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(dòng)法與電流法在有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)狀態(tài)檢測(cè)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(kāi)關(guān)狀態(tài)檢測(cè)背景，其后簡(jiǎn)述了振動(dòng)法和電流法結(jié)合分析有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)的優(yōu)勢(shì)及振動(dòng)法和電流法原理及檢測(cè)設(shè)備設(shè)計(jì)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試分析有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)機(jī)械振動(dòng)信號(hào)和電流信號(hào)，有效證明振動(dòng)法與電流法結(jié)合分析是一種有效的有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)狀態(tài)判斷方法。

有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)；振動(dòng)法；電流法；狀態(tài)檢測(cè)

0 前言

變壓器有載調(diào)壓開(kāi)關(guān) (OLTC)對(duì)于變壓器本身及整個(gè)電力系統(tǒng)穩(wěn)定都具有重要的作用，并且是相對(duì)薄弱的環(huán)節(jié)，它直接接觸高壓帶電部位，在長(zhǎng)期運(yùn)行狀態(tài)下很容易出現(xiàn)故障。目前，國(guó)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(cè)量精度低等。為解決目前現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)變壓器有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)的難題，研究OLTC檢測(cè)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(hào)處理、分析技術(shù)對(duì)有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)及分析，能有效的對(duì)OLTC安排維修計(jì)劃。

1 有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)狀態(tài)檢測(cè)

1.1 傳統(tǒng)技術(shù)

1)動(dòng)態(tài)阻抗測(cè)量法：在變壓器有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)大修時(shí)或吊芯檢查時(shí)，使用電橋法對(duì)有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)過(guò)渡電阻進(jìn)行測(cè)量。過(guò)渡電阻的測(cè)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(kāi)關(guān)動(dòng)作運(yùn)行情況。

2)熱像分析：根據(jù)物體熱輻射原理，檢測(cè)有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)各個(gè)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(duì)比，判斷有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)運(yùn)行狀態(tài)。

3)溶解氣體分析：有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)故障產(chǎn)生的氣體會(huì)溶解于變壓器油中。通過(guò)分析溶解的氣體含量，可判斷缺陷有載調(diào)壓開(kāi)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(lái)氣體的組分和含量，判斷有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)內(nèi)部發(fā)熱和局放情況。

1.2 傳統(tǒng)檢測(cè)手段局限性

1)可判斷的故障類型少。

2)無(wú)法及時(shí)了解有載調(diào)壓開(kāi)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(cè)方法單一。單一的檢測(cè)手段面臨著檢測(cè)準(zhǔn)確度、故障判斷等難題，不能全面及時(shí)有效地發(fā)現(xiàn)有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)常見(jiàn)故障隱患。

1.3 新形勢(shì)下的狀態(tài)檢測(cè)法

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

2)驅(qū)動(dòng)電機(jī)電流檢測(cè)原理：驅(qū)動(dòng)電機(jī)操動(dòng)機(jī)構(gòu)，是有載調(diào)壓分接開(kāi)關(guān)變換操作的位置控制和傳動(dòng)裝置，借助水平傳動(dòng)軸、傘形齒輪盒和垂直傳動(dòng)軸與分接開(kāi)關(guān)連接在一起，是有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)其它機(jī)構(gòu)動(dòng)作的動(dòng)力源。有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)切換過(guò)程中，如果儲(chǔ)能彈簧性能發(fā)生改變或儲(chǔ)能過(guò)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(dòng)力矩的變化，從而使得驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化。通過(guò)電流傳感器檢測(cè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)電流，實(shí)時(shí)跟蹤驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)性能變化，判斷操動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)。

