基于声学特征的变压器故障诊断方法应用需求分析

1/7基于声学特征的变压器故障诊断方法应用需求分析基于声学特征的变压器故障诊断方法应用需求分析大型变压器是电力系统的主要设备之一，它的状况直接关系到电力系统的安全经济运行。大型电力变压器的故障以绝缘故障为主，局部放电既是绝缘劣化的原因，又是绝缘劣化的先兆和表现形式。局部放电的检测能够提前反映变压器的绝缘状况，及时发现变压器内部的绝缘缺陷，预防潜伏性和突发性事故发生。变压器在局部放电过程中，总是伴随着声发射信号的产生。通过研究发现，局部放电产生的这些声信号与局部放电的程度和类型有着一定的对应关系。1变压器故障诊断方法的需求与应用现状电网设备老旧主变概况根据国内外资料统计，连续运行时间超过4年的变压器故障概率为。不仅变压器本体故障带来损失，故障引起的间接经济损失更为严重，变压器作为输变电传输网络的上游设备，事故造成的电力中断会严重影响人们的工作和生活。本公司某站1主变型号SFPSZ9150000/220，河北保定变压器厂生产，出厂日期19980527，投运日期2/719990701，运行已超过15年，属老旧变压器，冷却方式强迫油循环导向风冷。2016年9月1主变油化试验发现油中出现微量乙炔，2016年9月为L/L，2016年4月为L/L，2016年11月为L/L，2016年3月为L/L，近两年来乙炔含量较为稳定，未出现异常增长现象。其2主变型号SFSZ9150000/220，衡阳变压器有限公司生产，出厂日期20020401，投运日期20020609，冷却方式自然油循环风冷。2016年9月2主变油化试验发现油中出现微量乙炔，2016年9月为L/L，2016年4月为L/L，2016年11月为L/L，2016年3月为L/L，近两年来乙炔含量较为稳定，未出现异常增长现象。2主变经制造厂校核发现中、低压侧抗短路能力不足，被列为隐患主变压器。本变电站除安装有避雷器动作次数及泄漏电流表外，其他设备未安装在线监测装置。由于本站1、2主变均存在微量乙炔，产气原因至今未明确，但是由于本站为枢纽变电站，停电计划安排十分困难，同时也需要保证密切监控变压器运行情况，故有必要加装在线监测，以监视、跟踪分析。1传统测试方法应用情况为确保变压器的长期稳定运行，变压器的绝缘结构需满足GB1094标准规定关于电、机、热等方面的具体要求。变压器故障包括外部和内部故障，其中变压器的外部3/7故障主要是变压器油箱及其附件焊接不良、密封性能不好，造成渗漏油故障；冷却系统包括油泵、风扇、控制设备等的故障，分接开关传动装置及其控制设备的故障；其他附件如套管、储油柜、测温元件、净油器、吸湿器、油位计及气体继电器和压力释放阀等的故障。外部故障类型虽多，但通过巡视检查是可以发现的。内部故障主要包括铁芯故障、绕组故障和放电故障，其中铁芯故障包括铁芯多点接地故障、铁芯过热等故障；绕组故障主要包括绕组变形、绝缘老化、绕组受潮及绕组层间、匝间、相间、高低压绕组间发生接地、短路、断路、击穿或者烧毁故障。传统的变压器故障测试方法包括在线监测和离线检测两种在线监测主要有介损测量、油色谱监测、超声监测等方法，这些方法具有很好的实时性等优点，但由于反映绝缘缺陷的宏观特征量太小，易受现场电场与磁场等的干扰，或者由于变压器结构复杂，都严重影响了测量的精度，使得这些方法的监测结果可信度大打折扣；离线检测主要有油色谱检测、空载损耗、短路损耗、耐压等试验，这些方法能够发现变压器绝缘当前的问题，但每次检测周期长，考虑到绝缘老化非线性和加速性等特性，很难保证两次检测之间变压器能运行安全。因此，现有的测试方法存在的主要问题归纳如下反映绝缘缺陷的宏观特征量太小，测量信号易受干扰，导致现有在线监测方法的测量结果存在可信度4/7的问题；绝缘缺陷发展到一定程度具有加速性质，因此预防性试验并不能保证变压器能完全安全运行。