专利名称：电力变压器有载分接开关触头脱落故障诊断方法
技术领域：
本发明涉及一种分接开关故障诊断方法，尤其涉及一种电力变压器有载分接开关切换触头脱落故障诊断方法，属于电气控制工程中的分接开关故障诊断领域。
背景技术：
随着电力工业的发展，电力设备容量和电网的规模不断扩大，为了降低电力设备故障引发的巨大经济损失和社会影响，提高电能质量，保证电力设备和系统安全、可靠、经济、稳定、优质的运行，基于在线监测与故障诊断技术的状态维修策略将成为未来发展的必然趋势。有载调压变压器是电力系统中非常重要的输配电设备，它不仅能稳定负荷中心电压，而且也是联络电网、调整负载潮流、改善无功分配等不可缺少的重要设备，在电网中得到了广泛的应用。
目前绝大部分110kV及以上的变压器都安装了有载分接开关，其功能是在带负载状态下
完成变压器调压。有载分接开关的运行状态直接影响到电力变压器的运行、电力系统的调节以及电能质量的高低。据统计，有载分接开关故障是电力变压器的最主要故障之一，故障率仅次于绕组故障。而随着有载调压变压器在电网中应用的增多以及单台分接开关日均调压次数的增加，有载分接开关的故障率有增加趋势。开展分接开关运行的状态监测和故障诊断，及时发现分接开关异常，对电力系统安全运行意义重大，并具有良好的应用前景。
总的来说，目前对分接开关的故障诊断还没有理想的方法，研究中的方法主要有基于油中气体分析的方法(如三比值法)、基于振动的监测与分析方法、基于热噪声的诊断方法等。由于分接开关正常运行状态下，因触点的分合动作，油中也会产生相应的气体，因此，基于
油中气体的分析方法目前实现困难；基于热噪声的诊断是由于变压器分接开关故障后发热产生的热噪声传播到变压器外面，通过在变压器外壳上安装噪声传感器检测来进行分接开关故障诊断，这一方面是基于分接开关触点有明显故障并且已产生严重发热(轻微热量不会产生明显的热噪声)，另一方面热噪声传播到变压器外部，能量很小，加上各种干扰，工程上很难实现(变压器运行环境各种噪声很多，特别是电磁噪声、背景噪声很大，远大于因触头故障
过热引起的传到变压器油箱外面的信号的能量)；由于分接开关切换过程中引起振动的因素很多，特别是分接开关的枪机动作时的振动很大，给振动分析带来困难，因此基于振动的分接开关故障诊断的关键是发现监测信号中能反映故障的特征信号，另外，监测方法和监测后信号分析方法也影响分接开关的故障诊断的准确性。
发明内容
本发明针对背景技术中分接开关故障诊断技术存在的缺陷而提出一种实现容易、诊断准确的电力变压器有载分接开关触头脱落故障诊断方法。
本发明的电力变压器有载分接开关触头脱落故障诊断方法，包括如下步骤
(1) 确定采样频率和采样时间，采样时间为分接开关一档进行一次完整切换的时间；
(2) 根据分接开关驱动电机的动作信号启动采样；
(3) 在采样一档完整切换过程的数据中，通过振动幅值的大小，截取分接开关切换触头动作过程的振动信号；
(4) 在切换触头动作过程的振动信号中，找出幅值最大值的点；
(5) 在监测信号中取反映分接开关切换触头脱落故障的部分进行频谱分析从步骤(4)中的幅值最大值的点向后延时3~5ms后取信号进行分析，得到振动的频域信号；(6) 在频域信号的4000Hz 7000Hz区间内确定信号幅值的最大值及其频率，并与正常状态的样本进行对比；
(7) 当步骤(6)中确定的幅值最大值谱线的中心频率较正常状态减小，且该组谱线的幅值较正常状态增加20°/。以上时，则说明分接开关有触头脱落故障存在。
本发明的有益效果是1、所发现的故障特征量能准确反映分接开关切换触头脱落故障，特征明显，重复性好，对同一类型的分接开关具有普遍性；2、工程实现简单，传感器安装方便；3、采用工控机进行检测、处理与诊断，性能可靠，软件实现方便，诊断结论直观。
