基于振声联合分析的GIS设备机械故障诊断

摘要

随着我国特高压工程全面开展，六氟化硫全封闭式组合电器(Gas Insulated Switchgear，GIS)得到了更广泛的应用。GIS较传统电力设备具有诸多优势，如体积小、占地面积小，高性能运行且故障率低等。然而，GIS也存在一些缺点，如一旦发生故障，由于其全封闭性使得故障难以确定和定位，从而导致引发更大的事故，造成巨大损失。而且，GIS一些微小机械缺陷在安装、验收及运行早期不容易被发现。因此，针对GIS设备建立一套实时监测的系统具有十分重要的现实意义。
　　本文的主要研究内容如下：
　　设计了一套基于振声联合分析的GIS设备机械性故障诊断系统。该套系统同时汲取了GIS声音信号与振动信号的优点，能够对GIS设备机械状态进行全天候实时监测。
　　分析了实际高压变电站所处环境的噪声类型及每种类型噪声的功率谱特性。总结了不同类型环境噪声的特点及与目标声音信号的功率谱特征异同。同时，基于上述噪声数据分析结果设计了一套硬件与软件相结合的环境噪声滤除方案，包括拾音设备、拾音方法、隔音装置等选取，以及算法上基于自适应噪声对消原理进行噪声滤除。
　　基于电动力理论分析和GIS隔离开关机械故障模拟实验得出了声音及振动信号时频特征故障诊断依据。设计了两种GIS振动及声音信号特征提取算法——改进的工频谐波结构特征提取方法和多分辨率高斯滤波器组时频分析方法。前者能较传统方法更准确地提取信号中工频谐波结构，有效地避免频谱泄露的影响；后者滤波器组结合人耳听见模型和小波变换的特点，能够对GIS振声信号进行精细化时频分析，提供信号特征可视化时频图谱。
　　国家电网例行检测中发现了西安及周边市变电站内几处疑似出现异常运行的GIS电气元件。经现场采集振声数据进行分析，确认了其中几处接地开关及母线存在的接触不良及屏蔽罩松动等机械缺陷。验证了本文所设计的系统在实际变电站进行GIS运行状态监测及故障诊断的有效性。

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缩略语对照表

第一章 绪论

1.1 选题背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 GIS机械故障分析

1.4 本文的主要工作

第二章 变电站环境噪声分析

2.1 变电站内拾音效果分析

2.2 变电站环境声源简介

2.3 变电站环境噪声特征分析

2.4 环境噪声滤除方案

2.5 本章小结

第三章 特征分析方法

3.1 GIS电动力分析

3.2 改进的工频谐波结构特征提取算法

3.3 多分辨率高斯滤波器组时频分析法

3.4 本章小结

第四章 振声联合分析方案设计

4.1 振动与声音信号优缺点分析

4.2 振声联合分析系统设计

4.3 本章小结

第五章 变电站现场数据分析

5.1 接地开关

5.2 母线

5.3 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

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