GIS机械振动和局部放电融合检测系统研究.pdf

GIS机械振动和局部放电融合检测系统研究蒋科若1，姜炯挺1，杨帆2，陶炳权1，俞佳捷1，李军浩3（1.国网浙江省电力有限公司宁波供电公司，浙江 宁波315000；2.国网浙江省电力有限公司，杭州310007；3.西安交通大学，西安710049）摘要：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100 Hz基频分量和300 Hz异常分量越大，且隔离开关严重接触不良状态下会产生600、900 Hz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。关键词：气体绝缘组合开关；机械振动；超声局放；融合检测系统Research on Mechanical Vibration and Partial Discharge Fusion Detection System of GISJIANG Keruo1，JIANG Jiongting1，YANG Fan2，TAO Bingquan1，YU Jiajie1，LI Junhao3（1.State Grid Zhejiang Electric Power Co.，Ltd.Ningbo Power Supply Company，Zhejiang Ningbo 315000，China；2.State GridZhejiang Electric Power Co.，Ltd.，Hangzhou 310007，China；3.Xi an Jiaotong University，Xi an 710049，China）Abstract:The potential insulation and mechanical defects of gas insulated substation（GIS）are the main reasons forits failure.Therefore，the simultaneous detection of the internal insulation and mechanical state of GIS equipment isof practical significance for the normal operation of power network.Based on the actual detection requirements ofGIS，the vibration ultrasonic fusion sensor is designed and a fusion detection system is set up.The system realizesthe separation and denoising of the fused signal based on the wavelet packet algorithm，and obtains the power frequency voltage phase by the use of vibration fundamental frequency signal of GIS as a reference information for thepartial discharge phase resolved partial discharge（PRPD）spectrum.The detection system can comprehensively realize such functions as vibration ultrasonic fusion signal acquisition，conditioning conversion and treatment analysis.The joint detection test of mechanical vibration due due to weak contact partial discharge of disconnector is carriedout on the actual GIS equipment.The test results show that the higher degree of weak contact defect of disconnectorof GIS equipment，the greater the 100 Hz