高压隔离开关在线监测振动信号特征提取研究

对GW4-126型户外高压隔离开关动作过程中的振动信号进行研究。采用短时傅里叶变换进行时频特性分析,结合振动信号的统计分析,提取出了隔离开关的动作特征参数。通过模拟故障试验对振动信号仿真分析,有效的提取了频率、时间和峭度等特征参数,能够识别隔离开关的动作过程的状态,为隔离开关的故障识别提供了参数依据,同时为实现隔离开关的健康状态在线监测奠定了基础,具有深远的实用意义和社会价值。     

高压隔离开关机械故障分析及诊断技术综述

高压隔离开关故障频发严重威胁电网安全稳定运行,机械故障是户外隔离开关出现最多的故障类型。分析了支柱瓷绝缘子断裂、操作失灵、锈蚀等隔离开关典型机械故障发生的原因,综述了超声波探伤、振动声学法、红外热像法、应力应变测试、驱动电机电流检测等高压隔离开关机械故障诊断方法的研究现状。采用电阻应变测量技术和驱动电机电流信号分析检测了隔离开关传动或转动机构卡涩故障信号,并对试验结果进行了初步分析。在此基础上,提出了高压隔离开关机械故障综合诊断建议,可为户外变电站高压隔离开关安装调试及运行维护管理提供参考。     

高压开关机械故障的监测与诊断

高压开关操作系统的机械故障是运行中常见故障。这类瞬动式的设备的机械故障监测不同于其他运转机械。现介绍由外部振动信号分析开关动作时的机械状态,通过信号的处理提取故障信息,这种间接监测诊断方法适合于在线应用。     

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ReliefF特征量优化及BP神经网络识别的高压隔离开关故障类型与位置诊断方法

针对高压隔离开关机械故障的类型和发生位置难以有效识别的问题,提出了一种将隔离开关多路振动特征利用Relief F算法进行优化然后利用BP神经网络进行融合决策的故障诊断方法。首先进行试验模拟故障,在隔离开关本体和操动机构上分布式安装振动传感器,采集不同位置振动信号;然后将多个传感器采集的振动信号进行经验模态分解,得到固有模态函数,分别计算能量距,并把多路信号的能量距进行融合。最后使用Relief F算法对其进行特征筛选,构成BP神经网络的输入特征向量,从而实现故障类型、位置诊断。试验结果表明,多路传感器融合特征向量相比于单路信号提取的特征,对隔离开关不同的故障具有较好的识别能力,可诊断出故障发生的种类及位置,提高了诊断准确率。     

GIS隔离开关接触状态振动–温度联合检测方法

气体绝缘开关设备(gas insulated switchgear,GIS)中隔离开关接触状态对于设备的安全运行具有极大的影响，因此围绕GIS隔离开关接触状态与振动信号、温度变化的对应关系展开研究，搭建了252 kV三相分体式GIS试验平台。通过控制动静触头接触距离模拟了3种机械状态，测量了隔离开关在不同接触状态下的振动信号和温度信号，获得了振动和温度信号的关联关系，基于振动和温度信号的特征量联合分析，提出了隔离开关接触状态的综合检测方法。试验结果表明：正常运行时，GIS外壳振动幅值较小，频率主要分布在100 Hz，温升在1℃左右；随着接触状态劣化，振动幅值明显增加，频谱中出现200 Hz、300 Hz等异常振动信号，外壳温度持续升高。研究结果表明：以振动信号的振幅、频率幅值占比和温度变化为特征量，综合分析不同接触状态下振动信号的相似度和相对温差，得到特征量间的相对系数，能够在不同电流下较好地识别GIS隔离开关接触状态，对现场检测具有实际意义。     

