振动法与电流法在有载调压开关状态检测的应用

罗传胜，胡炜，周洪立，覃继务

(南方电网公司南宁供电局，广西 南宁 530031)

振动法与电流法在有载调压开关状态检测的应用

罗传胜，胡炜，周洪立，覃继务

(南方电网公司南宁供电局，广西 南宁 530031)

介绍了有载调压开关状态检测背景，其后简述了振动法和电流法结合分析有载调压开关的优势及振动法和电流法原理及检测设备设计，通过现场测试分析有载调压开关机械振动信号和电流信号，有效证明振动法与电流法结合分析是一种有效的有载调压开关状态判断方法。

有载调压开关；振动法；电流法；状态检测

0 前言

变压器有载调压开关 (OLTC)对于变压器本身及整个电力系统稳定都具有重要的作用，并且是相对薄弱的环节，它直接接触高压带电部位，在长期运行状态下很容易出现故障。目前，国内OLTC的运行检修手段仍采用离线定期维修方式。定期检修的缺点有工作量大、效率低和测量精度低等。为解决目前现场检测变压器有载调压开关的难题，研究OLTC检测新技术，采用多传感器联合使用的方法，利用先进的信号处理、分析技术对有载调压开关的运行状态进行检测及分析，能有效的对OLTC安排维修计划。

1 有载调压开关状态检测

1.1 传统技术

1)动态阻抗测量法：在变压器有载调压开关大修时或吊芯检查时，使用电桥法对有载调压开关过渡电阻进行测量。过渡电阻的测量结果应符合制造厂规定，并且与铭牌值比较偏差不大于± 10%，根据比较结果分析有载调压开关动作运行情况。

2)热像分析：根据物体热辐射原理，检测有载调压开关各个部件热量发布情况，将获得的热量分布图像与正常分布图像对比，判断有载调压开关运行状态。

3)溶解气体分析：有载调压开关故障产生的气体会溶解于变压器油中。通过分析溶解的气体含量，可判断缺陷有载调压开关的运行情况。用密封容器取适量变压器油，并用脱气法分离出溶解的气体，再利用气相色谱法分析油中脱离出来气体的组分和含量，判断有载调压开关内部发热和局放情况。

1.2 传统检测手段局限性

1)可判断的故障类型少。

2)无法及时了解有载调压开关真实运行状态，满足不了状态检修的需要。

3)检测方法单一。单一的检测手段面临着检测准确度、故障判断等难题，不能全面及时有效地发现有载调压开关常见故障隐患。

1.3 新形势下的状态检测法

1)振动法检测原理[2]：变压器有载调压开关在运行时，动、静触头间的接触分离会产生脉冲冲击力，因此就有了振动信号。该信号经由静触头或者变压器油传送到接线端子，再通过变压器油到变压器油箱。不难看出，在线检测有载调压开关接线端子或者变压器油箱表面的振动信号，就可以探测有载调压开关的状况。振动法检测技术是一种状态检测有载调压开关的适用技术，在状态检测有载调压开关方面具有极大的潜力。

2)驱动电机电流检测原理：驱动电机操动机构，是有载调压分接开关变换操作的位置控制和传动装置，借助水平传动轴、伞形齿轮盒和垂直传动轴与分接开关连接在一起，是有载调压开关其它机构动作的动力源。有载调压开关切换过程中，如果储能弹簧性能发生改变或储能过程中存在机构卡塞等现象，必然伴随着电机驱动力矩的变化，从而使得驱动电机的转速发生变化。通过电流传感器检测驱动电机电流，实时跟踪驱动电机旋转性能变化，判断操动机构的机械运行状态。

2 检测系统功能设计

设计一种具有信号过滤、模拟数据转换、信号特征提取等功能的有载调压开关故障诊断系统，用来分析处理振动声学信号和驱动电机电流信号，通过数据分析，及时发现有载调压开关异常带来的安全隐患，有效避免或减少由于有载调压开关异常导致变压器故障的发生。系统总体设计结构如下图所示。

第一部分为传感技术部分。设计专门用于采集有载调压开关动作过程产生的机械振动信号和驱动电机电流传感器。振动传感器选用集成了电荷放大器的压电式加速度传感器，可将振动加速度信号转换为成正比的电压信号。而驱动电机电流传感器通过耦合线圈将电流信号转换成电压信号，直接将电流信号感应到检测系统中。

第二部分为数据采集部分。利用系统电路设计对所采集的信号进行处理，保证信号的有效性和可靠性；由信号适配器输出的电压模拟信号经过A/D转换器实现各测量通道的同步实时采样，确保了信号分析计算的精度。同时将转换为数字信号送入便携式计算机进行数据处理。

