專利名稱：電力變壓器有載分接開(kāi)關(guān)切換觸頭松動(dòng)故障診斷法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種電力變壓器有載分接開(kāi)關(guān)切換觸頭松動(dòng)故障診斷 的方法及裝置，屬于電氣控制工程領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
基于在線監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)的狀態(tài)維修策略將成為未來(lái)發(fā)展的必然 趨勢(shì)。有載調(diào)壓變壓器是電力系統(tǒng)中非常重要的輸變電設(shè)備，它不僅能穩(wěn) 定負(fù)荷中心電壓，而且也是聯(lián)絡(luò)電網(wǎng)、調(diào)整負(fù)載潮流、改善無(wú)功分配等不 可缺少的重要設(shè)備，在電網(wǎng)中得到了廣泛的應(yīng)用。
目前大量的110kV及以上的變壓器都安裝了有載分接開(kāi)關(guān)(On-L。adTap Changer, OLTC)，其功能是在帶負(fù)載狀態(tài)下完成變壓器調(diào)壓。有載分接開(kāi)關(guān)的 運(yùn)行狀態(tài)直接影響到電力變壓器的運(yùn)行、電力系統(tǒng)的調(diào)節(jié)以及電能質(zhì)量的 高低。據(jù)統(tǒng)計(jì)，有載分接開(kāi)關(guān)故障是電力變壓器的最主要故障之一，故障 率僅次于繞組故障。而隨著有載調(diào)壓變壓器在電網(wǎng)中應(yīng)用的增多以及單臺(tái) 分接開(kāi)關(guān)日均調(diào)壓次數(shù)的增加，有載分接開(kāi)關(guān)的故障有增加的趨勢(shì)。開(kāi)展 分接開(kāi)關(guān)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)分接開(kāi)關(guān)異常，對(duì)電力系統(tǒng)安 全運(yùn)行意義重大，并具有良好的應(yīng)用前景。
觸頭松動(dòng)是電力變壓器分接開(kāi)關(guān)最主要故障之一。分接開(kāi)關(guān)切換過(guò)程 中承受力的反復(fù)沖擊，在多次切換后引起觸頭松動(dòng)，如不及時(shí)診斷，甚至
3會(huì)引起觸頭脫落。觸頭脫落后，很大的工作電流在切換過(guò)程中不得不由另 一組觸點(diǎn)獨(dú)立承擔(dān)(分接開(kāi)關(guān)切換觸點(diǎn)往往是兩組并列工作)。另一組觸頭 嚴(yán)重過(guò)載、發(fā)熱，如不及時(shí)發(fā)現(xiàn)，會(huì)很快將分接開(kāi)關(guān)觸頭燒毀，使整個(gè)開(kāi) 關(guān)及變壓器無(wú)法工作。另外，觸頭松動(dòng)后，切換觸頭在切換過(guò)程中接觸不 良，引起嚴(yán)重電弧，也容易使切換觸頭燒毀。
目前對(duì)分接開(kāi)關(guān)的故障還沒(méi)有可靠的診斷方法，研究中的方法主要有 基于油中氣體分析的方法(如三比值法)、基于振動(dòng)的監(jiān)測(cè)與分析方法、基 于熱噪聲的診斷方法等。但由于分接開(kāi)關(guān)正常運(yùn)行狀態(tài)下，因觸點(diǎn)的分合 動(dòng)作，油中也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的氣體，因此，基于油中氣體的分析方法目前很
