安裝傳感器來 監(jiān)測、采集筒體振動(dòng)信號(hào)，將所得的振動(dòng)信號(hào)利用小波降噪算法加 W處理，最后通過頻譜分 析及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障隱患，從而最大可能地降低GIS大型事故發(fā)生概率。
[0059] 基于小波降噪的振動(dòng)信號(hào)處理
[0060] 由于信號(hào)與噪聲在時(shí)域和頻域兩種模態(tài)下存在差異，GIS有效的狀態(tài)監(jiān)測與故障 診斷即可利用運(yùn)種差異實(shí)現(xiàn)理想的信噪分離，進(jìn)而達(dá)到有效的除噪效果。
[0061] 假定帶噪聲的振動(dòng)信號(hào)
[0062] si = fi+ei (1)
[0063] 式中fi為真實(shí)信號(hào)，ei為方差的高斯白噪聲，即（0,〇2)，si為含有噪聲的信號(hào)。令 I為fi的估計(jì)值，則構(gòu)造估計(jì)模型黨的均方差為
[0064]
( 2 )
[0065] 極少數(shù)小波系數(shù)受有用信號(hào)fi的影響，而所有小波系數(shù)中的任何一項(xiàng)均受到白噪 聲ei的不同影響。
[0066] 取定一個(gè)閥值λ，保存高于閥值λ的系數(shù)，而將低于閥值λ的每一項(xiàng)系數(shù)均設(shè)定為 零。處理后的小波系數(shù)記為信號(hào)fi的估計(jì)值。
[0067] 所W建立小波降噪模型過程可分為W下步驟：
[0068] 1)計(jì)算信號(hào)Si的小波系數(shù)wj,k。
[0069] 2)闊值計(jì)算
[0070]
( 3 )
[0071] 式中η為輸出樣本的長度。
[0072] 將信號(hào)Si中的每一個(gè)元素取絕對(duì)值，即I S I。取閥值處理后的小波系數(shù)ru，如果I S >λ，則令
[0073] ru = si即（S) ( I S I-λ) (4)
[0074] 否則 τμ = 〇;
[00對(duì)把Wj,k代入式（4)，得離
[0076] 3)對(duì)g進(jìn)行小波重構(gòu)，得到f(ti)的估計(jì)信號(hào)二W·''苗即為降噪后的信號(hào)，W為 小波分解算子。
[0077] 對(duì)于上述降噪模型，0=wTf，則f(ti)的估計(jì)值的均方差為
[007引
：（5 )
[0079] 因此f(ti)的估計(jì)誤差取決于·|;的值，式(4)求得的潑值為Θ的理想估計(jì)值。由式(5) 可得到f(ti)均方意義下的理想估計(jì)值。
[0080] 其中，f(ti)是有用信號(hào)，Θ是重構(gòu)后的信號(hào)，f是重構(gòu)前的信號(hào)。
[0081 ]圖2所示為小波降噪后的效果圖。
[0082] 3GIS異常振動(dòng)信號(hào)的測量
[0083] 利用傳感器獲取振動(dòng)信號(hào)，放大器或變換器用來加工輸出信號(hào)，二者共同組成振 動(dòng)信號(hào)測量單元。振動(dòng)測試傳感器(又名拾振器），是一種敏感元件，能夠?qū)⒄駝?dòng)信號(hào)變換為 電參量。振動(dòng)測試傳感器能夠?qū)⒈粶y的振動(dòng)物理量轉(zhuǎn)換成W電量(電壓、電荷)或電參數(shù)(電 阻、電容、電感等)為主要形式的信號(hào)。
[0084] 在GIS的外殼表面進(jìn)行加速度傳感器的布點(diǎn)，布點(diǎn)位置應(yīng)均勻的分布在可粘貼的 殼體表面，具體分布情況如下。
[0085] 4試驗(yàn)結(jié)果及分析
[0086] 對(duì)測量的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行小波降噪后，最終得到各通道振動(dòng)信號(hào)的頻譜圖，如下所 不為通道CH1-CH4的f目號(hào)頻譜，圖3-圖6所不。
