振動(dòng)監(jiān)測(cè)方法在特高壓電抗器缺陷分析中的應(yīng)用

鄭一鳴，孫 翔，張建平，李 晨，于 淼

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014）

0 引言

傳統(tǒng)油浸式電力設(shè)備有效的在線監(jiān)測(cè)手段主要為油色譜分析方法、局部放電等。電力設(shè)備狀態(tài)檢修體系的構(gòu)建以及智能變電站的建設(shè)都對(duì)電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)手段提出了新的要求[1-4]。根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司下發(fā)的《變電設(shè)備在線監(jiān)測(cè)裝置質(zhì)量提升方案》，為提升變電設(shè)備在線監(jiān)測(cè)裝置使用效果和運(yùn)行可靠性，充分發(fā)揮監(jiān)測(cè)裝置的作用，保障主設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行，國(guó)網(wǎng)公司鼓勵(lì)有條件地開展基于新技術(shù)、新原理的在線監(jiān)測(cè)裝置的工程應(yīng)用性研究，對(duì)多樣化的監(jiān)測(cè)技術(shù)提供運(yùn)行條件[5-7]。

振動(dòng)監(jiān)測(cè)方法是一種利用傳感器采集設(shè)備箱體表面振動(dòng)信號(hào)，再進(jìn)一步應(yīng)用相關(guān)系統(tǒng)分析監(jiān)測(cè)信號(hào)以診斷設(shè)備內(nèi)部缺陷、評(píng)估設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)分析手段[8-12]。作為一種新型狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法，振動(dòng)監(jiān)測(cè)的主要優(yōu)點(diǎn)在于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與設(shè)備主體無(wú)任何電氣連接，安全可靠，抗干擾能力強(qiáng)，監(jiān)測(cè)過程不會(huì)對(duì)電力設(shè)備的正常運(yùn)行造成任何影響[14]。

以下應(yīng)用振動(dòng)監(jiān)測(cè)手段，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)一臺(tái)乙炔含量異常的特高壓電抗器（以下簡(jiǎn)稱高抗）箱壁的振動(dòng)情況，通過分析定位了高抗內(nèi)部可能的缺陷位置。經(jīng)返廠解體分析，實(shí)際的缺陷部位與基于振動(dòng)監(jiān)測(cè)分析的定位基本一致，驗(yàn)證了振動(dòng)監(jiān)測(cè)方法在電力設(shè)備缺陷分析中的有效性。

1 缺陷設(shè)備信息

該高抗采用雙器身串聯(lián)結(jié)構(gòu)，其器身主要結(jié)構(gòu)與內(nèi)部繞組連結(jié)方式如圖1所示。鐵心采用2個(gè)單相帶旁軛式結(jié)構(gòu)，2個(gè)鐵心中的心柱由鐵心餅組成。線圈為餅式繞組，兩柱串聯(lián)結(jié)構(gòu)，每柱線圈皆為中部出線。設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)見表1。

圖1 高抗器身結(jié)構(gòu)與繞組連結(jié)

表1 高抗主要技術(shù)參數(shù)

2 振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)

發(fā)現(xiàn)高抗油色譜異常后，在設(shè)備箱體上加裝了振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)裝置，該裝置結(jié)構(gòu)如圖2所示。在高抗外殼表面布置傳感器探頭，傳感器經(jīng)信號(hào)線連接至振動(dòng)檢測(cè)儀ADRE208-P，再經(jīng)數(shù)據(jù)線連接至計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)展示。

圖2 振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)裝置結(jié)構(gòu)

位移和速度探頭的布置方式如圖3（a）所示，共布置了9個(gè)位移和速度監(jiān)測(cè)點(diǎn)：4號(hào)探頭為速度監(jiān)測(cè)點(diǎn)，其余為位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)；2，3，5，6，7，8號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置在殼體表面，1和9號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置在加強(qiáng)筋上。

加速度探頭裝設(shè)在在高抗外壁的4個(gè)方向，加速度探頭的分布位置所圖3（b）所示。

3 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

3.1 振動(dòng)位移（速度）監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

兩個(gè)區(qū)間內(nèi)位移和速度的監(jiān)測(cè)情況變化不大，數(shù)值基本穩(wěn)定。4號(hào)速度監(jiān)測(cè)點(diǎn)和9號(hào)位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖4所示。從時(shí)域看，在監(jiān)測(cè)時(shí)間內(nèi)振動(dòng)信號(hào)存在波動(dòng)但總體較為平穩(wěn)，并未出現(xiàn)明顯的突變現(xiàn)象。

圖3 探頭布置

圖4 振動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果

每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的最大測(cè)量值如表2所示?？梢钥闯觯?，3，9監(jiān)測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)幅值較大。根據(jù)振動(dòng)幅值的分布，通過擬合分析可以繪制高抗的振幅分布情況，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)主要振源有2個(gè)：一個(gè)為X柱靠近3號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)和9號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置，其振動(dòng)幅值較大；另一個(gè)為A柱靠近2號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置，其振動(dòng)幅值較小。

典型的4號(hào)速度監(jiān)測(cè)點(diǎn)和9號(hào)位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)的頻譜如圖5所示?？梢钥闯?，主振動(dòng)頻率為100Hz，是工頻的2倍，因此可以判斷箱體的振動(dòng)主要來(lái)自鐵心振動(dòng)。