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。     

利用窄带噪声辅助多元经验模态分解算法检测换流变压器用有载分接开关机械状态

为有效检测换流变压器用有载分接开关的机械状态,提出一种窄带噪声辅助多元经验模态分解的方法对有载分接开关切换过程中采集到的多通道振动信号进行分析。具体应用时,在原始多通道振动信号中增加若干通道窄带噪声信号,并在统一高维超球面坐标系下进行分解计算,从而在有效抑制经验模态分解过程中模态混叠现象的同时,极大提高了多维振动信号分解的准确性并降低了运算复杂性。进而根据区间最大功率特征计算固有模态函数的功率矩阵,对有载分接开关的机械特征进行描述。对有载分接开关样机正常与典型机械故障时振动信号的计算结果表明,其不同工况下的功率特征有较大区别,所定义的矩阵相似度指标可较好地衡量有载分接开关典型故障时的振动差异程度。此外,触头松动时与正常工况的相似度指标低于绝缘板松动故障,说明触头松动故障对有载分接开关切换过程的影响更为明显。     

振动法在线检测电力变压器有载调压开关触头状况的可行性研究

以一台SYJZZ型有载调压开关为研究对象,分析振动信号与OLTC的触头状况之间的关系。首先分析了OLTC动作过程与振动信号在时间上的对应关系,提取出正常信号的基本特征,并找出与故障信号的区别,进而分析故障信号的原因。比较振动信号的分析结果与实际故障的检测结果,得出振动法检测变压器有载调压开关是一种有效可行的方法。     

基于改进掩膜信号优化的经验模态分解算法的有载分接开关机械故障诊断

为了有效在线监测有载分接开关(OLTC)的运行状况,采用基于改进掩膜信号优化的经验模态分解算法和区间最大功率特征矩阵相结合方法对有载分接开关运行过程中产生的振动信号进行分析。通过在采集到的原始信号中加入改进的掩膜信号,有效地消除经验模态分解(EMD)过程中出现的模态混叠现象。然后根据分解得到的固有模态函数(IMF)求得区间最大功率特征矩阵,从而进一步对有载分接开关的实际运行状态进行监测。计算结果显示OLTC在不同运行状态下的区间最大功率特征矩阵有明显的差异,其区间最大功率特征矩阵相似度指标可较好地判别OLTC发生典型故障时振动信号的差异程度。     

一起220kV隔离开关控制失效的诊断与处理

为了提高运行与检修人员处理高压隔离开关控制失效故障的能力与效率,提高电网的运行稳定性与供电可靠性,结合高压隔离开关的控制回路图和信号回路图,针对厦门电业局220 kV梧侣变电站的一起220 kV隔离开关控制失效故障进行原理分析与原因判断,并成功处理。通过对此次消缺作业的归纳总结以及根据隔离开关信号回路图设计方面的不足提出对应的整改措施,以求完善微机保护装置的信号采集与逻辑判断功能,以利于运行与检修人员对类似故障的正确判断与快速处理,为电网的运行维护打下坚实基础,以及提高电网的运行可靠性,实现电力生产"三节约"。     

基于优化VMD的高压断路器机械状态检测

为有效检测高压断路器的机械状态,提高其运行可靠性,基于优化变分模式分解(VMD)法对高压断路器分合闸过程中的振动信号进行了分析。首先利用粒子群优化算法基于整体正交系数得到了最优的VMD结果,然后对振动信号Hilbert变换的时频谱进行了合理划分,据此定义了振动信号的特征向量及相似度指标。对某40.5 kV断路器正常与典型故障下振动信号的分析结果表明,所提出的优化VMD算法的分解结果更为准确,所定义的相似度指标能有效识别断路器的典型故障。当相似度大于0.9时,断路器机械状态正常;当相似度在0.7～0.9之间,可能发生缓冲机构故障;当相似度小于0.7时,可能发生传动机构故障。     

基于力矩--转角曲线的水平折臂式隔离开关机械状态检测方法

瓷柱式高压隔离开关结构简单,成本较低,其调试维护往往不受人们重视,导致隔离开关故障频发,其中占比较大的机械故障仍缺乏有效的检测方式。文中以水平折臂式隔离开关为研究对象,采用非植入式力矩检测系统,测得分合闸过程操作力矩-转角曲线,并详细分析了曲线的变化趋势与对应的运动过程。设计了不同故障模拟实验,测得不同故障状态下的操作力矩-转角曲线。对比正常状态与故障状态的检测曲线,平衡弹簧疲劳状态下合、分闸曲线面积比小于1;卡涩状态下力矩明显增大;动作不到位状态下主轴转动角度明显减小。据此,提出了基于力矩-转角曲线的该型号隔离开关机械状态的诊断方法与检修策略,为该型号隔离开关检修作业应用提供参考。     

