振動法與電流法在有載調(diào)壓開關(guān)狀態(tài)檢測的應(yīng)用

羅傳勝，胡煒，周洪立，覃繼務(wù)

(南方電網(wǎng)公司南寧供電局，廣西 南寧 530031)

振動法與電流法在有載調(diào)壓開關(guān)狀態(tài)檢測的應(yīng)用

羅傳勝，胡煒，周洪立，覃繼務(wù)

(南方電網(wǎng)公司南寧供電局，廣西 南寧 530031)

介紹了有載調(diào)壓開關(guān)狀態(tài)檢測背景，其后簡述了振動法和電流法結(jié)合分析有載調(diào)壓開關(guān)的優(yōu)勢及振動法和電流法原理及檢測設(shè)備設(shè)計(jì)，通過現(xiàn)場測試分析有載調(diào)壓開關(guān)機(jī)械振動信號和電流信號，有效證明振動法與電流法結(jié)合分析是一種有效的有載調(diào)壓開關(guān)狀態(tài)判斷方法。

有載調(diào)壓開關(guān)；振動法；電流法；狀態(tài)檢測

0 前言

變壓器有載調(diào)壓開關(guān) (OLTC)對于變壓器本身及整個電力系統(tǒng)穩(wěn)定都具有重要的作用，并且是相對薄弱的環(huán)節(jié)，它直接接觸高壓帶電部位，在長期運(yùn)行狀態(tài)下很容易出現(xiàn)故障。目前，國內(nèi)OLTC的運(yùn)行檢修手段仍采用離線定期維修方式。定期檢修的缺點(diǎn)有工作量大、效率低和測量精度低等。為解決目前現(xiàn)場檢測變壓器有載調(diào)壓開關(guān)的難題，研究OLTC檢測新技術(shù)，采用多傳感器聯(lián)合使用的方法，利用先進(jìn)的信號處理、分析技術(shù)對有載調(diào)壓開關(guān)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測及分析，能有效的對OLTC安排維修計(jì)劃。

1 有載調(diào)壓開關(guān)狀態(tài)檢測

1.1 傳統(tǒng)技術(shù)

1)動態(tài)阻抗測量法：在變壓器有載調(diào)壓開關(guān)大修時或吊芯檢查時，使用電橋法對有載調(diào)壓開關(guān)過渡電阻進(jìn)行測量。過渡電阻的測量結(jié)果應(yīng)符合制造廠規(guī)定，并且與銘牌值比較偏差不大于± 10%，根據(jù)比較結(jié)果分析有載調(diào)壓開關(guān)動作運(yùn)行情況。

2)熱像分析：根據(jù)物體熱輻射原理，檢測有載調(diào)壓開關(guān)各個部件熱量發(fā)布情況，將獲得的熱量分布圖像與正常分布圖像對比，判斷有載調(diào)壓開關(guān)運(yùn)行狀態(tài)。

3)溶解氣體分析：有載調(diào)壓開關(guān)故障產(chǎn)生的氣體會溶解于變壓器油中。通過分析溶解的氣體含量，可判斷缺陷有載調(diào)壓開關(guān)的運(yùn)行情況。用密封容器取適量變壓器油，并用脫氣法分離出溶解的氣體，再利用氣相色譜法分析油中脫離出來氣體的組分和含量，判斷有載調(diào)壓開關(guān)內(nèi)部發(fā)熱和局放情況。

1.2 傳統(tǒng)檢測手段局限性

1)可判斷的故障類型少。

2)無法及時了解有載調(diào)壓開關(guān)真實(shí)運(yùn)行狀態(tài)，滿足不了狀態(tài)檢修的需要。

3)檢測方法單一。單一的檢測手段面臨著檢測準(zhǔn)確度、故障判斷等難題，不能全面及時有效地發(fā)現(xiàn)有載調(diào)壓開關(guān)常見故障隱患。

1.3 新形勢下的狀態(tài)檢測法

1)振動法檢測原理[2]：變壓器有載調(diào)壓開關(guān)在運(yùn)行時，動、靜觸頭間的接觸分離會產(chǎn)生脈沖沖擊力，因此就有了振動信號。該信號經(jīng)由靜觸頭或者變壓器油傳送到接線端子，再通過變壓器油到變壓器油箱。不難看出，在線檢測有載調(diào)壓開關(guān)接線端子或者變壓器油箱表面的振動信號，就可以探測有載調(diào)壓開關(guān)的狀況。振動法檢測技術(shù)是一種狀態(tài)檢測有載調(diào)壓開關(guān)的適用技術(shù)，在狀態(tài)檢測有載調(diào)壓開關(guān)方面具有極大的潛力。

