CN110456244A - 一种盆式绝缘子结构状态带电检测装置及检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种盆式绝缘子结构状态带电检测装置及检测方法，在GIS运行中利用冲击力锤作为激励信号，利用振动加速度传感器作为响应传感器，根据激励信号及接收信号构建传递函数，获得盆式绝缘子的振动传递函数，根据振动传递函数曲线极点幅值特征进行盆式绝缘子结构状态评估。为运行中盆式绝缘子结构状态带电检测提供了一种行之有效的方法。

Description

一种盆式绝缘子结构状态带电检测装置及检测方法
技术领域
本发明属于电气设备状态带电检测技术领域，具体涉及一种GIS(气体绝缘组合电器gas insulated substation，GIS)盆式绝缘子结构状态带电检测装置及检测方法。
背景技术
封闭式气体绝缘组合电器(Gas Insulated Switchgear,GIS)具有占地面积小、良好的绝缘性能而在电网中得到了广泛的应用。GIS包括外壳6，外壳6中安装有盆式绝缘子4，GIS导杆穿过盆式绝缘子4。但是由于其的全封闭结构特点，一旦出现事故，造成的后果比分离敞开式设备严重得多，其故障修复尤为复杂。在GIS的各类事故中，盆式绝缘子所导致的事故近年来时有发生，盆式绝缘子沿面闪络、出现裂纹导致炸裂等事故均发生多起，究其原因，一方面在于GIS现场组装，组装环境恶劣，各位灰尘等异物易于进入到设备内部，这些异物附着在盆式绝缘子表面，当集聚到一定程度就会引发沿面闪络。此外在现场组装过程中由于暴力安装时有发生，导致盆式绝缘子出现裂纹等缺陷。此外由于盆式绝缘子材料的蠕变特性，在长期运行过程中也会在其内部出现密度分布不均匀、空腔缺陷等各类缺陷。一旦盆式绝缘子出现此类涉及到表面及内部的缺陷，其结构状态就会有所改变，对于此类结构状态进行及时检测是保证设备安全运行的关键。但由于GIS的全密封特点，盆式绝缘子处于密闭空间内，目前除了局部放电能够对其绝缘状态进行检测外，还没有针对性的方法，而局部放电也只有盆式绝缘子出现了局放才能检测的到，因此在未出现放电性故障之前就能够对其结构状态进行检测，则可极大的提高设备的运行可靠性。
发明内容
本发明提供了一种盆式绝缘子结构状态带电检测装置及检测方法，该方法可在GIS运行时对盆式绝缘子结构状态进行带电检测，能够对在运行状态下的盆式绝缘子结构状态进行评估。
为达到上述目的，本发明一种盆式绝缘子结构状态带电检测装置，包括冲击力锤、响应接收传感器和示波器，冲击力锤和响应接收传感器均与示波器的输入端连接；响应接收传感器安装在盆式绝缘子与GIS外壳的交界处；响应接收传感器用于接收由冲击力锤所产生的振动信号经过盆式绝缘子表面形成的振动加速度信号V2，示波器用于采集并显示冲击力锤施加的振动加速度信号V1和响应接收传感器接收到的振动加速度信号V2。
进一步的，加速度传感器安装在GIS外壳的最下端。
进一步的，响应接收传感器为振动加速度传感器。
进一步的，冲击力锤的测量范围5kN，激励信号范围0-5kHz；接收加速度传感器具有0-5kHz的信号测量范围。
一种盆式绝缘子结构状态带电检测方法，包括以下步骤：
步骤1、在GIS设备投运一个月内，对盆式绝缘子进行初始测试，得到对盆式绝缘子的振动传递函数曲线，将振动传递函数曲线作为基础振动传递函数曲线：
步骤2、GIS设备投运过程中，再次测量盆式绝缘子的振动传递函数曲线，得到检测时的振动传递函数曲线；
步骤3、比较步骤2得到的检测时的振动传递函数曲线与步骤1得到的基础振动传递函数曲线的极点幅值，当极点幅值变化超过±20％，则判断盆式绝缘子存在表面污秽或内部裂纹结构状态变化；否则认为盆式绝缘子不存在表面污秽且无内部裂纹。
进一步的，步骤1包括以下步骤：
步骤1.1、用冲击力锤作为激励信号V1敲击盆式绝缘子上端面，用响应接收传感器接收激励信号经过盆式绝缘子后的响应信号V2；
步骤1.2、将激励信号V1进行傅里叶分解转换到频域得到F1，将响应信号V2进行傅里叶分解转换到频域得到F2，计算基础振动传递函数Fa，Fa＝F1/F2，Fa表现为一条曲线，记为基础振动传递函数曲线。
进一步的，步骤2的具体过程为：
步骤2.1、用冲击力锤作为激励信号V3敲击盆式绝缘子，用响应接收传感器接收激励信号经过盆式绝缘子后的响应信号V4；
步骤2.2、将激励信号V3进行傅里叶分解转换到频域得到F3，将响应信号V4进行傅里叶分解转换到频域得到F4，计算检测时的振动传递函数Fb，Fb＝F3/F4，Fb表现为一条曲线，记为检测时的振动传递函数曲线。