2 檢測(cè)系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)一種具有信號(hào)過(guò)濾、模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、信號(hào)特征提取等功能的有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)故障診斷系統(tǒng)，用來(lái)分析處理振動(dòng)聲學(xué)信號(hào)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)電流信號(hào)，通過(guò)數(shù)據(jù)分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)異常帶來(lái)的安全隱患，有效避免或減少由于有載調(diào)壓開(kāi)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(kāi)關(guān)動(dòng)作過(guò)程產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng)信號(hào)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)電流傳感器。振動(dòng)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(dòng)加速度信號(hào)轉(zhuǎn)換為成正比的電壓信號(hào)。而驅(qū)動(dòng)電機(jī)電流傳感器通過(guò)耦合線圈將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，直接將電流信號(hào)感應(yīng)到檢測(cè)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(duì)所采集的信號(hào)進(jìn)行處理，保證信號(hào)的有效性和可靠性；由信號(hào)適配器輸出的電壓模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)各測(cè)量通道的同步實(shí)時(shí)采樣，確保了信號(hào)分析計(jì)算的精度。同時(shí)將轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)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(hào)。通過(guò)調(diào)理器的處理使得用于分析的信號(hào)更加符合有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)動(dòng)作過(guò)程產(chǎn)生的真實(shí)信號(hào)，有利于故障分析的可靠性。同時(shí)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(gè)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(duì)被監(jiān)測(cè)對(duì)象的一致解釋。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

檢測(cè)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(kāi)關(guān)故障診斷。

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

3)可實(shí)時(shí)同步進(jìn)行機(jī)械振動(dòng)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)電流信號(hào)分析。

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

5)軟件可對(duì)不同狀態(tài)測(cè)試圖譜進(jìn)行對(duì)比趨勢(shì)分析。

3 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試分析

使用檢測(cè)設(shè)備對(duì)220 kV某變電站#1主變壓器的有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)進(jìn)行動(dòng)作情況測(cè)試，取15升16檔的切換過(guò)程為例，進(jìn)行各個(gè)圖譜分析。

3.1 電流與振動(dòng)信號(hào)原始數(shù)據(jù)比較

當(dāng)有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)動(dòng)作后，驅(qū)動(dòng)電機(jī)產(chǎn)生制動(dòng)電流，經(jīng)過(guò)一段時(shí)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(kāi)關(guān)在動(dòng)作過(guò)程中驅(qū)動(dòng)電機(jī)電流包絡(luò)波形符合正常情況。而高頻機(jī)械振動(dòng)信號(hào)包絡(luò)波形在整個(gè)時(shí)間段都存在有規(guī)律的包絡(luò)小波動(dòng)，選擇高頻其中三個(gè)包絡(luò)小波動(dòng)將其橫向和縱向放大，得圖譜?？煽闯觯齻€(gè)波動(dòng)包絡(luò)圖形很相似且有規(guī)律，包絡(luò)小波動(dòng)幅值在0.45 g左右，時(shí)間間隔相距320 ms左右。因此可判斷有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在動(dòng)作過(guò)程存在輕微的潤(rùn)滑不足，但從圖中可知包絡(luò)小波動(dòng)幅值較小，暫時(shí)不影響有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)正常動(dòng)作。

3.3 高低頻分析

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

3.4 奇偶檔位分析

高、低頻包絡(luò)信號(hào)在時(shí)域上基本對(duì)稱，符合有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)正常動(dòng)作過(guò)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(dòng)作情況。因此本次測(cè)量的能量譜未見(jiàn)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(kāi)關(guān)動(dòng)作過(guò)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(dòng)包絡(luò)曲線在整個(gè)動(dòng)作過(guò)程存在相似且有規(guī)律的包絡(luò)小波動(dòng)。因此可判斷有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在動(dòng)作過(guò)程存在輕微的潤(rùn)滑不足，包絡(luò)小波動(dòng)幅值較小，暫時(shí)不影響有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)正常動(dòng)作。建議可在下一次復(fù)測(cè)時(shí)，復(fù)測(cè)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(dòng)幅值是否有較大變化。若包絡(luò)小波動(dòng)變化不大，則按正常檢測(cè)周期持續(xù)關(guān)注此有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)；若包絡(luò)小波動(dòng)幅值上升較大，則應(yīng)在有機(jī)會(huì)停電時(shí)進(jìn)行傳動(dòng)機(jī)構(gòu)檢修。

4 結(jié)束語(yǔ)

有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)電流信號(hào)與有載調(diào)壓開(kāi)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(cè)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)采集有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)操作振動(dòng)信號(hào)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)電流信號(hào)分析判斷有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)操作狀態(tài)。通過(guò)分析，證明此種檢測(cè)方法方便、簡(jiǎn)單，并且檢測(cè)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(jiǎn)單易行的有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)狀態(tài)檢測(cè)和故障診斷方法。

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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(jí)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。