CN117434437B - 变压器有载分接开关切换程序解析方法 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供了一种变压器有载分接开关切换程序解析方法，涉及电力设备状态监测技术领域。该方法和装置在有载分接开关带载切换时，用驱动电机的电流信号作触发，同步采集驱动电机的电流信号、振动信号和电磁信号，首先定位并提取出切换阶段的振动信号和电磁信号，然后分别提取出有效的振动信号和电磁信号，并获取信号的起始时间，接着确定振动信号和电磁信号的时间对应关系，最后结合有载分接开关的工作原理及时间间隔，利用振动信号和电磁信号实现有载分接开关切换程序解析。该方法能实现带载下解析有载分接开关切换程序，为变压器有载分接开关状态评估提供重要支撑，具有很好的实用价值。

Description

变压器有载分接开关切换程序解析方法

技术领域

本发明涉及电力设备状态监测技术领域，具体而言，涉及一种变压器有载分接开关切换程序解析方法。

背景技术

有载分接开关是电力变压器中最重要的机构之一，具有稳定负荷中心电压、调节无功潮流、增加电网调度灵活性等作用。有载分接开关是电力变压器中唯一可以动作的机构，也是变压器中故障率最高的机构之一。据统计，有载分接开关故障占变压器总故障的比例超过20%。因此，开展有载分接开关状态检测和诊断具有重要意义。

切换开关是有载分接开关的核心，包含主触头、真空泡、转换开关等部件。在带载的情况下，切换开关按照特定的切换程序实现两个档位之间的电气切换。运行数据表明，有载分接开关大多数故障出现在切换过程中，最直接的体现就是切换程序异常。目前，普遍采用直流法检测有载分接开关程序，但该试验为停电试验，无法实现切换程序带电在线监测。实践中多采用振动法对有载分接开关状态进行监测，但依靠单一的振动信号无法全面地解析切换程序。

发明内容

本发明的目的包括提供了一种基于振动和电磁信号的变压器有载分接开关切换程序解析方法和装置，其能够实现带载下解析有载分接开关切换程序，为变压器有载分接开关状态评估提供重要支撑，具有很好的实用价值。

本发明的实施例可以这样实现：

第一方面，本发明提供一种基于振动和电磁信号的变压器有载分接开关切换程序解析方法，方法包括：

S1：在有载分接开关进行带负载换挡操作时，用驱动电机电流信号作触发，同步采集驱动电机电流信号、振动信号和电磁信号；

S2：定位有载分接开关的切换开关的动作时段，提取出动作时段的振动信号和电磁信号；

S3：对切换阶段的振动信号进行降噪处理，提取出有效的振动信号，并获取各个有效的振动信号的起始时间；

S4：提取出切换阶段有效的电磁信号，获取各个电磁信号的起始时间、且每个时间阈值内只提取第一个电磁信号的起始时间；

S5：确定振动信号的起始时间和电磁信号的起始时间的对应关系，得到三个集合，分别为只包含振动信号的集合I、只包含电磁信号的集合II、同时包含振动和电磁信号的集合III；

S6：基于有载分接开关的工作原理以及集合I、集合II、集合III，实现有载分接开关的切换程序解析。

在可选的实施方式中，S1包括：

将穿心式电流传感器布置在有载分接开关的操作机构箱的电源线处，以感知驱动电机电流信号，将加速度传感器布置在有载分接开关的油箱顶盖上，以感知振动信号，将穿心式特高频传感器布置在换流变压器的铁芯或夹件接地线处，以感知电磁信号。

