CN108490345A - 一种换流变压器分接开关的故障模拟诊断方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种换流变压器分接开关的故障模拟诊断方法，包括如下步骤：步骤(1)、搭建有载分接开关故障模拟实验台，分别进行制动失效、异常电弧、紧固件松动、弹簧动能不足故障的模拟模型设计；步骤(2)、通过振动传感器来采集开关动作过程中的振动信号；步骤(3)、获取振动测试数据，实时采集正常工况与故障时的振动信号；步骤(4)、测录分接开关动作过程中的振动波形，判断有载分接开关是否确实存在故障；步骤(5)、对故障信号进行模式识别；步骤(6)：确定故障模式，获取故障特征图谱。本发明搭建有载分接开关故障模拟实验台，得到多台分接开关并联式典型故障模拟模型，实现基于振动信号的换流变分接开关故障检测。
Description
技术领域
本发明属于故障诊断技术领域，特别涉及一种换流变压器分接开关的故障模拟诊断方法。
背景技术
超特高压直流输电技术是解决高电压、大容量、远距离送电和电网互联的重要手段。换流变压器是交、直流输电系统中换流和逆变两端接口的核心设备，其可靠安全运行直接关系到交、直流系统的稳定性。换流变分接开关作为换流变压器的主要部件，一旦发生故障，将严重影响换流变的安全运行。目前运行的换流变压器普遍采用多台分接开关的并联工作，动作时承受巨大的机械和电流冲击易引起触头电弧、零部件松动及卡涩等机械故障。
根据调查显示，由于换流变分接开关异常工作引起的事故约占换流变压器总事故的20％以上，且触头、驱动机构等部件的机械故障约占换流变分接开关总故障的95％以上。目前，国内普通变压器分接开关机械状态的检测主要针对单分接开关进行设计，通过测量过渡时间、过渡波形、过渡电阻和同期性等参数，实现对有载分接开关的故障检测；但是对于采用双有载分接开关并联运行的换流变分接开关，普通变压器分接开关机械状态的检测方法不能有效测量双分接开关的相关参数并进行故障检测。
发明内容
本发明搭建有载分接开关故障模拟实验台，根据实际工况环境将不同故障模型进行并联搭建，得到多台分接开关并联式典型故障模拟模型，实现基于振动信号的换流变分接开关故障检测。
本发明具体为一种换流变压器分接开关的故障模拟诊断方法，所述换流变压器分接开关的故障模拟诊断方法具体包括如下步骤：
步骤(1)：结合换流变压器分接开关的内部构造，搭建有载分接开关故障模拟实验台，分别进行分接开关制动失效故障、分接开关异常电弧故障、分接开关紧固件松动故障、分接开关弹簧动能不足故障的模拟模型设计，为保证故障设定的人为可控性，并考虑到不同故障分接开关之间的相互干扰，根据实际工况环境将不同故障模型进行并联搭建，得到多台分接开关并联式典型故障模拟模型；
步骤(2)：由于分接开关按照先从低档到高档，再从高档到低档的顺序依次在其各个档位之间进行切换，通过振动传感器来采集开关动作过程中的振动信号，形成分接开关故障模拟试验系统；
步骤(3)：获取振动测试数据，实时采集正常工况与分接开关制动失效故障、分接开关异常电弧故障、分接开关紧固件松动故障、分接开关弹簧动能不足故障时的振动信号；
步骤(4)：测录分接开关动作过程中的振动波形，对分接开关动作过程中的振动信号进行数据预处理后与正常状态时的振动信号进行初步对比分析，判断有载分接开关是否确实存在故障；
步骤(5)：判断出有载分接开关确实存在故障后，对故障信号进行模式识别：由于有载分接开关故障常见信号异常包括回路直流电阻异常和开关动作过渡时间异常，其中对于回路直流电阻异常，只影响故障特征向量中的开关端压稳态值，而对于开关动作过渡时间异常，除了影响特征向量中的持续时间，也会影响开关端压稳态值，根据这些特征，设计出具体的故障模式识别方法；
步骤(6)：确定故障模式，获取故障特征图谱。
