專利名稱：電力變壓器有載分接開關(guān)觸頭脫落故障診斷方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種分接開關(guān)故障診斷方法，尤其涉及一種電力變壓器有載分接開關(guān)切換觸頭脫落故障診斷方法，屬于電氣控制工程中的分接開關(guān)故障診斷領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著電力工業(yè)的發(fā)展，電力設(shè)備容量和電網(wǎng)的規(guī)模不斷擴(kuò)大，為了降低電力設(shè)備故障引發(fā)的巨大經(jīng)濟(jì)損失和社會影響，提高電能質(zhì)量，保證電力設(shè)備和系統(tǒng)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)的運行，基于在線監(jiān)測與故障診斷技術(shù)的狀態(tài)維修策略將成為未來發(fā)展的必然趨勢。有載調(diào)壓變壓器是電力系統(tǒng)中非常重要的輸配電設(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。
目前絕大部分110kV及以上的變壓器都安裝了有載分接開關(guān)，其功能是在帶負(fù)載狀態(tài)下
完成變壓器調(diào)壓。有載分接開關(guān)的運行狀態(tài)直接影響到電力變壓器的運行、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，有載分接開關(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)用的增多以及單臺分接開關(guān)日均調(diào)壓次數(shù)的增加，有載分接開關(guān)的故障率有增加趨勢。開展分接開關(guān)運行的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷，及時發(fā)現(xiàn)分接開關(guān)異常，對電力系統(tǒng)安全運行意義重大，并具有良好的應(yīng)用前景。
總的來說，目前對分接開關(guān)的故障診斷還沒有理想的方法，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)、基于振動的監(jiān)測與分析方法、基于熱噪聲的診斷方法等。由于分接開關(guān)正常運行狀態(tài)下，因觸點的分合動作，油中也會產(chǎn)生相應(yīng)的氣體，因此，基于
油中氣體的分析方法目前實現(xiàn)困難；基于熱噪聲的診斷是由于變壓器分接開關(guān)故障后發(fā)熱產(chǎn)生的熱噪聲傳播到變壓器外面，通過在變壓器外殼上安裝噪聲傳感器檢測來進(jìn)行分接開關(guān)故障診斷，這一方面是基于分接開關(guān)觸點有明顯故障并且已產(chǎn)生嚴(yán)重發(fā)熱(輕微熱量不會產(chǎn)生明顯的熱噪聲)，另一方面熱噪聲傳播到變壓器外部，能量很小，加上各種干擾，工程上很難實現(xiàn)(變壓器運行環(huán)境各種噪聲很多，特別是電磁噪聲、背景噪聲很大，遠(yuǎn)大于因觸頭故障
過熱引起的傳到變壓器油箱外面的信號的能量)；由于分接開關(guān)切換過程中引起振動的因素很多，特別是分接開關(guān)的槍機(jī)動作時的振動很大，給振動分析帶來困難，因此基于振動的分接開關(guān)故障診斷的關(guān)鍵是發(fā)現(xiàn)監(jiān)測信號中能反映故障的特征信號，另外，監(jiān)測方法和監(jiān)測后信號分析方法也影響分接開關(guān)的故障診斷的準(zhǔn)確性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對背景技術(shù)中分接開關(guān)故障診斷技術(shù)存在的缺陷而提出一種實現(xiàn)容易、診斷準(zhǔn)確的電力變壓器有載分接開關(guān)觸頭脫落故障診斷方法。
本發(fā)明的電力變壓器有載分接開關(guān)觸頭脫落故障診斷方法，包括如下步驟
(1) 確定采樣頻率和采樣時間，采樣時間為分接開關(guān)一檔進(jìn)行一次完整切換的時間；
(2) 根據(jù)分接開關(guān)驅(qū)動電機(jī)的動作信號啟動采樣；
(3) 在采樣一檔完整切換過程的數(shù)據(jù)中，通過振動幅值的大小，截取分接開關(guān)切換觸頭動作過程的振動信號；
(4) 在切換觸頭動作過程的振動信號中，找出幅值最大值的點；
(5) 在監(jiān)測信號中取反映分接開關(guān)切換觸頭脫落故障的部分進(jìn)行頻譜分析從步驟(4)中的幅值最大值的點向后延時3~5ms后取信號進(jìn)行分析，得到振動的頻域信號；(6) 在頻域信號的4000Hz 7000Hz區(qū)間內(nèi)確定信號幅值的最大值及其頻率，并與正常狀態(tài)的樣本進(jìn)行對比；
(7) 當(dāng)步驟(6)中確定的幅值最大值譜線的中心頻率較正常狀態(tài)減小，且該組譜線的幅值較正常狀態(tài)增加20°/。以上時，則說明分接開關(guān)有觸頭脫落故障存在。
