基于振动原理的有载分接开关状态在线监测

基于振动原理的有载分接开关状态在线监测

作者：张庆富 刘安宏 杨义 郭镭 来源：《建筑建材装饰》2014年第18期

摘要：有载调压变压器是电力系统变电站中非常重要的输配电设备，它通过有载调压分接开关的逐级动作，实现对高压输配电电网的有载调压，使工业供电和居民供电的系统电压保持稳定。有载调压变压器在电力系统中发挥了联络电网、调节有功与无功潮流以及稳定负荷中心电压的重要作用，在电网中得到了愈加广泛的应用，通常在高压输电变压器上和重要负载的配电变压器上均施行有载调压。而有载分接开关的运行工况直接关系到有载调压变压器的运行安全。随着有载调压变压器在电网应用的增多，有载分接开关的故障也在增加。针对有载分接开关的运行维修技术，目前国内外仍主要采用离线的定期维修方式，比较完善的在线监测和诊断系统在生产实际中的应用还非常少见，且很不成熟。定期检修存在工作量大，效率低和测量精度不高等缺点。

关键词：振动检测；分接开关；应用研究 前言

有载分接开关是有载调压变压器中唯一的可动部件，也是关键部件之一。依靠有载分接开关准确及时的动作，不仅可减少和避免电压的大幅度波动，而且可以强制分配负荷潮流，挖掘设备无功和有功出力，保证电力系统安全可靠运行，增加电网调度的灵活性。作为变压器中唯一可进行机械动作的部件，有载分接开关的一次操作包含了一系列的动作事件，这些事件中，触头的碰撞，摩擦等都伴随有机械振动信号的产生。一般，这些振动信号可以使用体外传感的方式进行测试。当有载分接开关存在一些故障隐患时，由于触头动作而引起有载分接开关表面的振动信号与正常状态时相比会有所不同，因此测录这些动作过程的振动波形，并对其进行分析，与正常信号相比，就能有效地反映出有载分接开关的运行工况。 1项目研究内容的理论或者实践依据

有载分接开关是能在变压器励磁或负载状态下进行操作，用于调换绕组分接连接位置的一种装置。有载分接开关不仅能稳定负载中心电压，而且也是联络电网、调整负载潮流和改善无功分配的重要设备。目前，有载分接开关通常根据系统计划进行检修。但是，系统性维护并不能阻止两次校正期间出现故障，据现有统计结果表明：45%的强迫停运均因有载分接开关引起。

有载分接开关的状态检修有很多优点，可采用多种工具，如在线监控设备或移动式诊断设备，在非侵入式检测下对分接开关进行评估。使用诊断方法对有载分接开关进行系统性检查可

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减少两个预定校正期间故障的发生率。采用最佳维护策略对有载分接开关进行振动声测试的过程如图1所示：

首先设定需维护装置的参数、通过前后对比测试对维护或修理工作进行控制、确定故障起因、检测早期故障信号等。

研究发现，该方法在现场能检测出多种不同故障，比如，触头磨损、异常电弧、焦化、零部件松动及变形、驱动机构卡涩、三项驱动不平衡及制动失效等。振动诊断方法被认为是一种最有潜力的应用工具，该工具有助于实现最佳预防性维护。 2检测原理 2.1振动法检测

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。

电流的热效应和有载调压开关的频繁切换可以导致接触不良；频繁调压很有可能烧蚀触头。可能的机械故障等都会影响动、静触头接触分离时的脉冲冲击力，由触头动作引起的振动信号和正常态相比，一定有所不同，因此记录并且比较动作过程中的包络信号，通过脉冲数的变化可以判断有载调压开关的状态。 2.2有载调压开关驱动电动机性能的诊断

电动机操动机构是有载调压开关变换操作的位置控制和传动装置。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，必然伴随着电动机驱动力矩的变化，从而使得驱动电动机的转速发生变化。通过检测电动机驱动电流，可以实时跟踪驱动电动机旋转性能变化，达到判断操动机构机械运行状态的目的。 3检测系统组成

整个检测系统包括信号传感单元、信号采集单元、便携式计算机。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，将振动加速度信号转换为成正比的电压信号，电流夹钳则直接将电流信号感应到系统中。所获得的振动信号及驱动电机电流信号经过硬件方面的数据处理后通过USB存储到计算机中。为了有效地比较三相分体变压器有载调压开关在动作过程中产生的振动信号。需将螺母分别固定在三个上有载调压开关的主体的外壁上，即可同时提取三

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相OLTC动作时各接线端子上的振动信号。由信号适配器输出的电压模拟信号经过A/D采集卡转换为数字信号。并送人便携式计算机进行数据处理。检测系统示意图详见图2所示。 OLTC切换过程中的典型事件是开关触头碰撞。开关触头碰撞产生的振动信号。不仅标志着触头的分合，还包含着三相触头是否同期、触头表面是否平整以及切换是否到位等信息。OLTC操作还会产生弹簧储能。

整个系统同时检测两种信号：一种是通过加速度传感器检测有载调压开关动作时的振动信号；另一种是通过电流夹钳检测驱动电机的电流信号。对于两种信号的检测可以发现多种有载调压开关的机械故障。 4结语

分接开关的数据采集与异常状态监测方法。有载分接开关振动信号中含有很多瞬变信号，属于非平稳信号，如何确定传感器频响范围和采集器的采集频率，采用适宜的瞬态信号分析方法，分别提取分接开关正常和异常时的特征，确定分接开关振动监测信号的处理方法，非常重要。

参考文献：

[1]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（03）

[2]张德明.有载分接开关国内现状及其发展动向[J].变压器，2000（01）

[3]咸日常.变压器有载分接开关常见故障的综合判断与现场处理[J].高压电器，2002（05）