图1是实现本发明方法的诊断系统结构框图。图2是本发明的方法流程图。
图3 (a)和(b)是实施例一的分接开关正常状态下切换动作振动信号的时域波形与频域波形图。
图4 (a)和(b)是实施例一的分接开关切换触头脱落故障状态下切换动作振动信号的时域波形与频域波形图。
图5是实施例二的分接开关正常状态下切换动作振动信号的频域波形图。
图6是实施例二的分接开关切换触头脱落故障状态下切换动作振动信号的频域波形图。
具体实施例方式
(一) 系统连接
如图1所示，实现本发明方法的诊断系统结构包括振动加速度传感器、数据采集仪和计算机，振动加速度传感器的输入端连接变压器分接开关，其输出端连接数据采集仪的输入端，数据采集仪的输出端连接计算机。
(二) 振动加速度传感器的安装
虽然振动信号可以从空间坐标轴X、 Y、 Z三个方向进行监测，但从监测方便性考虑，振
动加速度传感器安装在分接开关的顶盖上，在分接开关切换时主要监测分接开关垂直方向的振动信号。
(三) 实施例实验
为了验证本发明的可行性，进行如下实验。实验采集仪采用尼高数据采集仪，分接开关
采用上海华明电气设备有限公司生产的型号为CMIII-500-63B-10193W的分接开关，其为国内应用最广泛的M型有载分接开关。该分接开关的基本参数如表1所示
表1实验用分接开关基本参数表
最大额定通过电流(A)500相数和连接方式三相Y接
最大级电压(v)3300工作位置数19
额度电压等级(kV)63绝缘等级B
额定级容量(kVA)1400
尼高数据采集仪配有电荷放大器，用于采集和记录振动加速度传感器检测到的振动信号，计算机则对采集仪输出的信号数据进行数据存储、数据处理和故障诊断，并且显示出诊断结果。
根据如图2所示的方法流程，本发明的具体实施方法步骤如下
(1) 确定采样频率和采样时间采样频率取50kHz，采样时间为分接开关一档进行一次完整切换的时间；
(2) 根据分接开关驱动电机的动作信号启动采样；
4(3) 在采样一档完整切换过程的数据中，通过振动幅值的大小，截取分接开关切换触头动作 过程的振动信号；
(4) 在切换触头动作过程的振动信号(时域)中，找出幅值最大值的点，方法为为提高抗 干扰性，采用均值法滤波，即用连续的5个或7个点信号的平均值进行幅值比较，每次向后 移一点，均值最大的一组作为幅值最大区域，并取该组中的中点作为振动信号幅值最大值的 点；
(5) 对监测信号中反映分接开关切换触头脱落故障的部分进行频谱分析从步骤(4)中的 幅值最大值的点向后延时200个点(约4ms)后取4096个点(约80ms)的信号进行分析，得 到振动的频域信号；
(6) 在频域信号的4000Hz 7000Hz区间内确定信号幅值的最大值及其频率，方法为为提高 可靠性，采用均值法滤波，用连续3根或5根谱线的幅值平均值进行比较，每次向后移一根 谱线，以连续3根或5根谱线幅值均值最大的一组的中心频率作为所求特征频率，然后与正 常状态的样本进行对比；
(7) 当步骤(6)中确定的幅值最大值谱线的中心频率较正常状态减小，且该组谱线的幅值 较正常状态增加20%以上时，则说明分接开关有触头脱落故障存在。
(四)应用实例验证
应用上述方法对分接开关(CMIII-500-63B-10193W)进行实验，比较图3 (a)和(b) 所示实验中正常状态及图4 (a)和(b)所示实验中切换触头脱落故障状态下分接开关切换 动作时振动信号的时域波形和频域波形可以发现正常时，振动信号中4000 7000Hz区间内 最大幅值信号的频率约为5. 8kHz，该部分信号的最大幅值约为0. 0165 (纵坐标为经振动传感 器等变换后，在数据采集仪中得到的信号相对幅值，下同)；故障时，振动信号中4000 7000Hz 区间内最大幅值信号的频率约为4.85kHz，该部分信号的最大幅值约为0.033，该部分信号最 大幅值故障时比正常时约大1倍。
