本發(fā)明涉及的是一種變壓器有載分接開關(guān)切換觸頭燒損故障診斷的方法及裝置，屬于電氣控制工程領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：隨著電力工業(yè)的發(fā)展，電力設(shè)備容量和電網(wǎng)的規(guī)模不斷擴(kuò)大，為了降低電力設(shè)備故障引發(fā)的巨大經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響，提高電能質(zhì)量，保證電力設(shè)備和系統(tǒng)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行，基于在線監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)的狀態(tài)維修策略將成為未來發(fā)展的必然趨勢(shì)。有載調(diào)壓變壓器是電力系統(tǒng)中非常重要的輸變電設(shè)備，它不僅能穩(wěn)定負(fù)荷中心電壓，而且也是聯(lián)絡(luò)電網(wǎng)、調(diào)整負(fù)載潮流、改善無功分配等不可缺少的重要設(shè)備，在電網(wǎng)中得到了廣泛的應(yīng)用。目前我國(guó)大量的電力變壓器安裝了有載分接開關(guān)(On-LoadTapChanger，OLTC)，其功能是在帶負(fù)載狀態(tài)下完成變壓器調(diào)壓。有載分接開關(guān)的運(yùn)行狀態(tài)直接影響到電力變壓器的運(yùn)行、電力系統(tǒng)的調(diào)節(jié)以及電能質(zhì)量的高低。據(jù)統(tǒng)計(jì)，有載分接開關(guān)故障是電力變壓器的最主要故障之一，故障率僅次于繞組故障。而隨著有載調(diào)壓變壓器在電網(wǎng)中應(yīng)用的增多以及單臺(tái)分接開關(guān)日均調(diào)壓次數(shù)的增加，有載分接開關(guān)的故障有增加的趨勢(shì)。開展分接開關(guān)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)分接開關(guān)異常，對(duì)電力系統(tǒng)安全運(yùn)行意義重大，并具有良好的應(yīng)用前景。觸頭燒損是電力變壓器分接開關(guān)最主要故障之一。分接開關(guān)切換過程中雖然通過過渡電阻等措施限制切換電流，但切換過程中其電流變化仍非常大，產(chǎn)生電弧。在反復(fù)切換時(shí)沖擊電流的作用下，很容易引起切換觸頭不同程度燒損。觸頭燒損故障后，如不及時(shí)診斷，因切換觸頭接觸面積減小，接觸電阻增加，切換過程產(chǎn)生的電弧及發(fā)熱將增加，使切換觸頭進(jìn)一步燒損。如不及時(shí)處理，將可能使分接開關(guān)觸頭燒毀，使整個(gè)開關(guān)及變壓器無法工作。另外，觸頭燒損后，切換觸頭接觸不良，引起切換觸頭接觸電阻增加，也使觸頭發(fā)熱增加，加速切換觸頭燒毀。目前對(duì)分接開關(guān)的故障還沒有理想的診斷方法，研究中的方法主要有基于油中氣體分析的方法(如三比值法)、基于振動(dòng)的監(jiān)測(cè)與分析方法、基于熱噪聲的診斷方法等。但由于分接開關(guān)正常運(yùn)行狀態(tài)下，因觸點(diǎn)的分合動(dòng)作，油中也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的氣體，因此，基于油中氣體的分析方法對(duì)分接開關(guān)切換觸頭早期故障診斷非常困難；基于熱噪聲的診斷是由于變壓器分接開關(guān)故障后發(fā)熱產(chǎn)生的熱噪聲傳播到變壓器外面，通過在變壓器外殼上安裝噪聲傳感器檢測(cè)來進(jìn)行分接開關(guān)故障診斷，這一方面是基于分接開關(guān)觸點(diǎn)有明顯故障并且已產(chǎn)生嚴(yán)重發(fā)熱(輕微熱量不會(huì)產(chǎn)生明顯的熱噪聲)，另一方面熱噪聲傳播到變壓器外部，信號(