fundamental frequency component and 300 Hz abnormal component in themechanical vibration signal，and the 600 Hz and 900 Hz abnormal components will be generated in the serious weakcontact state of disconnector，accompanied by the suspended discharge signal.The PRPD spectrum shows that thedischarge amplitude is stable and high，the discharge phase is fixed and the characteristics are obvious.The vibration第59卷第8期：015401632023年 8月16日High Voltage ApparatusVol.59，No.8：01540163Aug.16，2023DOI:10.13296/j.10011609.hva.2023.08.018_收稿日期：20230328；修回日期：20230521基金项目：国网浙江省电力有限公司科技项目资助(5211NB230002)。Project Supported by Science and Technology Project of State Grid Zhejiang Electric Power Co.,Ltd.(5211NB230002).0引言气体绝缘组合开关(gas insulated substation，GIS)具有结构紧凑、环境友好、可靠性高等优点，在电力系统中广泛应用1。随着其投入使用量增加，GIS的故障时有发生。据统计，GIS发生故障的主要原因是其内部存在潜在性的绝缘和机械缺陷2。此外，在实际工程中，机械故障与绝缘故障具有一定关联性，如对于GIS隔离开关而言，机械故障是放电故障的前期征兆，而放电故障是设备机械故障的重要表征3。因此GIS状态评估需结合机械状态与绝缘状态进行综合判断，同步检测GIS内部绝缘状态和机械状态，可及时发现其内部潜在性缺陷，对保障电力网络的正常运行具有重要的现实意义。当GIS内部存在绝缘缺陷时，绝缘介质击穿产生的局部放电往往伴随着超声波的发出，因此检测超声信号可以反映GIS内部的绝缘状态3。目前国内外学者对于超声检测进行了深入研究，取得了丰富的研究成果。1980年英国开普勒大学牵头设计出一款内置超声传感器用于局部放电检测，试验结果发现该传感器可以极大地减少电磁对放电信号的干扰4-5。20世纪90年代初，有学者针对不同缺陷开展试验和超声局部放电理论的研究，试验表明超声检测具有较高的检测灵敏度，可以用于GIS内部缺陷的诊断6。基于理论研究，清华大学、上海交通大学等国内试验室相继推出超声局放检测仪等设备，具有良好的检测效果，通过标定甚至可以对放电量进行定量分析7-8。华北电力大学李卫国等人基于超声波传播的时间差，在电力设备上安置超声阵列，并采用粒子群优化等算法，实现对局放源的精准定位9。除了常见的GIS内部绝缘缺陷，导致GIS故障的缺陷类型中，触头接触不良、紧固件松动、弹簧触指松动等机械性缺陷也占据着较大的比例10。潜在的机械缺陷在负载电流的交变电动力下会产生异常机械运动，因而可通过检测振动信号可以判断GIS设备内部的机械状态。在20世纪90年代，日本MUKAIYAMA Y针对GIS开关触头的异常振动进行研究，研究结果表明检测触头异常振动可以表征其内部的机械缺陷11。国内西安交通大学李军浩等人基于研制的GIS振动检测系统对550 kV GIS隔离开关不同接触状态进行振动检测，试验结果表明，隔离开关触头接触不良时，振动信号频域谱(frequencydomain spectrum，FDS)在 50 Hz 与 200 Hz 频率点存在异常振动分量，通过提取FDS中的分量信息可对隔离开关触头接触状态进行评估12。清华大学丁登伟等人基于小波时频变换建立了GIS振动信号频谱分布特征库和振动声学指纹，研究结果发现断路器故障时产生的异常振动信号包含大量高次谐波分量，振动声学指纹显示异常，振动信号频谱可以有效发现由内部缺陷引起的异常机械振动13。综上所述，目前国内外学者对于GIS运行状态的检测多局限于单一物理量检测手段14-16，已有的检测系统只能对设备单一的电气或机械状态进行测量和分析，与GIS设备机械电气交互影响的运行特点不相符，难以实现GIS设备运行状态的全面检测与评估。