CN104749468A - 一种gis故障诊断系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种GIS故障诊断系统及其方法，其系统包括振动信号采集模块、UHF信号采集模块、超声波信号采集模块和PC机，振动信号采集模块包括振动信号处理模块、振动信号采集仪和数个振动传感器，各振动传感器采集振动信号并经振动信号处理模块处理后送给振动信号采集仪，UHF信号采集模块包括UHF信号处理模块、UHF信号采集仪和数个特高频天线，各特高频天线采集UHF信号并经UHF信号处理模块处理后送给UHF信号采集仪，超声波信号采集模块包括超声波信号处理模块、超声波信号采集仪和数个超声波传感器，各超声波传感器采集超声波信号并经超声波信号处理模块处理后送给超声波信号采集仪。本发明解决了单一诊断方法无法对GIS运行状态予以全面评估的问题。
Description
技术领域
本发明属于电气设备检修技术领域，特别涉及了一种GIS故障诊断系统及其方法。
背景技术
气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)，它将断路器、隔离开关、快速(接地)开关、电流互感器、电压互感器、避雷器、母线(三相或单相)、连接管和过度元件等全部组合在一个全封闭的金属外壳内，壳内用于绝缘和灭弧的介质是0.4～0.6MPa的SF6气体。
GIS设备诞生于20世纪60年代中期，随着技术的不断成熟，GIS设备占地面积与体积越来越小，运行也越来越可靠，早期投运的GIS的故障率和维护工作量也明显低于同时期的其他类型的开关设备，因此，在城网改造中被大量使用。
随着近几年我国GIS使用量迅速增加和早期投运的GIS运行年限的增长，GIS的故障率有增加的趋势，已远远高出了IEC所建议的GIS事故率不超过0.1间隔/百台·年的要求。
GIS结构复杂，缺陷/故障种类多，一个缺陷/故障可能有多种表现形式，一种表现形式可能由多种缺陷/故障所引起。目前，对于GIS缺陷/故障没有一种能适应各种故障的比较通用的诊断方法，靠单一的信息进行诊断有局限性。而且现有的缺陷/故障诊断方法，不能完全准确诊断所有缺陷/故障。
特高频法能够检测0.3～1.5GHz范围的电磁波信号，虽然可以检测到由于机械缺陷/故障引起的放电信号，但检测不到机械振动信号。同时特高频方法对于局部放电前期的沿边爬电无能为力。
超声波法可以实现非侵入式测量，抗电磁能力强，超声波局放检测方法的声波范围是从20k～100kHz，但声波的衰减快，且频率越高衰减越快，使得超声波检测的有效距离很短，灵敏度不及直接测量机械振动信号。
振动法是目前的一种新的诊断方法，振动信号可以反映GIS各类机械故障，同时局部放电也会引起振动信号的改变，但振动法对高频信号不是很灵敏，目前研究也不够深入。
UHF信号与超声波信号主要用于对GIS局部放电的监测，比较特高频与超声波检测的优缺点可以看出，特高频法抗干扰性能强，对电信号灵敏，但实现设备缺陷的精确定位较困难；而超声法则可实现设备缺陷的精确定位，两个方法可以互为补充。因此，使用特高频和超声波进行GIS设备局部放电联合检测无疑是最理想的检测方法。振动信号作为最全面的监测信号之一，能够较为全面反映GIS运行状态，但其主要优势还在于由机械缺陷/故障所引起的低频振动，局放引起的高频振动可作为绝缘异常的检测。
发明内容
为了解决上述背景技术提出的技术问题，本发明旨在提供一种GIS故障诊断系统及其方法，综合振动信号、UHF信号以及超声波信号三类信号的优势，解决了单一诊断方法无法对GIS运行状态予以全面评估的问题。
为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：
一种GIS故障诊断系统，包括振动信号采集模块、UHF信号采集模块、超声波信号采集模块以及PC机，所述振动信号采集模块包括振动信号处理模块、振动信号采集仪和数个振动传感器，各振动传感器安装在GIS箱体的外表面，采集振动信号并经振动信号处理模块的放大、滤波处理后送给振动信号采集仪，所述UHF信号采集模块包括UHF信号处理模块、UHF信号采集仪和数个特高频天线，各特高频天线分别安装在GIS箱体各气室的气隔绝缘子外层，采集UHF信号并经UHF信号处理模块的放大、滤波处理后送给UHF信号采集仪，所述超声波信号采集模块包括超声波信号处理模块、超声波信号采集仪和数个超声波传感器，各超声波传感器分别安装在各气室两侧的GIS箱体的外表面，采集超声波信号并经超声波信号处理模块的放大、滤波处理后送给超声波信号采集仪，振动信号采集仪、UHF信号采集仪和超声波信号采集仪分别将振动信号、UHF信号和超声波信号传送给PC机，PC机根据这些信号进行GIS状态评估与故障诊断。