難實(shí)現(xiàn)；基于熱噪聲的診斷是由于變壓器分接開(kāi)關(guān)故障后發(fā)熱產(chǎn)生的熱噪 聲傳播到變壓器外面，通過(guò)在變壓器外殼上安裝噪聲傳感器檢測(cè)來(lái)進(jìn)行分 接開(kāi)關(guān)故障診斷，這一方面是基于分接開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)有明顯故障并且已產(chǎn)生嚴(yán) 重發(fā)熱(輕微熱量不會(huì)產(chǎn)生明顯的熱噪聲)，另一方面熱噪聲傳播到變壓器 外部，信號(hào)的能量損耗大，加上各種干擾，工程上很難實(shí)現(xiàn)(變壓器運(yùn)行 環(huán)境各種噪聲很多，特別是電磁噪聲、背景噪聲很大，遠(yuǎn)大于因觸頭松動(dòng) 故障引起過(guò)熱傳到變壓器油箱外面的信號(hào)的能量)；由于分接開(kāi)關(guān)切換過(guò)程 中引起振動(dòng)的因素很多，特別是分接開(kāi)關(guān)的槍機(jī)動(dòng)作時(shí)的振動(dòng)很大，給振 動(dòng)分析帶來(lái)困難，因此基于振動(dòng)的分接開(kāi)關(guān)故障診斷的關(guān)鍵是在被監(jiān)測(cè)信 號(hào)中發(fā)現(xiàn)能反映故障的特征信號(hào)，另外，監(jiān)測(cè)方法和監(jiān)測(cè)后信號(hào)分析方法 也影響分接開(kāi)關(guān)的故障診斷的準(zhǔn)確性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出的是電力變壓器有載分接開(kāi)關(guān)切換觸頭松動(dòng)故障診斷的方法及裝置，其目的旨在針對(duì)0LTC故障診斷中存在的上述問(wèn)題，根據(jù)0LTC 運(yùn)行特點(diǎn)，并結(jié)合它正常和故障時(shí)不同的振動(dòng)特性，經(jīng)過(guò)理論分析與實(shí)驗(yàn) 發(fā)現(xiàn)了能反映分接開(kāi)關(guān)切換觸頭松動(dòng)故障的特征信號(hào)，即在分接開(kāi)關(guān)切換 觸頭松動(dòng)故障后，其振動(dòng)信號(hào)經(jīng)過(guò)適當(dāng)處理，在頻域信號(hào)中的800~1000Hz 范圍內(nèi)將會(huì)產(chǎn)生一明顯的幅值較大的譜線。采取監(jiān)測(cè)與信號(hào)分析方法，根 據(jù)被測(cè)信號(hào)中是否含有這一特征，診斷分接開(kāi)關(guān)是否存在觸頭松動(dòng)故障， 實(shí)現(xiàn)分接開(kāi)關(guān)觸頭松動(dòng)故障的監(jiān)測(cè)與診斷。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案電力變壓器有載分接開(kāi)關(guān)切換觸頭松動(dòng)故障診 斷的方法，其特征是一、對(duì)分接開(kāi)關(guān)切換動(dòng)作過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，在監(jiān)測(cè) 的信號(hào)中，取時(shí)域信號(hào)主能量的后半部分，并避開(kāi)時(shí)域信號(hào)中能量最大值 點(diǎn)；二、進(jìn)行時(shí)頻變換分析；三、經(jīng)過(guò)分析，確定信號(hào)頻域的800 1000Hz 范圍內(nèi)的幅值較大的譜線；四、比較，這一譜線較分接開(kāi)關(guān)正常狀態(tài)明顯 增大，分接開(kāi)關(guān)切換觸頭松動(dòng)故障發(fā)生。