针对于此，文中基于前期提出的新型振动超声融合传感器设计方案，研制了融合传感器，搭建了GIS振动超声融合检测系统。检测系统由融合传感器信号调理单元信号采集单元上位机的整体化硬件构成。软件后处理基于小波包变换进行融合信号的分离和去噪，利用振动信号提取超声信号的相位信息，对分离的信号进行特征提取与分析。进一步提出了GIS融合诊断方法，综合GIS的机械状态和绝缘状态对设备运行状态进行诊断。利用研制的融合检测系统在实体GIS上进行了隔离开关接触不良缺陷的检测试验，试验结果表明该检测系统可准确诊断GIS的机械状态和绝缘状态，并能够综合机械和绝缘状态水平对缺陷的严重程度进行综合判断，提高了GIS状态评估水平。1系统硬件设计振动超声融合检测系统由融合传感器进行机械振动、超声局放信号的同时同地采集，信号调理单元实现阻抗转换和滤波放大，信号采集单元进 ultrasonic fusion detection system developed in this paper can realize the timespace simultaneous detection of mechanical vibration and ultrasonic partial discharge signals of GIS，and then comprehensively analyze the mechanicaland insulation state of GIS so as to realize the accurate diagnosis of defect types and detect degree.The system hasstrong portability，improves the patrol inspection efficiency of power equipment at site，and provides a new schemefor portable and accurate detection of GIS at site.Key words:GIS；mechanical vibration；ultrasonic partial discharge；fusion detection system开关设备蒋科若，姜炯挺，杨 帆，等.GIS机械振动和局部放电融合检测系统研究 1552023年8月第59卷第8期行A/D转换，最终将数字信号传输至上位机，进行信号的处理与分析，检测系统整体见图1。图1振动超声融合检测系统Fig.1Vibrationultrasonic fusion detection system1.1振动超声融合传感器压缩式压电加速度传感器目前广泛应用于轴承、航天器等设备的机械振动检测，测量时质量块在惯性加速度的作用下施加于压电材料上，其输出的电荷量与被测加速度成正比，从而实现振动加速度的测量17。压电式超声传感器目前多用于电力设备的故障检测和定位中，其原理是基于压电陶瓷的声电特性，贴紧被探测物体表面，声发源产生的超声波引起压电材料内部晶格形变，造成极化状态改变，输出电信号，从而实现超声信号的检测18。文中基于上述压缩式压电加速度传感器和压电式超声传感器内部结构的相似性，从各自的工作原理出发，设计了新型振动超声融合传感器，其内部结构见图2。图2振动超声融合传感器Fig.2Vibrationultrasonic fusion sensor新型融合传感器设计的核心是实现了超声传感器背衬与加速度传感器质量块的融合，既可作为质量块在测量加速度信号时提供惯性力的作用，亦可在接收超声波信号时作为吸声背衬将穿透过压电陶瓷的超声波散射吸收，防止超声波反射回压电陶瓷引起二次激发，影响传感器的接收性能和信号分辨率19。文中制成的背衬质量块实际应用测试中具有良好的加速度输出响应以及优异的超声波接收性能。为校验新型融合传感器的振动加速度和超声信号检测性能，根据GB/T 20485.212007和GB/T198012005分别对融合传感器的振动加速度和超声信号检测性能进行校准20-21。性能检测结果见表1，性能参数对比表明新型振动超声融合传感器与商用单参量传感器相比在振动加速度和超声信号检测上具有更高的灵敏度和更相匹配的检测频段，融合传感器可用于GIS机械振动和超声局放的检测。