基于多特征融合的GIS隔离开关接触状态评估方法

现有气体绝缘开关（GIS）的隔离开关接触状态评估方法依据状态特征量单一,评估结果可靠性低,易出现误判漏判等情况。基于此,提出一种基于多特征融合的GIS隔离开关接触状态评估方法。搭建220 kV GIS隔离开关多状态量综合检测实验平台,实验研究了GIS隔离开关外壳温度信号、外壳振动信号及局部放电信号与隔离开关接触状态之间的关系。在此基础上,将GIS隔离开关外壳温升、外壳振动信号振幅及局部放电特高频信号放电幅值作为隔离开关状态特征量,建立基于支持向量机的隔离开关接触状态评估模型。对该状态评估模型进行测试,结果表明基于多特征融合的GIS隔离开关接触状态评估方法准确率最高,可达到92.92%。     

基于振动信号的GIS隔离开关接触状态带电检测技术研究

隔离开关是GIS重要部件,隔离开关在安装过程及运行过程中会频繁操作,会导致其存在动静触头接触松动、开合不到位等机械故障。研究了利用运行过程中GIS外壳振动信号进行隔离开关接触状态的带电检测技术。理论分析了隔离开关由于接触状态改变所导致的振动信号特征,并通过实验研究了隔离开关松动时GIS设备的外壳振动信号特性,结果表明一旦隔离开关接触状态劣化,出现松动的机械故障,会导致振动信号幅值变大、信号出现除100 Hz外的其他分量。利用所研制的带电检测系统对现场220 k V GIS进行了振动测试,并结合X射线证明了所研究方法的有效性。     

基于ILPSO-LSSVM的GIS设备隔离开关机械异响振动识别方法研究

隔离开关正常运行对保证气体绝缘开关GIS(gas insulated equipment)设备安全极为重要。文中针对GIS设备隔离开关机械异响振动识别方法开展研究，采用真型GIS设备平台模拟了隔离开关触头接触不良的5个典型状态：正常接触（148μΩ）、轻微接触不良（221、298μΩ）、严重接触不良（433、550μΩ），检测并分析了GIS设备隔离开关机械振动特性，发现GIS设备正常振动的主频率为100 Hz，振动幅值随电流增大而增大；当隔离开关存在接触不良缺陷时，振动频谱100 Hz振动分量幅值增加，同时出现100 Hz的倍频以及更高的频率成分；为实现隔离开关接触不良状态准确识别，文中采用变分模态分解、信号模态间能量分布差异分析和奇异值分解提取了表征隔离开关接触状态的缺陷特征参量，通过将改善线性约束问题的粒子群算法和最小二乘支持向量机算法（ILPSO-LSSVM）融合构建了隔离开关触头接触不良缺陷辨识模型，检验结果表明该模型辨识效果优。     

GIS设备机械缺陷的振动检测技术研究

气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear,GIS)在运行过程中除了电气缺陷外,还会产生机械缺陷。GIS机械缺陷的产生主要是由于其导电回路存在接触不良所导致,运行过程中GIS的机械缺陷会导致设备产生机械振动,长期的机械振动会导致设备漏气、抗震性能下降甚至导致电气缺陷的产生,影响设备的安全运行。文中针对GIS设备机械缺陷的振动法检测,分析了运行过程中GIS振动信号的来源。在实验室构建了隔离开关接触不良缺陷,研究了其在大电流作用下的振动信号特征,结果表明,GIS振动信号的基频为100 Hz,当存在隔离开关接触不良等机械缺陷时,会导致其外壳振动信号幅值增加,其中200 Hz及300 Hz分量会显著增加。利用GIS外壳振动检测可有效实现GIS设备机械状态的带电检测。     