其中，上述振动信号处理模块、UHF信号处理模块和超声波信号处理模块分别包括依次连接的前置放大器和滤波器。
其中，上述振动传感器的型号为CA-YD-103。
其中，上述特高频天线的型号为GZPD-02GB。
本发明还包括基于上述一种GIS故障诊断系统的诊断方法，包括以下步骤：
(1)系统初始化，设置系统参数；
(2)采集振动信号、UHF信号和超声波信号，并对这些信号进行放大、滤波处理；
(3)将处理后的信号送入PC机，更新PC机内的GIS监测数据库；
(4)设定高低频振动阈值，从而将振动信号区分为高频振动信号和低频振动信号，PC机分别对高、低频振动信号进行频谱分析，判定正常与否；
(5)判定出低频振动信号存在异常，则转至步骤(6)，否则转至步骤(8)；
(6)提取低频振动信号特征量，根据各机械缺陷/故障的频谱特性，对故障进行识别，并根据相邻振动传感器所获异常信号的时间差对GIS绝缘缺陷/故障做初步定位；
(7)判定出高频振动信号存在异常，则转至步骤(8)，否则转至步骤(11)；
(8)从GIS监测数据库中调用UHF数据，根据UHF数据建立UHF数据图谱，与GIS绝缘缺陷/故障特征图谱进行相关性分析，根据图谱相关度识别GIS绝缘缺陷/故障的类型，并根据UHF信号相位特征对故障做初步定位；
(9)根据步骤(8)得到的故障初步定位信息，从GIS监测数据库中调用相应位置采集到的超声波信号；
(10)分析超声波信号，建立GIS超声波图谱对GIS绝缘缺陷/故障的类型进行精确识别，结合超声波在GIS腔体中的传播特性，根据超声波幅值衰减特性对GIS缺陷/故障进行精确定位；
(11)根据GIS缺陷/故障的类型以及GIS缺陷/故障的定位信息给出GIS检修的初步处理意见。
其中，步骤(4)中的高低频振动阈值为2千赫兹。
其中，步骤(11)中的外部数据包括GIS设计参数、历史维护数据、运行电压电流数据。
采用上述技术方案带来的有益效果：
与传统的单一诊断方法不同，本发明综合运用振动法、特高频法以及超声波法，振动信号主要分析机械缺陷/故障，并作为绝缘缺陷/故障分析的基础，UHF信号主要对绝缘缺陷/故障类型的识别，对缺陷/故障初步定位，而超声波信号则用于对绝缘缺陷/故障的精确定位。本发明利用三类信号各自特点分析诊断GIS的运行状态，在发现GIS异常后，逐步深入分析，能够较为全面地覆盖GIS的各种故障类型，并对故障进行定位。本方法能够全面细致地监测GIS各类缺陷/故障，并提高故障定位的可靠性与精确度。
附图说明
图1是本发明的系统结构框图。
图2是本发明的方法流程图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
如图1所示本发明的系统结构框图，一种GIS故障诊断系统，包括振动信号采集模块、UHF信号采集模块、超声波信号采集模块以及PC机，所述振动信号采集模块包括振动信号处理模块、振动信号采集仪和数个振动传感器，各振动传感器安装在GIS箱体的外表面，采集振动信号并经振动信号处理模块的放大、滤波处理后送给振动信号采集仪，所述UHF信号采集模块包括UHF信号处理模块、UHF信号采集仪和数个特高频天线，各特高频天线分别安装在GIS箱体各气室的气隔绝缘子外层，采集UHF信号并经UHF信号处理模块的放大、滤波处理后送给UHF信号采集仪，所述超声波信号采集模块包括超声波信号处理模块、超声波信号采集仪和数个超声波传感器，各超声波传感器分别安装在各气室两侧的GIS箱体的外表面，采集超声波信号并经超声波信号处理模块的放大、滤波处理后送给超声波信号采集仪，振动信号采集仪、UHF信号采集仪和超声波信号采集仪分别将振动信号、UHF信号和超声波信号传送给PC机，PC机根据这些信号进行GIS状态评估与故障诊断。
在本实施例中，振动信号处理模块、UHF信号处理模块和超声波信号处理模块分别包括依次连接的前置放大器和滤波器。
在本实施例中，振动传感器的型号为CA-YD-103。
在本实施例中，特高频天线的型号为GZPD-02GB。
如图2所示，本发明还包括基于上述一种GIS故障诊断系统的诊断方法，包括以下步骤：
(1)系统初始化，设置系统参数；
(2)采集振动信号、UHF信号和超声波信号，并对这些信号进行放大、滤波处理；
(3)将处理后的信号送入PC机，更新PC机内的GIS监测数据库；
(4)设定高低频振动阈值，从而将振动信号区分为高频振动信号和低频振动信号，PC机分别对高、低频振动信号进行频谱分析，判定正常与否；
(5)判定出低频振动信号存在异常，则转至步骤(6)，否则转至步骤(8)；
(6)提取低频振动信号特征量，根据各机械缺陷/故障的频谱特性，对故障进行识别，并根据相邻振动传感器所获异常信号的时间差对GIS绝缘缺陷/故障做初步定位；