hào)的能量損耗大，加上各種干擾，工程上很難實(shí)現(xiàn)(變壓器運(yùn)行環(huán)境各種噪聲很多，特別是電磁噪聲、背景噪聲很大，遠(yuǎn)大于因觸頭故障過熱引起的傳到變壓器油箱外面的信號(hào)的能量)；由于分接開關(guān)切換過程中引起振動(dòng)的因素很多，特別是分接開關(guān)的槍機(jī)動(dòng)作時(shí)的振動(dòng)很大，給振動(dòng)分析帶來困難，因此基于振動(dòng)的分接開關(guān)故障診斷的關(guān)鍵是在被監(jiān)測(cè)信號(hào)中發(fā)現(xiàn)能反映分接開關(guān)故障的特征信號(hào)，另外，監(jiān)測(cè)方法和監(jiān)測(cè)后信號(hào)分析方法也影響分接開關(guān)的故障診斷的準(zhǔn)確性。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明提出的是一種變壓器有載分接開關(guān)切換觸頭燒損故障診斷方法及裝置。目的旨在針對(duì)OLTC切換觸頭燒損故障診斷中存在的上述問題，根據(jù)OLTC運(yùn)行特點(diǎn)，并結(jié)合它正常和故障時(shí)不同的振動(dòng)特性，經(jīng)過理論分析與實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了能反映分接開關(guān)切換觸頭燒損故障的特征量：即取切換過程中振動(dòng)信號(hào)的有效部分，經(jīng)過適當(dāng)處理，計(jì)算其能量大小，發(fā)現(xiàn)分接開關(guān)切換觸頭燒損故障后，該能量明顯增加。根據(jù)這一特征，采取相應(yīng)的監(jiān)測(cè)與信號(hào)分析方法，根據(jù)被測(cè)信號(hào)中是否含有這一特征，診斷分接開關(guān)是否存在觸頭燒損故障，實(shí)現(xiàn)分接開關(guān)觸頭燒損故障的監(jiān)測(cè)與診斷。本發(fā)明的技術(shù)解決方案：變壓器有載分接開關(guān)切換觸頭燒損故障診斷的方法，其特征是該方法包括如下工藝步驟：一、對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行采樣(采樣頻率50kHz左右比較合適，下面以50kHz為例進(jìn)行說明)。二、先確定振動(dòng)能量較大的區(qū)域：因分接開關(guān)一次切換時(shí)間較長(zhǎng)(數(shù)秒鐘)，而真正切換觸頭的切換振動(dòng)過程時(shí)間很短，主要能量信號(hào)在100ms之內(nèi)，所以先通過信號(hào)能量大小比較，找到分接開關(guān)切換觸頭切換動(dòng)作的時(shí)間區(qū)間，圖3中AG區(qū)間；三、從切換時(shí)間段中找能量大的中心點(diǎn)：為抑制干擾，每5個(gè)或7個(gè)點(diǎn)為一組，按能量計(jì)算公式(1)計(jì)算，取最大值的一組，其中心點(diǎn)視為整個(gè)信號(hào)的能量最大值點(diǎn)；能量計(jì)算公式E=ΔtΣk=1nf2(k)---(1)]]>式中的E表示能量，Δt為采樣周期，f(k)為振動(dòng)信號(hào)第k點(diǎn)的采樣值，n為一次計(jì)算點(diǎn)數(shù)。四、避開有可能影響分析的區(qū)域設(shè)CE：從時(shí)域信號(hào)能量最大值中心點(diǎn)設(shè)D點(diǎn)，向前后各跳過約2ms(對(duì)50kHz采樣頻率，約100點(diǎn))，得到影響分析的區(qū)域的C、E兩點(diǎn)；五、取待分析的信號(hào)：從影響分析的區(qū)域起點(diǎn)C向前取約41ms(對(duì)50kHz采樣頻率，取2048點(diǎn))，為BC段；從E點(diǎn)向后取約41ms(對(duì)50kHz采樣頻率，取2048點(diǎn))，為EF段，將BC間的信號(hào)與EF間的信號(hào)合起來，得到待分析的信號(hào)：將上述信號(hào)根據(jù)能量計(jì)算公式(1)計(jì)算其能量；六、與正常狀態(tài)比較，若各檔切換的總能量均增加，分接開關(guān)切換時(shí)的振動(dòng)能量發(fā)生了變化，有載分接開關(guān)切換觸頭存在燒損故障。