基于声学特征的变压器故障测试方法随着状态检修的应用与在线监测手段的不断丰富，现阶段逐步拓展建立了以动态测试技术为基础的在线监测技术，基于振动、声信号、光、温度、电磁等信号进行分析，并以此为基础发展了光谱诊断技术、振动诊断技术、声学诊断技术、红外和热成像诊断、无损检测技术、铁谱诊断技术等。其中声音是一种机械波，声信号蕴含着大量的振动信息。设备在正常运行时，零件之间、零件本身、固件与机身之间均会产生声信号，运行状态发生变化时声信号也随之变化。变压器内部绕组和铁芯在高压和强磁场的环境下出现故障，产生的声音也会发生变化，这种通过声信号分析变压器故障的诊断方法称为声学特征诊断技术。目前利用变压器内部声学信号检测变压器内部故障已经成为研究热点，其中较常用的方法为噪声分析法、超声波分析法和振动分析法。噪声分析法需要在噪声比较小的环境中进行，现阶段实例仅应用于电抗器；超声检测法主要是针对20KHZ声波信号，但超声波传播速度会随着绝缘老化变化，数据一致性较差；振动分析法中耦合在设备上的导体会对设备绝缘造成损坏。以上方法中，较少涉及可听声段的变压器内部放电故障检测，因此将可听声段的声波信5/7号作为一种新的故障检测手段。变压器由于电磁力而引起机械震动，从而产生声信号，正常运行情况下，变压器的振动大体上包括本体振动、冷却装置振动以及切换有载调压分接开关产生的振动等。其中变压器本体振动、冷却装置振动为稳态振动，分接开关切换振动为瞬态产生的振动。这些振动信号中，本体振动信号包含了变压器运行状态的重要信息，且具有十分本文由论文联盟HTTP/收集整理明显的声学特征，而其余振动的声学特征不能反映变压器的绝缘特性。因此，在变压器外壳安装传感器，通过将本体振动的声学特征辨识出来，对测量的声波信号进行消噪处理，再提取其概貌和频谱特征，可以提升变压器内部放电模式的识别准确度。变压器油放电声信号多为脉冲信号，信号的奇异点处能量占有相当大比例，信号在突变点处的能量可有效表现波形的声学特征。声学特征量的诊断技术具有非接触设备、信号获取简单、传感器安装灵活、无电磁干扰等优点。变压器声学诊断系统设计分析变压器声学在线诊断保护系统是基于变压器声学特征辨识原理研制的电力变压器在线监测系统，由高精度声学传感器、声学特征数据库和专家系统组成。由于每种内部故障所产生的声音都有其固有的声学特征，通过声学信号奇异性的特征值能有效检测变压器内部铁芯多点接地与6/7铁芯过热、绕组变形、火花放电与电弧放电等故障，解决了常规电力变压器检测中测量精度低、可信度低及实时性差等关键技术难题。其系统组成为传感器传感器一般选用高精度1HZ10KHZ振动传感器，可用于工业现场的在线监测，采用双层屏蔽壳封装可有效抑制电磁场对传感器信号的影响。抗潮湿、抗粉尘、抗有害气体、现场安装简单方便。数据采集与处理系统数据采集系统的主要功能是对传感器的输出信号进行调理，然后通过高速ADC转换为数字信号。其采集的实时现场数据是建立特征数据库的基础数据。特征数据库在大量模拟试验及现场测试的基础上，建立变压器工作状态声学特征数据库，其中包含变压器正常工作和不同故障状态下的声学特征，是专家诊断系统判断的重要依据。专家系统对比分析数据采集与处理系统采集到的现场数据与变压器声学特征库，判断出变压器运行状态。报警及保护输出一旦判断出故障，立即通过报警灯显示，同时向控制室发出故障信息和保护控制信号。采用声学特征诊断方法可预期实现的效果与相关技术参数绝缘故障漏报率小于；故障率小于次/；数据准确率达到97以上；完全实现免维护；检测频率小时1次；7/7单台平均无故障时间5年。结语基于可听声频段声和振动信号的诊断方法不会影响变压器正常在线运行，对变压器机构不构成损害，操作简单成本低，可以方便地实现目标信号的离线采集和在线监测。变压器一旦发生内部绝缘故障，特别是发展到火花放电及电弧放电阶段，如果不及时报警和处理，极有可能引起变压器烧毁的严重故障。由于变压器正常运行有固有的声学特征，每种故障有其固有的声学特征，基于声学特征