CN111812426A - 一种基于振动相位分布的高压并联电抗器故障诊断方法 - Google Patents

一种基于振动相位分布的高压并联电抗器故障诊断方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于振动相位分布的高压并联电抗器故障诊断方法，其包括以下步骤，1在高压并联电抗器上确定被测区域并划分网格，网格的交点为测点；2确定参考信号；3测量被测点振动；4获得振动相位分布；5计算相位分布偏差因子；所述相位分布偏差因子大于0.2则为发生机械故障，小于等于0.2则为未发生机械故障。本发明诊断结果准确性高。

Description

一种基于振动相位分布的高压并联电抗器故障诊断方法
技术领域
本发明涉及一种高压并联电抗器故障诊断方法，具体涉及一种基于振动相位分布的高压并联电抗器故障诊断方法。
背景技术
随着中国电力工业的迅速发展，特高压交直流互联大电网逐渐形成，大容量远距离电能输送保证了我国电力需求平衡。高压并联电抗器作为电网可靠运行的重要组成部分，能够有效补偿特(超)高压输电线路的容性无功，改善电压分布，是远距离输电系统的关键设备。为保证电抗值在一定范围内恒定，高压并联电抗器的铁心一般设计成带间隙的结构，铁心饼采用冷轧硅钢片叠装而成，各铁心饼间用非磁性绝缘板(磨平的圆瓷柱或大理石圆垫块)隔开形成间隙。由于气隙的磁阻比铁心大得多，所以磁力线通过硅钢片进入气隙时，在气隙边缘存在明显的漏磁现象，在交变磁场中电磁力使铁心饼间产生振动和噪声，再加上铁心本身存在磁致伸缩所导致的非线性振动，因此其机械振动和噪声问题比变压器更加严重。振动会导致压紧件、结构件的机械疲劳，长期运行存在疲劳松动的情况。线圈、铁心(夹件)、螺栓紧固件等元器件松动，将进一步加剧振动的发生，严重时还可能引起设备内部过热、放电等缺陷。
电抗器的机械缺陷往往为潜伏性隐患，难以通过常用的电气特征参量准确地诊断出来。目前，高压并联电抗器的检测手段主要采用油色谱分析或局部放电检测的方法，近年来已经发生多起因电抗器内部组件松动引起放电导致的色谱超标，而通过油色谱或局放检测的方法难以灵敏、准确、较早地检测出线圈、铁心或紧固件松动等机械类缺陷，亟需研究有效的电抗器机械缺陷检测方法并应用于工程实际。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，提供一种诊断结果准确性高的基于振动相位分布的高压并联电抗器故障诊断方法。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案为：
其包括以下步骤，
(1)在高压并联电抗器上确定被测区域并划分网格，网格的交点为测点；
(2)确定参考信号；
(3)测量被测点振动；
(4)获得振动相位分布；
(5)计算相位分布偏差因子；所述相位分布偏差因子大于0.2则为发生机械故障，小于等于0.2则为未发生机械故障。
进一步地，步骤(1)中，相邻测点的间距大于等于3cm且小于等于10cm。
进一步地，步骤(2)中，将高压并联电抗器电流信号作为参考信号，去校准不同测点的振动信号。
进一步地，步骤(3)中，在每个测点处设置一个加速度传感器来测试所述测点处的振动。
进一步地，将所述加速度传感器上设置电磁屏蔽。
进一步地，步骤(4)中，对步骤(3)获得的振动信号，进行快速傅里叶变换，获得振动信号在100Hz下的相位，对参考信号做同样操作，然后每个测点的振动相位减去对应参考信号的相位，得到被测电抗器校准后的相位，通过测量位置和矩阵元素的对应关系，得到被测电抗器被测区域的校准后相位分布矩阵，对该矩阵进行线性插值和绘图，得到振动相位分布的云图。
进一步地，在对所述矩阵进行线性插值时，进行归算，将相位限制在-pi到pi之间。