本發(fā)明的有益效果是1、所發(fā)現(xiàn)的故障特征量能準(zhǔn)確反映分接開關(guān)切換觸頭脫落故障，特征明顯，重復(fù)性好，對同一類型的分接開關(guān)具有普遍性；2、工程實現(xiàn)簡單，傳感器安裝方便；3、采用工控機(jī)進(jìn)行檢測、處理與診斷，性能可靠，軟件實現(xiàn)方便，診斷結(jié)論直觀。


圖1是實現(xiàn)本發(fā)明方法的診斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。圖2是本發(fā)明的方法流程圖。
圖3 (a)和(b)是實施例一的分接開關(guān)正常狀態(tài)下切換動作振動信號的時域波形與頻域波形圖。
圖4 (a)和(b)是實施例一的分接開關(guān)切換觸頭脫落故障狀態(tài)下切換動作振動信號的時域波形與頻域波形圖。
圖5是實施例二的分接開關(guān)正常狀態(tài)下切換動作振動信號的頻域波形圖。
圖6是實施例二的分接開關(guān)切換觸頭脫落故障狀態(tài)下切換動作振動信號的頻域波形圖。
具體實施例方式
(一) 系統(tǒng)連接
如圖1所示，實現(xiàn)本發(fā)明方法的診斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括振動加速度傳感器、數(shù)據(jù)采集儀和計算機(jī)，振動加速度傳感器的輸入端連接變壓器分接開關(guān)，其輸出端連接數(shù)據(jù)采集儀的輸入端，數(shù)據(jù)采集儀的輸出端連接計算機(jī)。
(二) 振動加速度傳感器的安裝
雖然振動信號可以從空間坐標(biāo)軸X、 Y、 Z三個方向進(jìn)行監(jiān)測，但從監(jiān)測方便性考慮，振
動加速度傳感器安裝在分接開關(guān)的頂蓋上，在分接開關(guān)切換時主要監(jiān)測分接開關(guān)垂直方向的振動信號。
(三) 實施例實驗
為了驗證本發(fā)明的可行性，進(jìn)行如下實驗。實驗采集儀采用尼高數(shù)據(jù)采集儀，分接開關(guān)
采用上海華明電氣設(shè)備有限公司生產(chǎn)的型號為CMIII-500-63B-10193W的分接開關(guān)，其為國內(nèi)應(yīng)用最廣泛的M型有載分接開關(guān)。該分接開關(guān)的基本參數(shù)如表1所示
表1實驗用分接開關(guān)基本參數(shù)表
最大額定通過電流(A)500相數(shù)和連接方式三相Y接
最大級電壓(v)3300工作位置數(shù)19
額度電壓等級(kV)63絕緣等級B
額定級容量(kVA)1400
尼高數(shù)據(jù)采集儀配有電荷放大器，用于采集和記錄振動加速度傳感器檢測到的振動信號，計算機(jī)則對采集儀輸出的信號數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)處理和故障診斷，并且顯示出診斷結(jié)果。
根據(jù)如圖2所示的方法流程，本發(fā)明的具體實施方法步驟如下
(1) 確定采樣頻率和采樣時間采樣頻率取50kHz，采樣時間為分接開關(guān)一檔進(jìn)行一次完整切換的時間；
(2) 根據(jù)分接開關(guān)驅(qū)動電機(jī)的動作信號啟動采樣；
4(3) 在采樣一檔完整切換過程的數(shù)據(jù)中，通過振動幅值的大小，截取分接開關(guān)切換觸頭動作 過程的振動信號；
(4) 在切換觸頭動作過程的振動信號(時域)中，找出幅值最大值的點，方法為為提高抗 干擾性，采用均值法濾波，即用連續(xù)的5個或7個點信號的平均值進(jìn)行幅值比較，每次向后 移一點，均值最大的一組作為幅值最大區(qū)域，并取該組中的中點作為振動信號幅值最大值的 點；
(5) 對監(jiān)測信號中反映分接開關(guān)切換觸頭脫落故障的部分進(jìn)行頻譜分析從步驟(4)中的 幅值最大值的點向后延時200個點(約4ms)后取4096個點(約80ms)的信號進(jìn)行分析，得 到振動的頻域信號；
(6) 在頻域信號的4000Hz 7000Hz區(qū)間內(nèi)確定信號幅值的最大值及其頻率，方法為為提高 可靠性，采用均值法濾波，用連續(xù)3根或5根譜線的幅值平均值進(jìn)行比較，每次向后移一根 譜線，以連續(xù)3根或5根譜線幅值均值最大的一組的中心頻率作為所求特征頻率，然后與正 常狀態(tài)的樣本進(jìn)行對比；
(7) 當(dāng)步驟(6)中確定的幅值最大值譜線的中心頻率較正常狀態(tài)減小，且該組譜線的幅值 較正常狀態(tài)增加20%以上時，則說明分接開關(guān)有觸頭脫落故障存在。
(四)應(yīng)用實例驗證