GIS设备非电接触松动缺陷的振动试验研究与特性分析

气体绝缘组合电器GIS包含设备众多，机械结构复杂，工作时处于高电压、大电流的状态，容易产生机械故障，通过振动检测可对GIS设备机械状态进行判断。为进一步研究GIS设备机械缺陷检测方法，探究设备内非电接触松动缺陷的振动特性，文中在一台550 kV GIS设备上开展振动试验，在试验回路中设置内部屏蔽罩松动和外部地脚螺栓松动两种机械缺陷，通过测量不同状态、不同电流下GIS外壳的振动信号，从时域、频域方面总结振动信号特征和变化规律，并提出基本特征量的提取方法。结果表明GIS设备内部非电接触机械缺陷所产生的异常振动不会引起信号中100 Hz基频分量变化，内部屏蔽罩松动缺陷会导致200 Hz和300 Hz分量的幅值升高；地脚螺栓松动缺陷会导致1 700 Hz以上频率幅值均值升高，随着电流的增加，幅值增大越明显。研究结果补充了GIS设备非电接触机械缺陷检测研究，为设备振动检测试验提供了新的思路与参考。     

主回路不同接触状态时GIS外壳振动特性

GIS主回路接触状态劣化会导致主回路故障,目前还缺乏有效的在线监测手段。文中通过温升试验发现GIS外壳振动信号频谱在试验过程中会发生改变,对特征量的选取有一定影响。文中认为通过振动判断GIS主回路接触状态时应当充分考虑温度的影响,保证测量时的状态与运行时相近。通过试验数据发现,随着温度升高,频率较低部分的幅值有所升高,频率较高部分的幅值有所降低,最后达到稳定状态。选取了稳定后的振动数据做对比分析得到:随着GIS内部接触不良严重程度加大,高频部分信号占比增加。文中根据类内类间距准则,以600 Hz为分界频点划分了低频段和高频段,以高频段幅值和与全频段幅值和之比作为特征量,通过数据统计验证了该特征量可以有效区分不同接触状态。     

基于振动原理的GIS母线触头松动缺陷诊断技术研究

笔者在分析GIS设备母线触头松动缺陷产生机械振动机理的基础上,研制了采用振动加速度传感器的GIS振动信号检测装置,并在实验室搭建了GIS机械振动检测试验平台,通过模拟GIS母线触头松动的机械缺陷,开展了GIS母线触头正常、松动两种情况下的试验研究,研究结果表明:不论GIS母线触头是否存在缺陷,在GIS绝缘盆子附近的外壳上都可以检测到明显的振动信号;正常运行时,各方向上的振动信号在1 400 Hz和100 Hz两个频率点上的幅值较高,且数值基本相等,比值约等于1;当GIS母线触头存在松动缺陷时,GIS壳体上检测到的振动信号在不同的方向上表现出不同的特征,选取1 400 Hz与100 Hz频率点对应幅值的比值可作为母线是否存在松动缺陷的判断特征量,当比值小于0.5或大于2时可初步判断存在母线松动缺陷。     

GIS机械振动和局部放电融合检测系统研究北大核心CSCD

气体绝缘组合开关潜在性的绝缘缺陷和机械缺陷是导致其发生故障的主要原因,因此同步检测GIS设备内部绝缘状态和机械状态,对电力系统的正常运行具有重要的现实意义。文中从GIS的实际检测需求出发,设计振动—超声融合传感器,搭建融合检测系统。系统基于小波包算法实现对融合信号的分离与去噪,并利用振动基频信号获取工频电压相位,作为局部放电PRPD(partial discharge phase distribution)谱图的相位参考信息,检测系统可综合实现振动—超声融合信号采集、调理转换、处理分析等功能。在实体GIS设备上开展了隔离开关接触不良机械振动—局部放电联合检测试验,试验结果表明GIS设备隔离开关接触不良缺陷程度越高,机械振动信号中100Hz基频分量和300Hz异常分量越大,且隔离开关严重接触不良状态下会产生600、900Hz的异常分量,并伴随有悬浮放电信号,PRPD谱图显示放电幅值稳定且较高,放电相位固定,特征明显。文中研制的振动—超声融合检测系统可实现对GIS机械振动、超声局放信号的时空同步检测,进而综合分析GIS的机械状态和绝缘状态,实现对于缺陷类型、缺陷程度的精准诊断;系统便携性强,提高了现场对于电力设备的巡检效率,为现场GIS便携式精准检测提供了新方案。     

