CN111596153B - 一种基于振动检测的gis机械故障定位方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电气设备试验领域，公开了一种基于振动检测的GIS机械故障定位方法及系统，其方法包括：S1：在GIS上选取电流信号检测点和若干个振动信号检测点，并且同时在所述电流信号检测点上布置GIS电流互感器，在若干个所述振动信号检测点上布置振动传感器；S2：同时对振动信号和电流信号进行检测；S3：形成每一个所述振动信号检测点在预设时间范围内的电流‑振动信号曲线；S4：计算电流‑振动信号曲线特征值；S5：判断任意两个所述振动信号检测点的所述电流‑振动信号曲线特征值之间的特征值差异。解决了现有技术中故障定位仅仅是根据单一检测点的单次检测进行笼统分析，没有考虑母线电流的实时变化及由此带来的振动信号的实时变化的技术问题。

Description

一种基于振动检测的GIS机械故障定位方法及系统

技术领域

本发明涉及电气设备试验领域，尤其涉及一种基于振动检测的GIS机械故障定位方法及系统，特别是应用于GIS机械故障检测及定位。

背景技术

气体绝缘全封闭式组合电器(Gas-insulated metal-enclosed switchgear,GIS)是目前电力系统中最重要的设备之一，其运行可靠性直接关系到电网系统的安全稳定。通常气体绝缘组合电器GIS在工厂中制造、试验之后，是以运输单元的方式运往安装工地，并现场进行组装的，这就导致了在GIS中存在大量的连接部件，如盆式绝缘子同母线的连接、隔离开关动静触头的连接等。GIS在运行中其母线会流过高达几千安培的电流，在电动力的作用下会导致GIS运行中发生振动，长期的振动有可能导致这些连接处出现松动，致使GIS产生局部机械故障。

近年来通过对GIS运行中振动信号的检测来进行其机械故障的检测已经有所开展，但目前多集中在检测及相应的信号分析方面，对故障定位也仅仅是根据单一检测点的单次检测进行笼统分析，没有考虑母线电流的实时变化及由此带来的振动信号的实时变化。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种基于振动检测的GIS机械故障定位方法及系统，具有根据母线电流的实时变化，在一定的时间范围内，实时测量母线电流和所有的检测点的振动信号的实时变化值，形成实时变化的电流-振动信号曲线，进一步计算出电流-振动信号曲线特征值，根据特征值来定位GIS机械故障的具体位置。

本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种基于振动检测的GIS机械故障定位方法，包括以下步骤：

S1：在GIS上选取电流信号检测点和若干个振动信号检测点，并且同时在所述电流信号检测点上布置GIS电流互感器，在若干个所述振动信号检测点上布置振动传感器；

S2：同时对振动信号和电流信号进行检测，通过所述GIS电流互感器获取到所述电流信号，通过所述振动传感器获取到若干个所述振动信号检测点上的所述振动信号；

S3：根据所述电流信号和所述振动信号，形成每一个所述振动信号检测点在预设时间范围内的电流-振动信号曲线；

S4：根据所述电流-振动信号曲线，计算电流-振动信号曲线特征值；

S5：判断任意两个所述振动信号检测点的所述电流-振动信号曲线特征值之间的特征值差异；当所述特征值差异小于预设差异值时，两个所述振动信号检测点之间不存在机械故障；当所述特征值差异大于所述预设差异值时，则两个所述振动信号检测点之间存在机械故障。

进一步优选地，在步骤S3中，形成每一个所述振动信号检测点在所述预设时间范围内的电流-振动信号曲线，具体为：

预设一段连续的所述预设时间范围，针对每个所述振动信号检测点进行连续检测；

针对连续检测的结果，形成在所述预设时间范围内的所述振动信号幅值与所述电流信号幅值的函数关系V＝f(i)，其中，i为电流信号值，V为振动信号值；

通过所述函数关系生成所述电流-振动信号曲线。

进一步优选地，在步骤S4中，计算所述电流-振动信号曲线特征值，具体为：

计算所述振动信号的积分

其中i₁为所述预设时间范围内所述电流信号的最小值，i₂为所述预设时间范围内所述电流信号的最大值。

进一步优选地，所述振动传感器包括位移传感器，速度传感器，加速度传感器在内的传感器。

进一步优选地，在GIS上选取若干个所述振动信号检测点，具体为：

根据所述GIS的实际工作情况，按照预设的固定距离在所述GIS上依次分布若干个所述振动信号检测点；

当任意两个所述振动信号检测点的所述电流-振动信号曲线特征值之间的所述特征值差异大于所述预设差异值时，即可判断两个所述振动信号检测点之间存在机械故障。

进一步优选地，所述预设差异值，设置为5％，当任意两个所述振动信号检测点的所述电流-振动信号曲线特征值之间的所述特征值差异大于5％时，则两个所述振动信号监测点之间存在机械故障。

