一種基于振動原理的有載分接開關狀態在線監測新技術

屈傳寧 冀東紅

摘 要：有載調壓變壓器是電力系統變電站中重要的輸配電設備，在高壓輸電變壓器上和重要負載的配電變壓器上均施行有載調壓。本文分析了傳統的離線定期檢修存在的問題，并深入探討了基于振動原理的有載分接開關在線監測技術。

關鍵詞：振動；有載分接開關；在線監測

引言

智能電網的發展帶動了電力技術的革新，以智能化、自動化、自愈化為代表的各項新技術不斷應用于電網中。本文基于振動原理，探討了一種有載分接開關狀態在線監測新技術，以實現設備維修的合理化、規范化、科學化，推動智能電網下變壓器狀態檢修技術的發展。

1.研究有載分接開關狀態在線監測新技術的必要性

有載調壓變壓器主要用來聯絡電網、調節有功與無功潮流以及穩定負荷中心電壓，是變電站中重要的輸變電設備。有載分接開關是有載調壓變壓器的可動部件，也是變壓器進行有載調壓的關鍵設備。

目前，對有載分接開關的檢修方式以離線定期維修方式為主，存在工作量大，效率低和測量精度不高等缺點。基于此，提出基于振動原理的有載分接開關狀態在線監測新技術，創新性地將振動信號分析法引入到有載分接開關的機械故障診斷中。

2.基于振動原理的有載分接開關狀態在線監測新技術的研究

2.1原理分析

振動信號是進行有載開關狀態在線監測的一個重要參數，一旦開關存在故障隱患或已經發生故障，其開關表面的振動信號將發生變化，如果對這種振動信號進行在線監測，根據振動信號的與正常信號的對比，就能夠及時、有效、準確的反映出有載分接開關的運行狀態。

2.2 技術路線

首先建立分級開關的模擬實驗臺，搭建開關故障模擬和實驗模型，獲得有載分接開關故障的振動特征庫。其次，使用振動傳感器進行振動數據采集，對有載分接開關進行監測與分析，監測結果上送分接開關故障智能診斷系統，經過信號預處理和特征提取，進行故障診斷。根據采集到的數據與故障庫進行對比，展開智能診斷，對異常狀態做出預警，提示運行人員盡快排除故障隱患，為有載調壓分接開關的故障分析、性能評估、維修計劃提供參考。

2.2.1 建立分接開關模擬實驗臺

（1）結合電力系統常用有載分接開關的結構形式，搭建有載分接開關故障模擬實驗系統。

（2）分別進行正常工作以及制動失效、異常電弧、緊固件松動、彈簧動能不足等故障的實驗模擬。

（3）通過試驗臺測試，驗證開發的振動測試傳感器的有效性，驗證所開發的數據采集和分析系統的有效性。

（4）進行大量的實驗研究，對獲取的振動測試數據進行分析。研究正常與異常、制動失效、異常電弧、緊固件松動、彈簧動能不足等故障時的數據分析方法，提取故障特征。

2.2.2 振動傳感器及振動數據采集

根據仙農定理，將測到的振動信號作AD轉換時，其AD采樣頻率應該不低于28.8KHz。采集的信號要有盡可能高的信噪比，根據經驗及現場實測的結果來看，信號的SNR要達到46dB以上。綜合多方因素，選用了高精度（16Bit），低功耗，高采樣率（最高采樣率可達500KHz）的AD8328用于模數轉換。

采集電路利用一片STM32F207的ARM作為控制CPU。STM32F系列32位閃存微控制器基于突破性的ARM Cortex-M3 內核，這是一款專為嵌入式應用而開發的內核。STM32F207有內嵌的A/D轉換器，內嵌的MAC，最高時鐘頻率高達72MHz。在本電路中，STM32F207除了作系統控制外，還要運行TCP/IP協議棧，對電機電流轉換電路送來的電流信號進行A/D轉換，利用內嵌的MAC功能塊，和外部的HPY配合，通過TCP/IP實現數據的發送和控制信息的接收。

2.2.3 分接開關故障智能診斷

振動信號采集后，經過信號預處理和特征提取，進行故障診斷。可以診斷的故障包括：制動失效故障、緊固件松動故障、彈簧動能不足故障、異常電弧故障等。

整個分接開關故障智能系統包括前端采集環節和后端專家系統環節兩部分，采集環節通過振動傳感器感知振動信號，經過整形和放大后，通過A/D轉換后上送ARM芯片進行數字信號處理，處理后的信號直接上送主控室服務器，服務器收到振動信號后進行分析和比對，通過對信號的頻域和時域分析來提取故障特征并與故障數據庫進行對比，一旦發現故障跡象實時輸出報警。后端的專家系統主要用來對疑難故障進行在線專家診斷，系統診斷專家通過網絡遠程登錄，進行故障的在線分析和診斷。

2.3 應用前景

2.3.1 次要故障檢修

進行電力系統次要故障的檢修，以電機保護為例，變電站內經常發生因缺少潤滑導致電機過熱，引起熱保護動作導致電機跳閘的現象，然而，這種故障間歇發生，如果未采用振動聲測量方法，則很難進行診斷。

2.3.2維修計劃

根據對項目聲信號的穩定性和重復性分析結果，本技術適合進行趨勢預測，例如進行設備維修計劃，每個開關都有自己獨特的振動聲特征信號。通過追蹤相同裝置的特征信號，從理論上可以檢測出分接開關的大部分內部狀況的變化。

3.結語

智能電網的發展帶動了各個環節的技術革新，作為系統內應用最廣的輸變電設備之一，有載分接開關的在線監測具有重要意義。本文基于振動原理，對有載分接開關的在線監測進行了深入探討，提出了具體的實現方法，具有一定的推廣和借鑒意義。

參考文獻：

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[2]孫庭嵐，羅時俊.基于振動分析的有載分接開關狀態監測系統研究[J].中國新技術新產品，2014，10（25）：14-17.

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