CN105699869A - 基于振动信号的gis设备局部放电检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于振动信号的GIS设备局部放电检测方法,该方法执行以下步骤:1)在所述GIS设备的壳体外部安装振动传感器;2)采集所述振动传感器的振动信号;3)对采集到的振动信号进行4层小波包分解变换,得到顺序均分的16个子频段以及各个子频段的能量值<i>e</i>1,<i>e</i>2,…,<i>e</i>16;4)计算局部放电指数<i>k=E1/E</i>进行局部放电判断,其中<i>E</i>1=<i>e</i>3+<i>e</i>4+<i>e</i>5+<i>e</i>6,<i>E</i>=<i>e</i>3+<i>e</i>4+…+<i>e</i>16。本发明的检测方法不但灵敏度高,而且反馈及时迅速。
Description
技术领域
本发明涉及一种电气设备故障诊断技术,尤其涉及一种气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)的局部放电检测方法,属于GIS状态监测及故障诊断领域。
背景技术
GIS设备,即六氟化硫封闭式组合电器,国际上称为“气体绝缘开关设备”(GasInsulatedSwitchgear),诞生于20世纪60年代中期,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)、连接管和过渡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0.35~0.6MPa的SF6气体。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,并远远高出了IEC所建议的GIS事故率不超过0.1间隔/百台*年的要求。
GIS由诸多电气设备组合而成,但故障情况又与各独立电气设备的故障不尽相同,且故障率要远低于独立电气设备的故障率,长时间的高压环境也成为许多GIS故障的诱因。GIS设备从设计、制造、安装到运行需要进过严格的流程控制以确保GIS的运行质量,但诸多工序中的任一环节都可能成为GIS故障的潜在隐患,根据国家电网《高压开关设备典型故障案例汇编》中的案例介绍,大约有80%的故障在制造及安装环节引入。尽管GIS拥有较高的运行可靠性,但长期运行的GIS,难免会有材质劣化,以及连接部件在电动力作用下松动或变形的情况发生。GIS故障类型繁多,但以局部放电故障最为常见,目前常见的检测方法包括特高频法、超声波法等等,其中特高频法会受到气体成分的影响,同时受环境中的电磁噪声影响较大,超声波存在可靠性不高、误差较大等缺陷,因此寻找好的检测方法对于提高供电可靠性有重大意义。
发明内容
本发明要解决技术问题是:克服上述技术的缺点,提供一种基于振动信号的灵敏度高、检测及时、反馈迅速的GIS设备局部放电检测方法。
为了解决上述技术问题,本发明提出的技术方案是:一种基于振动信号的GIS设备局部放电检测方法,执行以下步骤:
1)在所述GIS设备的壳体外部安装振动传感器;
2)启动所述GIS设备,待到启动后的GIS设备运行稳定时,采集所述振动传感器的振动信号,采样频率为25600Hz,采样时间为2.5s,采集到的振动信号的频率范围是0~12800Hz;
3)对采集到的振动信号进行4层小波包分解变换,得到顺序均分的16个子频段以及各个子频段的能量值e1,e2,…,e16;
4)计算局部放电指数k=E1/E,其中E1=e3+e4+e5+e6,E=e3+e4+…+e16;
若k32%,则所述GIS设备未发生局部放电;
若32%<k<35%,则所述GIS设备发生局部轻度放电;
若35%k<45%,则所述GIS设备发生局部中度放电;
若k45%,则所述GIS设备发生局部严重放电。
本发明带来的有益效果是:本发明通过检测振动信号的方式实现对GIS设备的局部放电故障进行检测,在检测时与GIS设备没有电气联系,结构简易,成本较低,而且本发明采集到的振动信号进行小波包分解处理后,根据不同频段能量占比进行分析,采用的特征频段为高频部分,能够排除低频振动干扰,检测可靠性高。本发明可以持续对GIS设备进行长期监测,可以在第一时间了解GIS设备出现局部放电状况,从而为GIS设备的监测提供了一个实时有效的手段。
上述技术方案的进一步改进是:对步骤2)采集到的振动信号先进行降噪处理后再执行步骤3),从而可以消除噪声的干扰。可采用小波变换等常规降噪方法。
优选的,步骤1)中安装振动传感器时,将所述振动传感器吸附在GIS设备的连接法兰处的固定螺母上。本发明将振动传感器安装于各连接法兰处的固定螺母上,可以使各传感器取得的振动信号具有可比性与统一性,尽量减小测量误差,从而提高系统的可靠性。
进一步的,所述振动传感器为铁磁性传感器。这样不但安装方便而且可以保证与连接法兰面紧密贴合,防止传感器与连接法兰面之间出现间隙,从而进一步提高可靠性。
上述技术方案的进一步改进是:步骤3)进行4层小波包分解变换时,对采集到的振动信号选取0~12800Hz频率范围进行4层小波包分解变换。这样结果更准确。
具体实施方式
实施例
本实施例的基于振动信号的GIS设备局部放电检测方法,执行以下步骤:
1)在所述GIS设备的壳体外部安装振动传感器;
2)启动所述GIS设备,待到启动后的GIS设备运行稳定时,采集所述振动传感器的振动信号,采样频率为25600Hz,采样时间为2.5s;
3)对采集到的振动信号进行4层小波包分解变换,得到顺序均分的16个子频段以及各个子频段的能量值e1,e2,…,e16;对振动信号进行4层小波包分解变换是现有技术,通过小波包分解变换可以很容易的得到各个子频段的能量值。
