基于多传感融合的GIS内隔离开关故障诊断方法研究

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随着气体绝缘金属封闭开关设备(Gas Insulated Switchgear,简称GIS)投入使用年限的不断增加,设备故障频发,逐渐暴露出GIS在材料、设计、安装过程中的短板。GIS内隔离开关在设备发生故障时可以进行隔离,防止造成更严重的损失。因此针对GIS内隔离开关进行故障检测方法研究有着重要的实用价值。本文分析了国内外针对于GIS内隔离开关故障检测的方法以及研究现状,建立了隔离开关Solidworks模型并通过Ansys进行有限元分析,得出GIS内隔离开关在分闸状态下、中间状态下以及合闸状态下的固有频率和振型。通过Adams建立了GIS内隔离开关的传动机构模型,根据实际情况对其进行分合闸仿真,得出分合闸过程中,外部拐臂行程曲线。采用Ansoft进行分合闸驱动电机的仿真,通过模拟空载、带载以及正常运行三种状态,得出三种情况下电流曲线变化规律。根据以上三种信号提出了基于多传感融合的GIS内隔离开关故障诊断方法。本文研制了GIS内隔离开关数据采集装置,通过电流互感器、磁敏角位移传感器分别采集分合闸驱动电机绕组电流信号和外拐臂角位移信号。同步开发了上位机数据监测系统,实现信号采集、存储、处理和显示功能等必要功能。本文还研制了振动信号采集装置,通过振动传感器与数据采集卡测量GIS动触头操作室的振动信号,并通过配套的上位机软件进行数据的存储与导出。本文提出了基于DTW(动态时间规整)算法的外拐臂角位移数据分析方法,该方法可以动态的分析角位移曲线的细微变化,大大减少了因采集时间不同而引起的曲线对比误差较大的问题。本文构建了基于三次样条插值算法的电流曲线包络求取方法,该方法可以准确地提取电流曲线上下包络线,为分析故障电流曲线提供可靠保证。本文建立了基于小波包分解与包络谱相结合的振动信号处理算法,该算法可以分解出振动信号中的特征频率,与故障特征频谱对比即可得出故障类型。通过电流信号、角位移信号以及振动信号三种信号进行判断,可以准确的判断出GIS内隔离开关是否存在故障运行状况以及故障类型。
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