一種基于振動(dòng)原理的有載分接開關(guān)狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)新技術(shù)

屈傳寧 冀東紅

摘 要：有載調(diào)壓變壓器是電力系統(tǒng)變電站中重要的輸配電設(shè)備，在高壓輸電變壓器上和重要負(fù)載的配電變壓器上均施行有載調(diào)壓。本文分析了傳統(tǒng)的離線定期檢修存在的問題，并深入探討了基于振動(dòng)原理的有載分接開關(guān)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)。

關(guān)鍵詞：振動(dòng)；有載分接開關(guān)；在線監(jiān)測(cè)

引言

智能電網(wǎng)的發(fā)展帶動(dòng)了電力技術(shù)的革新，以智能化、自動(dòng)化、自愈化為代表的各項(xiàng)新技術(shù)不斷應(yīng)用于電網(wǎng)中。本文基于振動(dòng)原理，探討了一種有載分接開關(guān)狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)新技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備維修的合理化、規(guī)范化、科學(xué)化，推動(dòng)智能電網(wǎng)下變壓器狀態(tài)檢修技術(shù)的發(fā)展。

1.研究有載分接開關(guān)狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)新技術(shù)的必要性

有載調(diào)壓變壓器主要用來聯(lián)絡(luò)電網(wǎng)、調(diào)節(jié)有功與無功潮流以及穩(wěn)定負(fù)荷中心電壓，是變電站中重要的輸變電設(shè)備。有載分接開關(guān)是有載調(diào)壓變壓器的可動(dòng)部件，也是變壓器進(jìn)行有載調(diào)壓的關(guān)鍵設(shè)備。

目前，對(duì)有載分接開關(guān)的檢修方式以離線定期維修方式為主，存在工作量大，效率低和測(cè)量精度不高等缺點(diǎn)?；诖耍岢龌谡駝?dòng)原理的有載分接開關(guān)狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)新技術(shù)，創(chuàng)新性地將振動(dòng)信號(hào)分析法引入到有載分接開關(guān)的機(jī)械故障診斷中。

2.基于振動(dòng)原理的有載分接開關(guān)狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)新技術(shù)的研究

2.1原理分析

振動(dòng)信號(hào)是進(jìn)行有載開關(guān)狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)的一個(gè)重要參數(shù)，一旦開關(guān)存在故障隱患或已經(jīng)發(fā)生故障，其開關(guān)表面的振動(dòng)信號(hào)將發(fā)生變化，如果對(duì)這種振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，根據(jù)振動(dòng)信號(hào)的與正常信號(hào)的對(duì)比，就能夠及時(shí)、有效、準(zhǔn)確的反映出有載分接開關(guān)的運(yùn)行狀態(tài)。

2.2 技術(shù)路線

首先建立分級(jí)開關(guān)的模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)，搭建開關(guān)故障模擬和實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停@得有載分接開關(guān)故障的振動(dòng)特征庫。其次，使用振動(dòng)傳感器進(jìn)行振動(dòng)數(shù)據(jù)采集，對(duì)有載分接開關(guān)進(jìn)行監(jiān)測(cè)與分析，監(jiān)測(cè)結(jié)果上送分接開關(guān)故障智能診斷系統(tǒng)，經(jīng)過信號(hào)預(yù)處理和特征提取，進(jìn)行故障診斷。根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)與故障庫進(jìn)行對(duì)比，展開智能診斷，對(duì)異常狀態(tài)做出預(yù)警，提示運(yùn)行人員盡快排除故障隱患，為有載調(diào)壓分接開關(guān)的故障分析、性能評(píng)估、維修計(jì)劃提供參考。

2.2.1 建立分接開關(guān)模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)

（1）結(jié)合電力系統(tǒng)常用有載分接開關(guān)的結(jié)構(gòu)形式，搭建有載分接開關(guān)故障模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

（2）分別進(jìn)行正常工作以及制動(dòng)失效、異常電弧、緊固件松動(dòng)、彈簧動(dòng)能不足等故障的實(shí)驗(yàn)?zāi)M。

（3）通過試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試，驗(yàn)證開發(fā)的振動(dòng)測(cè)試傳感器的有效性，驗(yàn)證所開發(fā)的數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)的有效性。

（4）進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)獲取的振動(dòng)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。研究正常與異常、制動(dòng)失效、異常電弧、緊固件松動(dòng)、彈簧動(dòng)能不足等故障時(shí)的數(shù)據(jù)分析方法，提取故障特征。

