内部导电体出现接触不良缺陷，其在电流的作用下会导致机械振动，长期的机械振动会导致漏气、气压降低等故障，进而影响到绝缘特性，导致击穿或闪络。
[0003]在GIS设备振动特性研究中，目前的困难是难以区分信号的来源是缺陷部分还是正常运行所产生的振动信号，原因在于即使机械连接完好，由于电动力的作用也会导致正常振动信号的产生，所以接触不良产生的异常振动信号和正常振动信号的区分是目前的研究难点。
发明内容
[0004]本发明的目的在于提供一种GIS机械故障振动特性试验系统及方法，本系统及方法可准确检测到GIS导体接触不良处所产生的振动信号，分析由于导体接触不良所产生振动信号的时频特征，为后续现场检测结果的区分是否存在导体接触不良故障提供支撑。[0005]为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：[0006]一种GIS机械故障振动特性试验系统，包括试验腔体、腔体母线、第一振动传感器和第二振动传感器，所述腔体母线连接在所述试验腔体内，所述腔体母线的一端回路分叉形成第一分支母线和第二分支母线；
[0007]所述第一分支母线和第二分支母线均包括导杆和触头座，所述第一分支母线上的导杆和触头座之间设有间隙；所述第二分支母线上的导杆和触头座无间隙连接；[0008]所述第一振动传感器用于测试所述第一分支母线中的导杆产生的振动，所述第二振动传感器用于测试所述第二分支母线中的导杆产生的振动。[0009]进一步地，所述试验腔体内包含第一腔体和第二腔体，所述第一腔体位于所述第二腔体的上方；
[0010]所述第一腔体和附着在其上的第一振动传感器构成第一测试通道，所述第一分支母线位于所述第一腔体内；所述第二腔体和附着在其上的第二振动传感器构成第二测试通道，所述第二分支母线位于所述第二腔体内。[0011]进一步地，还包括升流器，所述升流器连接在所述腔体母线外的腔体外壳上，所述升流器用于对所述腔体母线产生电流。[0012]进一步地，还包括盆式绝缘子，所述盆式绝缘子通过绝缘螺栓连接在所述腔体母线外的腔体外壳上，所述盆式绝缘子用于在腔体外壳上形成金属断路，使所述升流器只在
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腔体内部的导杆上感应产生交流电流。[0013]进一步地，所述第一分支母线和第二分支母线具有相同的结构参数。[0014]进一步地，所述第一分支母线上的导杆的电流频率及幅值和所述第二分支母线上的导杆的电流频率及幅值相同，频率均为10～300Hz、幅值均为0.1～3kA。[0015]进一步地，所述第一分支母线上的导杆和触头座根部之间的间隙的长度为0.5-2mm。
[0016]本发明还公开了一种GIS机械故障振动特性试验系统的试验方法，包括如下步骤：[0017]获取第一分支母线上产生的机械振动信号f1(t)；[0018]获取第二分支母线上产生的机械振动信号f2(t)；
[0019]根据所述第一分支母线上的机械振动信号和第二分支母线上的机械振动信号获取异常振动信号f3(t)＝f1(t)-f2(t)。[0020]进一步地，还包括对获取的异常振动信号f3(t)进行小波时频分析，获取异常振动信号的时频分析图。[0021]进一步地，所述小波时频分析的公式为：
[0022]
其中，a为伸缩因子、b为平移因子，ψ(t)为小波基函数。[0024]根据上述技术方案，本发明的实施例至少具有以下效果：[0025]1、本系统将试验腔体内的腔体母线分支为两路分支母线，一路分支母线设计连接间隙，模拟导体接触不良缺陷；另一路分支母线连接良好，通过振动传感器检测两路分支母线产生的振动从而计算出间隙处的实际振动，能够有效的获取接触不良处产生的实际振动；
[0026]2、本发明通过在腔体母线外的腔体外壳上连接盆式绝缘子，盆式绝缘子用于在腔体外壳上形成金属断路，使腔体外壳不形成闭合的回路，从而保证了腔体外壳上不会产生电流；
[0027]3、本试验方法通过获取接触不良处产生的振动和接触良好处的振动，将两结果差分处理，能够有效获取接触不良处的实际振动；[0028]4、本发明经过小波时频变换后得到的是信号的时频分析图，其不仅可描述存在的频率分量，还可同时展示个频率分量出现的时间；[0029]5、本发明通过对GIS导体接触不良产生的异常振动信号进行精确获取，并分析该异常振动信号的时频特征，为后续现场检测区分GIS导体接触不良故障提供支撑。附图说明
[0030]图1为本发明具体实施方式的应用示意图；
[0031]图2为本发明具体实施方式经过差分处理前后的小波时频图。[0032]其中：1、试验腔体；2、第一分支母线；3、第二分支母线；4、腔体母线；5、升流器；6、盆式绝缘子；7、绝缘螺栓；8、第一振动传感器；9、第二振动传感器。
[0023]
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具体实施方式
[0033]为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。[0034]需要说明的是，在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图中所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明描述中使用的术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”指的是附图中的方向，术语“内”、“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。[0035]实施例1