電力變壓器有載分接開(kāi)關(guān)切換觸頭松動(dòng)故障診斷的裝置，其結(jié)構(gòu)是在 變壓器分接開(kāi)關(guān)上安裝振動(dòng)傳感器，振動(dòng)傳感器的輸出端與信號(hào)調(diào)理電路 的輸入端相接，信號(hào)調(diào)理電路的輸出端與采集儀的輸入端相接，采集儀的 輸出端與信號(hào)處理器的輸入端相接，信號(hào)處理器的輸出端與顯示器輸入端 相連。信號(hào)處理器與顯示器可由一臺(tái)微機(jī)(工控機(jī))代替完成。如果傳感 器輸出為大小合適的電壓信號(hào)，或采集儀帶有電荷放大器，則傳感器輸出 直接接采集儀的輸入端，可省略專門(mén)的信號(hào)調(diào)理電路。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)1)所發(fā)現(xiàn)的故障特征量能準(zhǔn)確反映分接開(kāi)關(guān)切換觸頭 松動(dòng)故障，特征明顯，重復(fù)性好，經(jīng)大量實(shí)驗(yàn)證實(shí)，對(duì)同一類型的分接開(kāi)關(guān)具有很好的普遍性。2)基于振動(dòng)頻域信號(hào)800~1000Hz之間譜線峰值增 大的有載分接開(kāi)關(guān)觸頭松動(dòng)故障診斷技術(shù)工程實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，傳感器安裝方便。 3)采用工控機(jī)進(jìn)行檢測(cè)、處理與診斷，性能可靠，軟件實(shí)現(xiàn)方便，人機(jī)界 面友好，診斷結(jié)論直觀。


圖1為故障診斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖
圖2為診斷系統(tǒng)的試驗(yàn)框圖
圖3是分接開(kāi)關(guān)正常狀態(tài)下振動(dòng)信號(hào)的頻域圖。
圖4是分接開(kāi)關(guān)切換觸頭松動(dòng)故障狀態(tài)下振動(dòng)信號(hào)的頻域圖。
圖5是分接開(kāi)關(guān)切換觸頭正常狀態(tài)下的振動(dòng)信號(hào)頻域圖形(實(shí)施例2)。
圖6是分接開(kāi)關(guān)切換觸頭松動(dòng)故障狀態(tài)下的振動(dòng)信號(hào)頻域圖形(實(shí)施例2)。
圖7是分接開(kāi)關(guān)切換觸頭正常狀態(tài)下的振動(dòng)信號(hào)頻域圖形(實(shí)施例3)。
圖8是分接開(kāi)關(guān)切換觸松動(dòng)故障狀態(tài)下的振動(dòng)信號(hào)頻域圖形(實(shí)施例3)。
圖9是分接開(kāi)關(guān)切換觸頭正常狀態(tài)下的振動(dòng)信號(hào)頻域圖形(實(shí)施例4)。
圖10是分接開(kāi)關(guān)切換觸頭松動(dòng)故障狀態(tài)下的振動(dòng)信號(hào)頻域圖形(實(shí)施例4)。
圖1中的1是變壓器分接開(kāi)關(guān)，2是傳感器，3是信號(hào)調(diào)理電路，4是采集 儀，5是信號(hào)處理器，6是顯示器(用一臺(tái)計(jì)算機(jī)代替信號(hào)處理器5和顯示 器6)。
具體實(shí)施方式
對(duì)照附圖l，其結(jié)構(gòu)是在變壓器分接開(kāi)關(guān)1上安裝振動(dòng)傳感器2，傳感器輸 出信號(hào)經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路3轉(zhuǎn)換后送采集儀4釆集，使用采集儀4采集到相關(guān)信號(hào)之后，通過(guò)信號(hào)處理器5進(jìn)行信號(hào)分析，將得到的圖像及診斷 結(jié)果在顯示器6上顯示出來(lái)。它們間的連接關(guān)系變壓器分接開(kāi)關(guān)1與傳 感器2的輸入端相接，傳感器2的輸出端與信號(hào)調(diào)理電路3的輸入端相接， 信號(hào)調(diào)理電路(現(xiàn)有技術(shù))3的輸出端與采集儀4的輸入端相接，采集儀4 的輸出端與信號(hào)處理器5的輸入端相接，信號(hào)處理器5的輸出端與顯示器6 相連。如果傳感器輸出為大小合適的電壓信號(hào)，或采集儀帶有電荷放大器， 則傳感器輸出直接接采集儀的輸入端，不需要專門(mén)的信號(hào)調(diào)理電路。
