基于独立分量分析去噪的GIS机械缺陷诊断系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于独立分量分析去噪的GIS机械缺陷诊断系统及方法，包括：加速度传感器固定于GIS壳体表面的测量点位置处，加速度传感器、电荷放大器、数据采集仪和数据处理装置依次串联连接；数据处理装置对测量的振动信号进行降噪后，最终得到各测量点振动信号的频谱图，通过分析频谱图各频率段信号成分，确定GIS机械故障类型。本发明专利技术有益效果：本发明专利技术所提出的基于异常振动分析的GIS诊断技术研究为发现GIS的机械缺陷或潜在故障提供一种重要而可行的检测手段，对保障GIS可靠运行具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及机械故障诊断
，尤其涉及一种基于独立分量分析去噪的GIS机械缺陷诊断系统及方法。
技术介绍
气体绝缘金属封闭开关设备(GasInsulatedSwitchgear，GIS)广泛应用于各电压等级的变电站中，具有诸多优点，比如占地面积小、检修周期长、元件全部密封不受环境干扰、运行可靠性高，技术先进并且经济优越。虽然GIS具有很多的优点，但是也存在一些问题，例如：由于GIS的全部元件都封装在金属箱里，结构紧凑，内部电器元件多，难以及时发现和准确定位出现的故障；一旦出现故障，鉴于其复杂的结构，不易拆卸，很难实现现场维修。如果发生故障，GIS一般有2周的停电时间，然而现实情况下检修需要两周以上的时间来完成。因此，很有必要对GIS的运行状况进行实时的监测。GIS的异常机械振动在运行变电站时有发生，异常振动会对GIS运行状态产生不利影响，并且产成的超标噪声，会影响运行人员及变电站附近人员工作及生活。同时，异常振动会对现场GIS局部放电超声波检测造成干扰，进而影响GIS运行状态的准确评估。目前存在以下几种GIS故障诊断方法：1.SF6气体检测法通过抽取GIS内部的SF6气体分析所含分解物来判断是否发生放电故障及放电强度。但此方法不是实时检测法，甚至不是快速检测法。气体检测法灵敏度很低，并且对于某些机械故障类型并不适用，取气工作安全风险高，不能作为长期的检测方法使用。2.高频接地电流法利用带有铁淦氧等磁芯材料的罗可夫斯基线圈作为传感器，测量故障高频信号。但底线需要穿过线圈，给现场使用带来了不便。3.超高频检测法可以根据放电脉冲的波形特征和UHF信号的频率特征进行故障诊断，具有良好的检测灵敏度，但超高频传感器本身的结构设计无法抑制来自变电站内高频段的干扰，这就使得检测结果的准确性受到了严重影响。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了解决上述问题，提出了一种基于独立分量分析去噪的GIS机械缺陷诊断系统及方法，该系统及方法通过分析异常振动信号，对采集到的振动信号进行独立分量分析，得到对应的频谱图，从而掌握不同机械故障类型下的振动信号特性，可为GIS的故障检测和诊断提供更为全面的补充，有利于发现GIS潜在故障及故障定位。为实现上述目的，本专利技术的具体方案如下：基于独立分量分析去噪的GIS机械缺陷诊断系统，包括：加速度传感器、电荷放大器、数据采集仪和数据处理装置；所述加速度传感器固定于GIS壳体表面的测量点位置处，加速度传感器、电荷放大器、数据采集仪和数据处理装置依次串联连接；数据处理装置对测量的振动信号进行独立分量分析处理，最终得到各测量点振动信号的频谱图，通过分析频谱图各频率段信号成分，确定GIS机械故障类型。在GIS的外壳表面进行加速度传感器的布点，布点位置应均匀的分布在可粘贴的GIS壳体表面。通过分析频谱图各频率段信号成分，确定GIS机械故障类型具体如下：由局部放电引起的振动，振动主频率在5～30KHz之间；GIS中由于电极表面不平整出现毛刺，或由于绝缘子中有气穴存在，在电场作用下造成局部放电集中而发生放电，这种放电产生的电磁波引起外壳的振动，振动主频率在20KHz～60KHz之间；在100Hz处，磁致伸缩引发的振动接近于电动力所引发的振动，但电动力引发的振动在高频信号300Hz以上时非常微弱，而铁芯的磁致伸缩作用引发的振动仍然非常强烈，由磁致伸缩作用引发的铁芯的振动，振动信号在600Hz频率处依然很强烈。由于导体中交流电流产生的交变电动力引起的母线振动，其振动频率主要为100Hz；由静电力引起的振动，其振动频率主要为100Hz。一种基于独立分量分析去噪的GIS机械缺陷诊断系统的方法，包括：(1)在GIS的外壳表面进行加速度传感器的布点，布点位置应均匀的分布在可粘贴的壳体表面；(2)测量GIS振动信号，对测得的振动信号按整周期进行截取；(3)采用独立分量分析方法对截取后的信号进行降噪处理；(4)对降噪后的信号段进行频谱分析，得到各测量点振动信号的频谱图；(5)根据得到的信号频谱图，确定每一个测量点振动信号的主要频率成分及各频率成分所占的百分比；(6)分别以测量点的主要频率成分和频率成分所占的百分比为横、纵坐标轴建立直角坐标系，在所述直角坐标系上绘出每一个测量点的主要频率成分及各频率成分所占的百分比的折线图；(7)根据所述折线图判断测量点是否存在振动信号异常分布的情况；如果有，则判断该测量点存在振动异常，根据该测量点的振动信号频率分布情况，确定可能出现的GIS故障原因。