振动法在变压器有载调压开关检测中的应用

钱峰，高继鸣，何肖军

（1.上海市电力公司，上海200122；2.厦门红相电力设备股份有限公司，福建厦门361001）

振动法在变压器有载调压开关检测中的应用

钱峰1，高继鸣1，何肖军2

（1.上海市电力公司，上海200122；2.厦门红相电力设备股份有限公司，福建厦门361001）

介绍了有载调压变压器分接开关的振动法检测原理、检测系统、检测主要内容和关键技术，以某110 kV变电站2号主变压器的有载调压开关为例，对检测的信号进行了对比分析，指出可能存在的故障隐患，实践证明这类检测设备是有载调压变压器状态检测的有力工具。

变压器；有载调压开关；振动法；检测

有载调压变压器是保证电网供电质量的重要设备，有载调压开关是变压器中高电压、大电流下工作的部件，有较高的故障发生率。因此，需要有效地提高有载调压开关的检测技术。

振动法是很有潜力的在线检测有载调压开关的一种新方法，其优点是对电力系统正常运行没有任何影响，检测安全、可靠。

1 检测原理与系统

1.1 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。

1.2 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。

1.3 检测系统设计

振动法在线检测在变压器运行状态下使用非侵入测试方式，记录有载调压分接开关动作时的振动声学信号并分析之。检测系统设计可采用振动传感器与电流传感器采集有载调压开关运行状态信息，用于分析多种电气和机械问题。

振动传感器用于检测有载调压开关操作过程的机械振动信号，可选用压电式加速度传感器，利用压电效应将振动信号转换成正比的电压信号；电流传感器用于检测有载调压开关操作过程的驱动电动机电流信号，可选用高分辨率、高精度的电流夹钳，将驱动电动机电流转换成正比的电压信号。

振动信号和电流信号经过信号处理单元，送入便携式计算机进行数据处理，得到有载调压开关状态特征信息，专家分析系统综合这些状态特征做出目标判断，分析出有载调压开关运行状态、故障程度以及发展趋势。

2 检测的关键技术

（1）非介入性测量。在线检测技术力求在不影响电气设备正常运行功能的条件下，准确得到反馈设备完整状态信息的多路传感信号，在有载调压开关在线检测系统设计中采用非介入性测量技术，研究在线检测系统的硬件系统构成以及各类信号检测设备选型，保证传感器稳定工作，显著提高测量准确度。

（2）电动机驱动电流信号分析。有载调压开关切换过程中，如果储能弹簧性能发生改变或者储能过程中存在机构卡塞等现象，就会引起电动机驱动力矩变化。为了实现实时跟踪驱动电动机旋转性能变化并有效判断操动机构机械运行状态，研究了电动机驱动电流信号分析与特征提取方法。

（3）机械振动特性分析。机械振动往往具有一定程度的混沌性，因为容易受到各种随机因素的影响。工程上很多非线性系统的振动，要用混沌理论才能得到合理的解释。从混沌动力学的角度，观察有载调压开关机械振动模式变化，并研究了能反映有载调压开关操作时不同振动模式变化的混沌动力学特征参数。

（4）触头磨损及分析。有载调压开关有2个动触头，当开关切换达到一定次数后，触头的磨损也就不可避免了。磨损后的触头在切换过程中产生的振动信号和原来正常的触头的信号有明显的区别，可以通过振动声学进行分析，判定触头磨损情况。

（5）切换电弧。有载调压开关切换过程中产生电弧，会有特有振动的信号，也可以通过振动声学分析电弧强度。

3 应用实例

以某110 kV变电站2号主变压器的有载调压开关为例，利用基于振动法的有载调压开关检测设备进行带电测试，得到测试图谱和测试数据报表。取6降5档的切换过程为基准，进行各个图谱及数据的分析。

3.1 电流与振动信号原始数据

电流与振动信号原始数据如图1所示。图中有电动机电流信号和振动信号原始数据。原始数据主要是用于重新生成包络曲线和分析原始信号频率，所以对原始数据不需进行分析。但是，通过原始数据可以总体观察振动信号及驱动电动机电流信号对应事件发生时刻的大体情况，为后续的分析做准备。

图1 电流与振动信号关系图谱（6降5）

3.2 包络分析

驱动电动机电流和振动信号包络曲线比较分析如图2和图3所示。根据专家软件得到的原始数据，用包络信号对其进行转换，得到电流、振动高频和振动低频包络线。电动机传动机构在驱动有载调压开关动作过程，机构之间若存在卡涩、摩擦等影响传动轴转动的因素，那么这些因素将影响机械振动声波图谱，使得振动图谱在整个动作过程出现包络振荡现象。因此从图2中可以看出，5升6档位动作过程在整个轨迹上始终出现包络振荡，判断其可能存在驱动机构润滑不足或驱动机构磨损等问题。