第三部分为数据处理和数据分析部分。应用高速传感器调理器处理采集的源信号。通过调理器的处理使得用于分析的信号更加符合有载调压开关动作过程产生的真实信号，有利于故障分析的可靠性。同时数据分析软件采用有效算法提取有价值的状态特征量，综合比较各种传感器信息，把多个传感器冗余或者互补信息依据某种准则组合，以获得对被监测对象的一致解释。

图1 系统总体设计结构

检测系统功能应达到以下基本要求：

1)适用于所有类型的有载调压开关故障诊断。

2)可在变压器运行或停电情况下检测变压器有载调压开关的运行状况。

3)可实时同步进行机械振动和驱动电机电流信号分析。

4)能将复杂的信号转换成易于特征识别的包络曲线。

5)软件可对不同状态测试图谱进行对比趋势分析。

3 现场测试分析

使用检测设备对220 kV某变电站#1主变压器的有载调压开关进行动作情况测试，取15升16档的切换过程为例，进行各个图谱分析。

3.1 电流与振动信号原始数据比较

当有载调压开关动作后，驱动电机产生制动电流，经过一段时间后降到零。原始数据主要作用为重复生成用于分析的包络曲线。

3.2 包络分析

有载调压开关在动作过程中驱动电机电流包络波形符合正常情况。而高频机械振动信号包络波形在整个时间段都存在有规律的包络小波动，选择高频其中三个包络小波动将其横向和纵向放大，得图谱。可看出，三个波动包络图形很相似且有规律，包络小波动幅值在0.45 g左右，时间间隔相距320 ms左右。因此可判断有载调压开关传动机构在动作过程存在轻微的润滑不足，但从图中可知包络小波动幅值较小，暂时不影响有载调压开关正常动作。

3.3 高低频分析

高低频分量各个脉冲明显且叠加重合度很好，符合有载调压开关正常动作情况。

3.4 奇偶档位分析

高、低频包络信号在时域上基本对称，符合有载调压开关正常动作过程。

3.5 能量分析

能量谱可以看出能量主要集中在低频段，高频能量所占比例较少，符合正常动作情况。因此本次测量的能量谱未见明显故障特征。

3.6 小结

从以上分析可判断，有载调压开关动作过程基本正常，但也存在以下情况：

从包络分析可知，高频振动包络曲线在整个动作过程存在相似且有规律的包络小波动。因此可判断有载调压开关传动机构在动作过程存在轻微的润滑不足，包络小波动幅值较小，暂时不影响有载调压开关正常动作。建议可在下一次复测时，复测数据与此次数据进行比较，关注包络小波动幅值是否有较大变化。若包络小波动变化不大，则按正常检测周期持续关注此有载调压开关；若包络小波动幅值上升较大，则应在有机会停电时进行传动机构检修。

4 结束语

有载调压开关动作时产生的振动信号和驱动电机电流信号与有载调压开关机械状态密切相关，包含着丰富的机械信息，本文利用检测设备现场采集有载调压开关操作振动信号和驱动电机电流信号分析判断有载调压开关操作状态。通过分析，证明此种检测方法方便、简单，并且检测设备不与电力系统有电气连接，不影响有载调压变压器运行，是目前一种较为有效、简单易行的有载调压开关状态检测和故障诊断方法。

[1] 陈敢峰，姚集新.变压器分接开关实用技术[M].中国水利水电出版社，2002.

[2] 吴昊，刘庆时，刘卫东.调压变压器有载分接开关机械性能的在线检测 [J].高压电器，2003，39 (3)：18-20.

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[4] Thorsen O V，Dalva M.Methods of Condition Monitoring and Fault Diagnosis for Induction Motors[J]. ETEP，1998，8(5).

[5] 幸晋渝，刘念，郝江涛，等.电力设备状态监测技术的研究现状及发展 [J].继电器，2005，33 (1).

Analysis on Vibration Method and Current Test Method for OLTC State Detection

LUO Chuansheng，HU Wei，ZHOU Hongli，QIN Jiwu
(Nanning Power Bureau，China Southern Power Grid，Nanning，Guangxi 530031)

Firstly，this paper introduces OLTC state detection background.Subsequently the advantage of vibration method combined with current test method for analyzing OLTC state is briefly illustrated.Then the principle of vibration method，current testing method，and the equipment design are introduced.Finally，through field testing and analysis of OLTC mechanical vibration and current signals，it shows that the vibration analysis method combined with the current test method is effective for OLTC state judging.

on-load tap-changer；vibration method；current test method；state detection

TM403.4

B

1006-7345(2014)06-0068-03

2014-05-06

罗传胜 (1975)，男，广西电网公司南宁供电局，高级工程师，主要从事变电一次设备管理及绝缘、化学等技术监督管理工作。

胡炜 (1978)，男，广西电网公司南宁供电局，主要从事电气绝缘、化学等试验工作。

周洪立 (1987)，男，广西电网公司南宁供电局，主要从事电气绝缘、化学等试验工作。