(7)判定出高频振动信号存在异常，则转至步骤(8)，否则转至步骤(11)；
(8)从GIS监测数据库中调用UHF数据，根据UHF数据建立UHF数据图谱，与GIS绝缘缺陷/故障特征图谱进行相关性分析，根据图谱相关度识别GIS绝缘缺陷/故障的类型，并根据UHF信号相位特征对故障做初步定位；
(9)根据步骤(8)得到的故障初步定位信息，从GIS监测数据库中调用相应位置采集到的超声波信号；
(10)分析超声波信号，建立GIS超声波图谱对GIS绝缘缺陷/故障的类型进行精确识别，结合超声波在GIS腔体中的传播特性，根据超声波幅值衰减特性对GIS缺陷/故障进行精确定位；
(11)根据GIS缺陷/故障的类型以及GIS缺陷/故障的定位信息给出GIS检修的初步处理意见。
在本实施例中，步骤(4)中的高低频振动阈值为2千赫兹。
在本实施例中，步骤(11)中的外部数据包括GIS设计参数、历史维护数据、运行电压电流数据。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。
Claims (7)
1.一种GIS故障诊断系统，其特征在于：包括振动信号采集模块、UHF信号采集模块、超声波信号采集模块以及PC机，所述振动信号采集模块包括振动信号处理模块、振动信号采集仪和数个振动传感器，各振动传感器安装在GIS箱体的外表面，采集振动信号并经振动信号处理模块的放大、滤波处理后送给振动信号采集仪，所述UHF信号采集模块包括UHF信号处理模块、UHF信号采集仪和数个特高频天线，各特高频天线分别安装在GIS箱体各气室的气隔绝缘子外层，采集UHF信号并经UHF信号处理模块的放大、滤波处理后送给UHF信号采集仪，所述超声波信号采集模块包括超声波信号处理模块、超声波信号采集仪和数个超声波传感器，各超声波传感器分别安装在各气室两侧的GIS箱体的外表面，采集超声波信号并经超声波信号处理模块的放大、滤波处理后送给超声波信号采集仪，振动信号采集仪、UHF信号采集仪和超声波信号采集仪分别将振动信号、UHF信号和超声波信号传送给PC机，PC机根据这些信号进行GIS状态评估与故障诊断。
2.根据权利要求1所述一种GIS故障诊断系统，其特征在于：所述振动信号处理模块、UHF信号处理模块和超声波信号处理模块分别包括依次连接的前置放大器和滤波器。
3.根据权利要求1所述一种GIS故障诊断系统，其特征在于：所述振动传感器的型号为CA-YD-103。
4.根据权利要求1所述一种GIS故障诊断系统，其特征在于：所述特高频天线的型号为GZPD-02GB。
5.基于权利要求1所述一种GIS故障诊断系统的诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)系统初始化，设置系统参数；
(2)采集振动信号、UHF信号和超声波信号，并对这些信号进行放大、滤波处理；
(3)将处理后的信号送入PC机，更新PC机内的GIS监测数据库；
(4)设定高低频振动阈值，从而将振动信号区分为高频振动信号和低频振动信号，PC机分别对高、低频振动信号进行频谱分析，判定正常与否；
(5)判定出低频振动信号存在异常，则转至步骤(6)，否则转至步骤(8)；
(6)提取低频振动信号特征量，根据各机械缺陷/故障的频谱特性，对故障进行识别，并根据相邻振动传感器所获异常信号的时间差对GIS绝缘缺陷/故障做初步定位；
(7)判定出高频振动信号存在异常，则转至步骤(8)，否则转至步骤(11)；
(8)从GIS监测数据库中调用UHF数据，根据UHF数据建立UHF数据图谱，与GIS绝缘缺陷/故障特征图谱进行相关性分析，根据图谱相关度识别GIS绝缘缺陷/故障的类型，并根据UHF信号相位特征对故障做初步定位；
(9)根据步骤(8)得到的故障初步定位信息，从GIS监测数据库中调用相应位置采集到的超声波信号；
(10)分析超声波信号，建立GIS超声波图谱对GIS绝缘缺陷/故障的类型进行精确识别，结合超声波在GIS腔体中的传播特性，根据超声波幅值衰减特性对GIS缺陷/故障进行精确定位；
(11)根据GIS缺陷/故障的类型以及GIS缺陷/故障的定位信息，结合外部数据，给出GIS检修的初步处理意见。
6.根据权利要求5所述基于一种GIS故障诊断系统的诊断方法，其特征在于：步骤(4)中的高低频振动阈值为2千赫兹。
7.根据权利要求5所述基于一种GIS故障诊断系统的诊断方法，其特征在于：步骤(11)中的外部数据包括GIS设计参数、历史维护数据、运行电压电流数据。
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