所述的振動(dòng)傳感器2為壓電式加速度振動(dòng)傳感器，型號(hào)為CA-YD-103。 壓電式加速度振動(dòng)傳感器又稱壓電加速度計(jì)，它是利用某些晶體材料的壓 電效應(yīng)制成的，它的輸出電量正比于被測(cè)物體的振動(dòng)加速度值。
所述的采集儀型號(hào)為Gould 77-0801-NET，是一種高精度通用數(shù)據(jù)采 集儀，并配有電荷放大器，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行采樣，并能將采集數(shù)據(jù)送計(jì)算 機(jī)。
信號(hào)處理器5與顯示器6由一臺(tái)普通計(jì)算機(jī)(微機(jī))通過(guò)分析軟件完成。
因?yàn)椴杉瘍x有電荷放大器，所以，不需要專門(mén)的信號(hào)調(diào)理電路。 雖然振動(dòng)信號(hào)可以從X、 Y、 Z三個(gè)方向進(jìn)行監(jiān)測(cè)，但從監(jiān)測(cè)方便性考 慮，振動(dòng)傳感器安裝在分接開(kāi)關(guān)的頂端，主要監(jiān)測(cè)分接開(kāi)關(guān)垂直方向的振 動(dòng)信號(hào)。在分接開(kāi)關(guān)切換時(shí)，監(jiān)測(cè)其振動(dòng)信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò)采集儀采集之 后，通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析、處理，并進(jìn)行故障診斷。
實(shí)施例為了驗(yàn)證本發(fā)明的可行性，進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)用國(guó)內(nèi)應(yīng)用極其廣泛
的M型有載分接開(kāi)關(guān)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分接開(kāi)關(guān)型號(hào)為CMIII-500-63B-10193W (為
國(guó)內(nèi)最大的有載分接開(kāi)關(guān)生產(chǎn)企業(yè)上海華明電氣設(shè)備有限公司生產(chǎn))。該開(kāi) 關(guān)的基本參數(shù)見(jiàn)表l。
表1實(shí)驗(yàn)分接開(kāi)關(guān)基本參數(shù)表
最大額定通過(guò)電流(A)500相數(shù)和連接方式三相Y接
最大級(jí)電壓(v)3300工作位置數(shù)19
額度電壓等級(jí)(kV)63絕緣等級(jí)B
額定級(jí)容量(kVA) 一1400
實(shí)驗(yàn)裝置還包括加速度振動(dòng)傳感器，尼高數(shù)據(jù)采集儀、微機(jī)等。加速
度振動(dòng)傳感器直接安裝在分接開(kāi)關(guān)頂端，尼高采集儀用于信號(hào)的采集與記 錄，個(gè)人電腦則進(jìn)行數(shù)據(jù)存貯、數(shù)據(jù)處理和故障診斷。并且在個(gè)人電腦上
顯示出結(jié)果，振動(dòng)信號(hào)的采樣頻率為50kHz。
在采集到的振動(dòng)信號(hào)中，從時(shí)域信號(hào)中能量最大值的點(diǎn)向后延時(shí)200 個(gè)點(diǎn)(4ms)后取4096個(gè)點(diǎn)(約82ms)的信號(hào)進(jìn)行分析。
正常分接開(kāi)關(guān)，振動(dòng)信號(hào)的頻譜大致可以4000Hz為界分為兩部分，低 于4000Hz的區(qū)域這里稱為較低頻區(qū)，高于4000Hz的區(qū)域稱為較高頻區(qū)。 在較低頻區(qū)，信號(hào)幅值最大的信號(hào)的頻率一般在300~500Hz之間，而 800 1000Hz區(qū)間內(nèi)沒(méi)有幅值明顯大的信號(hào)。