表1融合传感器主要参数Table 1Main parameters of the fusion sensor性能指标振动检测频段/Hz振动灵敏度/(mVg-1)测量范围/g超声检测频段/kHz超声平均灵敏度/dB谐振频率/kHz融合传感器参数14 00012115201209846某商用振动传感器125001065某商用超声传感器3014075501.2信号调理单元融合传感器输出的电荷信号微弱，且传感器输出阻抗高达10 M以上，带负载能力差，不适合直接采集信号；现场GIS检测过程中复杂的电磁环境产生的高频干扰信号会降低传感器输出信号的信噪比22-23。因此，融合传感器后续的信号调理单元的主要作用是：阻抗变换与电荷转换，将传感器高阻抗电荷输出转变成低阻抗电压输出；信号放大，将传感器输出的微弱电信号进行放大；信号去噪，滤除GIS现场的高频干扰信号，提高信噪比。从信号调理单元的功用出发，文中设计了信号调理单元，包含电荷转换电路、有源滤波电路和输出放大电路。传感器的高阻抗电荷输出首先经过电荷转换电路成为低阻抗的电压输出，并对信号进行初步放大，反馈电容使用精密聚苯乙烯电容，其具有良好的稳定性和较高的绝缘电阻，可有效减少噪声引入24；有源滤波电路根据检测需要设计为二阶有源低通滤波电路，截止频率为120 kHz，滤除高频干扰；输出放大电路对信号进行进一步放大。实际应用过程中，为避免噪声干扰带来的直流偏置，因此在调理电路中加入无源直流滤波电路，信号调理电路设计原理见图3(a)。最终设计得到的信号调理单元放大倍数为100倍(40 dB)，3 dB截止频率为150 kHz，可满足振动、超声信号的检测需求，其放大增益见图3(b)。1.3数据采集单元为提高振动超声融合检测系统的便携性，本 156文在调理单元后加入数据采集单元，其作用是实现A/D转换、数字I/O输出，将融合传感器经过信号调理的电压输出信号转换为数字信号，完成自动采集并送到上位机中进行分析、处理，且设置有5 V供电端口以便于供给信号调理单元。数据采集单元见图4。图4数据采集单元Fig.4Data acquisition module融合信号输出为宽频信号，已有研究证明，GIS存在机械缺陷时振动信号频率为14 000 Hz25，内部绝缘缺陷激发的超声波信号频率为20120 kHz26-27，根据奈奎斯特采样定理及检测现场工程应用，采集设备采样率一般为最高信号频率的56倍才能采集到完整信号，因此文中选用的采集单元采样率为500 kHz1 MHz可调，采样点数为65 536个，采集时间根据采样频率为60120 ms可调，可完成多个工频周期的采集，符合局部放电的检测需求。1.4上位机上位机选择平板电脑作为主控设备，相比于PC电脑更利于现场应用的便携。上位机需要满足软件的快速运行和现场长时间检测需求。根据国网公司Q/GDW 11034.82015 电力设备带电检测系统仪器技术规范 标准，明确指出检测系统仪器单次工作时间不得低于4 h28。融合检测系统各单元搭建均遵循低功耗的原则，现场使用时间可达8 h。2系统软件设计融合检测系统软件基于Labview平台开发，利用小波包算法对融合信号进行分离与去噪，对机械振动与超声局放信号分别进行特征提取与分析，利用振动信号提取工频电压相位信息，最终对机械振动信号与超声局放信号进行综合分析。2.1基于小波包的信号分离与去噪采集单元获得的融合信号中包含振动信号与超声信号，因此需对二者信号进行分离，便于后续特征提取与分析。传统的滤波处理基于简单的频谱分析，需兼顾信号的平滑性与清晰度，且变电站内现场干扰噪声复杂、频带范围广，当噪声与检测信号发生“模态混叠”，传统滤波手段便无从下手。文中基于小波包进行信号分离和信号去噪。小波包算法同时可对信号低频和高频部分进行分解，特征向量能够自适应选择频带，且具有较高的时频分辨率，更契合融合信号宽频特点29-30，文中利用小波包基与阈值函数对信号进行分解与重构实现信号分离与去噪。小波包分解树状图见图5。图5小波包分解树状图Fig.5Wavelet packet decomposition tree小波包分解算法为di,j,2n=khk-2idk,j+1,ndi,j,2n+1=gk-2idk,j+1,n(1)小波包重构算法为di,j+1,n=k(hi-2kdk,j,2n+gi-2kdk,j,2n+1)(2)式(1)、(2)中：di，j，n为第j层第n个节点的第i个小图3信号调理电路Fig.3Signal conditioning circuit开关设备蒋科若，姜炯挺，杨 帆，等.GIS机械振动和局部放电融合检测系统研究 1572023年8月第59卷第8期波包系数；hk、gk为展开系数。