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GIS三工位开关典型机械缺陷的特征量差异分析及辨识方法

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高电压技术 2024年第6期50卷 2567-2579页

作者：郝建刘清松彭华东钟尧甲宗庆宋其宝输变电装备技术全国重点实验室(重庆大学电气工程学院) 重庆400044 国网重庆市电力公司电力科学研究院重庆401120 贵州电网有限责任公司电力科学研究院贵阳550002 山东泰开高压开关有限公司泰安271000

近年来气体绝缘金属封闭开关(gas insulated switchgear,GIS)三工位开关行程不到位机械缺陷导致的设备运行故障案例频发,为提升GIS三工位开关行程不到位机械缺陷检测及运维水平,首先采用126kV全真型三工位开关试验平台设置机构卡涩、传... 详细信息

近年来气体绝缘金属封闭开关(gas insulated switchgear,GIS)三工位开关行程不到位机械缺陷导致的设备运行故障案例频发,为提升GIS三工位开关行程不到位机械缺陷检测及运维水平,首先采用126kV全真型三工位开关试验平台设置机构卡涩、传动失耦和电机堵转三种典型机械缺陷,试验获得正常状态和3种典型机械缺陷情况下三工位开关分合闸动作过程中的电机电流、角位移行程和振动信号;然后,开展3种典型缺陷情况下“电流-机械”特征参量的提取及差异分析;最后,采用随机森林算法研究构建GIS三工位开关典型机械缺陷诊断模型,并验证其有效性。结果表明:单一的电机电流、角位移行程或振动信号图谱特性无法有效区分不同类型的机械缺陷,而采用“电流-机械”融合特征参量对3种典型机械缺陷的区分效果显著,基于“电流-机械”融合特征参量构建的GIS三工位开关机械缺陷随机森林诊断模型实现了对机构卡涩、传动失耦和电机堵转3种机械缺陷可靠诊断,为工程实际提升GIS三工位开关安全运行水平提供了技术参考。

关键词： GIS三工位开关机械缺陷电机电流角位移行程振动信号

基于多层融合振动数据分析的GIS设备机械缺陷诊断方法研究

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中国电机工程学报 2024年第14期44卷 5797-5809,I0031页

作者：冯英李旭钟尧郝建武建文北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京市海淀区100191 输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室(重庆大学) 重庆市沙坪坝区400044

气体绝缘金属封闭开关设备(gas insulated metal enclosed switchgear,GIS)机械缺陷是导致设备故障的重要因素,针对单测点、单证据机械缺陷诊断模型信息缺失和精度不足问题,该文提出一种多层融合振动数据分析的GIS设备机械缺陷诊断方法... 详细信息

气体绝缘金属封闭开关设备(gas insulated metal enclosed switchgear,GIS)机械缺陷是导致设备故障的重要因素,针对单测点、单证据机械缺陷诊断模型信息缺失和精度不足问题,该文提出一种多层融合振动数据分析的GIS设备机械缺陷诊断方法。首先,基于真型GIS设备振动模拟平台试验研究测点位置与缺陷类型对振动行为的影响特性;然后,联合统计分析、模态分解、尺度变换方法提出机械振动信号整体与局部信息关注的复合参数分析方法,引入主成分分析开展多测点振动信息的特征层融合降维;最后,提出改进放缩权重的Dempster-Shafer(DS)证据理论和Bagging投票机制的强/弱基学习器决策层融合机制,联合构建多层融合振动数据分析的GIS设备机械缺陷诊断模型。结果表明:不同类型机械缺陷信号的响应幅值、特征频点和畸变程度存在显著差异,复合特征参量大小及分散程度各不相同;同时,测点位置对缺陷信号的复合振动特征参量的表现形式及分布区间也具有一定影响;基于多层融合数据分析的诊断模型实现缺陷有效识别,辨识准确率为98.66%,相比单一分类器诊断效果提升5.83%。该文可为GIS设备机械缺陷诊断方法提供有价值的参考。

关键词：气体绝缘金属封闭开关(GIS)设备机械缺陷复合特征多层融合

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GIS设备典型机械缺陷的非线性振动行为表征参量分析和诊断模型研究

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中国电机工程学报 2022年第19期42卷 7248-7259页

作者：钟尧郝建丁屹林廖瑞金宫瑞磊徐惠输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室(重庆大学) 重庆市沙坪坝区400044 山东泰开高压开关有限公司山东省泰安市271025 国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司湖北省武汉市430074

GIS设备机械振动缺陷是威胁其安全运行的关键因素,掌握其非线性行为是科学指导GIS设备缺陷检测及分析的根本。该文基于GIS设备平台开展3种典型机械振动缺陷的模拟,对比分析这3种缺陷在不同负载电流和严重程度联合作用下时频域非线性振... 详细信息