2.2.2 振動(dòng)傳感器及振動(dòng)數(shù)據(jù)采集

根據(jù)仙農(nóng)定理，將測(cè)到的振動(dòng)信號(hào)作AD轉(zhuǎn)換時(shí)，其AD采樣頻率應(yīng)該不低于28.8KHz。采集的信號(hào)要有盡可能高的信噪比，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的結(jié)果來看，信號(hào)的SNR要達(dá)到46dB以上。綜合多方因素，選用了高精度（16Bit），低功耗，高采樣率（最高采樣率可達(dá)500KHz）的AD8328用于模數(shù)轉(zhuǎn)換。

采集電路利用一片STM32F207的ARM作為控制CPU。STM32F系列32位閃存微控制器基于突破性的ARM Cortex-M3 內(nèi)核，這是一款專為嵌入式應(yīng)用而開發(fā)的內(nèi)核。STM32F207有內(nèi)嵌的A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)嵌的MAC，最高時(shí)鐘頻率高達(dá)72MHz。在本電路中，STM32F207除了作系統(tǒng)控制外，還要運(yùn)行TCP/IP協(xié)議棧，對(duì)電機(jī)電流轉(zhuǎn)換電路送來的電流信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，利用內(nèi)嵌的MAC功能塊，和外部的HPY配合，通過TCP/IP實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和控制信息的接收。

2.2.3 分接開關(guān)故障智能診斷

振動(dòng)信號(hào)采集后，經(jīng)過信號(hào)預(yù)處理和特征提取，進(jìn)行故障診斷?？梢栽\斷的故障包括：制動(dòng)失效故障、緊固件松動(dòng)故障、彈簧動(dòng)能不足故障、異常電弧故障等。

整個(gè)分接開關(guān)故障智能系統(tǒng)包括前端采集環(huán)節(jié)和后端專家系統(tǒng)環(huán)節(jié)兩部分，采集環(huán)節(jié)通過振動(dòng)傳感器感知振動(dòng)信號(hào)，經(jīng)過整形和放大后，通過A/D轉(zhuǎn)換后上送ARM芯片進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理，處理后的信號(hào)直接上送主控室服務(wù)器，服務(wù)器收到振動(dòng)信號(hào)后進(jìn)行分析和比對(duì)，通過對(duì)信號(hào)的頻域和時(shí)域分析來提取故障特征并與故障數(shù)據(jù)庫進(jìn)行對(duì)比，一旦發(fā)現(xiàn)故障跡象實(shí)時(shí)輸出報(bào)警。后端的專家系統(tǒng)主要用來對(duì)疑難故障進(jìn)行在線專家診斷，系統(tǒng)診斷專家通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程登錄，進(jìn)行故障的在線分析和診斷。

2.3 應(yīng)用前景

2.3.1 次要故障檢修

進(jìn)行電力系統(tǒng)次要故障的檢修，以電機(jī)保護(hù)為例，變電站內(nèi)經(jīng)常發(fā)生因缺少潤滑導(dǎo)致電機(jī)過熱，引起熱保護(hù)動(dòng)作導(dǎo)致電機(jī)跳閘的現(xiàn)象，然而，這種故障間歇發(fā)生，如果未采用振動(dòng)聲測(cè)量方法，則很難進(jìn)行診斷。

2.3.2維修計(jì)劃

根據(jù)對(duì)項(xiàng)目聲信號(hào)的穩(wěn)定性和重復(fù)性分析結(jié)果，本技術(shù)適合進(jìn)行趨勢(shì)預(yù)測(cè)，例如進(jìn)行設(shè)備維修計(jì)劃，每個(gè)開關(guān)都有自己獨(dú)特的振動(dòng)聲特征信號(hào)。通過追蹤相同裝置的特征信號(hào)，從理論上可以檢測(cè)出分接開關(guān)的大部分內(nèi)部狀況的變化。

3.結(jié)語

智能電網(wǎng)的發(fā)展帶動(dòng)了各個(gè)環(huán)節(jié)的技術(shù)革新，作為系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)用最廣的輸變電設(shè)備之一，有載分接開關(guān)的在線監(jiān)測(cè)具有重要意義。本文基于振動(dòng)原理，對(duì)有載分接開關(guān)的在線監(jiān)測(cè)進(jìn)行了深入探討，提出了具體的實(shí)現(xiàn)方法，具有一定的推廣和借鑒意義。

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[3] 楊春華.基于嵌入式的有載分接開關(guān)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)[D]，2011年西安電子科技大學(xué)碩士論文.