變壓器有載分接開關振動測試系統(tǒng)設計與開發(fā)

國網(wǎng)江蘇省電力有限公司檢修分公司 張清揚

針對于變壓器有載分接開關運行上進行構(gòu)建在線檢測和故障判斷的兩方面構(gòu)建，并在此基礎上，實現(xiàn)有效的開關振動測試系統(tǒng)實施。其中，有載分接開關也是調(diào)壓變壓器中的關鍵性部件，需要準確的針對于動作進行檢測，并盡量避免或者降低電壓幅度上的波動及其狀況。基于強行分配的狀況下，實現(xiàn)電力系統(tǒng)有效可靠性的運行保障。另外在檢測操作的頁面上，需要構(gòu)建友好的擴展性，便于操作人員的使用，并針對存在的隱患，進行分析和評估，最終展現(xiàn)數(shù)據(jù)精確采集和數(shù)據(jù)在線兩大功能性構(gòu)建，實現(xiàn)狀態(tài)現(xiàn)場測試計劃，保證測試系統(tǒng)的健康、穩(wěn)定、可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略實施。

一、變壓器有載分接開關振動測試系統(tǒng)設計與開發(fā)主要概述

變壓器的有載分接開關為變壓器在負載變化時提供恒定電壓，在保證不中斷負載電流的情況下，實現(xiàn)變壓器繞組中分接頭之間的切換，從而改變繞組的匝數(shù)，即變壓器的電壓比，最終達到調(diào)壓的目的。在現(xiàn)今輸變電行業(yè)中，大型變壓器都廣泛地安裝了有載分接開關，對保證系統(tǒng)和用戶的電壓質(zhì)量起到了重要的作用。變壓器有載分接開關(on-loadtapchanger，OLTC)在實際的構(gòu)建中，不僅需要保證電力系統(tǒng)的安全性可靠運行，還需要保證電網(wǎng)調(diào)度的靈活性構(gòu)建。并且在變壓器調(diào)壓的過程中，通過增強調(diào)壓的次數(shù)，實現(xiàn)電力系統(tǒng)有效可靠性的運行保障。在OLTC的操作上，如果操作不規(guī)范，那么就會造成不良次數(shù)加大的情況出現(xiàn)。根據(jù)相關的數(shù)據(jù)對調(diào)查顯示，由于故障而發(fā)生的故障率在占比上存在百分之二十以上，并在一定程度上出現(xiàn)了上升的趨勢。從目前的形式上進行分析，這樣造成的是電力變壓器穩(wěn)定運行的問題，也是電網(wǎng)安全性穩(wěn)定的問題。也針對OLTC的運行狀況實現(xiàn)了實時性監(jiān)控和在線檢測評估的功能實現(xiàn)。OLTC的故障主要包含了兩個方面的主要內(nèi)容：第一是機械故障方面主要故障，機械故障主要是變壓器有載分接開關本身的部件問題；第二是電氣故障，電氣故障主要是電源、電壓、頻率的錯誤變化。利用振動加速度傳感器，通過運動線圈切割磁力線而輸出電壓，實現(xiàn)信號狀態(tài)切換的過程展現(xiàn)，獲取機構(gòu)狀態(tài)信息和工作模式的提升，實現(xiàn)OLTC在切換過程中的卡滯和變形、磨損、松動等模式檢測及其評估。并基于復雜的環(huán)境下，利用CompactRIO軟硬件平臺設計實現(xiàn)電力變壓器有載分接開關振動測試系統(tǒng)方向上的開發(fā)工作，展現(xiàn)正常的課擴展性，保證其時效性和實用性。

二、變壓器有載分接開關振動測試系統(tǒng)設計的依據(jù)

（一）OLTC振動特性方向的檢測

變壓器有載分接開關是三個部分構(gòu)建而成的，其中主要包含了電動機和選擇器、切換開關。在動靜態(tài)的碰撞中和摩擦中，需要在停止啟動中，產(chǎn)生脈沖沖擊力構(gòu)建，并在一定的情況下，針對產(chǎn)生信號進行構(gòu)建主要的振動來源。OLTC的在線連接，需要根據(jù)實際情況進行構(gòu)建緩沖基礎，實現(xiàn)間隔時間的沖擊力度實施。OLTC振動信號包含了附載的高頻載波信號，針對脈沖強度不同，引發(fā)的包絡信號也就不同。

