一种基于振动法判断GIS密封圈松动的方法及测试装置与流程

本发明涉及电力设备技术领域，具体涉及一种基于振动法判断气体绝缘组合电器密封圈是否出现松动的方法，还涉及一种基于此方法的测试装置。

背景技术：

相比于敞开式组合电器，气体绝缘组合电器（简称gis）具有占地面积小，可靠性高，绝缘性能好，维护工作量少等优点，在电力系统中应用的越来越多。随着使用年限的增加，其故障情况越来越多，gis的故障主要分为绝缘故障和机械故障。目前，国内外关于gis故障的研究主要集中在绝缘类故障中，且相对成熟，对于机械类故障的研究相对较少。

振动是电力设备的一项固有特性，既能反映机械故障引起的低频振动，也能反映绝缘故障引起的高频振动。所以，基于振动法检测gis设备的机械故障具有一定的研究意义。振动法检测过程中，通过安装在gis设备外壳上的振动加速度传感器实时监测gis设备的运行状态。所以，在用振动法检测设备的状态时，通过振动加速度传感器获得的振动信号尤为重要。

在gis设备的机械故障中，密封圈松动是比较常见的一种现象。gis设备的密封性是保证gis设备安全运行的重要环节，若密封效果不好会导致sf6气体泄漏，压力下降，从而造成gis的致命故障。

目前，对于gis设备的密封圈松动故障，还没有确切的方法，所以，对于密封圈松动的检测诊断显得尤为重要，而寻找一种有效快速的判断方法具有必要的实用价值。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种基于振动法判断gis密封圈松动的方法及测试装置，先测量gis密封圈的振动信号获得对应的各阶固有频率，选取最大导纳对应的固有频率作为故障特征量，以此故障特征量来判断gis密封圈是否松动。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于振动法判断gis密封圈松动的方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤s1，获取gis密封圈紧固时的固有频率，将此固有频率作为参考固有频率；

步骤s2，实时测量gis密封圈的振动信号，对振动信号进行固有频率分析，选取最大导纳对应的固有频率作为故障特征量；

步骤s3，将此故障特征量与参考固有频率进行比较，若故障特征量减小，则判断此gis密封圈出现松动故障。

进一步的，在gis密封圈表面设有若干个振动信号测点。

进一步的，此振动信号采用振动加速度传感器测量，此振动加速度传感器设置在gis密封圈表面边缘处。

相应的，本发明还提供了一种采用上述方法判断gis密封圈松动的测试装置，其特征是，包括参考固有频率获取模块、振动信号测量模块、故障特征量提取模块和密封圈松动判断模块；

参考固有频率获取模块，获取gis密封圈紧固时的固有频率，将此固有频率作为参考固有频率，传递至密封圈松动判断模块；

振动信号测量模块，实时测量gis密封圈的振动信号，并将此振动信号传递至故障特征量提取模块；

故障特征量提取模块，对振动信号进行固有频率分析，选取最大导纳对应的固有频率作为故障特征量，并将此故障特征量传递至密封圈松动判断模块；

密封圈松动判断模块，将故障特征量与参考固有频率进行比较，若故障特征量减小，则判断此gis密封圈出现松动故障。

进一步的，在gis密封圈表面设有若干个振动信号测点。

进一步的，此振动信号采用振动加速度传感器测量，此振动加速度传感器设置在gis密封圈表面边缘处。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明通过gis密封圈的振动信号获取对应的各阶固有频率，并选取最大导纳对应的固有频率作为故障特征量，依据此故障特征量与参考固有频率的对比，来判断gis密封圈是否出现松动，若减小，则出现松动故障，且减小的幅度越大，则密封圈松动越严重。本发明方法简单，易实现，为气体绝缘组合电器的可靠运行提供了一定的保障。

附图说明

图1是本发明方法的流程图；

图2是本发明实施例中测试装置示意图；

图3是图2中测试装置的振动信号测点的分布示意图；

图4是图2中测试装置的试验过程流程图；

图5是图2中测试装置松动一个螺栓时故障特征量与松动程度的关系图；

图6是图2中测试装置松动所有螺栓时故障特征量与松动程度的关系图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，本发明的一种基于振动法判断gis密封圈松动的方法，包括以下步骤：