文中旨在证明该去噪算法的有效性，对算法最优小波基、最优阈值的确定不进行深入讨论。针对机械振动与超声局放信号，选用db6小波包基作为基函数31-32，对融合信号进行4层小波包分解，阈值函数选取整体连续性较好的软阈值函数，函数表达式为di,j=sign(di,j)(|di,j|-)|di,j|0|di,j|(3)式(3)中：为阈值；sign()为符号函数；di，j为小波包系数。由于融合信号(振动信号和超声信号)在时间上具有一定连续性的，因此在小波域分析中，有效信号所产生的小波系数其模值较大；而高斯白噪声在时间上是没有连续性的，因此噪声经过小波变换，在小波域仍然表现为很强的随机性，其对应小波系数较小，利用阈值便可以实现去噪。为证明小波包算法对于信号分离和降噪的有效性，文中基于GIS自由金属微粒缺陷下采集到的机械振动与超声局放融合信号，叠加白噪声干扰信号，小波包处理结果见图6。图6基于小波包变换的信号分离与去噪Fig.6Signal separation and denoising based on waveletpacket transform从图6中可以看出，振动机械信号与超声局放信号得到有效分离，且干扰噪声信号得到有效去除，振动、超声信号重构后时域特征明显、信噪比大幅提高，利于后续的信号特征提取与分析，证明文中采用的小波包算法可应用于上述融合检测系统。2.2基于GIS振动获取工频相位GIS振动的产生，主要是负载下外壳感应出的电流，在内导杆电流形成的交变磁场下会受电磁力的 作 用 而 产 生 振 动。若 内 导 杆 上 电 压 为U=Umsint，则内导杆电流为I=Imsin(t-)，其中，为阻抗角(功率因数角)。根据安培环路定律，根据文33的计算，可得壳体受到电磁力为FM=BRi1l=-I2m2Rsin2(t-)(4)式(4)表明，外壳振动的运动模式为脉冲简谐运动，其频率是工频的2倍，负号表示导体与壳体间的电磁力为斥力。振动与电压相位关系见图7，图中物理量经过归一化处理。由图7可知，振动相位与电压相位存在一定的对应关系，借助于Labview 的单频提取模块可获得机械振动基频 100 Hz的初始相位，设为，则可求得工频电压初始相位为=()-9002+(5)=arctanQP(6)式(5)、(6)中：为相位偏移量，取值为0或180，这是由于振动相位对应转换为电流相位存在一对二映射的关系，具体取值根据典型缺陷放电谱图调整即可；为功率因数角，实现电流相位到电压相位的转换。在初始化界面，设有有功功率P、无功功率Q输入模块，测试人员根据主控室实时负荷即可得到工频电压初始相位，实现放电缺陷模式识别的同时提升检测系统便携性。图7振动与电压相位关系Fig.7Phase relationship between vibration and voltage振动超声融合检测系统界面见图8。2.3 软件功能区2.3.1初始化模块初始化模块内完成对于数据采集单元的采样频率、采样点数的设置，采样时间自动生成。超声信号的触发采用阈值法进行局放信号捕捉，测量人员根据背景噪声设置适当的触发阈值。根据主控室实时负荷完成测量线路有功功率、无功功率参量输入，内置算法计算得到工频初始相位信息用于放电模式识别。1582.3.2控制模块控制区可控制检测系统采集的开始、停止、读取、保存、路径自定义等，且保持“停止”状态可通过“开始”控制信号的单次触发，完成数据的采集、存储和重读功能。2.3.3设备状态模块设备状态区可直观显示检测设备系统的连接状态是否完整，GIS设备是否存在异常振动、是否存在局部放电缺陷故障等。2.3.4数据分析模块数据分析区作为检测系统的核心，完成对于融合信号的处理与显示。首先，软件系统利用上述设计的小波包变换算法进行信号分离和信号去噪，得到机械振动信号与超声局放信号，随后分别进行特征提取与分析。对机械振动信号进行快速傅里叶变换(fastFourier transform，FFT)得到频域信息，并提取其100 Hz的倍频分量，得到振动在不同频率下的频谱特征量25。对比正常机械状态下的振动信号，当振动信号时域幅值明显增大且存在有异常频谱分量时，则判定GIS疑似存在有机械缺陷，从而实现对机械振动状态时域、频域特征的综合分析。对超声信号进行特征量提取与分析，时域连续模式图用于分析被测信号在一个工频周期内有效值、峰值，以及被测超声信号与50 Hz和100 Hz的频率相关性，从而判断是否存在局部放电，进而辅助确定放电的类型。