CN105547463A - 一种电力变压器有载分接开关振动信号监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力变压器有载分接开关振动信号监测系统及方法，包括:振动传感器，设置在有载分接开关上，感测有载分接开关产生的振动信号；数据采集仪，与所述振动传感器信号连接，采集所述振动信号并转换成时域和频域图谱；监测单元，与所述数据采集仪信号连接，使用的方法用软件来实现各个图谱的比对。本发明能在变压器不吊芯的情况下对有载分接开关进行状态监测和故障分析，从而达到提高有载分接开关检修质量的目的。

Description

一种电力变压器有载分接开关振动信号监测系统及方法

技术领域

本发明涉及变压器设备状态监测领域，尤其涉及一种电力变压器有载分接开关振动信号监测系统及方法。

背景技术

有载分接开关不仅能稳定负载中心电压，而且也足联络电网、调整负载潮流和改善无功分配不可缺少的重要设备。然而有载分接开关作为变压器中唯一在高电压和大电流下快速运动的部件，对机械性能要求十分严格，因此在其推广初期故障率相对较高，影响到电网的安全运行。

当前在变压器整体故障率较低的情况下，有载分接开关故障仍占有比较大的比例。有载分接开关的可靠性一般是通过周期性计划检修(换油和吊芯等)来保证，检修工作通常由数人花费半天到一天的时间完成，关键的试验项目多在吊芯后进行，一次吊芯的工作量几乎相当于一次大修，而设备的状态检修己成为电网检修的必然趋势。如果能为有载分接开关提供新的状态监测和故障诊断技术，在确保其可靠性的前提下延长检修周期，则意味着检修成本的降低；另外，某些有载分接开关故障及检修人员的人为失误在目前检修中难以发现，采用新的状态监测和故障诊断技术也有利于进一步提高检修质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电力变压器有载分接开关振动信号监测系统及方法，能在变压器不吊芯的情况下对有载分接开关进行状态监测和故障分析，从而达到提高有载分接开关检修质量的目的。

为了实现上述及其他的目的，本发明提供一种电力变压器有载分接开关振动信号监测系统及方法，包括:

振动传感器，设置在有载分接开关上，感测有载分接开关产生的振动信号；

数据采集仪，与所述振动传感器信号连接，采集所述振动信号并转换成时域和频域图谱；

监测单元，与所述数据采集仪信号连接，将所述的数据采集仪产生的时域图谱与正常状态的时域图谱做比对，如果图谱特征相符，就显示为正常状态；如果图谱特征不符，就与多种常见故障时域图谱做比对，如果图谱特征相符，就将所述的数据采集仪产生的频域图谱与正常状态的频域图谱进行能谱分析的能量比做比对，如果能显比相符，就显示为正常状态；如果能量比不符，就与多种常见故障频域图谱进行能谱分析的能量比做比对，如果能量比相符，就显示相应的故障，如果能量比不符，就显示为新的故障。

进一步特征为所述的监测单元还包括存储模块，用来存储所述正常状态和常见故障状态的时域图谱和频域图谱。

进一步特征为所述数据采集仪分析频率为20KHz以上。

进一步特征为常见故障时域图谱包括筒体固定不良、触头磨损、环变形、静触头松动、触头卡涩、支架断裂的时域图谱。

进一步特征为常见故障频域图谱包括筒体固定不良、触头肺损、环变形、静触头松动、触头卡涩、支架断裂的频域图谱。

进一步特征为所述振动传感器的采样频率为51.2kHz,采样时间为160ms,预触发为60ms。

进一步特征为所述振动传感器为压电式ICP型传感器。

本发明还提供一种电力变压器有载分接开关振动信号监测系统及方法，包含如下步骤:

感测有载分接开关产生的振动信号；

采集振动信号并转换成时域和频域图谱；

将所述的时域图谱与正常状态的时域图谱比对，如果图谱特征相符，就显示为正常状态；如果图谱特征不符，就与多种常见故障时域图谱做比对，如果图谱特征相符，就将所述的频域图谱与正常状态的频域图谱进行能谱分析的能量比做比对，如果能量比相符，就显示为正常状态；如果能量比不符，就与多种常见故障频域图谱进行能谱分析的能量比做比对，如果能量比相符，就显示相应的故障，如果能量比不符，就显示为新的故障。

进一步特征为所述的能谱分析方法为计算出频域图谱中第一频率范围能量比和第二频率范围能量比，其中第一频率范围能量比＝第一频率范围的能量/总能量*100％；第二频率范围的能量比＝第二频率范围的能量/总能量*100％。

进一步特征为所述的第一频率范围为0～10KHz,所述的第二频率范围为10KHz～20KHz。

进一步特征为所述常见故障时域图谱包括筒体固定不良、触头磨损、环变形、静触头松动、触头卡涩、支架断裂的时域图谱。

进一步特征为所述常见故障频域图谱包括筒体固定不良、触头磨损、环变形、静触头松动、触头卡涩、支架断裂的频域图谱。

本发明的优点为:该系统和方法是在有载分接开关上设置振动传感器来感知振动信号，所以不仅能在变压器不吊芯的情况下对有载分接开关进行状态监测和故障分析，还可以在变压器停运状态下使用及在变压器带电状态下使用。