进一步的，步骤1.1或步骤2.2中，用冲击力锤敲击盆式绝缘子时，敲击位置和响应接收传感器的安装位置关于盆式绝缘子的中心轴对称。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益的技术效果：
本发明所述的装置，冲击力锤施加振动激励，在利用响应接收传感器接收传递的振动信号，示波器用于采集并显示上述两个信号，本装置连接方便，当不需要检测时，可将本装置拆除，不影响现场的布置，需要检测时再进行安装。通过两次检测，即可实现在带电状态下对盆式绝缘子结构状态是否变化进行检测。因此在未出现放电性故障之前就能够对其结构状态进行检测，则可极大的提高设备的运行可靠性。
本发明所述的方法，在GIS设备刚投运时，测量一次振动传递函数作为基础振动传递函数曲线；在需要检测时，再测量一次振动传递函数作为检测时的振动传递函数曲线，通过对比两次振动函数曲线，即可实现在带电状态下对盆式绝缘子的结构状态进行检测。
通过实验得知，一旦盆式绝缘子表面存在污秽等，相当于盆式绝缘子结构发生了改变，此时其模态就会发生改变，导致振动传递函数发生改变，通过试验得到的结果是一旦其表面存在污秽，就会导致传递函数极值幅值增大，判断方法也都是试验得到的。其实质就是结构的改变导致这个频率点的响应变大了。
由于GIS的全密封性，导致其内部的盆式绝缘子无法直接观测，由于其内部处于高场强环境，也无法内置摄像头等观测设备，目前尚未有方法能够对其运行中盆式绝缘子的表面状态进行检测，本方法针对此提供了一种基于模态分析的方法，为运行中盆式绝缘子表面状态的判断提供了一种易于现场实施的方法。
附图说明
图1是现场检测示意图；
图2是实际检测结果分析示例图。
附图中：1为冲击力锤，2为响应接收传感器，3为GIS导杆，4为盆式绝缘子，5为示波器，6为GIS外壳。
具体实施方式
为了使本发明的目的和技术方案更加清晰和便于理解。以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步的详细说明，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并非用于限定本发明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参照图1，一种盆式绝缘子结构状态带电检测装置，包括冲击力锤1、响应接收传感器2和示波器5，冲击力锤1和响应接收传感器2均与示波器5的输入端连接。响应接收传感器2安装在GIS外壳7外壁。响应接收传感器2用于接收由冲击力锤1所产生的振动信号经过盆式绝缘子4表面形成的振动加速度信号，示波器5用于采集并显示冲击力锤1施加的振动加速度信号和响应接收传感器2接收到的振动加速度信号。
一种盆式绝缘子结构状态带电检测方法，包括以下步骤：
步骤1、在GIS设备投运一个月内，对盆式绝缘子进行初始测试，测试得到的振动传递函数曲线作为基础数据：
在GIS设备运行中利用冲击力锤1作为激励信号对盆式绝缘子4施加激励，利用放置在冲击力锤1对侧的振动加速度传感器作为响应接收传感器2，根据激励信号和接收信号构建振动传递函数，获得盆式绝缘子的振动传递函数曲线；将激励信号进行傅里叶分解转换到频域，将接收信号进行傅里叶分解转换到频域，在频域用激励信号除去接收信号，得到原始振动传递函数曲线。
步骤2、GIS设备投运过程中，需要对盆式绝缘子4的结构缺陷进行检测时，利用冲击力锤敲击盆式绝缘子上端面的中心位置，利用响应接收传感器2在敲击位置的对侧的下平面中心位置进行接收，并将接收到的响应信号传递至示波器5，示波器5采集并显示响应接收传感器2传递的响应信号和冲击力锤1的激励信号，将接收信号进行傅里叶分解转换到频域，在频域将两者相除，得到检测时的振动传递函数曲线。
步骤3、根据振动传递函数曲线极点幅值特征进行盆式绝缘子结构缺陷评估。
将步骤2得到的检测时的振动传递函数曲线与步骤1得到的基础振动传递函数曲线进行比较，比较振动传递函数曲线极点幅值，如果极点幅值变化超过±20％，则可判断盆式绝缘子可能存在表面污秽或内部裂纹结构状态变化。
其中，冲击力锤1参数为：测量范围5kN、激励信号范围0-5kHz。冲击力锤1是一个自带信号输出的力学测试工具，其可通过自带的信号输出引线测量施加到物体上的振动加速度信号。利用冲击力锤1对盆式绝缘子4上水端面中心位置施加激励，并将实际到盆式绝缘子上的振动加速度信号输出至到示波器5，示波器5采用TEK4054，其具有500MHz带宽，2.5GHz采样率，这样可以获得激励振动加速度信号V1。如图1所示，在施加激励的同时在盆式绝缘子对侧，在对侧下水平面中心利用加速度传感器进行响应信号的测量，接收加速度传感器2同样具有0-5kHz的信号测量范围。将接收到的信号同时引入示波器5，获得响应振动加速度信号V2。
