CN102998618B - 一种基于振动特征的变压器有载分接开关故障诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于振动特征的变压器有载分接开关故障诊断方法，步骤为：测取原始离线振动数据；测取原始带电振动数据；获得原始离线振动能量曲线；计算原始离线振动特征参量；获取原始带电振动能量曲线；计算原始带电振动特征参量；测取待诊断带电振动数据；获取待诊断带电振动能量曲线；计算待诊断带电振动特征参量；计算待诊断与原始带电振动能量曲线的相关系数A，及待诊断与原始带电振动特征参量的幅度差（B，C）；经相关系数A和幅度差B、C值判断是否有故障；测取待诊断离线振动数据；计算待诊断离线振动能量曲线；计算待诊断离线振动特征参量；计算待诊断与原始离线振动能量曲线的相关系数D，及待诊断与原始离线振动特征参量的幅度差（E，F）；通过相关系数D和幅度差E、F值的大小，判断是否有故障。

Description

一种基于振动特征的变压器有载分接开关故障诊断方法

技术领域

本发明涉及一种变压器有载分接开关故障诊断方法，特别是关于一种基于振动特征的变压器有载分接开关故障诊断方法。

背景技术

有载分接开关是大型电力变压器的重要部件，也是变压器事故的重点，有载分接开关发生机械故障后，往往会引起严重的变压器事故和停电事故，造成重大的社会经济损失，对有载分接开关故障的检测和诊断对保证电网安全和供电可靠性意义重大。有载分接开关在动作时，动、定触头接触会产生脉冲冲击力，从而产生振动信号。振动信号通过定触头或变压器油，传给接线端子，再通过变压器油、导杆、紧固件等传给变压器油箱。因此可以通过监测分接开关接线端子、变压器或分接开关油箱表面的振动信号来检测分接开关触头动作状况。由有载分接开关运行记录下来的各种振动信号，可提供有关分接开关运行中发生的机械方面的大量信息。通过与分接开关正常时的振动信号相比，可监测出分接开关一些机械性能方面的改变，从而诊断出分接开关是处于正常状态还是出现磨损，或发生故障。