附图说明

图1为本发明一实施列所提供的电力变压器有载分接开关振动信号监测系统的原理框图。

图2为本发明一实施列所提供的电力变压器有载分接开关振动信号监测方法的流程图。

图3为本发明一实施列中正常状态的时域和频域的图谱。

图4为本发明一实施列中筒体固定不良的时域和频域的图谱。

图5为本发明一实施列中触头磨损状态的时域和频域的图谱。

图6为本发明一实施列中环变形状态的时域和频域的图谱。

图7为本发明一实施列中静触头松动状态的时域和频域的图谱。

图8为本发明一实施列中触头卡涩状态的时域和频域的图谱。

图9本发明一实施列中支架断裂状态的时域和频域的图谱。

具体实施方式

以下通过特定的共体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，木说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。

请参考图1，其为本发明一实施列所提供的电力变压器有载分接开关振动信号监测系统的原理框图。如图所示，该系统包括振动传感器10、数据采集仪20和监溯单元30。其中振动传感器10设置在有载分接开关I上，感测有载分接开关1产生的振动信号；数据采集仪20与振动传感器10信号连接，采集振动转感器10感测到的振动信号并转换成时域和频域图谱；监测单元30与数据采集仪20信号连接，将数据采集仪20产生的时域图谱与正常状态的时域图谱比对，如果图谱特征相符，就显示为正常状态；如果图谱特征不符，就与多种常见故障时域图谱做比对，如果图谱特征相符，就将所述的数据采集仪20产生的频域图谱与正常状态的频域图谱进行能谱分析的能量比做比对，如果能量比相符，就显示为正常状态；如果能量比不符，就与多种常见故障频域图谱进行能谱分析的能量比做比对，如果能量比相符，就显示相应的故障，如果能量比不符，就显示为新的故障。

较佳的，振动传感器I0为三维振动传感器，可以利用磁性座将其固定在有载分接开关的筒体的顶部位置，振动传感器10的输出端通过接头连接数据采集仪20，较佳的可以选用BNC接头连接，当然本发明不以此为限。因为能谱分析最高频率是20KHz,所以选用的数据采集仪分析频率为20KHz以上，具有时域、频域、能谱分析功能，可以在振动传感器10采集到振动信号后，把该信号换算成时域和频域的图谱。振动传感器10选用压电式ICP型传感器，振动采集的采样频率为51.2kHz，采样时间为160ms,预触发为60ms，这样才能保证振动信号的采集，当然，本发明不以此为限，本领域技术人员也可以选择其他更为灵敏的传感器。

通常，在监测单元30内设置存储模块31，用来存储正常状态和常见故阶状态的时域图谱和频域图谱。而常见故障时域图谱包括简体固定不良、触头磨损、环变形、静触头松动、触头卡涩、支架断裂的时域图谱。常见故障频域图谱包括筒体固定不良、触头磨损、环变形、静触头松动、触头卡涩、支架断裂的频域图谱。

数据采集仪20可输出多种文本格式，便于使用，例如常用excel文件格式输出。

请参考图2,其为本发明所提供的电力变压器有载分接开关振动信号监测方法的流程图。如图所示，该方法包括如下步骤:

S10:感测有载分接开关产生的振动信号；

S20:采集振动信号并转换成时域和频域图谱；

S30:将时域图谱与正常状态的时域图谱比对，如果图谱特征相符，就显示为正常状态；如果图谱特征不符，就进行步骤S40；

步骤S40:将时域图谱与多种常见故障时域图谱做比对，如果图谱特征相符，就进行步骤S50:

步骤S50:将所述的频域图谱与正常状态的频域图谱进行能谱分析的能量比做比对，如果能量比相符，就显示为正常状态；如果能量比不符，就进行步骤S；

步骤S60:与多种常见故障频域图谱进行能谱分析的能量比做比对，如果能量比相符，就显示相应的故障，如果能量比不符，就显示为新的故障；

步骤S50能谱分析方法为计算出频域图谱中第一频率范围能量比和第二频率范围能量比，其中

第一频率范围能量比＝第一频率范围的能量/总能量*100％；

第二频率范围的能量比＝第二频率范围的能量/总能量*100％。

一般所选择的第一频率范围为0～1OKHz,第二频率范围为1OKHz～20KHz。

电力变压器有载分接开关振动信号监测系统及方法中常见故障时域图谱包括筒体固定不良、触头磨损、环变形、静触头松动、触头卡涩、支架断裂的时域图谱，常见故障频域图谱包括筒体固定不良、触头磨损、环变形、静触头松动、触头卡涩、支架断裂的频域图谱。