进一步地，若插值得到的值大于pi则减去2*pi，若插值得到的值小于-pi,则加上2*pi，其中pi是圆周率。
进一步地，所述相位分布偏差因子h为：
Figure BDA0002514227490000021
进一步地，式中V0i为出厂试验测得的第i个测点的校准后相位；
V’pi为本次测量得到的被测面上第i个测点的校准后相位；N为被测面上的总测点数。
本发明的有益效果：
本发明针对目前高压并联电抗器机械故障诊断结果不准确，对测点和电压依赖性强的问题，本发明提出了一种基于振动相位分布的并联电抗器机械故障诊断方法，该方法具有诊断结果准确性高，诊断精度不受测点和电压影响的优点，并且由于采取了合适的测量策略，使得测量过程中使用较少数量的传感器，并且测量可重复性高，适合现场运维人员。
附图说明
图1为含本发明方法的流程图；
图2为本发明实施例1中划分的平面矩形网格示意图；
图3为本发明实施例1中100％额定电压相位分布；
图4为本发明实施例1中80％额定电压相位分布示意图；
图5为本发明实施例1中60％额定电压相位分布示意图；
图6为本发明实施例1中100％预紧力相位分布示意图；
图7为本发明实施例1中80％预紧力相位分布示意图；
图8为本发明实施例1中60％预紧力相位分布示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详述，但本发明的范围并不仅仅局限于此，其要求保护的范围记载于权利要求的权项中。
实施例1
如图1-图8所示，本发明的整体思路为：其包括以下步骤，
(1)在高压并联电抗器上确定被测区域并划分网格，网格的交点为测点；
(2)确定参考信号；
(3)测量被测点振动；
(4)获得振动相位分布；
(5)计算相位分布偏差因子；所述相位分布偏差因子大于0.2则为发生机械故障，小于等于0.2则为未发生机械故障。
本发明提出了一种基于振动相位分布的高压并联电抗器故障诊断方法。它通过测量电抗器振动相位分布来评估电抗器机械状态，并建立了基于振动相位偏差因子的高压并联电抗器机械状态量化评估方法。
具体地，结合附图以及实例对本发明方法进行说明。
1)划分网格，确定被测点
为了获取高压并联电抗器振动相位分布，首先要确定被测区域，被测区域的选定需要遵循以下几个原则：首先被测区域要尽量平坦规则，便于网格划分和传感器布置；其次网格划分不宜过小也不宜过大，如果网格过小，相邻区域振动相位差别不大，浪费测量资源，如果网格过大，则忽略了某些区域振动细节，获取的相位分布可能偏差较大。单位网格的边长小于等于10cm且大于等于3cm，由于网格的交点为测点，所以相邻测点的间距大于等于3cm且小于等于10cm，对于一般的高压并联电抗器，被测区域选择油箱正面区域，网格为平面矩形网格。本实施例中，研究对象高压并联电抗器是一台特殊定制过的10kV三相油浸式并联电抗器，网格划分为平面矩形网格，位于电抗器铁心正对油箱面，网格划分为9*8的平面矩形网格，如图2所示，测点为网格交点。
2)确定参考信号
为了获取同一时刻下不同测点的振动相位信息，需要同时测量各测点的振动信号，但振动传感器在测量振动时存在质量效应，过多的传感器依附于被测物体表面，会使得被测物体的振动发生畸变，影响测量结果，另一种测量思路是单点测量，但每次测量时需要记录一个校准信号。对于高压并联电抗器，校准信号可以分为两类：一类是电参考校准信号，另一类是机械参考校准信号。电参考校准信号可来源于并联电抗器的电压或者电流信号，机械参考校准信号可来源于并联电抗器油箱某点的振动信号。对于一台确定的高压并联电抗器，电参考信号具有唯一性和确定性，而对于机械参考信号，随着参考测点的改变，参考信号也会发生变化，导致相位分布测量出现一定问题。因此本发明步骤(2)中，将高压并联电抗器电流信号作为参考信号，去校准不同测点的振动信号。本发明选择电抗器电流信号作为参考信号，具有便于测量，参考唯一的优点。本实施例中将罗氏线圈测得的A相电流信号作为参考信号，将电抗器电流信号中的50Hz分量的相位作为校准相位。