进一步优选地，所述预设时间范围设置为24小时，在24小时内对每一个所述振动信号检测点的所述振动信号和所述电流信号进行连续检测，即可形成在24小时内，每一个所述振动信号检测点的所述电流-振动信号曲线。

与上述方法相对于本发明还提供了一种基于振动检测的GIS机械故障定位系统，其特征在于，包括故障定位装置和GIS；

所述GIS包括GIS母线，若干个盆式绝缘子，GIS外壳；

所述故障定位装置包括GIS电流互感器和振动传感器；

在所述GIS上选取电流信号检测点和若干个振动信号检测点，并且同时在所述电流信号检测点上布置所述GIS电流互感器，在若干个所述振动信号检测点上布置所述振动传感器；

同时对振动信号和电流信号进行检测，通过所述GIS电流互感器获取到所述电流信号，通过所述振动传感器获取到若干个所述振动信号检测点上的所述振动信号；

根据所述电流信号和所述振动信号，形成每一个所述振动信号检测点在预设时间范围内的电流-振动信号曲线；

根据所述电流-振动信号曲线，计算电流-振动信号曲线特征值；

判断任意两个所述振动信号检测点的所述电流-振动信号曲线特征值之间的特征值差异；当所述特征值差异小于预设差异值时，两个所述振动信号检测点之间不存在机械故障；当所述特征值差异大于所述预设差异值时，则两个所述振动信号检测点之间存在机械故障。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

通过提供一种基于振动检测的GIS机械故障定位的方法及系统，其方法包括：在GIS上选取电流信号检测点和若干个振动信号检测点，并且同时在所述电流信号检测点上布置GIS电流互感器，在若干个所述振动信号检测点上布置振动传感器；同时对振动信号和电流信号进行检测，通过所述GIS电流互感器获取到所述电流信号，通过所述振动传感器获取到若干个所述振动信号检测点上的所述振动信号；根据所述电流信号和所述振动信号，形成每一个所述振动信号检测点在预设时间范围内的电流-振动信号曲线；根据所述电流-振动信号曲线，计算电流-振动信号曲线特征值；判断任意两个所述振动信号检测点的所述电流-振动信号曲线特征值之间的特征值差异；当所述特征值差异小于预设差异值时，两个所述振动信号检测点之间不存在机械故障；当所述特征值差异大于所述预设差异值时，则两个所述振动信号检测点之间存在机械故障。能够根据母线电流的实时变化，在一定的时间范围内，实时测量母线电流和所有的检测点的振动信号的实时变化值，形成实时变化的电流-振动信号曲线，进一步计算出电流-振动信号曲线特征值，根据特征值来定位GIS机械故障的具体位置。解决了现有技术中故障定位仅仅是根据单一检测点的单次检测进行笼统分析，没有考虑母线电流的实时变化及由此带来的振动信号的实时变化的技术问题。

附图说明

图1为本发明一种基于振动检测的GIS机械故障定位方法的整体流程图；

图2为本发明一种基于振动检测的GIS机械故障定位系统的整体结构图。

附图标记：

1、GIS电流互感器；2、盆式绝缘子；3、第一振动信号检测点；4、第二振动信号检测点；5、电流信号检测点；6、第一振动加速度传感器；7、第二振动加速度传感器。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。

实施例一

如图1所示，本发明提供了一种基于振动检测的GIS机械故障定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：在GIS上选取电流信号检测点和若干个振动信号检测点，并且同时在所述电流信号检测点上布置GIS电流互感器，在若干个所述振动信号检测点上布置振动传感器。

所述振动传感器包括位移传感器，速度传感器，加速度传感器在内的传感器。

在GIS上选取若干个所述振动信号检测点，具体为：

根据所述GIS的实际工作情况，按照预设的固定距离在所述GIS上依次分布若干个所述振动信号检测点；

当任意两个所述振动信号检测点的所述电流-振动信号曲线特征值之间的所述特征值差异大于所述预设差异值时，即可判断两个所述振动信号检测点之间存在机械故障。

S2：同时对振动信号和电流信号进行检测，通过所述GIS电流互感器获取到所述电流信号，通过所述振动传感器获取到若干个所述振动信号检测点上的所述振动信号。

S3：根据所述电流信号和所述振动信号，形成每一个所述振动信号检测点在预设时间范围内的电流-振动信号曲线，具体为：

预设一段连续的所述预设时间范围，针对每个所述振动信号检测点进行连续检测，在本实例中，优选的，所述预设时间范围设置为24小时，在24小时内对每一个所述振动信号检测点的所述振动信号和所述电流信号进行连续检测，即可形成在24小时内，每一个所述振动信号检测点的所述电流-振动信号曲线。上述预设时间范围可根据需要任意进行设置，本实施例中的24小时，不用于对本发明的限制。