GIS隔离开关温度分布特性的试验研究

气体绝缘组合电器(GIS)为全封闭紧密结构,其内部的隔离开关易于产生机械接触缺陷,在运行电流作用下,一旦隔离开关出现接触不良,将引起温度异常升高,通过温度检测可对GIS隔离开关机械连接状态进行判断。为了获取隔离开关内部动触头温度与设备外壳温度之间的关系,本文基于550 kV GIS开展温升试验,在GIS隔离开关周围布置温度传感器测量温度分布,同时在GIS外壳上进行外部温度的测量,试验研究了不同电流、不同接触电阻下的GIS内部及外部温升规律,结果表明GIS外壳与隔离开关触头的温升存在线性关系,正常情况下顶部外壳温升每上升1 K,对应触头温升提高1.924 K,而故障情况下,对应的触头温升提高2.85 K,并且顶部外壳温度变化范围大,对设备内部温度变化敏感,具有较好的温度辨识性,能更灵敏准确地反映内部触头的温升情况。试验结果分析阐明了GIS内部热源、热量传导路径及温度分布特点,为通过GIS外部温度检测进行内部温度的反演提供了试验基础。     

基于机-热-电多参量信号特征的GIS隔离开关状态评估方法

气体绝缘开关(gas insulated switchgear, GIS)设备中的隔离开关故障往往是机械、热、电气多物理量综合作用的结果,从微小缺陷发展至严重故障的过程中,会产生异常振动、温度、局部放电多种参量信号,同时测量并分析GIS隔离开关的多参量信息对于准确获取其运行状态具有重要意义。文中通过在实体220 kV GIS实验平台上模拟隔离开关最为常见的接触不良缺陷,研究不同接触状态时振动信号、温度变化和局部放电信号的演化规律,获得其与设备状态之间的对应关系,结合健康指数理论和改进层次分析法,提出基于多参量特征的GIS隔离开关综合评估方法。使用该方法开展现场测试,其检查结果与多参量综合评估方法的的分析结果相吻合。文中的研究为GIS隔离开关状态的带电检测提供了一种可行性较高的多参量融合分析新方法。     

基于振动信号SVM分类的变压器状态识别

为提高基于振动信号的变压器状态识别准确率,提取振动信号的峰峰值、均值、偏度等时域特征量和主频率幅值占比、基频幅值占比、50 Hz及其奇次倍频幅值占比等频域特征量构成特征向量,运用支持向量机(SVM)分类方法对变压器进行状态识别。采集了变压器正常与故障运行状态下的振动信号,结合实测信号分析了各特征量随变压器状态的变化,最后对比了单个特征量与多特征量结合对变压器正常短路、正常空载、故障短路、故障空载4种状态的识别准确率。结果表明,结合振动信号多个特征量的SVM分类对变压器的状态识别准确率显著高于单个特征量的识别准确率。     

特高压气体绝缘开关设备瞬态外壳电压特性的试验研究

特高压(ultra high voltage,UHV)气体绝缘开关设备(gas insulated switchgear,GIS)中隔离开关操作产生的瞬态外壳电压(transient enclosure voltage,TEV)具有的高幅值、陡波形、宽频带等瞬态特性影响变得越来越突出,可能危害到接触GIS设备的运行人员安全及GIS设备监控系统的正常运行。依托国网武汉1 000 kV交流UHV试验基地的2个UHV GIS设备试验回路,文中开展了TEV特性的试验研究。试验工况包括隔离开关速度为快速和慢速、回路负载侧是否预充直流电压、分支母线改变长度、隔离开关调换接线方向等接线方式,共开展了2 940次隔离开关合、分闸操作试验以及多测量点的TEV同步测量。通过对大量TEV测量结果的统计分析,获得了1 000 kV UHV GIS设备TEV的波形特征,包括TEV全过程波形特征、脉冲个数、波形总持续时间、单脉冲波形特征、频率成分、单脉冲持续时间、幅值上升时间以及预充/不预充直流电压、不同分支母线长度、调换隔离开关接线方向对TEV幅值特性的影响。并进一步统计分析了击穿电压、VFTO与TEV之间的相关性。通过一系列的试验研究,获得了特高压GIS设备的TEV波形特性,为进一步研究TEV建模仿真、标准制定以及安全防护等提供了依据。     