飞行谱图(相邻超声脉冲时间间隔t与脉冲幅值U的关系)作为超声检测独有的分析手段，用于检测分析GIS内部的自由金属颗粒缺陷。由于局部放电信号的产生与工频电场存在密切相关性，PRPD谱图(脉冲幅值U与脉冲相位u的关系)用于判断是否存在放电缺陷以及放电缺陷类型。最终综合分析机械振动时频信息与超声局部放电特征，从而诊断GIS的机械状态和绝缘状态，提高GIS状态评估水平。振动超声融合检测系统工作流程见图9。图8振动超声融合检测系统界面Fig.8Vibrationultrasonic fusion detection system图9振动超声融合检测系统工作流程Fig.9Workflow of vibrationultrasonic fusion detection system开关设备蒋科若，姜炯挺，杨 帆，等.GIS机械振动和局部放电融合检测系统研究 1592023年8月第59卷第8期3系统功能测试为验证振动超声融合检测系统的有效性，文中搭建了实体GIS试验平台，可模拟实际工况下GIS的机械振动状态和内部绝缘状态。针对典型缺陷开展振动超声融合检测试验。3.1试验系统振动超声融合检测试验系统主要包括220 kV 实体GIS、250 kV/250 kVA工频试验变压器、1 003 1 的电容分压器等。工频试验变压器施加160 kV电压于GIS高压套管，GIS内部设置有典型缺陷。振动超声融合传感器通过耦合剂紧贴于GIS隔离开关上方外壳进行振动、超声信号的采集，传感器输出端经信号屏蔽线接至信号调理、采集单元，随后传输至上位机进行信号处理与分析。GIS典型缺陷示意图见图10。图10GIS典型缺陷示意图Fig.10Typical defect diagram of GIS文中选取的典型缺陷为隔离开关接触不良缺陷。试验中通过改变内部触头的接触距离实现接触状态的调整，且通过电桥法对回路电阻进行测量以表征隔离开关接触状态。文中设置隔离开关接触状态为正常合闸、轻微接触不良和严重接触不良，分别对应的回路电阻值为74、232、951。GIS典型缺陷示意图见图11。图11GIS典型缺陷示意图Fig.11Typical defect diagram of GIS3.2融合系统检测结果3.2.1隔离开关轻微接触不良缺陷文中分别测量了隔离开关接触良好与隔离开关轻微接触不良状态下的机械振动与超声局放信号，隔离开关接触良好状态下的融合信号见图12(a)，从图12(a)中可以发现机械振动信号明显，且并无局部放电信号。隔离开关轻微接触不良状态下的融合信号见图12(b)，从图12(b)中可以发现机械振动信号与接触良好状态下存在差异，有异常谐波分量，但并无局部放电信号。图12隔离开关不同接触状态下的融合信号检测结果Fig.12Fusion signal detection under different contactstates of disconnector为了更好地对机械振动状态进行分析，对两状态下得到的振动频域信息进行对比，发现触头接触良好状态下存在有较低幅值的300 Hz分量，这是由于隔离开关内部由于使用年限较长，触头处存在有轻微的机械缺陷，属于环境干扰因素。对比二者的不同，发现隔离开关轻微接触不良状态下机械振动信号时域幅值约为接触良好状态下的1.5倍，且100 Hz分量幅值更高，存在有较高幅值的20 Hz和300 Hz低频分量，表明GIS内部存在有一定的机械缺陷。隔离开关轻微接触不良状态下的振动信号频域对比见图13。3.2.2隔离开关严重接触不良缺陷文中测量了隔离开关严重接触不良状态下的机械振动与超声局放信号，隔离开关严重接触不良 160状态下的融合信号见图14，从14图中可以发现机械振动信号中含有较多异常谐波分量，且存在明显的局部放电信号，放电信号脉冲幅值较高且稳定，放电时间间隔一致。图14隔离开关严重接触不良状态下的融合信号检测结果Fig.14Fusion signal detection under serious poor contactcondition of disconnector对比检测得到的振动时域波形，发现隔离开关严重接触不良状态下机械振动信号时域幅值约为接触良好状态下的2倍，为了更好地对多种触头接触状态下的机械振动进行分析，对振动频域信息的100 Hz倍频分量进行提取，得到非线性振动的频谱特征量，见图15。