變壓器有載分接開關(guān)切換觸頭燒損故障診斷裝置，其特征是變壓器分接開關(guān)與傳感器的信號(hào)輸入端相接，傳感器的信號(hào)輸出端與信號(hào)調(diào)理器的信號(hào)輸入端相接，信號(hào)調(diào)理器的信號(hào)輸出端與采集儀的信號(hào)輸入端相接，采集儀的信號(hào)輸出端與微機(jī)(工控機(jī))的信號(hào)輸入端相接。如果振動(dòng)傳感器中包括電荷放大器，且輸出為大小合適的電壓信號(hào)，則傳感器輸出可直接與采集儀輸入端相連。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：1.所發(fā)現(xiàn)的故障特征量能準(zhǔn)確反映分接開關(guān)切換觸頭燒損故障，特征明顯，重復(fù)性好，經(jīng)大量實(shí)驗(yàn)證實(shí)，對(duì)同一類型的分接開關(guān)具有很好的普遍性。2.基于切換過程振動(dòng)信號(hào)能量增大的有載分接開關(guān)觸頭燒損故障診斷技術(shù)工程實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，傳感器安裝方便。3.采用工控機(jī)進(jìn)行檢測(cè)、處理與診斷，性能可靠，軟件實(shí)現(xiàn)方便，人機(jī)界面友好，診斷結(jié)論直觀。附圖說明圖1為故障診斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖圖2為診斷系統(tǒng)的試驗(yàn)框圖圖3為時(shí)域信號(hào)取值示意圖圖4為分接開關(guān)正常狀態(tài)與切換觸頭燒損故障狀態(tài)下各檔切換時(shí)(從低檔向高檔切換)，振動(dòng)信號(hào)的能量大小示意圖(每組左邊對(duì)應(yīng)正常狀態(tài)，右邊對(duì)應(yīng)故障狀態(tài))圖5為分接開關(guān)正常狀態(tài)與切換觸頭燒損故障狀態(tài)下各檔切換時(shí)(從高檔向低檔切換)，相關(guān)振動(dòng)信號(hào)的能量大小示意圖(每組左邊對(duì)應(yīng)正常狀態(tài)，右邊對(duì)應(yīng)故障狀態(tài))圖1中的1是變壓器分接開關(guān)，2是傳感器，3是信號(hào)調(diào)理器(信號(hào)調(diào)理電路)，4是采集儀，5是微機(jī)(工控機(jī))具體實(shí)施方式對(duì)照附圖1，其結(jié)構(gòu)是在變壓器分接開關(guān)1上安裝振動(dòng)傳感器2，使用信號(hào)調(diào)理器(信號(hào)調(diào)理電路)3將振動(dòng)傳感器輸出的信號(hào)進(jìn)行變換、放大，通過采集儀4采集，送微機(jī)(工控機(jī))5進(jìn)行分析處理與診斷。它們間的連接關(guān)系：變壓器分接開關(guān)1與傳感器2的輸入端相接，傳感器2的輸出端與信號(hào)調(diào)理器(信號(hào)調(diào)理電路)3的輸入端相接，信號(hào)調(diào)理器(信號(hào)調(diào)理電路)3的輸出端與采集儀4的輸入端相接，采集儀4的輸出端與微機(jī)(工控機(jī))5相連。如果振動(dòng)傳感器中包括電荷放大器，且輸出為大小合適的電壓信號(hào)，則傳感器輸出直接與采集儀輸入端相連。從監(jiān)測(cè)方便性考慮，振動(dòng)傳感器(采用現(xiàn)有技術(shù))安裝在分接開關(guān)的頂端，主要監(jiān)測(cè)分接開關(guān)垂直方向的振動(dòng)信號(hào)。