當(dāng)分接開(kāi)關(guān)觸頭松動(dòng)故障后，按上述方法進(jìn)行信號(hào)分析，在頻域信號(hào) 的800 1000Hz之間，新增加一個(gè)幅值明顯大于其它頻率信號(hào)幅值的量，該 頻率成份的幅值不但大于原正常狀態(tài)300~500Hz區(qū)間的信號(hào)最大值，而且 也是故障狀態(tài)下所有頻率的信號(hào)的幅值較大的(一般是最大的)。所以，對(duì)監(jiān)測(cè)信號(hào)進(jìn)行上述分析后，如果發(fā)現(xiàn)在頻域信號(hào)800~1000Hz 之間出現(xiàn)幅值明顯增大的譜線，基本可以診斷出該分接開(kāi)關(guān)存在切換觸頭 松動(dòng)故障；如果能有正常狀態(tài)下的樣本對(duì)比(歷史數(shù)據(jù))，振動(dòng)頻域信號(hào)最 大值的頻率原來(lái)在300 500Hz之間，當(dāng)前監(jiān)測(cè)到的信號(hào)在頻率800 1000Hz 之間新增加幅值相對(duì)很大的特征信號(hào)，其最大值不但比該區(qū)間原來(lái)的值有 明顯增加，且還大于300 500Hz之間的信號(hào)的幅值。則可以可靠地診斷， 該分接開(kāi)關(guān)存在切換觸頭松動(dòng)故障。
附圖3、 4分別為試驗(yàn)中分接開(kāi)關(guān)正常狀態(tài)和分接開(kāi)關(guān)切換觸頭松動(dòng)故
障狀態(tài)下，分接開(kāi)關(guān)切換動(dòng)作時(shí)振動(dòng)信號(hào)的頻譜圖。
比較圖3與圖4可以發(fā)現(xiàn)，正常時(shí)圖3，最大幅值部分出現(xiàn)在325Hz， 幅值約0.0338 (縱坐標(biāo)是經(jīng)振動(dòng)傳感器等變換后，在信號(hào)采集儀中得到的 信號(hào)的相對(duì)幅值，下同)。800 1000Hz之間沒(méi)有明顯幅值很大的譜線。故障 時(shí)圖4，在970Hz之間新出現(xiàn)了明顯的幅值最大的譜線，本例中，該譜線幅 值達(dá)到0. 076，該譜線幅值遠(yuǎn)大于原信號(hào)最大譜線的幅值。
分接開(kāi)關(guān)不同的檔位、不同運(yùn)行狀況時(shí)，上述特征信號(hào)的幅值的數(shù)值 略有差異，這是因?yàn)樽鳛橐环N機(jī)械開(kāi)關(guān)，切換過(guò)程中的機(jī)械特性、振動(dòng)特 性總有一定的分散性，但規(guī)律完全相同(即不同的工況、不同的工作狀 ， 切換觸點(diǎn)松動(dòng)故障后，在800~1000Hz區(qū)間總有一幅值顯明增加的信號(hào)存 在)。圖5-圖10是分接開(kāi)關(guān)在不同狀態(tài)下的切換時(shí)振動(dòng)情況(頻域圖形)。 其中圖5、圖7和圖9為正常狀態(tài)的振動(dòng)信號(hào)頻譜，圖6、圖8、圖10為切 換觸頭松動(dòng)狀態(tài)的振動(dòng)信號(hào)頻譜?？梢?jiàn)，規(guī)律是一樣的。在理論分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行大量實(shí)測(cè)試驗(yàn)之后發(fā)現(xiàn)，上述特征具有很好 的重復(fù)性和規(guī)律性。驗(yàn)證了這一特征可以用于分接開(kāi)關(guān)觸頭松動(dòng)故障診斷。
權(quán)利要求