應(yīng)用上述方法對分接開關(guān)(CMIII-500-63B-10193W)進(jìn)行實驗，比較圖3 (a)和(b) 所示實驗中正常狀態(tài)及圖4 (a)和(b)所示實驗中切換觸頭脫落故障狀態(tài)下分接開關(guān)切換 動作時振動信號的時域波形和頻域波形可以發(fā)現(xiàn)正常時，振動信號中4000 7000Hz區(qū)間內(nèi) 最大幅值信號的頻率約為5. 8kHz，該部分信號的最大幅值約為0. 0165 (縱坐標(biāo)為經(jīng)振動傳感 器等變換后，在數(shù)據(jù)采集儀中得到的信號相對幅值，下同)；故障時，振動信號中4000 7000Hz 區(qū)間內(nèi)最大幅值信號的頻率約為4.85kHz，該部分信號的最大幅值約為0.033，該部分信號最 大幅值故障時比正常時約大1倍。
分接開關(guān)在不同的檔位，上述頻譜圖中的特征頻率及其幅值有一定的差異。圖3、圖4 是該分接開關(guān)第5檔向第6檔切換時的情況，圖5、圖6是該分接開關(guān)第7檔向第8檔切換 時的情況(頻域波形圖)。在圖5與圖6中可以看到，正常時，振動信號4000~7000Hz區(qū)間內(nèi) 信號的最大幅值約為0.0175，最大幅值信號的頻率也出現(xiàn)在5.8kHz左右；故障時，振動信 號4000~7000Hz區(qū)間內(nèi)最大幅值信號的頻率也出現(xiàn)在4. 85kHz左右，該部分信號的最大幅值 約為0.0415，該部分信號最大幅值故障時比正常時約大1倍。雖然兩者數(shù)值不嚴(yán)格相同(作 為機(jī)械開關(guān)切換振動， 一般情況也不可能完全相同)，但規(guī)律是一樣的。
在理論分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行大量實測試驗之后發(fā)現(xiàn)，上述特征具有很好的重復(fù)性和規(guī)律性， 驗證了這一特征可以用于分接開關(guān)觸頭脫落故障診斷。
權(quán)利要求
1、一種電力變壓器有載分接開關(guān)觸頭脫落故障診斷方法，其特征在于包括如下步驟(1)確定采樣頻率和采樣時間，采樣時間為分接開關(guān)一檔進(jìn)行一次完整切換的時間；(2)根據(jù)分接開關(guān)驅(qū)動電機(jī)的動作信號啟動采樣；(3)在采樣一檔完整切換過程的數(shù)據(jù)中，通過振動幅值的大小，截取分接開關(guān)切換觸頭動作過程的振動信號；(4)在切換觸頭動作過程的振動信號中，找出幅值最大值的點；(5)在監(jiān)測信號中取反映分接開關(guān)切換觸頭脫落故障的部分進(jìn)行頻譜分析從步驟(4)中的幅值最大值的點向后延時3～5ms后取信號進(jìn)行分析，得到振動的頻域信號；(6)在頻域信號的4000Hz～7000Hz區(qū)間內(nèi)確定信號幅值的最大值及其頻率，并與正常狀態(tài)的樣本進(jìn)行對比；(7)當(dāng)步驟(6)中確定的幅值最大值譜線的中心頻率較正常狀態(tài)減小，且該組譜線的幅值較正常狀態(tài)增加20％以上時，則說明分接開關(guān)有觸頭脫落故障存在。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變壓器有載分接開關(guān)觸頭脫落故障診斷方法，其特征在于: 所述步驟(4)中找出幅值最大值的點的方法為用連續(xù)的5個或7個點信號的平均值進(jìn)行幅 值比較，每次向后移一點，均值最大的一組作為幅值最大區(qū)域，并取該組中的中點作為振動 信號幅值最大值的點。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變壓器有載分接開關(guān)觸頭脫落故障診斷方法，其特征在于 所述步驟(6)中確定信號幅值最大值頻率的方法為用連續(xù)3根或5根譜線的幅值平均值進(jìn) 行比較，每次向后移一根譜線，以連續(xù)3根或5根譜線幅值均值最大的一組的中心頻率作為 所求特征頻率。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電力變壓器有載分接開關(guān)觸頭脫落故障診斷方法，屬于分接開關(guān)故障診斷領(lǐng)域。該方法根據(jù)分接開關(guān)的運行特點，結(jié)合其正常狀態(tài)和故障時不同的振動特性，利用安裝在分接開關(guān)頂部的振動傳感器監(jiān)測振動信號，并對反映分接開關(guān)觸頭脫落故障的信號部分進(jìn)行頻譜分析，在得到的頻域信號的4000～7000Hz區(qū)間內(nèi)確定信號幅值的最大值及其頻率并與正常狀態(tài)的樣本進(jìn)行對比，根據(jù)被測信號中是否含有觸頭脫落故障的特征信號來診斷是否存在觸頭脫落故障。本發(fā)明所發(fā)現(xiàn)的故障特征量能準(zhǔn)確反映分接開關(guān)觸頭脫落故障，特征明顯，重復(fù)性好，對同類型分接開關(guān)具有普遍性，且工程實現(xiàn)簡單，診斷直觀。
文檔編號G01R31/327GK101661080SQ20091018354
公開日2010年3月3日 申請日期2009年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月23日
發(fā)明者寧 姜, 王付宗, 王春寧, 林 陸, 琳 陳, 平 鞠, 韓敬東, 馬宏忠 申請人:河海大學(xué)