从图15中可以明显看出，隔离开关接触不良缺陷程度越高，机械振动信号中100 Hz基频分量和300 Hz异常分量越大，且隔离开关严重接触不良状态下会产生600、900 Hz 的异常分量。造成上述非线性振动的主要原因是因为触头处接触预紧力降低，触指连接处状态的非线性导致超谐波响应的产生34，且触指接触面积的减少导致同等激励作用下电磁斥力的增加，使得振动信号时域幅值增加、倍频分量畸变。图15振动特征统计谱Fig.15Statistical spectrum of vibration characteristics对超声信号进行特征量提取与分析，检测系统处理得到时域连续模式信息与PRPD谱图。时域连续模式信息显示有效值与峰值远大于背景噪声幅值，且50 Hz相关性与100 Hz相关性均较高，表明机械缺陷与放电缺陷并存。PRPD谱图中放电稳定且幅值较高，放电相位固定，属于典型的悬浮放电缺陷。综合上述检测结果，可判断GIS隔离开关存在较为严重的接触不良缺陷。隔离开关严重接触不良状态下的PRPD谱图见图16。图16隔离开关严重接触不良状态下的PRPD谱图Fig.16PRPD spectrogram of disconnector under severepoor contact condition综合上述试验结果，表明单一的物理量检测无法对于GIS机械状态和绝缘状态进行准确的综合评估，通过机械振动与超声局放的联合检测可实现对于缺陷类型、缺陷程度的精准诊断，证明了融合检测系统的有效性和科学性，可有效检测GIS内部的潜在性缺陷。4结论文中从GIS的实际检测需求出发，基于加速度传感器和超声传感器内部结构的相似性，设计新型图13隔离开关轻微接触不良状态下的振动信号频域对比Fig.13Frequency domain comparison of vibrationsignals under slight poor contact condition of disconnector开关设备蒋科若，姜炯挺，杨 帆，等.GIS机械振动和局部放电融合检测系统研究 1612023年8月第59卷第8期振动超声融合传感器，进而搭建振动超声融合检测系统，并开展相关试验，得到以下结论：1)检测系统由融合传感器信号调理单元信号采集单元上位机的整体化硬件构成，综合实现信号采集、调理转换、处理分析等功能，极大地提高了现场对于电力设备的检测效率；2)软件后处理基于小波包变换实现信号的分离与去噪；创新性地基于GIS振动获取工频相位，后续实现了放电缺陷模式的准确识别；对振动、超声信号分别进行特征提取与分析，提出GIS融合诊断方法，最终综合诊断GIS的机械状态和绝缘状态。3)利用振动超声融合检测系统在实体GIS上进行隔离开关接触不良缺陷检测试验，试验结果表明隔离开关接触不良缺陷程度越高，机械振动信号中100 Hz基频分量和300 Hz异常分量越大，且隔离开关严重接触不良状态下会产生600、900 Hz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。综上所述，文中研制的振动超声融合检测系统可实现对于GIS机械振动、超声局放信号的时空同步检测，且便携性强，提高了现场对于电力设备的巡检效率；典型缺陷试验证明检测系统可准确综合分析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，为现场GIS便携式精准检测提供了新方案。参考文献：1高玉峰.气体绝缘全封闭开关设备的状态监测与故障诊断方法研究D.北京：华北电力大学，2019.GAO Yufeng.Research on condition monitoring and faultdiagnosis methods for gas insulated switchgearD.Beijing：North China Electric Power University，2019.2National Power Grid Corp Maintenance and MaintenanceDepartment.High voltage switchgear typical fault casecompilationZ.Beijing：China Electric Power Press，2012.3李军浩，韩旭涛，刘泽辉，等.电气设备局部放电检测技术述评J.高电压技术，2015，41(8)：25832601.LI 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