[0087] 由W上圖形可W看出：在CH1通道所測得的振動(dòng)信號(hào)中，800化和700Hz為最大幅值 頻率點(diǎn)，主要振動(dòng)信號(hào)都集中在4000化頻率范圍內(nèi)，且都是在lOOHz整數(shù)倍的頻率點(diǎn)處出現(xiàn) 峰值情況，最低峰值點(diǎn)為lOOHz。振動(dòng)信號(hào)幅值在lOOHz-4000化范圍內(nèi)分布較為分散，集中 程度較C肥-CH4通道的信號(hào)集中程度較低。
[008引在CH2通道所測得的振動(dòng)信號(hào)中，幅值最大的頻率點(diǎn)在lOOHz處，而且在1300化、 800化和700Hz等頻率點(diǎn)處出現(xiàn)幅值稍低的次峰值。主要振動(dòng)信號(hào)都集中在3000化頻率范圍 內(nèi)，且都是在lOOHz整數(shù)倍的頻率點(diǎn)處出現(xiàn)峰值情況，最低峰值點(diǎn)為lOOHz。振動(dòng)信號(hào)幅值在 lOOHz-3000化范圍內(nèi)分布較為分散，集中程度較CH3、CH4通道的信號(hào)集中程度較低，比CH1 通道的信號(hào)集中程度高。
[0089]在CH3通道所測得的振動(dòng)信號(hào)中，峰值幅值最大的頻率點(diǎn)在lOOHz處，次峰值出現(xiàn) 在300Hz處。主要振動(dòng)信號(hào)都集中在1200化頻率范圍內(nèi)，且都是在lOOHz整數(shù)倍的頻率點(diǎn)處 出現(xiàn)峰值情況，最低峰值點(diǎn)為lOOHz。振動(dòng)信號(hào)分布較CH1、C肥通道的信號(hào)要更為集中。 [0090]在畑4通道所測得的振動(dòng)信號(hào)與畑3的振動(dòng)信號(hào)高度相似，最高峰值都出現(xiàn)在 100化處，且信號(hào)都集中在1200化頻率范圍W內(nèi)，振動(dòng)信號(hào)分布較CHUCH2通道的信號(hào)要更 為集中。W下表格列出了 4個(gè)測量通道CH1-CH4的測量信號(hào)中各主要頻率成分所占的百分比 重。
[0091 ]表1 CH1-CH4信號(hào)各主要頻率成分所占的百分比 [00921
[0093] 根據(jù)W上表格畫出信號(hào)頻率組成折線圖，如圖7所示，直觀的反映出各頻率成分的 組成大小。
[0094] 綜上所述可W得到W下結(jié)論：
[0095] 在W上4個(gè)測量點(diǎn)中，1號(hào)測量點(diǎn)所測的振動(dòng)信號(hào)出現(xiàn)最為嚴(yán)重的異常分布情況，2 號(hào)測量點(diǎn)的振動(dòng)信號(hào)頻率分布存在輕微的異常，3號(hào)和4號(hào)測量點(diǎn)的振動(dòng)信號(hào)頻率分布符合 理論分析情況，為正常情況。所W可W-次推測在1號(hào)測量點(diǎn)的附近存在振動(dòng)異常，引起噪 聲的異常情況，宜對(duì)1號(hào)測量點(diǎn)附近的設(shè)備進(jìn)行檢修W杜絕故障的發(fā)生。根據(jù)1號(hào)點(diǎn)的振動(dòng) 信號(hào)頻率分布情況，在700HZ-1200化頻率范圍內(nèi)有幅值較大的信號(hào)存在，有較大可能是由 于GIS內(nèi)部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)松動(dòng)或者互感器設(shè)備中的鐵忍或繞組發(fā)生松動(dòng)或變形引起的振動(dòng)與噪 聲的異常，需要進(jìn)行進(jìn)一步的驗(yàn)證。
[0096] 5 結(jié)論