另外进行4层小波包分解变换时,对步骤2)采集到的振动信号选取0~12800Hz频率范围进行4层小波包分解变换。此时,顺序均分的16个子频段分别为0~800Hz,800~1600Hz,…,12000~12800Hz。
4)计算局部放电指数k=E1/E,其中E1=e3+e4+e5+e6,E=e3+e4+…+e16;即计算特征频段1600-4800Hz的能量E1和频段1600Hz-12800H的能量E。
若k32%,则所述GIS设备未发生局部放电;
若32%<k<35%,则所述GIS设备发生局部轻度放电;
若35%k<45%,则所述GIS设备发生局部中度放电;
若k45%,则所述GIS设备发生局部严重放电。
本实施例在检测时与GIS设备没有电气联系,结构简易,成本较低,而且本发明采集到的振动信号进行小波包分解处理后,根据不同频段能量占比进行分析,采用的特征频段为高频部分(即只利用大于1600Hz以上的部分),能够排除低频振动干扰,检测可靠性高。
本实施例还可以作以下改进:
(1)对步骤2)采集到的振动信号先进行降噪处理后再执行步骤3),从而可以消除噪声的干扰。
(2)步骤1)中安装振动传感器时,将所述振动传感器吸附在GIS设备的连接法兰处的固定螺母上。本实施例将振动传感器安装于各连接法兰处的固定螺母上,可以使各传感器彩信的振动信号具有可比性与统一性,能够尽量减小测量误差,从而提高系统的可靠性。
本实施例中所述振动传感器优选铁磁性传感器。这样不但安装方便而且可以保证与连接法兰面紧密贴合,防止传感器与连接法兰面之间出现间隙,从而进一步提高可靠性。
为了验证本发明的效果,申请人特进行以下验证试验。
实验GIS设备采用正泰公司生产的252kV高压组合电器ZF-16,并分别设定尖刺放电与绝缘子闪络两种放电类型进行验证。
实验中先测取正常情况下GIS设备的振动信号,经计算在正常情况下,当电压不同时,1600Hz以上振动分量情况基本不变,因此此处选取35kV下的振动信号为正常比对信号。
设置局部放电故障分别加压至放电,并根据放电量逐步升高电压,测量不同放电量下的振动信号,对测量到的信号降噪后进行4层小波包分解,计算1600-4800Hz频率范围内的能量与1600-12800Hz频率范围内能量的比值,不同缺陷以及电压下的放电情况如表1所示。
表1
放电类型 | 施加电压 | 放电量 | 1600-4800Hz频段能量和E1 | 1600-12800Hz频段的能量和E | E1/E |
正常状态 | 35.0kV | 0 | 25.01 | 81.10 | 30.83% |
尖刺 | 19.1kV | 1153.8pC | 25.33 | 80.84 | 31.35% |
尖刺 | 20.8kV | 1204.5pC | 26.14 | 80.10 | 32.63% |
尖刺 | 23.5kV | 2580.3pC | 29.26 | 82.20 | 35.60% |
尖刺 | 28.1kV | 7531.8pC | 48.58 | 100.42 | 48.38% |
绝缘盆子 | 24.9kV | 1632.8pC | 27.48 | 83.52 | 32.90% |
绝缘盆子 | 28.3kV | 2074.0pC | 31.35 | 86.95 | 36.06% |
绝缘盆子 | 30.4kV | 2671.2pC | 34.63 | 90.54 | 38.25% |
绝缘盆子 | 33.5kV | 3209.7pC | 70.80 | 129.00 | 54.88% |
从表1可以看出,当GIS设备发生局部放电后,1600-4800Hz频段能量显著上升,在1600-12800Hz频段中的能量占比显著上升,当放电量高于2500pC小于3000pC时,k分别为35.60%与36.06%、38.25%,高于35%,当放电量为高于3000pC时,k分别为48.38%与54.88%,因此通过此方法能够判断当前GIS设备的局部放电程度。通过以上实验可以看出,本发明可对GIS设备局部放电进行准确地判断。
本发明不局限于上述实施例所述的具体技术方案,除上述实施例外,本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换形成的技术方案,均为本发明要求的保护范围。
Claims (5)
1.一种基于振动信号的GIS设备局部放电检测方法,其特征在于,执行如下步骤:
1)在所述GIS设备的壳体外部安装振动传感器;
2)启动所述GIS设备,待到启动后的GIS设备运行稳定时,采集所述振动传感器的振动信号,采样频率为25600Hz,采样时间为2.5s;
3)对采集到的振动信号进行4层小波包分解变换,得到顺序均分的16个子频段以及各个子频段的能量值e1,e2,…,e16;
4)计算局部放电指数k=E1/E,其中E1=e3+e4+e5+e6,E=e3+e4+…+e16;
若k32%,则所述GIS设备未发生局部放电;
若32%<k<35%,则所述GIS设备发生轻度放电;
若35%k<45%,则所述GIS设备发生中度放电;
若k45%,则所述GIS设备发生严重放电。
2.如权利要求1所述的基于振动信号的GIS设备局部放电检测方法,其特征在于:对步骤2)采集到的振动信号先进行降噪处理后再执行步骤3)。
3.如权利要求1所述的基于振动信号的GIS设备局部放电检测方法,其特征在于:步骤1)中安装振动传感器时,将所述振动传感器吸附在GIS设备法兰处的固定螺母上。
4.如权利要求3所述的基于振动信号的GIS设备局部放电检测方法,其特征在于:所述振动传感器为铁磁性传感器。
5.如权利要求1所述的基于振动信号的GIS设备局部放电检测方法,其特征在于:步骤3)进行4层小波包分解变换时,对采集到的振动信号选取0~12800Hz频率范围进行4层小波包分解变换。
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