现阶段有载分接开关振动数据的测试技术已经日趋成熟，但有载分接开关振动数据的分析技术和基于振动数据的故障诊断技术还存在问题。目前通过振动数据诊断有载分接开关故障主要存在的问题是：1、现有的振动分析技术多采用简单的时域包络分析和频谱分析，由于振动信号的具有较强的随机性，同一有载分接开关相同状态和测试条件下前后两次测得的时域包络图或频谱图往往有较大差异，很难提取有效反映有载分接开关机械状态的特征参量。2、由于缺乏有效的特征参量，现有基于振动数据的有载分接开关故障诊断技术现场可操作性差，特征参量反映故障的灵敏度低，诊断参量简单单一，判断准确率低，尤其缺乏有效的量化诊断方法，很难推广应用。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种判断准确、灵敏有效、易于实施的基于振动特征的变压器有载分接开关故障诊断方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种基于振动特征的变压器有载分接开关故障诊断方法，其包括以下步骤：1）在变压器投运前，现场安装调试完毕后，在变压器离线状态下，测取变压器有载分接开关动作时的振动数据，并将该数据定义为原始离线振动数据；2）在变压器投运后，在带电状态下，再测取有载分接开关动作时的振动数据，并将该数据定义为原始带电振动数据；3）计算步骤1）中测取的原始离线振动数据的能量曲线，并将该能量曲线定义为原始离线振动能量曲线M1；4）计算步骤3）中原始离线振动能量曲线M1的时间特征参量X1和幅度特征参量Y1，并定义该时间特征参量X1和幅度特征参量Y1为有载分接开关的原始离线振动特征参量（X1，Y1）；5）计算步骤2）中测取的原始带电振动数据的能量曲线，并将该能量曲线定义为原始带电振动能量曲线N1；6）计算步骤5）中原始带电振动能量曲线N1的时间特征参量X2和幅度特征参量Y2，并定义该时间特征参量X2和幅度特征参量Y2为有载分接开关的原始带电振动特征参量（X2，Y2）；7）变压器运行一段时间后需要诊断有载分接开关是否存在故障时，在变压器带电的状态下，在与步骤2）相同的测试条件下，测取有载分接开关动作时的振动数据，并将该数据定义为待诊断带电振动数据；8）计算步骤7）中测取的待诊断带电振动数据的能量曲线，并将该能量曲线定义为待诊断带电振动能量曲线N2；9）计算步骤8）中待诊断带电振动能量曲线N2的时间特征参量X3和幅度特征参量Y3，并定义该时间特征参量X3和幅度特征参量Y3为有载分接开关的待诊断带电振动特征参量（X3，Y3）；10）计算待诊断带电振动能量曲线N2与原始带电振动能量曲线N1的相关系数A，并计算待诊断带电振动特征参量（X3，Y3）与原始带电振动特征参量（X2，Y2）的幅度差（B，C）；11）通过相关系数A和幅度差B、C值的大小，根据量化诊断评判标准判断有载分接开关是否存在故障，如需进一步确认该判断是否准确，则进入下一步继续诊断；12）将变压器停运，在变压器离线的状态下，测取变压器有载分接开关动作时的振动数据，并将该数据定义为待诊断离线振动数据；13）计算步骤12）中测取的待诊断离线振动数据的能量曲线，并将该能量曲线定义为待诊断离线振动能量曲线M2；14）计算步骤13）中待诊断离线振动能量曲线M2的时间特征参量X4和幅度特征参量Y4，并定义该时间特征参量X4和幅度特征参量Y4为有载分接开关的待诊断离线振动特征参量（X4，Y4）；15）计算待诊断离线振动能量曲线M2与原始离线振动能量曲线M1的相关系数D，以及待诊断离线振动特征参量（X4，Y4）与原始离线振动特征参量（X1，Y1）的幅度差（E，F）；16）通过相关系数D和幅度差E、F值的大小，根据量化诊断评判标准判断有载分接开关是否存在故障，得到最终诊断结论。

所述步骤（4）中，所述时间特征参量X1＝T11-T10，其中T11为原始离线振动能量曲线M1最大幅值点对应的时间，T10为原始离线振动能量曲线M1从左到右开始变大的时间；所述幅度特征参量Y1为原始离线振动能量曲线M1的最大幅值。

所述步骤（11）、（16）中，所述量化诊断评判标准为：如果A<0.5或B>15%或C>45%、D<0.5或E>15%或F>45%,则诊断为有载分接开关存在明显故障；如果A≥0.7且B≤5%且C≤15%、D≥0.7且E≤5%且F≤15%，则诊断为有载分接开关基本正常；如果A、B和C或D、E和F前两种条件均不满足，则诊断为有载分接开关可能存在故障。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于采用能量曲线的数据分析方法，同一有载分接开关相同状态和测试条件下前后两次测量计算得到的能量曲线基本相同，可作为有效反映有载分接开关机械状态的特征曲线。2、本发明由于采用能量曲线的相关系数值、时间特征参量的幅度差值、幅度特征参量的幅度差值三个参量作为诊断有载分接开关故障的特征参量，提出了相应的量化诊断评判标准，并采用了带电和离线两种诊断方式，具有现场可操作性强，判断准确、反应灵敏、可量化判断、易于实施等优点。本发明可以广泛应用于变压器有载分接开关故障诊断中。