3)测量被测点振动；在每个测点处设置一个加速度传感器，通过所述加速度传感器获得所述测点处的振动信号来测试所述测点处的振动。本发明采用单点逐次测量方法，本实施例中采用pcb公司生产的工业级别压电式加速度传感器作为测量用加速度传感器。
4)：步骤(4)中，对步骤(3)获得的振动信号，进行快速傅里叶变换，获得振动信号在100Hz下的相位，对参考信号做同样操作，然后每个测点的振动相位减去对应参考信号的相位，得到被测电抗器校准后的相位，通过测量位置和矩阵元素的对应关系，如左上角校准值对应矩阵左上角元素，右下角校准值对应矩阵右下角元素，得到被测电抗器被测区域的相位分布矩阵，对该矩阵进行线性插值和绘图，得到振动相位分布的云图。
获得振动相位分布，其中插值方式采用线性插值，具有计算量小的优点。
本步骤通过测量电抗器振动相位分布评估电抗器机械状态，该方法在测量振动分布时选用电抗器电流信号作为参考矫正单点振动信号，以使不同时刻测得的振动信号具有同时性。
在获取校准后的相位和插值获得缺值点相位的时候，将相位限制在-pi到pi之间，由于线性插值算法本身的计算原理，部分插值得到的相位可能超过区间[-pi,pi],若插值得到的值大于pi则减去2*pi，若插值得到的值小于-pi,则加上2*pi。
本实施例中，获得振动相位分布，如图3-图8所示，分别显示了电压和机械故障对振动相位分布的影响。图3-图5分别为100％额定电压相位分布、80％额定电压相位分布和60％额定电压相位分布。从图中可以看出，直观感受当施加电压发生变化时，振动相位分布未发生变化。变化可从视觉上得到。
图6-图8分别为100％预紧力相位分布、80％预紧力相位分布和60％预紧力相位分布，图6-图8显示了铁心松动对相位分布的影响，从图中可以看出，当预紧力发生变化时，振动相位分布发生明显变化。
5)计算相位分布偏差因子；所述相位分布偏差因子大于0.2则为发生机械故障，需要停机检查，相位分布偏差因子小于等于0.2则为未发生机械故障。
若电抗器发生机械故障，电抗器振动相位分布会发生变化。为量化相位分布变化程度和电抗器机械故障严重程度的关系，提出相位分布偏差因子，所述相位分布偏差因子h为：
Figure BDA0002514227490000051
式中V0i为出厂试验测得的第i个测点的校准后相位；
V’pi为本次测量得到的被测面上第i个测点的校准后相位；N为被测面上的总测点数。
结合步骤4)的相位分布，振动相位分布图，和步骤5)的计算结果，代入公式计算发现当预紧力低于80％时，振动相位偏差因子大于0.2，说明此时并联电抗器发生了较为严重的松动。
实施例2
本发明的整体思路为：其包括以下步骤，
(1)在高压并联电抗器上确定被测区域并划分网格，网格的交点为测点；
(2)确定参考信号；
(3)测量被测点振动；
(4)获得振动相位分布；
(5)计算相位分布偏差因子；所述相位分布偏差因子大于0.2则为发生机械故障，小于等于0.2则为未发生机械故障。
具体地，包括以下步骤，
1)划分网格，确定被测点
2)确定参考信号
3)测量被测点振动；在每个测点处设置一个加速度传感器，通过所述加速度传感器获得所述测点处的振动信号来测试所述测点处的振动。本发明采用单点逐次测量方法，本实施例中采用pcb公司生产的工业级别压电式加速度传感器作为测量用加速度传感器。
高压并联电抗器振动为微幅振动，因此采用加速度传感器测量高压并联电抗器振动。对于现场测量，可能存在较为严重的电磁干扰，因此本实施例将所述加速度传感器上设置电磁屏蔽。其中包括对传感器本身和传感器相关线缆同时做好电磁屏蔽措施，以增强振动信号的信噪比。