针对连续检测的结果，形成在所述预设时间范围内的所述振动信号幅值与所述电流信号幅值的函数关系V＝f(i)，其中，i为电流信号值，V为振动信号值；

通过所述函数关系生成所述电流-振动信号曲线。

S4：根据所述电流-振动信号曲线，计算电流-振动信号曲线特征值，具体为：

计算所述振动信号的积分

其中i₁为所述预设时间范围内所述电流信号的最小值，i₂为所述预设时间范围内所述电流信号的最大值。

S5：判断任意两个所述振动信号检测点的所述电流-振动信号曲线特征值之间的特征值差异；当所述特征值差异小于预设差异值时，两个所述振动信号检测点之间不存在机械故障；当所述特征值差异大于所述预设差异值时，则两个所述振动信号检测点之间存在机械故障。

在本实施例中，所述预设差异值，设置为5％，当任意两个所述振动信号检测点的所述电流-振动信号曲线特征值之间的所述特征值差异大于5％时，则两个所述振动信号监测点之间存在机械故障，其中预设差异值，根据GIS设备实际应用的精度要求进行设置，本实施例将预设差异值设为5％不用于对发明的限制。

实施例二

基于实施例一的方法，本实施例提供了一种基于振动检测的GIS机械故障定位系统，包括故障定位装置和GIS；

所述GIS包括GIS母线，若干个盆式绝缘子2，GIS外壳；

所述故障定位装置包括GIS电流互感器1和振动传感器；

在所述GIS上选取电流信号检测点5和若干个振动信号检测点，并且同时在所述电流信号检测点5上布置所述GIS电流互感器1，在若干个所述振动信号检测点上布置所述振动传感器；

同时对振动信号和电流信号进行检测，通过所述GIS电流互感器1获取到所述电流信号，通过所述振动传感器获取到若干个所述振动信号检测点上的所述振动信号；

根据所述电流信号和所述振动信号，形成每一个所述振动信号检测点在预设时间范围内的电流-振动信号曲线；

根据所述电流-振动信号曲线，计算电流-振动信号曲线特征值；

判断任意两个所述振动信号检测点的所述电流-振动信号曲线特征值之间的特征值差异；当所述特征值差异小于预设差异值时，两个所述振动信号检测点之间不存在机械故障；当所述特征值差异大于所述预设差异值时，则两个所述振动信号检测点之间存在机械故障。

实施例三

如图2所述，本实施例提供了一个最简单的基于振动检测的GIS机械故障定位系统的举例，依次在GIS上设置GIS电流互感器1，盆式绝缘子2，第一振动信号检测点3，第二振动信号检测点4，电流信号检测点5，第一振动加速度传感器6，第二振动加速度传感器7。

在GIS运行过程中，GIS母线中的电流信号通过GIS电流互感器1测量得到，并且由于符合实时变化，GIS母线中的电流也是实时变化的。

GIS运行中GIS外壳振动信号主要由GIS母线中的电流激发产生，因此GIS母线中的电流信号和GIS外壳中的振动信号之间具有相关性。

设定一个预设时间范围为24小时，实时检测24小时范围内的电流信号和振动信号的实时变化，分别获取到第一振动信号检测点3和第二振动信号检测点4处振动信号和GIS母线电流信号之间的电流-振动信号曲线V＝f(i),其中V为振动信号幅值，i为GIS母线电流，形成一定的函数关系。

进一步地，计算第一振动信号检测点3，第二振动信号检测点4处的电流-振动信号曲线特征值，具体为振动信号的积分，即

其中i₁为所述预设时间范围内所述电流信号的最小值，i₂为所述预设时间范围内所述电流信号的最大值。

当第一振动信号检测点3，第二振动信号检测点4之间不存在机械故障时，由于母线电流处处相等，则其所激发的外壳振动信号也是一样的，因此这两个检测位置处的特征量差异会很小，当小于5％时认为不存在差异，即第一振动信号检测点3，第二振动信号检测点4之间不存在机械故障。但一旦第一振动信号检测点3，第二振动信号检测点4之间存在机械故障，则会导致其振动信号发生变化，导致特征量差异变大，当差异大于5％时，认为第一振动信号检测点3，第二振动信号检测点4之间存在机械故障，从而实现GIS机械故障的定位。在实际应用中，振动信号检测点的个数根据实际需要设置为多个，任意两个振动信号检测点之间的特征量差异大于5％时，则这两个振动信号检测点之间存在机械故障。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于振动检测的GIS机械故障定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：在GIS上选取电流信号检测点和若干个振动信号检测点，并且同时在所述电流信号检测点上布置GIS电流互感器，在若干个所述振动信号检测点上布置振动传感器；