GIS设备机械振动缺陷是威胁其安全运行的关键因素,掌握其非线性行为是科学指导GIS设备缺陷检测及分析的根本。该文基于GIS设备平台开展3种典型机械振动缺陷的模拟,对比分析这3种缺陷在不同负载电流和严重程度联合作用下时频域非线性振动特性的演化规律,建立基于负载率分级的机械缺陷诊断模型。结果表明,GIS设备缺陷响应幅值比正常状态明显增大,且在高频特征频率点出现超谐波共振现象;不同类型机械缺陷的振动幅值、频响区间和特征频点差异显著;通过高斯阈值滤波、庞加莱映射、复合特征分析算法提取的重心频率、谐波畸变率、能量、混沌指数、峭度特征等参量可有效表征GIS设备机械振动缺陷的非线性振动行为;负载率分级诊断算法可以实现变负载下设备缺陷类型及其严重程度的准确识别。

关键词： GIS设备机械缺陷非线性特性超谐波响应表征参量

基于运动轨迹检测与支持向量机的高压断路器机械缺陷诊断方法

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高压电器 2024年第8期60卷 29-36页

作者：牛博王雪莉吴兵杨鼎革郭艺博雷晟祝倩茜张国钢国网陕西省电力公司电力科学研究院西安710100 国网西咸新区供电公司陕西咸阳712000 国网陕西省电力公司营销服务中心(计量中心) 西安710100 西安交通大学电工材料电气绝缘全国重点实验室西安710049

高压断路器是电网中的关键设备,机械缺陷是其主要故障类型,尽早发现潜在缺陷并及时进行维修意义重大。文中基于计算机视觉技术,提出一种采用角点跟踪法从动态图像中提取运动轨迹、支持向量机进行缺陷识别的高压断路器机械缺陷检测方法... 详细信息

高压断路器是电网中的关键设备,机械缺陷是其主要故障类型,尽早发现潜在缺陷并及时进行维修意义重大。文中基于计算机视觉技术,提出一种采用角点跟踪法从动态图像中提取运动轨迹、支持向量机进行缺陷识别的高压断路器机械缺陷检测方法。首先,利用高速摄像机获取断路器操动机构的动作过程视频,通过角点跟踪算法获取拐臂角位移曲线;接着,通过主成分分析将高维特征向量降低为新空间中的低维特征向量;最后,利用支持向量机进行缺陷分类。实验测试结果表明,28组训练集、8组测试集的准确率分别为92.86%、87.5%,达到了良好的诊断效果。该方法作为一种非接触式测量方法,无需安装传感器,测量速度快,准确率高,对于现场检修具有重要意义。

关键词：高压断路器机械缺陷角点跟踪法主成分分析支持向量机

GIS设备内外部紧固松动机械缺陷振动特性对比分析研究

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高压电器 2024年第5期60卷 12-19,30页

作者：李国栋俞华刘宏李帅闫艳春张昭宇李军浩国网山西省电力公司电力科学研究院太原030012 国网吕梁供电公司山西吕梁033000 西安交通大学电气工程学院西安710049

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... 详细信息

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1500 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。文中的研究成果为现场GIS内外部松动缺陷的检测和分析提供了理论支撑。

关键词：气体绝缘组合电器机械缺陷振动基频频谱

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GIS设备机械缺陷的振动检测技术研究

高压电器 2018年第11期54卷 86-90页

作者：杨景刚刘媛宋思齐吴邦李军浩国网江苏省电力有限公司电力科学研究院南京211100 安交通大学电气工程学院西安710049

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... 详细信息

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。

关键词：气体绝缘组合电器机械缺陷振动带电检测

基于EMD-FFT特征提取的GIS机械缺陷诊断方法研究

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电力科学与技术学报 2023年第3期38卷 216-223页

作者：梁基重晋涛牛曙王璇孙乃君宋颜峰李军浩国网山西省电力公司电力科学研究院山西太原030012 国网山西省电力公司大同供电公司山西大同037008 西安交通大学电气工程学院陕西西安710049

气体绝缘组合电器(GIS)在组装和长期运行过程中会产生诸多机械缺陷,检测和诊断机械缺陷对于保障GIS可靠运行具有重要意义。目前各学者进行了大量的振动信号检测,但结果分析多是基于FFT的时频分析,缺乏针对不同典型机械缺陷下振动信号特... 详细信息