4)：步骤(4)中，对步骤(3)获得的振动信号，进行快速傅里叶变换，获得振动信号在100Hz下的相位，对参考信号做同样操作，然后每个测点的振动相位减去对应参考信号的相位，得到被测电抗器校准后的相位，通过测量位置和矩阵元素的对应关系，如左上角校准值对应矩阵左上角元素，右下角校准值对应矩阵右下角元素，得到被测电抗器被测区域的相位分布矩阵，对该矩阵进行线性插值和绘图，得到振动相位分布的云图。
本实施例和实施例1的区别在于，本实施例为减小高压并联电抗器辐射出的磁场和电场通过传感器线缆和传感器外壳耦合到压电式加速度传感器内部压电材料和后端电荷放大电路，导致传感器输出电压幅值和相位发生畸变，引起加速度测量误差，对测量传感器进行电磁屏蔽设置。
本发明提出了一种基于振动相位分布的高压并联电抗器故障诊断方法。它通过测量电抗器振动相位分布来评估电抗器机械状态，并建立了基于振动相位偏差因子的高压并联电抗器机械状态量化评估方法。
本发明针对目前高压并联电抗器机械故障诊断结果不准确，对测点和电压依赖性强的问题，本发明提出了一种基于振动相位分布的并联电抗器机械故障诊断方法，该方法具有诊断结果准确性高，诊断精度不受测点和电压影响的优点，并且由于采取了合适的测量策略，使得测量过程中使用较少数量的传感器，并且测量可重复性高，适合现场运维人员。

Claims (10)

1.一种基于振动相位分布的高压并联电抗器故障诊断方法，其特征在于：其包括以下步骤，
(1)在高压并联电抗器上确定被测区域并划分网格，网格的交点为测点；
(2)确定参考信号；
(3)测量被测点振动；
(4)获得振动相位分布；
(5)计算相位分布偏差因子；所述相位分布偏差因子大于0.2则为发生机械故障，小于等于0.2则为未发生机械故障。
2.根据权利要求1所述的一种基于振动相位分布的高压并联电抗器故障诊断方法，其特征在于：步骤(1)中，相邻测点的间距大于等于3cm且小于等于10cm。
3.根据权利要求1所述的一种基于振动相位分布的高压并联电抗器故障诊断方法，其特征在于：步骤(2)中，将高压并联电抗器电流信号作为参考信号，去校准不同测点的振动信号。
4.根据权利要求1所述的一种基于振动相位分布的高压并联电抗器故障诊断方法，其特征在于：步骤(3)中，在每个测点处设置一个加速度传感器来测试所述测点处的振动。
5.根据权利要求4所述的一种基于振动相位分布的高压并联电抗器故障诊断方法，其特征在于：将所述加速度传感器上设置电磁屏蔽。
6.根据权利要求4所述的一种基于振动相位分布的高压并联电抗器故障诊断方法，其特征在于：步骤(4)中，对步骤(3)获得的振动信号，进行快速傅里叶变换，获得振动信号在100Hz下的相位，对参考信号做同样操作，然后每个测点的振动相位减去对应参考信号的相位，得到被测电抗器校准后的相位，通过测量位置和矩阵元素的对应关系，得到被测电抗器被测区域的校准后相位分布矩阵，对该矩阵进行线性插值和绘图，得到振动相位分布的云图。
7.根据权利要求6所述的一种基于振动相位分布的高压并联电抗器故障诊断方法，其特征在于：在对所述矩阵进行线性插值时，进行归算，将相位限制在-pi到pi之间。
8.根据权利要求7所述的一种基于振动相位分布的高压并联电抗器故障诊断方法，其特征在于：若插值得到的值大于pi则减去2*pi，若插值得到的值小于-pi,则加上2*pi，其中pi是圆周率。
9.根据权利要求1所述的一种基于振动相位分布的高压并联电抗器故障诊断方法，其特征在于：所述相位分布偏差因子h为：
Figure FDA0002514227480000021
10.根据权利要求9所述的一种基于振动相位分布的高压并联电抗器故障诊断方法，其特征在于：式中V0i为出厂试验测得的第i个测点的校准后相位；
V’pi为本次测量得到的被测面上第i个测点的校准后相位；N为被测面上的总测点数。
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