一、殼體振動的基本現象

1.1 振源

物體受外力而振動。運行中GIS的殼體所受激振力有以下兩種。

(1)機械力、電磁力

開關操作的機械力，導體中交流電流產生的交變電動力，互感器鐵芯的電磁力，GIS內金屬微粒在電場中受靜電力升起又落下撞擊外殼，外界噪聲振動等。

(2)放電

絕緣擊穿，局部放電（包括絕緣子內部缺陷、殼體內金屬微粒與外殼內壁間的放電）和觸頭接觸不良，金屬屏蔽接觸不良等使放電通道壓力升高，而作用于零部件上的力亦會導致殼體機械振動。

1.2 ?振動信號的波形特征

由于GIS中斷路器、隔離開關、互感器、母線等輸電設備，其外殼的振動信號也就主要是有這些輸電設備的振動傳導過來的，因而在外殼上的振動信號就具有這些設備振動信號的振動特征。各振動源所產生的振動進行疊加，在GIS殼體上集中反映，使振動情況更加復雜。下面具體分析個輸電設備的振動信號特征，以為數據分析提供理論依據。

1）、互感器振動信號特征

由磁致伸縮引起的鐵芯振動是以2倍的電源頻率為其基頻（約為100Hz），另外由于硅鋼片磁致伸縮的非線性，使得勵磁磁通明顯偏離正弦波。也就是說變壓器鐵芯振動頻譜中除基頻外還包含基頻整數倍的高次諧波。

在負載條件下，變壓器器身振動還包括負載電流作用下的繞組振動，高低壓繞組之一發生變形、位移或崩塌后，繞組安匝比平衡加劇，漏磁造成軸向力增加，繞組振動加劇。預緊力（繞組松散預緊力下降）對于繞組影響很大，繞組的固有頻率隨著預緊力降低而降低。隨著預緊力的降低引起結構松散，特征頻率逐步向下偏移，容易與工作頻率發生共振，使噪聲異常。

繞組振動信號基本上集中在基頻100 Hz處，且振動信號的大小與負載電流成正比；鐵心振動信號主要集中在100～400 Hz，1000Hz后基本衰減到0。因此，在表面測得的振動信號高次諧波分量是由鐵心振動引起，可通過200Hz、300Hz等高次諧波分量的變化診斷鐵心狀況。當其變化不大于某一限值時，可確定鐵心無故障，然后通過基頻幅值的變化診斷繞組狀況。

繞組的二次和三次諧波隨著繞組壓緊力的變化是變化的。二次項系數對繞組壓緊力的變化是敏感的，對二次諧波的影響最大，因此二次諧波對壓緊力的變化更為敏感。對于工頻為50Hz的電流激勵而言，繞組的主要非線性特征頻率是200Hz以及300Hz。由于大型變壓器鐵芯振動三次諧波是一個主要頻率，因此200Hz對繞組是更為重要的。

2）、斷路器振動信號特征

斷路器在動作過程中，由于內部阻尼、彈性力、剛度和驅動力的非線性以及動態響應的非線性，使得振動信號具有很強的非線性、非平穩性，有效振動信號時間短，通常在數十到數百毫秒之間。在斷路器的一次動作過程中，構件按照一定的邏輯順序啟動、運動、制動，形成振動波系列，沿著一定路徑傳播,經過衰減、反射和疊加，最終進入振動采集系統。斷路器的機械機構對振動信號的傳遞過程影響很大，振源位置與測量位置的改變會顯著影響實測振動信號的特性。

高壓斷路器的每次分合動作都會產生若干次振動事件，但是斷路器結構復雜以及現場環境噪聲的影響，對振動信號進行分析及特征提取是斷路器機械故障診斷的重點和難點。

斷路器振動信號具有有效時間短、振動沖擊大的特點，一般選用加速度振動傳感器來測量。

3）、GIS中隔離開關、接地開關的振動信號特征

開關的操作是非周期性的一次動作，過程持續時間為2~15 s ；振動加速度幅值較大，測量比較容易；振動信號是非平穩瞬變信號，分析處理較困難。

4）、GIS中母線的振動信號特征

母線的振動是導體中交流電流產生的交變電動力所產生的，所以其振動頻率主要為100Hz。

5）、內部局部放電所產生的振動信號特征

振動信號的振幅機械力和電磁力所產生的振動幅度小得多；振動信號的頻率有較高的頻率成分，約在10~25kHz；振動信號波形有起伏，對固定間隙型的局部放電如絕緣子缺陷，波形起伏與工頻電壓有明顯的相位相關性。對金屬顆粒產生的機械振動信號則與工頻電壓波形無明顯關系。多數情況下，振動信號的周期長于工頻半周期，振動信號中出現突發性震蕩波形時，更是局部放電的明顯特征。

根據以上分析可以得出GIS殼體正常情況下的振動信號中，主要集中在100～400 Hz，1000Hz后基本衰減到0，且最大幅值應該出現在100Hz處。

殼體機械振動是較復雜的現象，振動傳遞過程是一個復雜的過程，振動信號具有很強的隨機性，影響因素又很多，因此分析過程中存在的難度較大。

二、實驗儀器

振動測試巡檢儀： CoCo-80/90系列具有24位A/D,D/A，130dB(最高150dB)動態范圍，支持8通道102.4KHz的同步采樣，振動分析各類頻譜及相關函數。

測量過程中還用到的儀器設備有：振動傳感器352C34；石蠟；膠水；相機等。

三、振動信號的測量

在GIS的外殼表面進行加速度傳感器的布點，進行了兩組測量，第一組所使用的傳感器數量為4個，第二組測量所用的傳感器數量為5個，且都較為均勻的分布在可粘接的殼體表面。具體分布情況見如下示意圖。

每組測量重復進行4次，依次減小偶然因素對測量結果的影響。

圖3.1（a）第一組測量CH1

圖3.1（c）第一組測量CH3

圖3.1（b）第一組測量CH2

圖3.1（d）第一組測量CH4

圖3.2 第一組測量總體傳感器測量點示意圖

圖3.4 第二組測量總體傳感器測量點示意圖

未完待續…

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