[0097] 由該次振動(dòng)檢測數(shù)據(jù)的分析，現(xiàn)場可W基本斷定GIS內(nèi)部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)松動(dòng)，且初步定 位異常振動(dòng)位于互感器設(shè)備。在停電檢修中發(fā)現(xiàn)，由于B相電壓互感器支撐槽鋼緊固不牢， 造成互感器產(chǎn)生振動(dòng)。檢修結(jié)果證實(shí)基于異常振動(dòng)分析可W有效的檢測GIS機(jī)械缺陷。
[0098] 本發(fā)明所提出的基于異常振動(dòng)分析的GIS診斷技術(shù)研究為發(fā)現(xiàn)GIS的機(jī)械缺陷或 潛在故障提供一種重要而可行的檢測手段，對(duì)保障GIS可靠運(yùn)行具有重要意義。
[0099] 上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范 圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不 需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍W內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 基于異常振動(dòng)分析的GIS機(jī)械缺陷診斷系統(tǒng)，其特征是，包括:加速度傳感器、電荷放 大器、數(shù)據(jù)采集儀和數(shù)據(jù)處理裝置； 所述加速度傳感器固定于GIS殼體表面的測量點(diǎn)位置處，加速度傳感器、電荷放大器、 數(shù)據(jù)采集儀和數(shù)據(jù)處理裝置依次串聯(lián)連接； 數(shù)據(jù)處理裝置對(duì)測量的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行小波降噪后，最終得到各測量點(diǎn)振動(dòng)信號(hào)的頻譜 圖，通過分析頻譜圖各頻率段信號(hào)成分，確定GIS機(jī)械故障類型。2. 如權(quán)利要求1所述的基于異常振動(dòng)分析的GIS機(jī)械缺陷診斷系統(tǒng)，其特征是，在GIS的 外殼表面進(jìn)行加速度傳感器的布點(diǎn)，布點(diǎn)位置應(yīng)均勾的分布在可粘貼的GIS殼體表面。3. 如權(quán)利要求1所述的基于異常振動(dòng)分析的GIS機(jī)械缺陷診斷系統(tǒng)，其特征是，通過分 析頻譜圖各頻率段信號(hào)成分，確定GIS機(jī)械故障類型具體如下： 由局部放電引起的振動(dòng)，振動(dòng)主頻率在5~30KHz之間； GIS中由于電極表面不平整出現(xiàn)毛刺，或由于絕緣子中有氣穴存在，在電場作用下造成 局部放電集中而發(fā)生放電，這種放電產(chǎn)生的電磁波引起外殼的振動(dòng)，振動(dòng)主頻率在20KHz~ 60KHz之間； 在100Hz處，磁致伸縮引發(fā)的振動(dòng)接近于電動(dòng)力所引發(fā)的振動(dòng)，但電動(dòng)力引發(fā)的振動(dòng)在 高頻信號(hào)300Hz以上時(shí)非常微弱，而鐵芯的磁致伸縮作用引發(fā)的振動(dòng)仍然非常強(qiáng)烈，由磁致 伸縮作用引發(fā)的鐵芯的振動(dòng)，振動(dòng)信號(hào)在600Hz頻率處依然很強(qiáng)烈。4. 如權(quán)利要求1所述的基于異常振動(dòng)分析的GIS機(jī)械缺陷診斷系統(tǒng)，其特征是，由于導(dǎo) 體中交流電流產(chǎn)生的交變電動(dòng)力引起的母線振動(dòng)，其振動(dòng)頻率主要為100Hz; 由靜電力引起的振動(dòng)，其振動(dòng)頻率主要為100Hz。5. -種如權(quán)利要求1所述的基于異常振動(dòng)分析的GIS機(jī)械缺陷診斷系統(tǒng)的方法，其特征 是，包括： (1) 在GIS的外殼表面進(jìn)行加速度傳感器的布點(diǎn)，布點(diǎn)位置應(yīng)均勾的分布在可粘貼的殼 體表面； (2) 測量GIS振動(dòng)信號(hào)，對(duì)測得的振動(dòng)信號(hào)按整周期進(jìn)行截??