S2：同时对振动信号和电流信号进行检测，通过所述GIS电流互感器获取到所述电流信号，通过所述振动传感器获取到若干个所述振动信号检测点上的所述振动信号；

S3：根据所述电流信号和所述振动信号，形成每一个所述振动信号检测点在预设时间范围内的电流-振动信号曲线；

S4：根据所述电流-振动信号曲线，计算电流-振动信号曲线特征值；

在步骤S4中，计算所述电流-振动信号曲线特征值，具体为：

计算所述振动信号的积分

，其中i₁为所述预设时间范围内所述电流信号的最小值，i₂为所述预设时间范围内所述电流信号的最大值；

S5：判断任意两个所述振动信号检测点的所述电流-振动信号曲线特征值之间的特征值差异；当所述特征值差异小于预设差异值时，两个所述振动信号检测点之间不存在机械故障；当所述特征值差异大于所述预设差异值时，则两个所述振动信号检测点之间存在机械故障。

2.根据权利要求1所述的基于振动检测的GIS机械故障定位方法，其特征在于，在步骤S3中，形成每一个所述振动信号检测点在所述预设时间范围内的电流-振动信号曲线，具体为：

预设一段连续的所述预设时间范围，针对每个所述振动信号检测点进行连续检测；

针对连续检测的结果，形成在所述预设时间范围内的振动信号幅值与电流信号幅值的函数关系V=f(i)，其中，i为电流信号值，V为振动信号值；

通过所述函数关系生成所述电流-振动信号曲线。

3.根据权利要求1所述的基于振动检测的GIS机械故障定位方法，其特征在于，所述振动传感器包括位移传感器，速度传感器，加速度传感器在内的传感器。

4.根据权利要求1所述的基于振动检测的GIS机械故障定位方法，其特征在于，在GIS上选取若干个所述振动信号检测点，具体为：

根据所述GIS的实际工作情况，按照预设的固定距离在所述GIS上依次分布若干个所述振动信号检测点；

当任意两个所述振动信号检测点的所述电流-振动信号曲线特征值之间的所述特征值差异大于所述预设差异值时，即可判断两个所述振动信号检测点之间存在机械故障。

5.根据权利要求1所述的基于振动检测的GIS机械故障定位方法，其特征在于，所述预设差异值，设置为5%，当任意两个所述振动信号检测点的所述电流-振动信号曲线特征值之间的所述特征值差异大于5%时，则两个所述振动信号检测点之间存在机械故障。

6.根据权利要求1所述的基于振动检测的GIS机械故障定位方法，其特征在于，所述预设时间范围设置为24小时，在24小时内对每一个所述振动信号检测点的所述振动信号和所述电流信号进行连续检测，即可形成在24小时内，每一个所述振动信号检测点的所述电流-振动信号曲线。

7.一种基于振动检测的GIS机械故障定位系统，其特征在于，包括故障定位装置和GIS；

所述GIS包括GIS母线，若干个盆式绝缘子，GIS外壳；

所述故障定位装置包括GIS电流互感器和振动传感器；

在所述GIS上选取电流信号检测点和若干个振动信号检测点，并且同时在所述电流信号检测点上布置所述GIS电流互感器，在若干个所述振动信号检测点上布置所述振动传感器；

同时对振动信号和电流信号进行检测，通过所述GIS电流互感器获取到所述电流信号，通过所述振动传感器获取到若干个所述振动信号检测点上的所述振动信号；

根据所述电流信号和所述振动信号，形成每一个所述振动信号检测点在预设时间范围内的电流-振动信号曲线；

根据所述电流-振动信号曲线，计算电流-振动信号曲线特征值；

其中，计算所述电流-振动信号曲线特征值，具体为：

计算所述振动信号的积分

，其中i₁为所述预设时间范围内所述电流信号的最小值，i₂为所述预设时间范围内所述电流信号的最大值；

判断任意两个所述振动信号检测点的所述电流-振动信号曲线特征值之间的特征值差异；当所述特征值差异小于预设差异值时，两个所述振动信号检测点之间不存在机械故障；当所述特征值差异大于所述预设差异值时，则两个所述振动信号检测点之间存在机械故障。

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