气体绝缘组合电器(GIS)在组装和长期运行过程中会产生诸多机械缺陷,检测和诊断机械缺陷对于保障GIS可靠运行具有重要意义。目前各学者进行了大量的振动信号检测,但结果分析多是基于FFT的时频分析,缺乏针对不同典型机械缺陷下振动信号特征提取的诊断方法。为此,基于不同典型机械缺陷下振动信号频率特征量存在差异的基本原理,提出采用EMD-FFT联合算法提取GIS振动信号特征,根据550 kV实体GIS设备上典型机械缺陷振动信号的检测分析,归纳总结出不同缺陷下的GIS机械振动信号特征图谱,从而实现现场GIS设备的机械缺陷有效诊断。研究结果表明,提出的EMD-FFT算法能够有效提取出不同典型缺陷下振动信号的主要特征频率点,构建的特征谱图可直观反映不同缺陷下的频率信息变化,实现对典型机械缺陷的诊断。基于上述诊断方法开展现场试验,有效检测出某GIS设备存在的地脚螺栓松动缺陷,证明了诊断方法的有效性。研究成果能够为现场GIS机械缺陷诊断提供方法和试验结果支撑。

关键词：气体绝缘组合电器机械缺陷振动诊断经验模态分解

一种基于聚类的GRBF网络机械缺陷识别方法

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微电子学与计算机 2012年第4期29卷 162-164,168页

作者：刘涛西安科技大学通信学院陕西西安710054

针对煤矿机械缺陷超声信号的非平稳特性,利用小波包和基于聚类的广义RBF神经网络进行缺陷的智能识别.重点研究了利用小波包方法提取反映不同缺陷性质的特征值和GRBF神经网络分类方法.并以机械焊接缺陷为研究对象,进行了实验研究.结果表... 详细信息

针对煤矿机械缺陷超声信号的非平稳特性,利用小波包和基于聚类的广义RBF神经网络进行缺陷的智能识别.重点研究了利用小波包方法提取反映不同缺陷性质的特征值和GRBF神经网络分类方法.并以机械焊接缺陷为研究对象,进行了实验研究.结果表明该方法与其他方法相比,具有较高的缺陷分类准确率.

关键词：小波包变换机械缺陷神经网络分类识别

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隔离开关机械缺陷数字化智能诊断技术研究

隔离开关机械缺陷数字化智能诊断技术研究

作者：彭诗怡武汉大学

学位级别：硕士

以设备状态预警和故障预测为中心的智能运检是电网运维发展的方向所在,隔离开关作为在运数量最多、故障数最多的双“多”高压设备,在机械故障诊断方面却依旧采用手感判断和解体检修等落后的传统检修方式来判断其机械故障,因此提出一种... 详细信息

以设备状态预警和故障预测为中心的智能运检是电网运维发展的方向所在,隔离开关作为在运数量最多、故障数最多的双“多”高压设备,在机械故障诊断方面却依旧采用手感判断和解体检修等落后的传统检修方式来判断其机械故障,因此提出一种便捷可靠的隔离开关机械故障诊断方法对提高运维效率具有重大意义。论文从隔离开关故障原因和研究现状的不足中提出以驱动力矩作为隔离开关状态诊断依据,然后从公式推导、仿真模拟和试验检测三方面共同验证了驱动力矩判断隔离开关机械状态的可靠性,最终结合神经网络,提出一种基于操作力矩-转角曲线的隔离开关机械故障数字化智能诊断方法。为了明确操作力矩-转角特性曲线在不同状态下变化规律,本文在动力学仿真与力矩检测方案方面做了大量工作。在动力学仿真方面,论文建立隔离开关1:1精细化隔离开关三维模型,对触头触指等柔性体进行有限元分析再与刚体耦合,实现刚柔耦合动力学仿真。基于此模型,对隔离开关运动过程进行分析,并创造性地提出合闸不到位、三相不同期故障及轴承卡涩三种典型机械故障的仿真方法,发现操作力矩在不同状态下变化明显,可作为隔离开关状态诊断依据。在操作力矩检测方面,论文指出了手动操作力矩检测方案的不稳定性,提出一种对接式隔离开关操作力矩检测方法,对合闸不到位、三相不同期故障及轴承卡涩三种典型机械故障进行模拟,发现力矩波形在各典型状态下变化规律与仿真结论基本一致,证明了仿真与试验的准确性。为对隔离开关机械状态进行模式识别,论文从波形中提取7个特征进行皮尔斯相关系数分析和有效性分析,最终确立啮合前力矩均值、啮合角度、停止角度作为特征量,采用神经网络实现隔离开关机械状态智能判断,随后结合仿真提出卡涩故障分级标准并建立操作杆转动角度与触头触指间距离和主、从动级旋转角度间对应关系,实现隔离开关机械状态的数字化智能诊断,在判断为卡涩故障时输出卡涩等级,判断为合闸不到位时输出主、从动级与合闸标准为相差角度,判断为三相不同期时输出触头触指间距离,为隔离开关检修提供参考。

关键词：隔离开关动力学仿真机械缺陷智能诊断