分接开关在不同的档位，上述频谱图中的特征频率及其幅值有一定的差异。图3、图4 是该分接开关第5档向第6档切换时的情况，图5、图6是该分接开关第7档向第8档切换 时的情况(频域波形图)。在图5与图6中可以看到，正常时，振动信号4000~7000Hz区间内 信号的最大幅值约为0.0175，最大幅值信号的频率也出现在5.8kHz左右；故障时，振动信 号4000~7000Hz区间内最大幅值信号的频率也出现在4. 85kHz左右，该部分信号的最大幅值 约为0.0415，该部分信号最大幅值故障时比正常时约大1倍。虽然两者数值不严格相同(作 为机械开关切换振动， 一般情况也不可能完全相同)，但规律是一样的。
在理论分析的基础上进行大量实测试验之后发现，上述特征具有很好的重复性和规律性， 验证了这一特征可以用于分接开关触头脱落故障诊断。
权利要求
1、一种电力变压器有载分接开关触头脱落故障诊断方法，其特征在于包括如下步骤(1)确定采样频率和采样时间，采样时间为分接开关一档进行一次完整切换的时间；(2)根据分接开关驱动电机的动作信号启动采样；(3)在采样一档完整切换过程的数据中，通过振动幅值的大小，截取分接开关切换触头动作过程的振动信号；(4)在切换触头动作过程的振动信号中，找出幅值最大值的点；(5)在监测信号中取反映分接开关切换触头脱落故障的部分进行频谱分析从步骤(4)中的幅值最大值的点向后延时3～5ms后取信号进行分析，得到振动的频域信号；(6)在频域信号的4000Hz～7000Hz区间内确定信号幅值的最大值及其频率，并与正常状态的样本进行对比；(7)当步骤(6)中确定的幅值最大值谱线的中心频率较正常状态减小，且该组谱线的幅值较正常状态增加20％以上时，则说明分接开关有触头脱落故障存在。
2、 根据权利要求1所述的电力变压器有载分接开关触头脱落故障诊断方法，其特征在于: 所述步骤(4)中找出幅值最大值的点的方法为用连续的5个或7个点信号的平均值进行幅 值比较，每次向后移一点，均值最大的一组作为幅值最大区域，并取该组中的中点作为振动 信号幅值最大值的点。
3、 根据权利要求1所述的电力变压器有载分接开关触头脱落故障诊断方法，其特征在于 所述步骤(6)中确定信号幅值最大值频率的方法为用连续3根或5根谱线的幅值平均值进 行比较，每次向后移一根谱线，以连续3根或5根谱线幅值均值最大的一组的中心频率作为 所求特征频率。
全文摘要
本发明公开了一种电力变压器有载分接开关触头脱落故障诊断方法，属于分接开关故障诊断领域。该方法根据分接开关的运行特点，结合其正常状态和故障时不同的振动特性，利用安装在分接开关顶部的振动传感器监测振动信号，并对反映分接开关触头脱落故障的信号部分进行频谱分析，在得到的频域信号的4000～7000Hz区间内确定信号幅值的最大值及其频率并与正常状态的样本进行对比，根据被测信号中是否含有触头脱落故障的特征信号来诊断是否存在触头脱落故障。本发明所发现的故障特征量能准确反映分接开关触头脱落故障，特征明显，重复性好，对同类型分接开关具有普遍性，且工程实现简单，诊断直观。
文档编号G01R31/327GK101661080SQ20091018354
公开日2010年3月3日 申请日期2009年9月23日 优先权日2009年9月23日
发明者宁 姜, 王付宗, 王春宁, 林 陆, 琳 陈, 平 鞠, 韩敬东, 马宏忠 申请人:河海大学