对激励振动加速度信号V1和响应振动加速度信号V2进行傅里叶变换转化到频域，得到F1和F2，则振动传递函数Fa＝F1/F2，Fa其表现为一条曲线，记为基础振动传递函数曲线，该曲线的极值点反应了盆式绝缘子的结构特性。
实际应用中，在GIS设备投运一个月内对待测盆式绝缘子进行一次测量，获得此时的振动传递函数Fa作为基础振动传递函数曲线，其表征了该盆式绝缘子完好时的振动传递函数曲线。在后续某个时间段对其进行结构状态检测时进行再次测量，此时获得的振动传递函数曲线记为Fb。比较Fa和Fb，一旦振动传递函数极值点最大幅值发生变化超过±20％，则判断此盆式绝缘子结构状态发生了较大变化，需要及时处理；否则，认为盆式绝缘子结构状态为发生变化，不需要进行处理。
图2为实验室进行的一次测量结果，分别是对盆式绝缘子表面施加350g污秽之后和洁净状态盆式绝缘子的振动传递函数检测结果，可以看出，当盆式绝缘子施加污秽后期振动传递函数极值点最大值增加了近一倍，这也说明了盆式绝缘子结构状态的改变，根据此可对其结构状态进行评估。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种盆式绝缘子结构状态带电检测装置，其特征在于，包括冲击力锤(1)、响应接收传感器(2)和示波器(5)，所述冲击力锤(1)和响应接收传感器(2)均与示波器(5)的输入端连接；所述响应接收传感器(2)安装在盆式绝缘子(4)与GIS外壳(7)的交界处；所述响应接收传感器(2)用于接收由冲击力锤(1)所产生的振动信号经过盆式绝缘子(4)表面形成的振动加速度信号V2，所述示波器(5)用于采集并显示冲击力锤(1)施加的振动加速度信号V1和响应接收传感器(2)接收到的振动加速度信号V2。
2.根据权利要求1所述的一种盆式绝缘子结构状态带电检测装置，其特征在于，所述加速度传感器(2)安装在GIS外壳(7)的最下端。
3.根据权利要求1所述的一种盆式绝缘子结构状态带电检测装置，其特征在于，所述响应接收传感器(2)为振动加速度传感器。
4.根据权利要求1所述的一种盆式绝缘子结构状态带电检测装置，其特征在于，所述冲击力锤(1)的测量范围5kN，激励信号范围0-5kHz；所述接收加速度传感器(2)具有0-5kHz的信号测量范围。
5.一种盆式绝缘子结构状态带电检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、在GIS设备投运一个月内，对盆式绝缘子(4)进行初始测试，得到对盆式绝缘子(4)的振动传递函数曲线，将所述振动传递函数曲线作为基础振动传递函数曲线：
步骤2、GIS设备投运过程中，再次测量盆式绝缘子(4)的振动传递函数曲线，得到检测时的振动传递函数曲线；
步骤3、比较步骤2得到的检测时的振动传递函数曲线与步骤1得到的基础振动传递函数曲线的极点幅值，当极点幅值变化超过±20％，则判断盆式绝缘子(4)存在表面污秽或内部裂纹结构状态变化；否则认为盆式绝缘子(4)不存在表面污秽且无内部裂纹。
6.根据权利要求5所述的一种盆式绝缘子结构状态带电检测方法，其特征在于，步骤1包括以下步骤：
步骤1.1、用冲击力锤(1)作为激励信号V1敲击盆式绝缘子(4)上端面，用响应接收传感器(2)接收激励信号经过盆式绝缘子(4)后的响应信号V2；
步骤1.2、将激励信号V1进行傅里叶分解转换到频域得到F1，将响应信号V2进行傅里叶分解转换到频域得到F2，计算基础振动传递函数Fa，Fa＝F1/F2，Fa表现为一条曲线，记为基础振动传递函数曲线。
7.根据权利要求5所述的一种盆式绝缘子结构状态带电检测方法，其特征在于，步骤2的包括以下步骤：
步骤2.1、用冲击力锤(1)作为激励信号V3敲击盆式绝缘子(4)，用响应接收传感器(2)接收激励信号经过盆式绝缘子(4)后的响应信号V4；
步骤2.2、将激励信号V3进行傅里叶分解转换到频域得到F3，将响应信号V4进行傅里叶分解转换到频域得到F4，计算检测时的振动传递函数Fb，Fb＝F3/F4，Fb表现为一条曲线，记为检测时的振动传递函数曲线。
8.根据权利要求6或7所述的一种盆式绝缘子结构状态带电检测方法，其特征在于，所述步骤1.1或步骤2.2中，用冲击力锤(1)敲击盆式绝缘子(4)时，敲击位置和响应接收传感器(2)的安装位置关于盆式绝缘子(4)的中心轴对称。
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