； (3) 采用小波分析方法對(duì)截取后的信號(hào)進(jìn)行降噪處理； (4) 對(duì)降噪后的信號(hào)段進(jìn)行頻譜分析，得到各測量點(diǎn)振動(dòng)信號(hào)的頻譜圖； (5) 根據(jù)得到的信號(hào)頻譜圖，確定每一個(gè)測量點(diǎn)振動(dòng)信號(hào)的主要頻率成分及各頻率成 分所占的百分比； (6) 分別以測量點(diǎn)的主要頻率成分和頻率成分所占的百分比為橫、縱坐標(biāo)軸建立直角 坐標(biāo)系，在所述直角坐標(biāo)系上繪出每一個(gè)測量點(diǎn)的主要頻率成分及各頻率成分所占的百分 比的折線圖； (7) 根據(jù)所述折線圖判斷測量點(diǎn)是否存在振動(dòng)信號(hào)異常分布的情況;如果有，則判斷該 測量點(diǎn)存在振動(dòng)異常，根據(jù)該測量點(diǎn)的振動(dòng)信號(hào)頻率分布情況，確定可能出現(xiàn)的GIS故障原 因。6. 如權(quán)利要求5所述的基于異常振動(dòng)分析的GIS機(jī)械缺陷診斷系統(tǒng)的方法，其特征是， 所述步驟(3)中采用小波分析方法對(duì)截取后的信號(hào)進(jìn)行降噪處理的方法具體為： 假定帶噪聲的振動(dòng)信號(hào)81為有用信號(hào)h和高斯白噪聲信號(hào)ei的和； 求取帶噪聲的振動(dòng)信號(hào)81的小波系數(shù)，設(shè)定閾值λ，保存高于閥值λ的系數(shù)，而將低于閥 值λ的每一項(xiàng)系數(shù)均設(shè)定為零； 處理后的小波系數(shù)記為信號(hào)h的估計(jì)值。7.如權(quán)利要求5所述的基于異常振動(dòng)分析的GIS機(jī)械缺陷診斷系統(tǒng)的方法，其特征是， 所述步驟(7)中，由于GIS設(shè)備所受的力與電流和磁場強(qiáng)度的乘積及漏磁通與電流成正比， 其振動(dòng)的加速度正比于負(fù)載電流的平方，故振動(dòng)信號(hào)的基頻是負(fù)載電流基頻的2倍，即 100Hz;當(dāng)GIS信號(hào)中的高頻成分增多，當(dāng)高頻信號(hào)所占比重增大到超出100Hz頻率所占比重 時(shí)，判斷該測量點(diǎn)存在振動(dòng)異常。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于異常振動(dòng)分析的GIS機(jī)械缺陷診斷系統(tǒng)及方法，包括：加速度傳感器固定于GIS殼體表面的測量點(diǎn)位置處，加速度傳感器、電荷放大器、數(shù)據(jù)采集儀和數(shù)據(jù)處理裝置依次串聯(lián)連接；數(shù)據(jù)處理裝置對(duì)測量的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行小波降噪后，最終得到各測量點(diǎn)振動(dòng)信號(hào)的頻譜圖，通過分析頻譜圖各頻率段信號(hào)成分，確定GIS機(jī)械故障類型。本發(fā)明有益效果：本發(fā)明所提出的基于異常振動(dòng)分析的GIS診斷技術(shù)研究為發(fā)現(xiàn)GIS的機(jī)械缺陷或潛在故障提供一種重要而可行的檢測手段，對(duì)保障GIS可靠運(yùn)行具有重要意義。
【IPC分類】G01H1/00, G01R31/00
【公開號(hào)】CN105629100
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510971986
【發(fā)明人】孫慶生, 曹濤
【申請(qǐng)人】國網(wǎng)安徽省電力公司合肥供電公司, 國家電網(wǎng)公司
【公開日】2016年6月1日
【申請(qǐng)日】2015年12月18日