附图说明

图1是本发明的整体流程示意图；

图2是本发明的通过原始带电振动能量曲线计算原始带电振动特征参量（X1，Y1）示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明是根据变压器有载分接开关的振动特征判断有载分接开关是否存在机械故障隐患，当有载分接开关发生机械故障隐患后，其振动能量曲线、时间特征参量、幅度特征参量将发生变化。因此，本发明基于振动特征的变压器有载分接开关故障诊断的方法是，根据测得的诊断数据，计算待诊断带电振动能量曲线与原始带电振动能量曲线，计算两条曲线的相关系数，进而计算待诊断带电振动特征参量与原始带电振动特征参量的幅度差，通过相关系数以及幅度差值的大小，参照量化诊断评判标准判断有载分接开关是否存在故障，如需进一步确认该判断是否准确，则计算待诊断离线振动能量曲线与原始离线振动能量曲线，计算该两条曲线的相关系数，计算待诊断离线振动特征参量与原始离线振动特征参量的幅度差，再通过相关系数及幅度差值的大小，参照量化诊断评判标准判断有载分接开关是否存在故障，并以该诊断为最终诊断结论。其具体步骤如下：

1）在变压器投运前，现场安装调试完毕后，在变压器离线（即不带电）的状态下，经现有设备测取变压器有载分接开关动作时的振动数据，并将该振动数据定义为原始离线振动数据。

2）在变压器投运后，在带电状态下，再经现有设备测取有载分接开关动作时的振动数据，并将该振动数据定义为原始带电振动。

3）计算步骤1）中测取的原始离线振动数据的能量曲线，并将该能量曲线定义为原始离线振动能量曲线M1，该原始离线振动能量曲线M1的计算方法为：

设原始离线振动数据的数据序列为x(n)，能量曲线数据为S(n)，则

S(n)＝x²(n)w(3000)，          （1）

式中，w(3000)是窗长为3000的汉明窗序列。

4）计算步骤3）中原始离线振动能量曲线M1的时间特征参量X1和幅度特征参量Y1，并定义该时间特征参量X1和幅度特征参量Y1为有载分接开关的原始离线振动特征参量（X1，Y1）；其中，幅度特征参量Y1为原始离线振动能量曲线M1的最大幅值；

如图2所示，时间特征参量X1的计算方法为，X1＝T11-T10，其中T11为原始离线振动能量曲线M1最大幅值点对应的时间，T10为原始离线振动能量曲线M1从左到右开始变大的时间。

5）计算步骤2）中测取的原始带电振动数据的能量曲线，并将该能量曲线定义为原始带电振动能量曲线N1，其计算方法与步骤3）中计算原始离线振动能量曲线M1的方法相同。

6）计算步骤5）中原始带电振动能量曲线N1的时间特征参量X2和幅度特征参量Y2，并定义该时间特征参量X2和幅度特征参量Y2为有载分接开关的原始带电振动特征参量（X2，Y2），其中，Y2为原始带电振动能量曲线N1的最大幅值，时间特征参量X2的计算方法与步骤4）中计算时间特征参量X1的方法相同。

7）变压器运行一段时间后需要诊断有载分接开关是否存在故障时，在变压器带电的状态下，在与步骤2）相同的测试条件下，经现有设备测取有载分接开关动作时的振动数据，并将该数据定义为待诊断带电振动数据；

8）计算步骤7）中测取的待诊断带电振动数据的能量曲线，并将该能量曲线定义为待诊断带电振动能量曲线N2，计算方法与步骤3）中计算原始离线振动能量曲线M1的方法相同。

9）计算步骤8）中待诊断带电振动能量曲线的时间特征参量X3和幅度特征参量Y3，并定义该时间特征参量X3和幅度特征参量Y3为有载分接开关的待诊断带电振动特征参量（X3，Y3），幅度特征参量Y3为待诊断带电振动能量曲线N2的最大幅值，时间特征参量X3的计算方法与步骤4）中计算时间特征参量X1的方法相同；

10）计算待诊断带电振动能量曲线N2与原始带电振动能量曲线N1的相关系数A，并计算待诊断带电振动特征参量（X3，Y3）与原始带电振动特征参量（X2，Y2）的幅度差（B，C）；

其中相关系数A的计算方法为：

设待诊断带电振动能量曲线N2与原始带电振动能量曲线N1的数据序列为Y（ｋ）和X（ｋ）,Ｎ为数据序列的长度，则相关系数A按照下列公式计算:

两个序列Y（ｋ）和X（ｋ）的标准方差Dx和Dy为：

$\left\{\begin{array}{c}{D}_x=\frac{1}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{[X\left(k\right)-\frac{1}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}X\left(k\right)]}^2\\ D_y=\frac{1}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{[Y\left(k\right)-\frac{1}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}Y\left(k\right)]}^2\end{array}\right..---\left(2\right)$

两个序列Y（ｋ）和X（ｋ）的协方差Cxy为：

$C_{\mathrm{xy}}=\frac{1}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}[X\left(k\right)-\frac{1}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}X\left(k\right)]\&times;[Y\left(k\right)-\frac{1}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}Y\left(k\right)],---\left(3\right)$

由公式（2）和公式（3）得到两个序列的归一化协方差LRxy为：

${\mathrm{LR}}_{\mathrm{xy}}=C_{\mathrm{xy}}/\sqrt{D_x{D}_y},---\left(4\right)$

由公式（4）得到相关系数A为：

幅度差（B，C）的计算方法为：

$\left\{\begin{array}{c}B=(X3-X2)/\max (X3-X2)\&times;100\%\\ C=(Y3-Y_2)/\max (Y3-Y2)\&times;100\%\end{array}\right..---\left(6\right)$

11）通过步骤10）中相关系统A和幅度差B、C值的大小，根据量化诊断评判标准判断有载分接开关是否存在故障；

其中，量化诊断评判标准为：如果A<0.5或B>15%或C>45%,则诊断为有载分接开关存在明显故障；如果A≥0.7且B≤5%且C≤15%，则诊断为有载分接开关基本正常；如果A、B、C前两种条件均不满足，则诊断为有载分接开关可能存在故障，如需进一步确认该判断是否准确，则进入下一步继续诊断。

12）将变压器停运，在变压器离线（即不带电）的状态下，经现有设备测取变压器有载分接开关动作时的振动数据，并将该数据定义为待诊断离线振动数据；

13）计算步骤12）中测取的待诊断离线振动数据的能量曲线，并将该能量曲线定义为待诊断离线振动能量曲线M2，计算方法与步骤3）中计算原始离线振动能量曲线M1的方法相同。

14）计算步骤13）中待诊断离线振动能量曲线M2的时间特征参量X4和幅度特征参量Y4，并定义该时间特征参量X4和幅度特征参量Y4为有载分接开关的待诊断离线振动特征参量（X4，Y4），幅度特征参量Y4为待诊断离线振动能量曲线M2的最大幅值，时间特征参量X4计算方法与步骤4）中计算时间特征参量X1的方法相同。

15）计算待诊断离线振动能量曲线M2与原始离线振动能量曲线M1的相关系数D，计算待诊断离线振动特征参量（X4，Y4）与原始离线振动特征参量（X1，Y1）的幅度差（E，F），相关系数D的计算方法与步骤10）中相关系数A的计算方法相同；

幅度差（E，F）为：

$\left\{\begin{array}{c}E=(X4-X1)/\max (X4-X1)\&times;100\%\\ F=(Y4-Y1)/\max (Y4-Y1)\&times;100\%\end{array}\right..---\left(7\right)$

16）通过步骤15）中相关系统D和幅度差E、F值的大小，根据量化诊断评判标准判断有载分接开关是否存在故障，量化诊断评判标准为：如果D<0.5或E>15%或F>45%,则诊断为有载分接开关存在明显故障；如果D≥0.7且E≤5%且F≤15%，则诊断为有载分接开关基本正常；如果D、E、F前两种条件均不满足，则诊断为有载分接开关可能存在故障，得到最终诊断结论。

上述各实施例仅用于说明本发明，各部件的连接和结构都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件的连接和结构进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (3)

