基于声成像技术的GIS机械故障诊断方法及其应用研究

发布时间：2020-04-20 09:13

【摘要】：气体绝缘金属封闭开关设备(Gas Insulated Switchgear,GIS)是电力系统核心设备之一,它的安全可靠运行是电力系统正常运行的重要保障。据统计,机械故障是GIS发生最多的故障,约占各类别故障的39%。因此,对机械故障进行有效地识别与诊断一直是研究人员关心的研究方向。由于GIS振动噪声信号与其机械状态紧密相关,包含了丰富的本体机械状态以及故障信息,所以广泛地用于设备机械状态诊断中。而GIS的声成像特性更是因为与电力系统之间没有直接的电气联系,可以实现非接触式测量,不易受电磁干扰;包含整体的振动特征,能够避免GIS不同位置的振动不同。因此,研究基于声成像系统的GIS机械故障诊断技术对于提高GIS运维水平以及保障系统安全稳定运行具有十分深远的意义。本文在实验室内搭建了GIS工频电流加载系统,开发了基于声强测量的声成像试验装置。根据GIS组成及结构提出了100Hz及其倍频振动来源,分析了GIS振动的传播路径,并建立了声辐射模型。结合试验模态分析以及有限元仿真分析,得到了GIS母线筒的固有频率、振型、阻尼比等参数,获得了母线筒的固有机械特性。试验研究了在不同电流大小和不同测量位置的GIS声振特性。本文介绍了声学成像技术的三种成像方法,其中波束形成法成像采用远场测量,得到的声像分辨率较差,对于声场细微变化的描述能力较弱,因而较适合于远距离多台设备的监控;近场声全息成像则由于其测量面靠近声源面,能够保留倏逝波成分,使声场重建精度不受波长限制,因而能够描述声源的微弱变化,更适用于近场设备的多故障精细诊断;声强扫描法成像的优点则是随着网格密度加大测量精度可相应提高,声强具有方向特性,可屏蔽其它方向的背景噪声能够在复杂声环境下对被测对象的声音大小和分布做精确测量。利用建立的工频电流加载系统和声成像试验装置,对不同机械缺陷下的GIS声成像特性进行试验研究,得到了地脚螺栓松动、绝缘盆螺栓松动、隔离开关接触不良时的声成像特性。根据不同缺陷下的声成像特性,利用站于灰度共生矩阵的图像处理方法,提取声成像云图中的特征值,总结各特征值的变化规律,提出了以能量、熵、对比度、相关性、逆差距为主要参考量的GIS机械故障诊断方案。研究结果表明,对于母线筒处的故障,可以利用相关性的标准差、对比度的均值和对比度的标准差区别绝缘盆螺栓松动和地脚螺栓松动;对于在隔离开关处的故障,利用对比度的标准差和对比度的均值可以诊断是否出现了GIS设备隔离开关接触不良。
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机械故障,类型

陕西师范大学硕士学位论文逡逑开关和接地开关出现故障的概率逐渐增加，，故障率远大于其他部件。逡逑在运行过程中，一旦ＧＩＳ的机械结构出现了故障，很有可能给电网带来异常逡逑严重的影响和危害，因此，加强对ＧＩＳ设备机械性故障的检测与分析是保证设备逡逑安全的必要手段。逡逑

剖面图,剖面,分体式,外壳

（１）三相分体式Ｇ１Ｓ逡逑为了分析三相分体式Ｇ丨Ｓ外壳在电磁力作川下产生的振动，作出三相分体式逡逑ＧＩＳ沿轴向的剖面图，剖面图如图２－１所示。当交变电流流过Ｇ１Ｓ的导电杆T，逡逑ＧＩＳ的外壳中感应出涡流。由于外壳内侧与外侧受到的力具有相同的性质，仪计逡逑算ＧＩＳ外壳外侧的电磁力Ｆ１和Ｆ４。逡逑个＾逡逑Ｘ邋Ｘ邋Ｘ邋Ｘ邋Ｘ邋Ｘ＾Ｘ－＾Ｘ＾ＸＸＸ逡逑Ｘ邋Ｘ邋Ｘ逦ＸＸ邋Ｘ邋Ｘ邋Ｘ邋Ｘ邋Ｘ邋＾逡逑ｆ邋ｈｉ逦ｓ逡逑—ｓ逡逑Ｊ个ｒ逡逑？邋？逦４廉邋ｔ邋埵邋？？暴邋？馨邋＾逡逑逦？邋？邋－ｆｔ逡逑“，５逡逑图２－１Ｇ１Ｓ气审剖面阁逡逑Ｆｉｇ．邋２－１邋Ｔｈｅ邋ｃｕｔａｗａｙ邋ｖｉｅｗ邋ｏｆ邋ＧＩＳ邋ｇａｓ邋ｃｈａｍｂｅｒ逡逑７逡逑
【学位授予单位】：陕西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O429;TM595

【参考文献】