进一步的，所述步骤(5)中的故障模式识别方法具体包括如下步骤：
步骤(51)：基于离散小波变换提取待测过渡波形的故障特征向量；
步骤(52)：根据开关动作过渡波形中的突变点个数，判定是否为动作同步故障，若是，进入步骤(55)，若否，进入步骤(53)；
步骤(53)：根据待测特征向量中的动作持续时间，判定是否为触头滑动不畅故障，若是，进入步骤(55)，若否，进入步骤(54)；
步骤(54)：计算待测特征向量与典型故障特征向量库各向量的距离，判定所属典型故障模式；
步骤(55)：输出故障模式。
进一步的，所述步骤(51)中，连续小波基函数为：
其中b为平移因子，a为伸缩因子；根据所述连续小波基函数得到任意函数的连续小波变换：
其中，为的共轭；
基于应用需要将φa，b(t)中的连续变量a和b取做整数离散形式，即将φa，b(t)表示为：
从而得到离散小波函数：
用小波变换求取模极大值的方法与信号突变一一对应，从而提取信号中的信息，模极大值的幅值表示信号的突变强度特性，具体实现方法为在尺度2j下，利用模极大值比较式，求取模极大值；模极大值比较式为：其中，是函数f(x)的小波函数，xn是小波变换的模极大值。
附图说明
附图1为本发明故障模式识别方法的流程框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明一种换流变压器分接开关的故障模拟诊断方法的具体实施方式做详细阐述。
本发明换流变压器分接开关的故障模拟诊断方法具体包括如下步骤：
步骤(1)：结合换流变压器分接开关的内部构造，搭建有载分接开关故障模拟实验台，分别进行分接开关制动失效故障、分接开关异常电弧故障、分接开关紧固件松动故障、分接开关弹簧动能不足故障的模拟模型设计，为保证故障设定的人为可控性，并考虑到不同故障分接开关之间的相互干扰，根据实际工况环境将不同故障模型进行并联搭建，得到多台分接开关并联式典型故障模拟模型；
步骤(2)：由于分接开关按照先从低档到高档，再从高档到低档的顺序依次在其各个档位之间进行切换，通过振动传感器来采集开关动作过程中的振动信号，形成分接开关故障模拟试验系统；
步骤(3)：获取振动测试数据，实时采集正常工况与分接开关制动失效故障、分接开关异常电弧故障、分接开关紧固件松动故障、分接开关弹簧动能不足故障时的振动信号；
步骤(4)：测录分接开关动作过程中的振动波形，对分接开关动作过程中的振动信号进行数据预处理后与正常状态时的振动信号进行初步对比分析，判断有载分接开关是否确实存在故障；
步骤(5)：判断出有载分接开关确实存在故障后，对故障信号进行模式识别：由于有载分接开关故障常见信号异常包括回路直流电阻异常和开关动作过渡时间异常，其中对于回路直流电阻异常，只影响故障特征向量中的开关端压稳态值，而对于开关动作过渡时间异常，除了影响特征向量中的持续时间，也会影响开关端压稳态值，根据这些特征，设计出具体的故障模式识别方法；
步骤(6)：确定故障模式，获取故障特征图谱。
如图1所示，所述步骤(5)中的故障模式识别方法具体包括如下步骤：
步骤(51)：基于离散小波变换提取待测过渡波形的故障特征向量；
步骤(52)：根据开关动作过渡波形中的突变点个数，判定是否为动作同步故障，若是，进入步骤(55)，若否，进入步骤(53)；
步骤(53)：根据待测特征向量中的动作持续时间，判定是否为触头滑动不畅故障，若是，进入步骤(55)，若否，进入步骤(54)；
步骤(54)：计算待测特征向量与典型故障特征向量库各向量的距离，判定所属典型故障模式；
步骤(55)：输出故障模式。
所述步骤(51)中，连续小波基函数为：
其中b为平移因子，a为伸缩因子；根据所述连续小波基函数得到任意函数的连续小波变换：
其中，为的共轭；