所述步骤(3)中采用独立分量分析方法对截取后的信号进行降噪处理的方法具体为：1)对观测信号x进行去均值处理；2)对去均值后的信号x进行预白化；3)采用FastICA算法调整公式对信号x进行盲分离，通过求得的分离矩阵W，得到观测信号中所包含的独立分量y，对振源对应的独立分量进行时频分析，确定出故障分量；4)将故障分量以外的独立分量视为干扰噪声置零，然后重构各分量得到信号矩阵y’，再次用矩阵W-1与y’相乘得到去噪以后的振动加速度。所述步骤(7)中，由于GIS设备所受的力与电流和磁场强度的乘积及漏磁通与电流成正比，其振动的加速度正比于负载电流的平方，故振动信号的基频是负载电流基频的2倍，即100Hz；当GIS信号中的高频成分增多，当高频信号所占比重增大到超出100Hz频率所占比重时，判断该测量点存在振动异常。本专利技术的有益效果：本专利技术所提出的基于异常振动分析的GIS诊断技术研究为发现GIS的机械缺陷或潜在故障提供一种重要而可行的检测手段，对保障GIS可靠运行具有重要意义。由于信号与噪声在时域和频域两种模态下存在差异，采用独立分量分析技术能够实现理想的信噪分离，进而达到有效的除噪效果。采用频谱分析方法确定振动信号频谱特征量能准确反映GIS故障，具有较高的准确性和可靠性。基于现场检测，证实GIS机械故障检测诊断可以通过振动信号的采集准确有效的处理。附图说明图1为GIS异常振动信号分布示意图；图2为独立分量分析进行去噪的流程图；图3为去噪效果图；图4为测量CH1通道的信号频谱；图5为测量CH2通道的信号频谱；图6为测量CH3通道的信号频谱；图7为测量CH4通道的信号频谱；图8为信号频谱组成折线图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进行详细说明：如图1所示，GIS外壳的振动信号主要是由其内部输电设备的振动传导过来的，这些本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于独立分量分析去噪的GIS机械缺陷诊断系统，其特征是，包括：加速度传感器、电荷放大器、数据采集仪和数据处理装置；所述加速度传感器固定于GIS壳体表面的测量点位置处，加速度传感器、电荷放大器、数据采集仪和数据处理装置依次串联连接；数据处理装置对测量的振动信号进行独立分量分析处理，最终得到各测量点振动信号的频谱图，通过分析频谱图各频率段信号成分，确定GIS机械故障类型。

【技术特征摘要】
1.基于独立分量分析去噪的GIS机械缺陷诊断系统，其特征是，包括：加速度传感器、
电荷放大器、数据采集仪和数据处理装置；
所述加速度传感器固定于GIS壳体表面的测量点位置处，加速度传感器、电荷放大器、数
据采集仪和数据处理装置依次串联连接；
数据处理装置对测量的振动信号进行独立分量分析处理，最终得到各测量点振动信号的
频谱图，通过分析频谱图各频率段信号成分，确定GIS机械故障类型。
2.如权利要求1所述的基于独立分量分析去噪的GIS机械缺陷诊断系统，其特征是，在GIS
的外壳表面进行加速度传感器的布点，布点位置应均匀的分布在可粘贴的GIS壳体表面。
3.如权利要求1所述的基于独立分量分析去噪的GIS机械缺陷诊断系统，其特征是，通过
分析频谱图各频率段信号成分，确定GIS机械故障类型具体如下：
由局部放电引起的振动，振动主频率在5～30KHz之间；
GIS中由于电极表面不平整出现毛刺，或由于绝缘子中有气穴存在，在电场作用下造成局
部放电集中而发生放电，这种放电产生的电磁波引起外壳的振动，振动主频率在20KHz～
60KHz之间；
在100Hz处，磁致伸缩引发的振动接近于电动力所引发的振动，但电动力引发的振动在
高频信号300Hz以上时非常微弱，而铁芯的磁致伸缩作用引发的振动仍然非常强烈，由磁致
伸缩作用引发的铁芯的振动，振动信号在600Hz频率处依然很强烈。
4.如权利要求1所述的基于独立分量分析去噪的GIS机械缺陷诊断系统，其特征是，由于
导体中交流电流产生的交变电动力引起的母线振动，其振动频率主要为100Hz；
由静电力引起的振动，其振动频率主要为100Hz。
5.一种如权利要求1所述的基于独立分量分析去噪的GIS机械缺陷诊断系统的方法，其特
征是，包括：
(1)在GIS的外壳表面进行加速度传感器的布点，布点位置应均匀的分布在可粘贴的壳

【专利技术属性】
技术研发人员：郑浩，朱胜龙，欧阳昱，
申请(专利权)人：国网安徽省电力公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34