GIS设备运行状态下振动机理及检测诊断技术研究

气体绝缘金属封闭开关设备(gas insulated switchgear,GIS)运行中时常出现异常机械振动,振动信号检测对GIS运行状态评价与故障诊断具有重要意义。基于电磁感应原理分析了三相分箱型和三相共箱型GIS设备外壳环流特性,从电磁力和磁致伸缩两个方面深入研究了GIS振动机理,基于小波时频变换提取了振动信号频谱分布特征和振动声学指纹,用于振动信号识别与诊断。现场振动检测结果表明,GIS正常振动信号频率主要集中在100 Hz,与理论分析一致,异常振动信号除100 Hz分量外,还包含大量高次谐波分量,振动声学指纹发生明显变化。通过分析振动信号频谱及声学指纹,可以有效发现由内部缺陷引起的异常机械振动,该种方法具有较好的应用前景。     

高压组合电器水平母线振动特性研究

高压组合电器设备（gas insulated switchgear,GIS）运行中产生异常机械振动缺陷,对设备危害极大,因此,GIS正常运行时的振动特性对其运行状态评价与故障诊断具有重要意义。以三轴加速度传感器为核心搭建了振动检测系统,在某330 kV变电站GIS上测取振动信号,从时域和频域出发分析了振动的成因。研究结果表明,GIS表面信号可由径向、轴向和切向振动描述,由于受力模式不同,振动特性与测点位置有关：同一测量面的不同测量点,由上至下,径向振动幅值先降后升,切向振动幅值先升后降;同一测量点的不同测量面,越靠近母线中央,径向和切向振动幅值越大,轴向振动表现复杂。振动频率集中在100 Hz左右,存在2种特殊情况。     

GIS设备内外部紧固松动机械缺陷振动特性对比分析研究

气体绝缘组合电器（gas insulated switchgear,GIS）机械性缺陷是导致设备故障的重要原因。当GIS存在机械缺陷时,在交流电动力的作用下会产生异常振动信号,通过测量GIS外壳上的机械振动信号能够实现对设备机械缺陷的检测和诊断。GIS设备内部或者外部紧固松动是现场常见的机械性缺陷,然而目前对于内外部紧固松动缺陷的振动信号特性尚不清楚,制约了现场对于该类型缺陷的检测与诊断。针对于此,文中在550 kV实体GIS试验平台上构建了内部屏蔽罩松动和外部地脚螺栓松动两类缺陷,对比分析了不同缺陷下的振动信号时、频域特征,以及信号特征和负载电流的关联关系。结果表明,内外部缺陷均不会引起100 Hz基频振动信号发生变化,而仅导致其余频率点信号略有升高,因此无论是内部还是外部松动缺陷都不会引起设备振动信号幅值的明显升高;相比较而言,内部松动缺陷主要引起200、300 Hz等低频信号分量的升高,而外部松动缺陷主要引起1 500 Hz以上高频信号分量的幅值升高;内部松动缺陷引起的低频信号分量升高程度随着负载电流的增加明显增加,而外部松动缺陷引起的高频分量升高程度与负载电流相关性较小。文中的...     