基于应用需要将φa，b(t)中的连续变量a和b取做整数离散形式，即将φa，b(t)表示为：
从而得到离散小波函数：
用小波变换求取模极大值的方法与信号突变一一对应，从而提取信号中的信息，模极大值的幅值表示信号的突变强度特性，具体实现方法为在尺度2j下，利用模极大值比较式，求取模极大值；模极大值比较式为：其中，是函数f(x)的小波函数，xn是小波变换的模极大值。
最后应该说明的是，结合上述实施例仅说明本发明的技术方案而非对其限制。所属领域的普通技术人员应当理解到，本领域技术人员可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均在申请待批的权利要求保护范围之中。
Claims (3)
1.一种换流变压器分接开关的故障模拟诊断方法，其特征在于，所述换流变压器分接开关的故障模拟诊断方法具体包括如下步骤：
步骤(1)：结合换流变压器分接开关的内部构造，搭建有载分接开关故障模拟实验台，分别进行分接开关制动失效故障、分接开关异常电弧故障、分接开关紧固件松动故障、分接开关弹簧动能不足故障的模拟模型设计，为保证故障设定的人为可控性，并考虑到不同故障分接开关之间的相互干扰，根据实际工况环境将不同故障模型进行并联搭建，得到多台分接开关并联式典型故障模拟模型；
步骤(2)：由于分接开关按照先从低档到高档，再从高档到低档的顺序依次在其各个档位之间进行切换，通过振动传感器来采集开关动作过程中的振动信号，形成分接开关故障模拟试验系统；
步骤(3)：获取振动测试数据，实时采集正常工况与分接开关制动失效故障、分接开关异常电弧故障、分接开关紧固件松动故障、分接开关弹簧动能不足故障时的振动信号；
步骤(4)：测录分接开关动作过程中的振动波形，对分接开关动作过程中的振动信号进行数据预处理后与正常状态时的振动信号进行初步对比分析，判断有载分接开关是否确实存在故障；
步骤(5)：判断出有载分接开关确实存在故障后，对故障信号进行模式识别：由于有载分接开关故障常见信号异常包括回路直流电阻异常和开关动作过渡时间异常，其中对于回路直流电阻异常，只影响故障特征向量中的开关端压稳态值，而对于开关动作过渡时间异常，除了影响特征向量中的持续时间，也会影响开关端压稳态值，根据这些特征，设计出具体的故障模式识别方法；
步骤(6)：确定故障模式，获取故障特征图谱。
2.根据权利要求1所述的一种换流变压器分接开关的故障模拟诊断方法，其特征在于，所述步骤(5)中的故障模式识别方法具体包括如下步骤：
步骤(51)：基于离散小波变换提取待测过渡波形的故障特征向量；
步骤(52)：根据开关动作过渡波形中的突变点个数，判定是否为动作同步故障，若是，进入步骤(55)，若否，进入步骤(53)；
步骤(53)：根据待测特征向量中的动作持续时间，判定是否为触头滑动不畅故障，若是，进入步骤(55)，若否，进入步骤(54)；
步骤(54)：计算待测特征向量与典型故障特征向量库各向量的距离，判定所属典型故障模式；
步骤(55)：输出故障模式。
3.根据权利要求2所述的一种换流变压器分接开关的故障模拟诊断方法，其特征在于，所述步骤(51)中，连续小波基函数为：
其中b为平移因子，a为伸缩因子；根据所述连续小波基函数得到任意函数的连续小波变换：
其中，为的共轭；
基于应用需要将φa，b(t)中的连续变量a和b取做整数离散形式，即将φa，b(t)表示为：
从而得到离散小波函数：
用小波变换求取模极大值的方法与信号突变一一对应，从而提取信号中的信息，模极大值的幅值表示信号的突变强度特性，具体实现方法为在尺度2j下，利用模极大值比较式，求取模极大值；模极大值比较式为：其中，是函数f(x)的小波函数，xn是小波变换的模极大值。
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