（二）檢測系統(tǒng)的主要設計

變壓器有載分接開關振動測試檢測系統(tǒng)主要采用CompactRIO可重新配置的嵌入式測控系統(tǒng)。Compact RIO在組成上，主要采用模塊讀取的方式，實現(xiàn)振動和加速傳感器傳播的，并在加速傳感和電流交互采集情況下，就地A/D轉(zhuǎn)換，實時性完成參數(shù)設置，數(shù)據(jù)傳輸，通信方向轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)數(shù)據(jù)接收模塊和存儲模塊，分析模塊上的實時性分析及其判斷、預警。依據(jù)CompactRIO能開發(fā)各種類型的控制系統(tǒng)，無論是簡單的比例積分微分(PID)控制，還是高級動態(tài)控制(如:模型預測控制)都可以實現(xiàn)對變壓器有載分接開關振動進行有效的測試。Compact RIO主要可以分為以下幾個功能：第一，自動性檢測功能，在開機之后就可以根據(jù)實際情況，進行判斷測試的工作狀態(tài)。第二，數(shù)據(jù)采集方式，可以根據(jù)實際情況，進行靈活的定制時長和方式采集。第三，數(shù)據(jù)分析構(gòu)建。利用系統(tǒng)測試進行葉變換(Fast Fouriertransform，F(xiàn)FT)實時及其葉變(short-time Fouriertransform，STFT)短時，并在此作用下，編寫程序化包絡計算和混沌探析。第四，狀態(tài)上的分析，需要根據(jù)相關性系數(shù)及其空間的分布狀況進行發(fā)現(xiàn)問題，并解決問題。第五，在結(jié)果的顯示上需要根據(jù)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析圖形顯示進行判斷。第六，數(shù)據(jù)存儲，根據(jù)結(jié)構(gòu)分析和查看后續(xù)問題。第七，兼容問題，利用系統(tǒng)的形式進行格式兼容數(shù)據(jù)探究。

（三）振動系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設計

振動系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設計由傳感器出發(fā)，通過數(shù)據(jù)采集和實時處理完成操作，有載分接開關通過振動信號到達信號變送器執(zhí)行N19234命令然后執(zhí)行振動FIFO命令到達實施控制器設備最后通過以太網(wǎng)到達遠程PC上位機。在振動信號傳感器的操作時要基于振動信號傳感器的需要針對現(xiàn)場的環(huán)境繼續(xù)擰需求性構(gòu)建，并選用核實的電壓器，進行加速傳感振動信號的量程分析。針對于驅(qū)動電機電流信號傳感器的選擇上，需要根據(jù)實際驅(qū)動電流變化范圍進行思考，滿足NI9206數(shù)據(jù)采集范圍，選用電流互感器二次側(cè)傳輸。NICompactRIO控制器構(gòu)建上，需要和數(shù)據(jù)采集模塊進行協(xié)調(diào)一致，確保測試系統(tǒng)的穩(wěn)定性運行。滿足振動信號數(shù)據(jù)通道預留和擴展，精度采集模擬和保證。

三、變壓器有載分接開關振動測試系統(tǒng)設計

（一）振動測試系統(tǒng)設計中的數(shù)據(jù)采集與FIFO存取

測試系統(tǒng)是由FPGA的FPGA層VI中CompactRIO實時控制器經(jīng)過感器端口數(shù)據(jù)進行進一步探究。PC層VI負責接收進行顯示和存儲、分析等。針對于FIFO的緩存上，需要針對數(shù)據(jù)讀寫進行同步構(gòu)建，防止數(shù)據(jù)丟失和讀取操作進行分析，實現(xiàn)中斷中斷方法構(gòu)建。滿足清除中斷和RT層VI即刻同步讀取FIFO數(shù)據(jù)程序化流程實施。