在可选的实施方式中，S3包括：

采用高通滤波器对振动信号进行降噪处理，截止频率为2kHz。

在可选的实施方式中，在S4中，时间阈值设置为1ms。

在可选的实施方式中，S5包括：

若振动信号和电磁信号的时间相差在2ms以内，则认为两者一一对应，分别得到集合I、集合II、集合III。

在可选的实施方式中，S6包括：

有载分接开关按照预设时间间隔完成多次分合动作，结合有载分接开关的工作原理、动作时序及时间间隔，完成整个切换程序解析。

在可选的实施方式中，有载分接开关按照预设时间间隔完成多次分合动作，结合有载分接开关的工作原理、动作时序及时间间隔，完成整个切换程序解析的步骤包括：

在有载分接开关完成多次分合动作后机构制动，激发振动信号，推断集合I中时间最晚的信号对应切换机构制动；

在确定机构制动后，对多次分合动作解析，确定集合I、集合II、集合III中各信号对应的动作类型。

在可选的实施方式中，在确定机构制动后，对多次分合动作解析，确定集合I、集合II、集合III中各信号对应的动作类型的步骤包括：

读取有效冲击振动信号的起始时间，确定集合III中振动信号和电磁信号的时间间隔，并与预设时间间隔对比，确定集合III中各信号对应的动作类型；

确定集合I和集合III中振动信号的时间间隔，并与预设时间间隔对比，确定集合I中各信号对应的动作类型；

将集合II中的信号的起始时间与S3中获取各个有效的振动信号的起始时间进行对比，确定集合II中各信号对应的动作类型。

第二方面，本发明提供一种基于振动和电磁信号的变压器有载分接开关切换程序解析装置，装置用于执行前述实施方式的方法，装置包括处理器以及与处理器连接的穿心式电流传感器、加速度传感器、穿心式特高频传感器；

穿心式电流传感器用于布置在有载分接开关的操作机构箱的电源线处，以感知驱动电机电流信号，加速度传感器用于布置在有载分接开关的油箱顶盖上，以感知振动信号，穿心式特高频传感器用于布置在换流变压器的铁芯或夹件接地线处，以感知电磁信号；

处理器用于执行上述方法的S2~S6。

本发明实施例的提供的基于振动和电磁信号的变压器有载分接开关切换程序解析方法和装置的有益效果包括：

在有载分接开关带载切换时，用驱动电机的电流信号作触发，同步采集一定时长的驱动电机的电流信号、振动信号和电磁信号，首先定位并提取出切换阶段的振动信号和电磁信号，然后分别提取出有效的振动信号和电磁信号，并获取信号的起始时间，接着确定振动信号和电磁信号的时间对应关系，最后结合有载分接开关的工作原理及时间间隔，利用振动信号和电磁信号实现有载分接开关切换程序解析。该方法能实现带载下解析有载分接开关切换程序，为变压器有载分接开关状态评估提供重要支撑，具有很好的实用价值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的基于振动和电磁信号的变压器有载分接开关切换程序解析方法的流程图；

图2为本发明实施例中VR型有载分接开关带载切换时的信号数据；

图3为本发明实施例中提到的有效的振动信号；

图4为本发明实施例中提到的有效的电磁信号；

图5为本发明实施例中VR型有载分接开关的工作原理的示意图；

图6为本发明实施例提供的基于振动和电磁信号的变压器有载分接开关切换程序解析装置的组成示意图。

图标：1-处理器；2-穿心式电流传感器；3-加速度传感器；4-穿心式特高频传感器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。

请参考图1，本实施例提供了一种基于振动和电磁信号的变压器有载分接开关切换程序解析方法（以下简称：方法），方法包括以下步骤：

S1：在有载分接开关进行带负载换挡操作时，用驱动电机电流信号作触发，同步采集驱动电机电流信号、振动信号和电磁信号。

本实施例中，以VR型有载分接开关为例，将穿心式电流传感器布置在有载分接开关的操作机构箱的电源线处，以感知驱动电机电流信号，将加速度传感器布置在有载分接开关的油箱顶盖上，以感知振动信号，将穿心式特高频传感器布置在换流变压器的铁芯（或夹件）接地线处，以感知电磁信号。在有载分接开关带载切换时，用驱动电机电流信号作触发，同步采集8000ms的驱动电机电流信号（电机电流）、振动信号和电磁信号，采样率为1MS/s，预触发长度10%，采集结果如图2所示。

S2：定位有载分接开关的切换开关的动作时段，提取出动作时段的振动信号和电磁信号。

本实施例中，从图2中可以看出，VR型有载分接开关的切换动作发生在6100ms左右，可以拟定动作时段为6000ms至6200ms，则提取出6000ms至6200ms间的振动信号和电磁信号，用于进行切换程序解析。

S3：对切换阶段的振动信号进行降噪处理，提取出有效的振动信号，并获取各个有效的振动信号的起始时间。

本实施例中，采用高通滤波器对振动信号进行降噪处理，截止频率为2kHz，提取出的有效冲击振动信号如图3所示。图3中，V1至V7的起始时间分别为6042.3ms、6080ms、6090ms、6099.2ms、6139.1ms、6148.7ms和6164.4ms。