通常，监测单元30可以利用一PC机来实现，在监测单元30中的存储模块32中先录入有载分接开关的各种正常和故障状态的时域和频域的图谱，如图3至图9所示，正常状态和预先建立的至少六种常见故障状态的时域三维(x，y，z)图谱，当然不限于六种，可以根据具体情况建立各种情况下的故障图谱。

故障诊断采用时域比对和频域能量比对的综合判据。以正常状态的情况为例，首先:进行正常有载开关的动作过程时域和频域图谱的录入，每台有载开关存在一定的差异，如图3所示，有载开关的正常状态下时域图谱特征研究:动作过程6Oms～9Oms，可见两个脉冲，两个脉冲间隔时间一定为20ms，二个脉冲幅值大小相近；频域图谱中低频能量80％～90％,高频能量10％～20％。

然后，将现场检测图谱时域图谱和频谱的能量有别于图3特征的判为异常情况，将检测频域谱的能量比与表中的常见状态的能量比进行比对，可得故障类型。如检测图谱特征比对结果没有表的图谱特征，就显示为新故障，或可解析故障类型，将新的故障图谱特征补充进存储单元中。

本发明变压器有载分接开关状态监测方法，以经典力学理论为依据，以振动分析理论为基础，通过模拟有载分接开关的各种正常和故障状态，建立有载分接开关各状态的时域图谱和频域图谱特征，通过比对和综合分析，实现变压器有载分接开关状态监测和故障诊断的目的。

本发明变压器有载分接开关状态监测方法，可在变压器不吊芯状态下，实现有载开关的离线和在线状态监侧.

本发明变压器有载分接开关状态监测方法，可与输变电设备的状态检修系统相连接，配合使用。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (10)

1.一种电力变压器有载分接开关振动信号监测系统及方法，其特征为，包括:

振动传感器，设置在有载分接开关上，感测有载分接开关产生的振动信号；

数据采集仪，与所述振动传感器信号连接，采集所述振动信号并转换成时域和频域图谱；

监测单元，与所述数据采集仪信号连接，将所述的数据采集仪产生的时域图谱与正常状态的时域图谱比对，如果图谱特征相符，就显示为正常状态；如果图谱特征不符，就与多种常见故障时域图谱做比对，如果图谱特征相符，就将所述的数据采集仪产生的频域图谱与正常状态的频域图谱进行能谱分析的能量做比对，如果能量比相符，就显示为正常状态，如果能量比不符，就与多种常见故障频域图谱进行能谱分析的能量比做比对，如果能量比相符，就显示相应的故障，如果能量比不符，就显示为新的故障。

2.根据权利要求1所示的一种电力变压器有载分接开关振动信号监测系统及方法，其特征为，所述的监测单元还包括存储模块，用来存储所述正常状态和常见故障状态的时域图谱和频域图谱。

3.根据权利要求1所示的一种电力变压器有载分接开关振动信号监测系统及方法，其特征为，所述数据采集仪分析频率为20KHz以上。

4.根据权利要求1所示的一种电力变压器有载分接开关振动信号监测系统及方法，其特征为，所述常见故障时域图谱包括筒体固定不良、触头磨损、环变形、静触头松动、触头卡涩、支架断裂的时域图谱。

5.根据权利要求I所示的一种电力变压器有载分接开关振动信号监测系统及方法，其特征为，所述常见故障频域图谱包括简体固定不良、触头磨损、环变形、静触头松动、触头卡涩、支架断裂的频域图谱。

6.根据权利要求1所示的一种电力变压器有载分接开关振动信号监测系统及方法，其特征为，所述振动传感器的采样频率为51.2kHz,采样时间为160ms,预触发为60ms。

7.根据权利要求1所示的一种电力变压器有载分接开关振动信号监测系统及方法，其特征为，所述振动传感器为压电式ICP型传感器。

8.一种电力变压器有载分接开关振动信号监测系统及方法，其特征为，包含如下步骤:

感测有载分接开关产生的振动信号；

采集振动信号并转换成时域和频域图谱；

将所述的时域图谱与正常状态的时域图谱比对，如果图谱特征相符，就显示为正常状态；如果图谱特征不符，就与多种常见故障时域图谱做比对，如果图谱特征相符，就将所述的频域图谱与正常状态的频域图谱进行能谱分析的能量比做比对，如果能量比相符，就显示为正常状态，如果能量比不符，就与多种常见故障频域图谱进行能谱分析的能量比做比对，如果能量比相符，就显示相应的故障，如果能量比不符，就显示为新的故障。

9.根据权利要求8所述的电力变压器有载分接开关振动信号监测系统及方法，其特征为，所述的能谱分析方法为计算出频域图谱中第一频率范围能量比和第二频率范围能量比，其中第一频率范围能量比＝第一频率范围的能量/总能量*100％；第二频率范围的能量比＝第二频率范围的能最/总能量*100％。

10.根据权利要求8所述的电力变压器有载分接开关振动信号监测系统及方法，其特征为，所述的第一频率范围为0～10KHz,所述的第二频率范围为10KHz～20KHz。