1、電力變壓器有載分接開(kāi)關(guān)切換觸頭松動(dòng)故障的診斷方法，其特征是一、對(duì)分接開(kāi)關(guān)切換動(dòng)作過(guò)程振動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，在監(jiān)測(cè)的信號(hào)中，取振動(dòng)時(shí)域信號(hào)主能量的后半部分，并避開(kāi)振動(dòng)時(shí)域信號(hào)中能量最大值點(diǎn)；二、進(jìn)行時(shí)頻變換分析；三、經(jīng)過(guò)分析，確定信號(hào)頻域的800～1000Hz范圍內(nèi)的幅值較大的譜線；四、比較，這一譜線較分接開(kāi)關(guān)正常狀態(tài)明顯增大，分接開(kāi)關(guān)存在切換觸頭松動(dòng)故障。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變壓器有載分接開(kāi)關(guān)切換觸頭松動(dòng)故障 的診斷方法，其特征是所述的分接開(kāi)關(guān)切換觸頭存在松動(dòng)故障，可采用加 速度振動(dòng)傳感器獲得變壓器分接開(kāi)關(guān)切換過(guò)程的振動(dòng)信號(hào)，經(jīng)過(guò)信號(hào)采集 儀采集之后，再運(yùn)用數(shù)字信號(hào)處理方法進(jìn)行分析處理，結(jié)合正常狀態(tài)的樣 本對(duì)比，診斷分接開(kāi)關(guān)故障，將相應(yīng)的監(jiān)測(cè)及診斷結(jié)果輸出到顯示器上。
3、 電力變壓器有載分接開(kāi)關(guān)切換觸頭松動(dòng)故障的診斷裝置，其特征是 在變壓器分接開(kāi)關(guān)上安裝振動(dòng)傳感器，振動(dòng)傳感器的輸出端與信號(hào)調(diào)理電 路的輸入端相接，信號(hào)調(diào)理電路的輸出端與采集儀的輸入端相接，采集儀 輸出端與信號(hào)處理器的輸入端相接，信號(hào)處理器的輸出端與顯示器相連。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電力變壓器有載分接開(kāi)關(guān)切換觸頭松動(dòng)故障 的診斷裝置，其特征是所述的振動(dòng)傳感器安裝在分接開(kāi)關(guān)的頂端，主要監(jiān) 測(cè)分接開(kāi)關(guān)垂直方向的振動(dòng)信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明是電力變壓器有載分接開(kāi)關(guān)切換觸頭松動(dòng)故障的診斷方法及裝置。診斷方法是一、對(duì)分接開(kāi)關(guān)切換動(dòng)作過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，在監(jiān)測(cè)的信號(hào)中，取時(shí)域信號(hào)主能量的后半部分，避開(kāi)時(shí)域信號(hào)中能量最大值點(diǎn)；二、進(jìn)行時(shí)頻變換分析；三、經(jīng)過(guò)分析，確定信號(hào)頻域在800～1000Hz范圍內(nèi)的幅值較大的譜線；四、比較，若這一譜線較分接開(kāi)關(guān)正常狀態(tài)明顯增大，則分接開(kāi)關(guān)存在切換觸頭松動(dòng)故障。優(yōu)點(diǎn)所發(fā)現(xiàn)的故障特征量能準(zhǔn)確反映分接開(kāi)關(guān)切換觸頭松動(dòng)故障，特征明顯，重復(fù)性好，對(duì)同一類型的分接開(kāi)關(guān)具有普遍性。有載分接開(kāi)關(guān)觸頭松動(dòng)故障診斷技術(shù)工程實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，傳感器安裝方便。采用微機(jī)進(jìn)行檢測(cè)、處理與診斷，性能可靠，實(shí)現(xiàn)方便，診斷結(jié)論直觀。
文檔編號(hào)G01R31/327GK101639517SQ200910034698
公開(kāi)日2010年2月3日 申請(qǐng)日期2009年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月8日
發(fā)明者寧 姜, 王付宗, 王春寧, 林 陸, 琳 陳, 馬宏忠 申請(qǐng)人:江蘇省電力公司南京供電公司;河海大學(xué)