步骤s1，获取gis密封圈紧固时的固有频率，将此固有频率作为参考固有频率；

步骤s2，在gis设备使用一段时间后，实时测量gis密封圈的振动信号，对振动信号进行固有频率分析，选取最大导纳对应的固有频率作为故障特征量；

步骤s3，将故障特征量与参考固有频率进行比较，若故障特征量减小，则判断此gis密封圈出现松动故障。

本发明通过gis密封圈的振动信号获取对应的各阶固有频率，并选取最大导纳对应的固有频率作为故障特征量，依据此故障特征量与参考固有频率的对比，来判断gis密封圈是否出现松动，若减小，则出现松动故障，且减小的幅度越大，则密封圈松动越严重。

为了验证本发明方法的有效性，进行以下测试试验。判断gis密封圈松动的测试装置包括振动加速度传感器、冲击力锤和数据采集仪，具体参见图2。振动加速度传感器安装在密封圈外壳周围，用于采集gis密封圈表面的振动信号，其型号为ca-yd-182（灵敏度为20mv/g）。冲击力锤是用来进行对gis密封圈的进行激振试验，并且选取gis密封圈的中心点作为敲击点。数据采集仪可以对加速度信号、电压、电流信号等进行采集，内部带有多种滤波器，可对信号进行简单处理。

在本试验中，在密封圈周围安装4个振动加速度传感器，对应的4个振动测点，振动加速度传感器的安装位置如图3所示，其中1、2、3号测点均位于密封圈表面，4号测点位于密封圈背面（位于1号测点的背面，在此图中没有示出）。

gis的密封效果取决于罐体的焊接质量以及密封圈的制造、安装和法兰密封面的对接，而密封面对接情况与螺栓的紧固程度密切相关。因此本测试试验中，采用松动螺栓来调节gis密封圈的不同程度松动。如图4所示，具体试验过程为：

（1）在gis密封圈上设置不同程度的松动，密封圈松动实验是通过设置螺母松动来实现的，比如松动螺母的个数、长度不同；

记松动螺母之前，即所有螺母均紧固的正常情况为情况a，并选取此情况a下的gis密封圈的固有频率作为参考固有频率。此gis密封圈紧固时的固有频率可以是从gis设备提供的技术参数中获取，也可以是采用上述振动加速度传感器测量得到。本实例先松动一个螺母，并且松动长度为2mm和5mm（记为情况b和情况c）；然后松动所有螺母，且松动长度分别为2mm和5mm（记为情况d和情况e）。

（2）对于每一种情况，即螺母松动的个数和长度处于某一状态时，用冲击力锤敲击密封圈的中心位置进行激振试验，在密封圈周围设有对应的4个振动测点，获得每个测点的振动信号。并且试验中对同种状态进行3次实验，是取3次实验的平均值作为此状态下的试验结果，目的是避免单次实验存在偶然因素的影响，使实验结果更具说服力，提高测量精度。

（3）对于不同测点测得的振动信号，对其进行固有频率分析，获得每种状态下各个测点的固有频率特性响应曲线，根据共振原理获得密封圈的各阶固有频率（即通过输入的力信号和测得的振动信号进行传函分析，得到各阶固有频率）；

（4）通过观察分析，密封圈松动故障对于低阶固有频率的影响特征并不明显，特选取最大导纳ymax所对应的固有频率（记为fm）作为故障特征量进行比较；绘制出不同情况下各测点振动信号的fm与密封圈松动程度对应关系的折线图，分别如图5和图6所示。

图5和图6分别为松动一个螺母以及所有螺母全松所对应的固有频率随松动程度的变化关系，并且对1、2、3、4号测点均进行分析。观察图5和图6的折线图，当密封圈处于正常状态时，即没有螺母松动，其导纳最大值处对应的固有频率为2010hz左右，当螺母出现松动故障时，导纳最大值所对应的固有频率均减小。若仅有一个螺母松动时（图5），对应的固有频率随着松动程度的增加而降低，但是变化并不是很明显；若所有螺母全部松动，导纳最大值对应的固有频率下降的比较明显。

比较图5和图6，密封圈表面螺母松动的个数和松动的长度都会使得最大导纳对应的固有频率降低，松动的个数越多、松动的长度越长，这种现象变化的就会越明显。

因此选取最大导纳对应的固有频率作为故障特征量，将其与参考固有频率（正常情况，即情况a）进行比较，可以判断气体绝缘组合电器是否发生松动故障。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。