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。     

基于优化HHT算法与洛仑兹信息量度的换流变用有载分接开关机械特征提取

为寻求有效的换流变用有载分接开关机械特征提取方法,提出了一种优化希尔伯特–黄(Hilbert-Huang transform,HHT)变换算法和洛仑兹信息量度相结合的方法对有载分接开关(on-load tap-changer,OLTC)切换过程中的振动信号进行分析。具体应用时,通过在原始信号中增加基于蚁群算法得到的最优掩膜信号来限制传统HHT分解过程中的带宽特性,从而在有效抑制EMD分解过程固有模态混叠现象的同时,提高了振动信号分解的准确性。进而根据振动信号的Hilbert能量谱定义了基于洛仑兹信息量度的三维曲面相似度指标来获取OLTC的机械特征。对换流变用R型OLTC样机正常与典型机械故障时切换过程中振动信号的计算结果表明,OLTC切换过程中正常与故障时的振动信号能量谱有着较大区别,所定义的三维曲面相似度指标可较好地衡量OLTC典型故障时切换过程中振动信号能量分布的差异程度。此外,触头松动时与正常工况的相似度指标低于绝缘板松动故障,说明触头松动故障对OLTC切换过程的影响更为明显。     

基于电流峰面积及时间特性的隔离开关故障诊断系统设计

为了实现高压隔离开关机械故障诊断,设计了电机电流检测系统并实时采集了GW4B-252 DW型隔离开关分合闸过程中的电流信号,分析了隔离开关分合闸不到位、运动部件卡涩等机械故障情况下的电机电流信号特征,提出了基于电流峰面积分析和时间特性对比的隔离开关机械故障诊断流程。研究结果表明,当隔离开关发生机械故障时,驱动电机电流波形发生畸变,对应的电流峰面积和时间特性发生明显改变,由此可判断出相应的故障类型。该方法具有广泛适用性,从而可提高设备运行的可靠性。     

隔离开关二次回路故障快速定位装置的研制

隔离开关是变电站内重要的高压一次设备,其二次回路发生故障将导致不能正常分、合闸操作,降低了电网供电可靠性。针对目前电力系统中因无法直接精准判断隔离开关二次回路故障位置而导致故障处理时间延长的问题,基于二次回路节点电压比较的思路,提出了用于快速定位隔离开关二次回路故障的方法和装置,采集各点的实际电压,并与该点标准电压进行对比,结合隔离开关的操作动作过程,快速判断故障位置。现场实际应用结果表明,该装置能够快速定位二次回路的故障位置,缩短故障处理时间,有效保障电网供电可靠性。     

GIS正常运行与松动故障下的振动机理

气体绝缘开关设备(GIS)运行时常发生开关部件及电气连接点的松动故障,引发机械的异常振动。分别从导电杆所受电磁力与涡流两方面推导三相共体式GIS与三相分体式GIS受力振动机理,进行仿真建模,证明了振动机理的正确性。建立松动故障时接触面受力振动模型,仿真计算松动时接触面的振动位移,并对比正常运行时振动特性与松动故障时振动特性的差异,发现松动故障时振动信号在某些频段的能量会增加,常见的是在1 000~2 000 Hz段的能量增加明显。进行现场实际的松动故障模拟,采集GIS振动信号,对振动信号进行时频变换提取频谱特征,验证了仿真计算的正确性。     

基于TQWT及SVM算法的有载分接开关带电检测技术研究

在变压器带电情况下,有载分接开关（OLTC）振动信号可反应其运行状态。对振动信号特征参量进行提取分析和故障诊断可辅助实现变压器健康状态预警。本文采用优化后的小波包算法：品质因子可调小波变换算法（TQWT）提取检测装置获取的振动信号有效信息,克服小波滤波器导致的频率混淆现象,消除频率折叠,有效提高特征参量的准确性。通过支持向量机算法（SVM）对振动特征信号进行故障类型识别。在此基础上研制有载分接开关带电检测装置,实现了对有载分接开关运行状态量的现场检测和分类,大幅度减少了现场检修人员工作量,提高检修人员工作效率。     

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%。