1.一种基于振动特征的变压器有载分接开关故障诊断方法，其包括以下步骤：

1)在变压器投运前，现场安装调试完毕后，在变压器离线状态下，测取变压器有载分接开关动作时的振动数据，并将该数据定义为原始离线振动数据；

2)在变压器投运后，在带电状态下，再测取有载分接开关动作时的振动数据，并将该数据定义为原始带电振动数据；

3)计算步骤1)中测取的原始离线振动数据的能量曲线，并将该能量曲线定义为原始离线振动能量曲线M1；

4)计算步骤3)中原始离线振动能量曲线M1的时间特征参量X1和幅度特征参量Y1，并定义该时间特征参量X1和幅度特征参量Y1为有载分接开关的原始离线振动特征参量X1、Y1；

5)计算步骤2)中测取的原始带电振动数据的能量曲线，并将该能量曲线定义为原始带电振动能量曲线N1；

6)计算步骤5)中原始带电振动能量曲线N1的时间特征参量X2和幅度特征参量Y2，并定义该时间特征参量X2和幅度特征参量Y2为有载分接开关的原始带电振动特征参量X2、Y2；

7)变压器运行一段时间后需要诊断有载分接开关是否存在故障时，在变压器带电的状态下，在与步骤2)相同的测试条件下，测取有载分接开关动作时的振动数据，并将该数据定义为待诊断带电振动数据；

8)计算步骤7)中测取的待诊断带电振动数据的能量曲线，并将该能量曲线定义为待诊断带电振动能量曲线N2；

9)计算步骤8)中待诊断带电振动能量曲线N2的时间特征参量X3和幅度特征参量Y3，并定义该时间特征参量X3和幅度特征参量Y3为有载分接开关的待诊断带电振动特征参量X3、Y3；

10)计算待诊断带电振动能量曲线N2与原始带电振动能量曲线N1的相关系数A，并计算待诊断带电振动特征参量X3、Y3与原始带电振动特征参量X2、Y2的幅度差B、C；

11)通过相关系数A和幅度差B、C值的大小，根据量化诊断评判标准判断有载分接开关是否存在故障，如需进一步确认该判断是否准确，则进入下一步继续诊断；

12)将变压器停运，在变压器离线的状态下，测取变压器有载分接开关动作时的振动数据，并将该数据定义为待诊断离线振动数据；

13)计算步骤12)中测取的待诊断离线振动数据的能量曲线，并将该能量曲线定义为待诊断离线振动能量曲线M2；

14)计算步骤13)中待诊断离线振动能量曲线M2的时间特征参量X4和幅度特征参量Y4，并定义该时间特征参量X4和幅度特征参量Y4为有载分接开关的待诊断离线振动特征参量X4、Y4；

15)计算待诊断离线振动能量曲线M2与原始离线振动能量曲线M1的相关系数D，以及待诊断离线振动特征参量X4、Y4与原始离线振动特征参量X1、Y1的幅度差E、F；

16)通过相关系数D和幅度差E、F值的大小，根据量化诊断评判标准判断有载分接开关是否存在故障，得到最终诊断结论。

2.如权利要求1所述的一种基于振动特征的变压器有载分接开关故障诊断方法，其特征在于：所述步骤4)中，所述时间特征参量X1＝T11-T10，其中T11为原始离线振动能量曲线M1最大幅值点对应的时间，T10为原始离线振动能量曲线M1从左到右开始变大的时间；所述幅度特征参量Y1为原始离线振动能量曲线M1的最大幅值。

3.如权利要求1或2所述的一种基于振动特征的变压器有载分接开关故障诊断方法，其特征在于：所述步骤11)中，所述量化诊断评判标准为：如果A<0.5或B>15％或C>45％,则诊断为有载分接开关存在明显故障；如果A≥0.7且B≤5％且C≤15％，则诊断为有载分接开关基本正常；如果A、B和C前两种条件均不满足，则诊断为有载分接开关可能存在故障；所述步骤16)中，所述量化诊断评判标准为：如果D<0.5或E>15％或F>45％,则诊断为有载分接开关存在明显故障；如果D≥0.7且E≤5％且F≤15％，则诊断为有载分接开关基本正常；如果D、E和F前两种条件均不满足，则诊断为有载分接开关可能存在故障。