GIS隔离开关不同接触状态下的温升特性研究

GIS因具有通流能力强、输送容量大、结构紧凑和使用寿命长等优点被广泛地应用于高压输电领域,而GIS隔离开关由于其封闭性和结构的紧凑性导致内部热故障不易被发现。因此,文中利用有限元多物理场分析方法建立仿真模型,分析了GIS隔离开关导体和外壳在同一负荷电流、不同接触状态下以及同一接触状态、不同负荷电流下的温升,得到GIS内部的温度场及流场分布情况,并搭建了GIS隔离开关温升实验平台进行实验验证。结果表明:通过对比多物理场耦合计算结果与实验结果证明了该模型的正确性以及有效性;触指是温升最高的地方,触头上方的位置为外壳上的最佳温度监测点;触头接触不良时的温升值和温升速率明显增大。文中的研究可以为GIS隔离开关的状态监测提供参考。     

基于热电耦合方法的800 kV GIS隔离开关温度场仿真研究

温升是GIS设备的重要考核指标之一,温升过高会导致设备发热严重,进而影响GIS运行的可靠性。为准确分析GIS的发热和温升,基于有限元分析软件,通过热电耦合方法,建立800 kV GIS隔离开关损耗发热的求解模型,在综合考虑导体及外壳不同的散热系数、环境温度和材料电阻率随温度变化等多种因素的基础上,计算分析隔离开关的整体温度场分布。通过温升试验,对比主要部位温升的计算值和试验值,证明了该方法的准确性,为隔离开关的设计提供了参考。     

机械缺陷对GIS外壳振动影响

气体绝缘开关(GIS)在运行过程中会发生振动。为了分析在GIS外壳连接处的螺栓松动和导杆不对中两种缺陷的振动信号分别与无缺陷正常运行时的差别,文中建立了252 kV三相分箱型GIS的三维模型,并在固体力学场中对模型进行模态分析,确定其固有频率,得到较有代表性的六阶模态振型。文中通过施加不同载荷及改变模型参数等方法,在固体力学场中分别求解无缺陷、不同数量螺栓松动和不同情况的导杆不对中状态下GIS外壳振动加速度的时域信号,并通过频谱分析得到其频域信号,通过比较分析几种情况下外壳振动加速度信号的差别,获得GIS出现螺栓松动缺陷和导杆不对中缺陷在GIS外壳振动加速度上的特征,得到出现以上缺陷时的判据。文中所得到的相关结论对于后续的GIS设备运行状态监测、机械缺陷判别和振动情况研究有一定的参考价值。     

基于电磁瞬态过程的GIS隔离开关分合位置确认方法研究

GIS隔离开关在电力系统中扮演着重要角色,但分合闸不到位故障会威胁系统安全。传统的状态检测方法所反映的腔体内部信息有限,文中提出了一种基于电磁瞬态过程的新方法。利用在GIS隔离开关带电分合过程中产生的电磁瞬态信息,通过分析电磁瞬态信号的起止时间与开关动静触头位置关系,反演GIS隔离开关腔体内动静触头状态。同时,还提出了一种低采样频率下提取高频电磁瞬态信号特征的方法,并开发了相应的采集装置。不仅有效降低了数据采集量,同时可以成功确认GIS隔离开关的分合位置。最后通过实验证明了文中提出方法的有效性。     

基于同频同相原理的GIS设备现场交流耐压试验方法研究及应用

GIS设备扩建部分与原有运行部分仅通过母线隔离开关断开,若采用常规调频串联谐振耐压试验方法在原有运行部分带电条件下对扩建部分进行交流耐压试验,由于试验频率在30~100 Hz之间且相位不固定,则必然存在某一时刻使得试验电压和运行电压幅值反向叠加,隔离开关断口电压最大,可能导致断口击穿进而危及GIS运行设备的情况。为解决以上问题,文中通过对试验时隔离开关断口电压进行分析,找到了降低隔离开关断口电压的途径,并依此对常规串联谐振耐压试验方法进行改进,提出了基于同频同相原理的GIS设备现场交流耐压试验方法 ,研制出同频同相交流耐压试验装置,并通过现场试验,验证了试验方法的有效性和装置的可靠性。该方法的提出,使得在原有运行部分带电条件下对扩建部分进行交流耐压试验成为现实,大大提高了供电可靠性,具有十分重大的经济价值和社会效益。