图2 电流包络及振动信号包络图谱（5升6）

图3 电流包络及振动信号包络图谱（6降5）

有载调压开关正常动作情况下，弹簧装载、选择器、转换开关动作时段驱动电动机电流包络曲线表征为电流稳定，无明显波动痕迹。控制继电器动作过程出现异常征兆时，将影响继电器的正常接触，驱动电动机电流表征为电流包络出现快速波动，这些异常的出现通常是设备开始退化的征兆，最终将导致开关运行停止。因此从图3中可以看出，6降5档位动作过程电动机电流快速振荡，此情况还伴随着机械振动包络跳动，判断其可能存在控制继电器异常情况。

3.3 高低频信号分析

振动信号高低频包络叠加如图4所示。对于不同的故障类型产生的振动信号的高、低频分量是有差异的，在触头系统正常的情况下产生的高、低频信号波形是相似的或者波形重合度很好，而在长期的动作过程中存在异常或者故障的情况下高、低频信号波形会有比较明显的差异性。本例测量获取的高低频分量叠加重合度很好，符合有载调压开关正常动作情况。

图4 振动信号高低频分量叠加图谱（6降5）

3.4 奇偶档位分析

运用奇偶档位包络叠加分析时应选取同一个动作方向的奇偶档位测试数据进行比较，奇偶档位分析主要观察振动信号包络是否在时间上对称，以判断触点的奇数面和偶数面磨损情况。奇偶档振动信号高、低频包络叠加如图5、图6所示，本次比较以6降5和5降4档切换过程为基准。从图中可以看出，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。

图5 奇偶档位振动信号高频分量叠加图谱

图6 奇偶档位振动信号低频分量叠加图谱

3.5 数据分析

专家分析软件可自动计算测试数据的平均电流、电流增量、高频振动峰值、低频振动峰值4个特征参数，并自动生成数据分析报表。通过观察各个特征参数数值大小及差值，可了解各个档位基本动作情况。有载调压开关故障诊断的测试数据如表1所示。从表1中可以看出，各档位动作过程中，各个变量无较大的差异，符合有载调压开关正常的动作过程。

3.6 测试结果

110 kV变电站2号变压器有载调压开关动作过程基本正常，但也存在以下一些情况：通过包络分析可知，振动包络信号在整个轨迹上始终出现振荡，判断有可能存在驱动机构润滑不足或驱动机构磨损等问题；电动机电流包络在稳定阶段出现快速振荡，判断有可能存在控制继电器异常情况。

综合以上2种可能存在的故障情况，建议维护人员缩短此有载调压开关检测周期，关注振动包络信号振荡幅值变化、电流包络跳动强度，以便及时掌握有载调压开关运行状态变化趋势。

4 结语

通过案例分析可知，有载调压开关动作时产生的振动信号与有载调压开关机械状态和电气性能密切相关，包含着丰富的机械和电气信息，利用检测设备可采集有载调压开关操作振动信号和实时驱动电动机电流信号，分析判断有载调压开关操作状态。采用振动法检测变压器有载调压开关与电力系统无电气连接，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在线检测和故障诊断方法。

[1]张德明．有载分接开关国内现状及其发展动向[J]．变压器，2000，37（1）∶36－39．

[2]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，2002，38（5）∶49－51．

[3]P KANG，D BIRTWHISTLE．Application of Condition Monitoring and Diagnostic Techniques for on Load Tap Changers[C]//Australasian University Power Engineering Conference，1997．

[4]C BENGTSSON．Accoustic Diagnosis of Tap Changes[C]// CIGRE，1996．

（本文编辑：杨勇）

英国科学家模拟植物制造零碳能源

为探索更为高效的太阳能利用方式，来自英国东英吉利大学、剑桥大学和利兹大学的科学家们正在研究如何模拟植物利用太阳光的方式，生产出氢气。

氢气能的排放为零，可以作为交通能源或者用于产生电力。本次研究将利用合成生物技术，模拟植物吸收太阳能并将水分解为氢气和氧气的过程。科学家们坚信，模拟植物光合作用比现有的太阳能转换系统更能高效地利用太阳能。他们将建立一个人工光合作用系统，在微生物上面放置微型太阳能板，这样就能够利用太阳光，促进氢能的生产，这种根据需求释放能量的技术较为先进。未来光催化剂将会得到广泛应用，通过微小的改动就可以利用太阳能生产碳基燃料、药品和精细化工。

来源：人民网

Application of Vibration Method in Testing of On-load Tap Changer of Transformer

QIAN Feng1，GAO Ji-ming1，HE Xiao-jun2
（1.Shanghai Municipal Electric Power Company，Shanghai 200122，China；2.Xiamen Red Phase Instruments Inc.，Xiamen Fujian 361001，China）

This paper introduces principles of vibration method for tap changing switch testing of on-load tap changing transformer，testing system，testing items and key technologies.By taking on-load tap changer of main transformer No.2 in a 110 kV substation as an example，the testing signal is comparatively analyzed and the potentialfaults are presented.Practice showed thatthe vibration method turns outto be a power toolto detect the state of on-load tap-changing transformer.

transformer；on-load tap-changing switch；vibration method；testing

TM406

：B

：1007-1881（2013）03-0018-04

2012-11-16

钱峰（1980-），男，上海人，工程师，长期从事电网运行管理工作。