表2 最大測(cè)量值

3.2 振動(dòng)加速度監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

圖5 加窗頻譜

按照?qǐng)D3（b）的編號(hào)順序，1號(hào)探頭的振動(dòng)加速度監(jiān)測(cè)值穩(wěn)定在2~4 m/s2，2號(hào)探頭的振動(dòng)加速度監(jiān)測(cè)值穩(wěn)定在4~5 m/s2，3號(hào)探頭的振動(dòng)加速度的顯示值為10倍的實(shí)測(cè)值（以下圖中顯示均為10倍值），監(jiān)測(cè)值在2月28日之前穩(wěn)定在20~25 m/s2（實(shí)際為2~2.5 m/s2），4號(hào)探頭的振動(dòng)加速度監(jiān)測(cè)值在2月28日之前穩(wěn)定在8~10 m/s2?？梢姼呖筙柱側(cè)和引下線側(cè)振動(dòng)較為明顯，這與位移和速度探頭的監(jiān)測(cè)結(jié)果一致。

從2月28日開始，3號(hào)、4號(hào)探測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)大幅波動(dòng)，其時(shí)域波形分別如圖6和圖7所示。可以看出，3號(hào)、4號(hào)探測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)值波動(dòng)明顯，特別是3號(hào)探測(cè)點(diǎn)，其波動(dòng)幅度達(dá)最高13 m/s2，說明在高抗X柱側(cè)出現(xiàn)了較大的振源。

圖6 2月28日加速度監(jiān)測(cè)時(shí)域波形

圖7 2月29日加速度監(jiān)測(cè)時(shí)域波形

圖8 加窗傅里葉分析

為進(jìn)一步考察振動(dòng)加速度頻域的變化，將2月27日和29日3號(hào)探頭監(jiān)測(cè)值的加窗傅里葉分析示于圖8。

可以看出，2月27日的主頻率仍為鐵心振動(dòng)的頻率100 Hz，其他的頻率分量均為100 Hz的倍數(shù)，而從2月28日20∶10開始，出現(xiàn)了一個(gè)幅值將近15 m/s2的50 Hz分量，該頻率分量在隨后2月29日—3月8日的檢測(cè)值中均有出現(xiàn)?？梢?，從2月28日起，高抗內(nèi)部出現(xiàn)了一個(gè)非鐵心的振源，振動(dòng)頻率等于工頻，而同期乙炔含量也出現(xiàn)明顯增長(zhǎng)。

振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，在乙炔平穩(wěn)期，高抗的振動(dòng)主頻率為100 Hz，應(yīng)是由鐵心振動(dòng)引起。而在乙炔增長(zhǎng)期，疊加了非鐵心振動(dòng)引起的工頻振源，定位結(jié)果顯示工頻振源位于X柱靠接地引下線側(cè)。

4 解體分析驗(yàn)證

高抗返廠解體后發(fā)現(xiàn)X柱地屏表面有碳黑痕跡。X柱地屏（由2張組成）銅帶側(cè)出現(xiàn)放電碳化現(xiàn)象，2張地屏各1條銅帶出現(xiàn)斷裂（圖9）。

圖9 X柱地屏明顯放電痕跡

解體檢查發(fā)現(xiàn)X柱芯柱地屏第34條（從上至下）與第35條銅帶存在明顯放電痕跡，2張地屏中的第34條銅帶均存在斷裂；A柱地屏也發(fā)現(xiàn)銅排皺褶和局部少量黑色痕跡，銅條局部變色（圖10）。

圖10 X柱和A柱地屏銅條樣品

根據(jù)設(shè)備故障現(xiàn)象及解體檢查結(jié)果可判斷，引起該臺(tái)高抗油色譜異常的主要原因?yàn)閄柱心柱地屏銅帶放電，驗(yàn)證了振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)的定位結(jié)論。A柱地屏也發(fā)現(xiàn)銅排皺褶和局部的少量黑色痕跡，經(jīng)檢驗(yàn)為初步的間歇性放電痕跡，即缺陷發(fā)展前期征兆。結(jié)合振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)的現(xiàn)象，X柱的振動(dòng)整體上更大，因此更容易造成地屏銅條的振動(dòng)和位移。

5 結(jié)論

（1）振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示在乙炔平穩(wěn)期，高抗的振動(dòng)主頻率為100 Hz，是由鐵心振動(dòng)引起。而在乙炔增長(zhǎng)期，疊加了一個(gè)非鐵心振動(dòng)引起的工頻振源，定位結(jié)果顯示振源位于X柱接地引下線側(cè)。

（2）解體發(fā)現(xiàn)X柱地屏與A柱地屏有少量黑跡，經(jīng)檢驗(yàn)和分析認(rèn)為X柱地屏銅條明顯的放電燒灼現(xiàn)象為銅條位移、振動(dòng)及放電所致，銅條斷裂系高溫發(fā)熱所致。該部位的缺陷系導(dǎo)致高抗油色譜異常的主要原因，與振動(dòng)監(jiān)測(cè)定位基本一致。A柱地屏也存在類似缺陷發(fā)生的早期癥狀，X柱與A柱振動(dòng)的強(qiáng)弱對(duì)比與兩者缺陷程度相一致。

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