[0036]如图1所示，本发明提供了一种GIS机械故障振动特性试验系统，所述系统包括GIS试验腔体1，第一分支母线2，第二分支母线3，腔体母线4，升流器5，盆式绝缘子6，绝缘螺栓7，振动传感器8，振动传感器9。[0037]如图1所示，本发明试验腔体1具体包括从上至下的第一腔体、第二腔体和第三腔体，三个腔体之间和试验腔体外均是腔体外壳。腔体母线4设置在试验腔体1的第三腔体内，且腔体母线4的上端产生分支，形成两路分支母线，位于上方的记为第一分支母线2，位于下方的记为第二分支母线3。第一分支母线2和第二分支母线3有完全相同的结构和尺寸。第一分支母线2和第二分支母线3上均设有导杆和触头座。第一分支母线2上的导杆和触头座之间留有1mm的连接间隙，第二分支母线3上的导杆和触头座之间不设连接间隙。[0038]第一腔体和附着在其上第一振动传感器8构成第一测试通道，第一分支母线2位于第一腔体内；第二腔体和附着在其上的第二振动传感器9构成第二测试通道，第二分支母线3位于所述第二腔体内。[0039]第一振动传感器8和第二振动传感器9设置在两个分支母线相同的位置进行振动信号的检测，保证测量结果的精准。其中，第一振动传感器8用于测试第一分支母线2中的导杆产生的振动，第二振动传感器9用于测试第二分支母线3中的导杆产生的振动。[0040]在本实施例中，为了对回路中的内部导体施加交流电流，该试验腔体还连接升流器5。升流器5和连接在第三腔体两侧的腔体外壳上。因为升流器5连接在腔体外壳上，为了阻断腔体外壳的回路电流，在第三腔体两侧的腔体外壳上连接有盆式绝缘子6。在盆式绝缘子6法兰处采用绝缘螺栓7进行紧固，绝缘螺栓7的采用使得金属体的腔体在盆式绝缘子6处不连续，从而不会因为升流器5连接在腔体上导致腔体上也产生大电流。升流器5电流采用变频形式，其可在GIS内部导杆上感应产生频率为10～300Hz、幅值为0.1～3kA的交流电流。[0041]本系统将试验腔体内的腔体母线分支为两路分支母线，一路分支母线设计连接间隙，另一路不设计连接间隙，通过振动传感器检测两路分支母线产生的振动从而计算出间隙处的实际振动，能够有效的获取接触不良处产生的实际振动信号特征。[0042]实施例2
[0043]本实施例提供了一种GIS机械故障振动特性试验方法，包括实施例1中的试验系统。
[0044]本方法为将第一振动传感器8和第二振动传感器9测量得到的信号进行差分，获得的信号即为导体接触不良缺陷所产生的振动信号。具体的步骤包括：通过第一振动传感器8获取第一分支母线2的导杆上产生的机械振动信号；通过第二振动传感器9获取第二分支母
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线3的导杆上产生的机械振动信号；对所述第一分支母线2上的机械振动信号和第二分支母线3上的机械振动信号进行差分计算，获取异常振动信号。[0045]在导杆大电流的作用下，两路分支母线上均会产生机械振动信号，对于第一分支母线2，是缺陷产生的异常振动信号和大电流产生的正常振动信号的叠加，信号记为f1(t),而对于第二分支母线3，则是大电流产生的正常振动信号，记为f2(t)。利用振动加速度传感器对两个分支母线上的振动信号进行检测，并对其进行差分，获得差分信号f3(t)＝f1(t)-f2(t)。由于进行差分运算，则可将回路电流引起的正常振动信号消除掉，获得的只是缺陷所产生的异常振动信号，利用此方法提高了检测的信噪比，准确检测到GIS导体接触不良处所产生的振动信号。
[0046]缺陷处由于接触不良的存在，触头座与导杆之间会在电动力的作用下不断碰撞，产生异常振动信号，该信号为非平稳信号。常规的快速傅里叶变换对非平稳信号的分析会产生频谱泄漏情况，难以准确分析信号特征。本发明对差分得到的信号f3(t)进行小波时频分析，小波时频分析如下式：
[0047]
其中a为伸缩因子、b为平移因子，分别设定为5和1。ψ(t)为小波基函数，此处选择适合处理非平稳信号的morlet函数作为小波基。小波时频分析目前已经是常用的时频分析方法，小波基函数morlet也具有规范的表达式，是常用技术，本专利不做具体阐述。[0049]经过小波时频变换后得到的是信号的时频分析图，其不仅可描述存在的频率分量，还可同时展示频率分量出现的时间。图2为归一化的未经过差分直接测量信号的小波时频图及经过差分后信号的小波时频图，可以看出，未经过差分时缺陷所引起的异常振动信号完全被电磁信号所掩盖，在时间尺度上看不出差异；而经过差分后的信号将由缺陷所导致的非平稳振动信号很清晰的展示出来，其随时间频率具有不同的变化。[0050]本方法将第一分支母线2上的导杆与触头座插入深度拉开1mm，则相比未设置缺陷的分支母线2，此处会形成局部机械缺陷。在导杆大电流的作用下，两路分支母线上均会产生机械振动信号，对于第一分支母线2，是缺陷产生的异常振动信号和电流产生的正常振动信号的叠加，而对于第二分支母线3，则是电流产生的正常振动信号。利用振动传感器对两个分支母线上的振动信号进行检测，并对其进行差分，由于进行差分运算，则可将电流引起的正常振动信号消除掉，获得的只是缺陷所产生的异常振动信号，利用此方法提高了检测的信噪比，准确检测到GIS导体接触不良处所产生的振动信号。[0051]由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
[0048]
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