（二）振動測試系統(tǒng)設計中的STM協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸

在振動測試系統(tǒng)設計中的STM協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸時，要針對復雜的情況先制定協(xié)議表，再做細分，通過幀頭+功能字+長度+數(shù)據(jù)+校驗位，的提前制定的協(xié)議，避免數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯誤。還要提前設置傳輸?shù)乃俣龋x用盡可能低的傳輸速度下滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰瑢τ跓o線數(shù)傳來說，傳輸速度越低意味著越遠的傳輸距離。在數(shù)據(jù)實時性的構(gòu)建中，還需要按照PC層進行分析和存儲，并在此作用下，實現(xiàn)大量數(shù)據(jù)的重要方式展現(xiàn)。在擁擠的網(wǎng)絡環(huán)境下，測試系統(tǒng)中的STM協(xié)議傳輸，利用不同的metadata元素局，識別不一樣的類型。測試之后，需要實現(xiàn)獨立數(shù)據(jù)處理工作，保證數(shù)據(jù)精確性和RT層VI服務器工作。

（三）表振動測試系統(tǒng)設計中的MATLABScript節(jié)點自定義

OLTC切換中，需要利用MATLABScript模塊進行提供后臺的調(diào)用工作，分析PC層VI中設置MATLAScript節(jié)點的自動以構(gòu)建。使用Operating或Labeling工具直接向MATLAB腳本節(jié)點中進行輸入或者可以直接導入寫好了的MATLABScript節(jié)點自定義腳本，表振動測試系統(tǒng)設計中的MATLABScript節(jié)點自定義本質(zhì)上是把MATLAB當做服務器，實際上是利用ActiveX通道，進行M文件的通道后臺執(zhí)行和優(yōu)化。并按照序列的空間分布性，進行重構(gòu)工作實施。

（四）表振動測試系統(tǒng)設計中的程序擴展性

表振動測試系統(tǒng)設計中的程序擴展性可以充分的利用MATLAB Script節(jié)點去實現(xiàn)算法上的基礎實施，提升數(shù)據(jù)分析的整體性。并在眾多的數(shù)據(jù)構(gòu)建中，通過LabVIEWWebBuilder進行網(wǎng)絡，實現(xiàn)OLTC的動態(tài)網(wǎng)絡化監(jiān)管實施，通過監(jiān)管作用，實時的監(jiān)測表振動測試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸，加強振動傳感的列入工作。

四、OLTC振動測試系統(tǒng)的試驗進一步拓展工作

在實驗的表達中，基于系統(tǒng)的開發(fā)中所使用的是OILTAPVIII350D的現(xiàn)場測試工作。按照OILTAP從低到高實現(xiàn)一次性切換工作，并在固定的狀態(tài)下，滿足傳感器的采集和振動信號布置。利用驅(qū)動電機在固定OLTC控制使用上，實現(xiàn)電流互感器采集工作，啟動之后，實現(xiàn)現(xiàn)場的函數(shù)分析。通過得出函數(shù)分析，得出OLTC振動測試系統(tǒng)的結(jié)果。變壓器有載分接開關振動測試的彈簧松動是OLTC運行中主要是根據(jù)LTC振動測試系統(tǒng)進行有效性實施。在OLTC振動測試系統(tǒng)的試驗結(jié)果上需要根據(jù)主頁面系統(tǒng)進行分析和查看，按照實時性監(jiān)控數(shù)據(jù)采集和分析預警工作，構(gòu)建故障一環(huán)內(nèi)的及時有效性發(fā)現(xiàn)，從而確保測試系統(tǒng)的健康、穩(wěn)定、可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實施。根據(jù)OLTC正常工況進行函數(shù)調(diào)節(jié)，還包含了彈簧松動模擬故障方面的現(xiàn)場分析和構(gòu)建，OLTC振動測試系統(tǒng)的試驗還有很多進一步拓展工作需要繼續(xù)研究。

五、總結(jié)

隨著社會發(fā)展的進步，CompactRIO硬件平臺上的測試系統(tǒng)，需要針對OLTC切換過程保證采集上的數(shù)據(jù)傳輸和分析功能實時有效，研發(fā)人機界擴展性顯現(xiàn)監(jiān)測。提高有載分接開關可靠性，對OLTC運行狀態(tài)進行量化分析。基于以上條件滿足之后，充分利用分析復雜的網(wǎng)絡環(huán)境的變化，在系統(tǒng)測試的過程中，進行采集和存儲方式的分析和完善，并基于以上完成OLTC振動測試系統(tǒng)的試驗的開發(fā)和優(yōu)化后續(xù)工作。