S4：提取出切换阶段有效的电磁信号，获取各个电磁信号的起始时间、且每个时间阈值内只提取第一个电磁信号的起始时间。

本实施例中，提取出的电磁信号如图4所示。短时间内出现的多个电磁信号是由于多次燃弧引起的，时间阈值设置为1ms，即认为1ms内出现的多个电磁信号均对应同一个事件，故只提取第一个电磁信号的起始时间。图4中，电磁信号UHF1至UHF5的起始时间分别为6059.5ms、6089.5ms、6098.7ms、6112.1ms和6148.8ms。

S5：确定振动信号的起始时间和电磁信号的起始时间的对应关系，得到三个集合，分别为只包含振动信号的集合I、只包含电磁信号的集合II、同时包含振动和电磁信号的集合III。

本实施例中，若振动信号和电磁信号的时间相差在2ms以内，则认为两者一一对应，分别得到集合I=（①V1、②V2、③V5、④V7）、集合II=（①UHF1、②UHF4）、集合III=（①V3和UHF2、②V4和UHF3、③V6和UHF5）。

S6：基于有载分接开关的工作原理以及集合I、集合II、集合III，实现有载分接开关的切换程序解析。

其中，有载分接开关按照预设时间间隔完成多次分合动作，结合有载分接开关的工作原理、动作时序及时间间隔，完成整个切换程序解析。

具体的，在有载分接开关完成多次分合动作后机构制动，激发振动信号，推断集合I中时间最晚的信号对应切换机构制动。

在确定机构制动后，对多次分合动作解析，确定集合I、集合II、集合III中各信号对应的动作类型，包括读取有效冲击振动信号的起始时间，确定集合III中振动信号和电磁信号的时间间隔，并与预设时间间隔对比，确定集合III中各信号对应的动作类型；确定集合I和集合III中振动信号的时间间隔，并与预设时间间隔对比，确定集合I中各信号对应的动作类型；将集合II中的信号的起始时间与S3中获取各个有效的振动信号的起始时间进行对比，确定集合II中各信号对应的动作类型。

以VR型有载分接开关为例，VR型有载分接开关的工作原理如图5所示，VR型有载分接开关包括5个开关，分别为MC、MSV、MTF、TTV和TTF。

VR型有载分接开关（OLTC）的5个开关MC、MSV、MTF、TTV和TTF按照预设时间间隔完成10次分合动作，如图5所示，各动作的时间间隔如下表1所示：

表1VR型OLTC切换时序间隔

本实施例中，VR型有载分接开关在完成10次分、合动作后机构制动，会激发幅值极大的振动信号。同时，机构制动与切换回路无电气连接，此动作不会激发电磁信号。因此，制动信号应位于集合I中，由于机构制动发生时间最晚，因此推断集合I中第④组（V7）对应切换机构制动。

在确定机构制动后，对剩余10次分合动作解析。从S3的图3中可以读取出V1至V7的起始时间，可以得出，集合III中第②组和第③组的振动信号和电磁信号的时间间隔分别为49.5ms和50.1ms，与表1中参数（t5+t6+t7=49.6ms）符合。集合III中第①组和第③组的振动信号和电磁信号的时间间隔分别为58.7ms和59.3ms，与表1中参数（t4+t5+t6+t7=58.7ms）符合。推断集合III中第①组（V3和UHF2）对应MTF合，集合III中第②组（V4和UHF3）对应MSV合，集合III中第③组（V6和UHF5）对应TTV合，由于MC合、TTV合、TTF合三个动作几乎接近，则第③组（V6和UHF5）对应MC合、TTV合、TTF合三个动作。

在确定上述5个分合动作后，对剩余的5次分合动作解析。集合I中第①组与集合III中第③组的振动信号的时间间隔为106.4ms，与表1中参数（t1+t2+t3+t4+t5+t6+t7=106.3ms）符合，推断集合I中第①组（V1）对应MC分。集合I第②组与集合III第③组的振动信号的时间间隔为68.7ms，与表1参数（t3+t4+t5+t6+t7=68.2ms）符合，推断集合I中第②组（V2）对应MTF分。集合I中第③组与集合III中第③组的振动信号的时间间隔为10.6ms，与表1中参数（t7=10.8ms）符合，推断集合I中第③组（V5）对应TTF分。