2)驅(qū)動電機(jī)電流檢測原理：驅(qū)動電機(jī)操動機(jī)構(gòu)，是有載調(diào)壓分接開關(guān)變換操作的位置控制和傳動裝置，借助水平傳動軸、傘形齒輪盒和垂直傳動軸與分接開關(guān)連接在一起，是有載調(diào)壓開關(guān)其它機(jī)構(gòu)動作的動力源。有載調(diào)壓開關(guān)切換過程中，如果儲能彈簧性能發(fā)生改變或儲能過程中存在機(jī)構(gòu)卡塞等現(xiàn)象，必然伴隨著電機(jī)驅(qū)動力矩的變化，從而使得驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化。通過電流傳感器檢測驅(qū)動電機(jī)電流，實(shí)時跟蹤驅(qū)動電機(jī)旋轉(zhuǎn)性能變化，判斷操動機(jī)構(gòu)的機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)。

2 檢測系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)一種具有信號過濾、模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、信號特征提取等功能的有載調(diào)壓開關(guān)故障診斷系統(tǒng)，用來分析處理振動聲學(xué)信號和驅(qū)動電機(jī)電流信號，通過數(shù)據(jù)分析，及時發(fā)現(xiàn)有載調(diào)壓開關(guān)異常帶來的安全隱患，有效避免或減少由于有載調(diào)壓開關(guān)異常導(dǎo)致變壓器故障的發(fā)生。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如下圖所示。

第一部分為傳感技術(shù)部分。設(shè)計(jì)專門用于采集有載調(diào)壓開關(guān)動作過程產(chǎn)生的機(jī)械振動信號和驅(qū)動電機(jī)電流傳感器。振動傳感器選用集成了電荷放大器的壓電式加速度傳感器，可將振動加速度信號轉(zhuǎn)換為成正比的電壓信號。而驅(qū)動電機(jī)電流傳感器通過耦合線圈將電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，直接將電流信號感應(yīng)到檢測系統(tǒng)中。

第二部分為數(shù)據(jù)采集部分。利用系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)對所采集的信號進(jìn)行處理，保證信號的有效性和可靠性；由信號適配器輸出的電壓模擬信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)各測量通道的同步實(shí)時采樣，確保了信號分析計(jì)算的精度。同時將轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送入便攜式計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

第三部分為數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)分析部分。應(yīng)用高速傳感器調(diào)理器處理采集的源信號。通過調(diào)理器的處理使得用于分析的信號更加符合有載調(diào)壓開關(guān)動作過程產(chǎn)生的真實(shí)信號，有利于故障分析的可靠性。同時數(shù)據(jù)分析軟件采用有效算法提取有價(jià)值的狀態(tài)特征量，綜合比較各種傳感器信息，把多個傳感器冗余或者互補(bǔ)信息依據(jù)某種準(zhǔn)則組合，以獲得對被監(jiān)測對象的一致解釋。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

檢測系統(tǒng)功能應(yīng)達(dá)到以下基本要求：

1)適用于所有類型的有載調(diào)壓開關(guān)故障診斷。

2)可在變壓器運(yùn)行或停電情況下檢測變壓器有載調(diào)壓開關(guān)的運(yùn)行狀況。

3)可實(shí)時同步進(jìn)行機(jī)械振動和驅(qū)動電機(jī)電流信號分析。

4)能將復(fù)雜的信號轉(zhuǎn)換成易于特征識別的包絡(luò)曲線。

5)軟件可對不同狀態(tài)測試圖譜進(jìn)行對比趨勢分析。

3 現(xiàn)場測試分析

使用檢測設(shè)備對220 kV某變電站#1主變壓器的有載調(diào)壓開關(guān)進(jìn)行動作情況測試，取15升16檔的切換過程為例，進(jìn)行各個圖譜分析。

3.1 電流與振動信號原始數(shù)據(jù)比較

當(dāng)有載調(diào)壓開關(guān)動作后，驅(qū)動電機(jī)產(chǎn)生制動電流，經(jīng)過一段時間后降到零。原始數(shù)據(jù)主要作用為重復(fù)生成用于分析的包絡(luò)曲線。