在分接開關(guān)切換時(shí)，監(jiān)測(cè)其振動(dòng)信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過信號(hào)調(diào)理器(采用現(xiàn)有技術(shù))轉(zhuǎn)換，采集儀(DastarNET數(shù)據(jù)采集儀)采集后，通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析、處理，并進(jìn)行故障診斷。實(shí)施例為了驗(yàn)證本發(fā)明的可行性，進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)用國(guó)內(nèi)應(yīng)用極其廣泛的M型有載分接開關(guān)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分接開關(guān)型號(hào)為CMIII-500-63B-10193W(為國(guó)內(nèi)最大的有載分接開關(guān)生產(chǎn)企業(yè)上海華明電氣設(shè)備有限公司生產(chǎn))。該開關(guān)的基本參數(shù)見表1。表1實(shí)驗(yàn)分接開關(guān)基本參數(shù)表最大額定通過電流(A)500相數(shù)和連接方式三相Y接最大級(jí)電壓(V)3300工作位置數(shù)19額度電壓等級(jí)(kV)63絕緣等級(jí)B額定級(jí)容量(kVA)1400實(shí)驗(yàn)裝置還包括加速度振動(dòng)傳感器，尼高數(shù)據(jù)采集儀、微機(jī)等。加速度振動(dòng)傳感器直接安裝在分接開關(guān)頂端，尼高公司的DastarNET數(shù)據(jù)采集儀用于信號(hào)的采集與記錄，個(gè)人電腦則進(jìn)行數(shù)據(jù)存貯、數(shù)據(jù)處理和故障診斷。并且在個(gè)人電腦上顯示出結(jié)果，振動(dòng)信號(hào)的采樣頻率為50kHz。按下面方法從振動(dòng)信號(hào)中取更有利于反映切換觸頭燒損故障部分進(jìn)行計(jì)算：1.先確定能量較大的區(qū)域：因分接開關(guān)一次切換時(shí)間較長(zhǎng)(數(shù)秒鐘)，而真正切換觸頭沖擊振動(dòng)過程很短(主要能量信號(hào)約在100ms之內(nèi))，所以先通過信號(hào)比較，找到分接開關(guān)切換觸頭切換動(dòng)作的時(shí)間區(qū)間。比較方法：為抑制干擾，取每3個(gè)點(diǎn)或5個(gè)點(diǎn)為一組，按式(1)計(jì)算，取從能量明顯增加到能量明顯減小的區(qū)間(圖3中A、G兩點(diǎn)之間)。能量計(jì)算公式E=ΔtΣk=1nf2(k)---(1)]]>2.從切換時(shí)間段中找振動(dòng)信號(hào)能量最大的中心點(diǎn)：為抑制干擾，取每5個(gè)點(diǎn)或7個(gè)點(diǎn)為一組(每次向后順移一點(diǎn))，按式(1)計(jì)算，取最大值的一組，其中心點(diǎn)視為整個(gè)信號(hào)的能量最大值點(diǎn)(圖3中的D點(diǎn))；3.避開有可能影響分析的區(qū)域CE：從時(shí)域信號(hào)能量最大值中心點(diǎn)D向前后各跳過100采樣點(diǎn)(約2ms)，得到C、E兩點(diǎn)；4.取待分析的信號(hào)：從C點(diǎn)向前取2048個(gè)采樣點(diǎn)(約41ms)(BC段)，從E點(diǎn)向后取2048個(gè)點(diǎn)(約41ms)(EF段)，將BC間的信號(hào)與EF間的信號(hào)合起來，作為待分析的信號(hào)。將上述信號(hào)根據(jù)式(1)計(jì)算其能量。附圖4為從低檔向高檔切換時(shí)，分接開關(guān)正常狀態(tài)與切換觸頭燒損故障狀態(tài)下各檔切換過程中能量大小示意圖。圖4中每檔左邊對(duì)應(yīng)正常狀態(tài)，右邊對(duì)應(yīng)故障狀態(tài)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3