在确定上述8个分合动作后，对剩余的2次分合动作解析。MSV和TTV为真空泡，MSV分和TTV分动作产生的振动信号微弱，但MSV分和TTV分动作均会熄灭电弧。因此，MSV分和TTV分动作应位于集合II中。集合II中第①组电磁信号（UHF1）位于V1（MC分）和V2（MTF分）之间，对应MSV分熄弧时间。集合II中第②组（UHF4）位于V4（MSV合）和V5（TTF分）之间，对应TTV熄弧时间。由于MSV分和TTV分动作熄灭电弧时间具有随机性，故无法与表1中时间对应，这也印证了信号解析的正确性。

综上，结合分接开关工作原理、动作时序及时间间隔，完成整个切换程序解析。

请查阅图6，本实施例还提供的一种基于振动和电磁信号的变压器有载分接开关切换程序解析装置（以下简称：装置），装置包括处理器1以及与处理器1连接的穿心式电流传感器2、加速度传感器3、穿心式特高频传感器4。

具体的，穿心式电流传感器2布置在有载分接开关的操作机构箱的电源线处，以感知驱动电机电流信号，加速度传感器3布置在有载分接开关的油箱顶盖上，以感知振动信号，穿心式特高频传感器4布置在换流变压器的铁芯（或夹件）接地线处，以感知电磁信号。

处理器1用于执行上述方法的S2~S6。

本实施例提供的基于振动和电磁信号的变压器有载分接开关切换程序解析方法和装置的有益效果包括：

在有载分接开关带载切换时，用驱动电机的电流信号作触发，同步采集一定时长的驱动电机的电流信号、振动信号和电磁信号，首先定位并提取出切换阶段的振动信号和电磁信号，然后分别提取出有效的振动信号和电磁信号，并获取信号的起始时间，接着确定振动信号和电磁信号的时间对应关系，最后结合有载分接开关的工作原理及时间间隔，利用振动信号和电磁信号实现有载分接开关切换程序解析。该方法能实现带载下解析有载分接开关切换程序，为变压器有载分接开关状态评估提供重要支撑，具有很好的实用价值。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种变压器有载分接开关切换程序解析方法，其特征在于，所述方法包括：

S1：在有载分接开关进行带负载换挡操作时，用驱动电机电流信号作触发，同步采集驱动电机电流信号、振动信号和电磁信号；

S2：定位有载分接开关的切换开关的动作时段，提取出动作时段的振动信号和电磁信号；

S3：对切换阶段的振动信号进行降噪处理，提取出有效的振动信号，并获取各个有效的振动信号的起始时间；

S4：提取出切换阶段有效的电磁信号，获取各个电磁信号的起始时间、且每个时间阈值内只提取第一个电磁信号的起始时间；

S5：确定振动信号的起始时间和电磁信号的起始时间的对应关系，得到三个集合，分别为只包含振动信号的集合I、只包含电磁信号的集合II、同时包含振动和电磁信号的集合III；

S6：基于有载分接开关的工作原理以及集合I、集合II、集合III，实现有载分接开关的切换程序解析，包括：在有载分接开关完成多次分合动作后机构制动，激发振动信号，推断集合I中时间最晚的信号对应切换机构制动；读取有效冲击振动信号的起始时间，确定集合III中振动信号和电磁信号的时间间隔，并与预设时间间隔对比，确定集合III中各信号对应的动作类型；确定集合I和集合III中振动信号的时间间隔，并与预设时间间隔对比，确定集合I中各信号对应的动作类型；将集合II中的信号的起始时间与S3中获取各个有效的振动信号的起始时间进行对比，确定集合II中各信号对应的动作类型。

2.根据权利要求1所述的变压器有载分接开关切换程序解析方法，其特征在于，S1包括：

将穿心式电流传感器布置在有载分接开关的操作机构箱的电源线处，以感知驱动电机电流信号，将加速度传感器布置在有载分接开关的油箱顶盖上，以感知振动信号，将穿心式特高频传感器布置在换流变压器的铁芯或夹件接地线处，以感知电磁信号。

3.根据权利要求1所述的变压器有载分接开关切换程序解析方法，其特征在于，S3包括：

采用高通滤波器对振动信号进行降噪处理，截止频率为2kHz。

4.根据权利要求1所述的变压器有载分接开关切换程序解析方法，其特征在于，在S4中，时间阈值设置为1ms。

5.根据权利要求1所述的变压器有载分接开关切换程序解析方法，其特征在于，S5包括：

若振动信号和电磁信号的时间相差在2ms以内，则认为两者一一对应，分别得到集合I、集合II、集合III。