3.2 包絡(luò)分析

有載調(diào)壓開關(guān)在動作過程中驅(qū)動電機(jī)電流包絡(luò)波形符合正常情況。而高頻機(jī)械振動信號包絡(luò)波形在整個時間段都存在有規(guī)律的包絡(luò)小波動，選擇高頻其中三個包絡(luò)小波動將其橫向和縱向放大，得圖譜。可看出，三個波動包絡(luò)圖形很相似且有規(guī)律，包絡(luò)小波動幅值在0.45 g左右，時間間隔相距320 ms左右。因此可判斷有載調(diào)壓開關(guān)傳動機(jī)構(gòu)在動作過程存在輕微的潤滑不足，但從圖中可知包絡(luò)小波動幅值較小，暫時不影響有載調(diào)壓開關(guān)正常動作。

3.3 高低頻分析

高低頻分量各個脈沖明顯且疊加重合度很好，符合有載調(diào)壓開關(guān)正常動作情況。

3.4 奇偶檔位分析

高、低頻包絡(luò)信號在時域上基本對稱，符合有載調(diào)壓開關(guān)正常動作過程。

3.5 能量分析

能量譜可以看出能量主要集中在低頻段，高頻能量所占比例較少，符合正常動作情況。因此本次測量的能量譜未見明顯故障特征。

3.6 小結(jié)

從以上分析可判斷，有載調(diào)壓開關(guān)動作過程基本正常，但也存在以下情況：

從包絡(luò)分析可知，高頻振動包絡(luò)曲線在整個動作過程存在相似且有規(guī)律的包絡(luò)小波動。因此可判斷有載調(diào)壓開關(guān)傳動機(jī)構(gòu)在動作過程存在輕微的潤滑不足，包絡(luò)小波動幅值較小，暫時不影響有載調(diào)壓開關(guān)正常動作。建議可在下一次復(fù)測時，復(fù)測數(shù)據(jù)與此次數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，關(guān)注包絡(luò)小波動幅值是否有較大變化。若包絡(luò)小波動變化不大，則按正常檢測周期持續(xù)關(guān)注此有載調(diào)壓開關(guān)；若包絡(luò)小波動幅值上升較大，則應(yīng)在有機(jī)會停電時進(jìn)行傳動機(jī)構(gòu)檢修。

4 結(jié)束語

有載調(diào)壓開關(guān)動作時產(chǎn)生的振動信號和驅(qū)動電機(jī)電流信號與有載調(diào)壓開關(guān)機(jī)械狀態(tài)密切相關(guān)，包含著豐富的機(jī)械信息，本文利用檢測設(shè)備現(xiàn)場采集有載調(diào)壓開關(guān)操作振動信號和驅(qū)動電機(jī)電流信號分析判斷有載調(diào)壓開關(guān)操作狀態(tài)。通過分析，證明此種檢測方法方便、簡單，并且檢測設(shè)備不與電力系統(tǒng)有電氣連接，不影響有載調(diào)壓變壓器運(yùn)行，是目前一種較為有效、簡單易行的有載調(diào)壓開關(guān)狀態(tài)檢測和故障診斷方法。

[1] 陳敢峰，姚集新.變壓器分接開關(guān)實(shí)用技術(shù)[M].中國水利水電出版社，2002.

[2] 吳昊，劉慶時，劉衛(wèi)東.調(diào)壓變壓器有載分接開關(guān)機(jī)械性能的在線檢測 [J].高壓電器，2003，39 (3)：18-20.

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Analysis on Vibration Method and Current Test Method for OLTC State Detection

LUO Chuansheng，HU Wei，ZHOU Hongli，QIN Jiwu
(Nanning Power Bureau，China Southern Power Grid，Nanning，Guangxi 530031)

Firstly，this paper introduces OLTC state detection background.Subsequently the advantage of vibration method combined with current test method for analyzing OLTC state is briefly illustrated.Then the principle of vibration method，current testing method，and the equipment design are introduced.Finally，through field testing and analysis of OLTC mechanical vibration and current signals，it shows that the vibration analysis method combined with the current test method is effective for OLTC state judging.

on-load tap-changer；vibration method；current test method；state detection

TM403.4

B

1006-7345(2014)06-0068-03

2014-05-06

羅傳勝 (1975)，男，廣西電網(wǎng)公司南寧供電局，高級工程師，主要從事變電一次設(shè)備管理及絕緣、化學(xué)等技術(shù)監(jiān)督管理工作。

胡煒 (1978)，男，廣西電網(wǎng)公司南寧供電局，主要從事電氣絕緣、化學(xué)等試驗(yàn)工作。

周洪立 (1987)，男，廣西電網(wǎng)公司南寧供電局，主要從事電氣絕緣、化學(xué)等試驗(yàn)工作。